1、本科毕业论文（20 届）30 方浮式抓斗起重机回转系统设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要30 方浮式抓斗起重机主要安装在工程船上，具备挖泥起吊和吊钩起吊双重功能；主要从事航道疏浚，港口建设等水下的抓、挖泥工程的工程机械。也可以从事水上船舶之间的装缷及水上桥梁建设大梁安装工程，其在工程船上可以 360旋转，其起重范围抓斗挖泥直举150 吨，起吊半径=15 米；抓斗最大挖泥深度可达 70 米，吊钩最大下放深度 70 米；由于本 30 方浮式抓斗起重机釆用了液力耦合器和 2 台可燃烧重油的柴油机具有节能降耗，降低使用成
2、本。由于控制系统釆用了手动与自动控制双向切換方式，使操作使用更方便灵活。作为抓斗起重机的重要部分回转机构，对起重机的性能起着至关重要的作用。尤其是回转机构对浮式抓斗式起重机的性能的合理化设计，有利于其长周期工作，便于通用，便于加工，便于运输。本文通过对 30 方浮式抓斗式起重机回转机构的风载计算，惯性载荷计算，最后转化成回转载荷，拟定回转机构的传动方案，包括回转驱动电机、液力耦合器、制动器、行星齿轮减速器的设计及关键零部件的校核。通过设计和计算得到了合理的传动方案，使得回转机构满足浮式抓斗式起重机的长期使用，并且使起重机的上半部分相对塔身坐 360的自由旋转，以便完成各种起重作业要求。本文只是
3、做初步的零部件选用和参数确定，还需要做进一步的校核和细致的验算。关键词：浮式起重机；回转传动；齿轮减速器；本科生毕业论文IIAbstract30 square floating grab crane is main board installed with dual function of dredging lifting and hook lifting . As a vital component of the craneslewing mechanism, which is quite essential to the rationalization of the crane. The
4、design of slewing mechanism is good to its long-period of work. In Engineering board for 360 rotation，The lifting range of grab dredger held 150 tons of straight, lifting the radius R = 15 m; grab the maximum dredging depth of up to 70 meters, the largest delegation of hook depth of 70 meters . As t
5、he 30 square floating grab crane Bian stick with the fluid speed, variable torque clutch and 2 sets of diesel engines can burn heavy fuel oil With energy saving, lower utility costs. Since the control system Bian manual and automatic control with a bi-directional switching mode makes the operation m
6、ore convenient and flexible. As an important part of the grab crane - Rotary, on the cranes performance plays a vital role. Rotating bodies, especially the performance of the rationalization of the tower crane design, beneficial to its long period of work, easy to universal, easy processing, easy to
7、 transport.Particularly slewing crane performance on the rationalization of design, beneficial to its long cycle of work.By calculating the wind load and inertial load of the tower cranes slewing mechanism and last rotary load which are turned into, transmission schemes are worked out, and then the
8、reasonable transmission plan are obtained after comparison at the end.Reasonable transmission schemes that are gotten from calculation makes slewing mechanism meet the cranes demand to be applied for long and makes the upper-half part of the crane rotate 360 freely relative to its body in order to f
9、inish various demands of the lifting operation. In the meantime, use hydraulic coupler and design the planetary gear reducer reasonable rotation schemes are designed.Key Words: Floating crane; rotary drive; gear reducer 本科生毕业论文III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 前 言 .11.2 课题的研究背景和意义 .11.3 浮式抓斗式起重机在国内外相关研究情况 .21.4
10、 国内疏浚装备发展趋势 .31.5 课题的研究内容 .4第 2 章 设计整体方案 .52.1 主要性能与技术参数 .62.2 机械传动路线 .62.3 结构型式的组成 .62.4 主要材料选用 .6第 3 章 回转机构设计 .83.1 回转传动机构的初步选型 .83.2 回转驱动装置的计算 .93.2.1 回转驱动力的计算 .93.2.2 驱动电机功率的计算 .113.3 驱动电机的选用 .123.3.1 驱动电机的选用原则 .123.3.2 驱动电机的选用方法 .123.4 液力耦合器的选用： .123.4.1 选用条件和原则 .123.4.2 选用方法 .133.5 制动器的的选用 .13
11、3.5.1 制动器功能 .133.5.2 制动器的选用原则 .133.6 行星齿轮减速器的设计计算 .133.6.1 已知条件 .13本科生毕业论文IV3.6.2 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 .143.6.3 配齿计算 .143.6.4 初步计算齿轮的主要参数 .153.6.5 啮合参数计算 .163.6.7 确定各齿轮的变位系数 .173.6.8 几何尺寸计算 .183.6.9 传动效率的计算 .21第 4 章 关键部件校核计算 .234.1 减速器齿轮强度校核 .234.2 回转齿轮传动比校核计算 .264.3 回转开式齿轮副强度校核 .27结 论 .30致 谢 .31参考文献
12、.32本科生毕业论文1第 1 章 绪 论1.1 前 言世界贸易的加快发展增加了对集装箱港口和航道的需求，港口数量也不断增加，港口的大型化和深水化也越来越明显，导致建设性和维护性疏浚量的不断增加。这样大型挖泥船越来越受到广大用户的青睐。而抓斗式挖泥船具有作业范围大（可适用于中、小航道锚地的疏浚工防波堤、系船码头、河床的挖掘） ；同时，适用范围广（除了挖取粘土、淤泥、卵石外，容重比大的抓斗能挖掘硬质土、珊瑚礁等） ，被广泛应用于各种工程施工中。目前,整体吊装工程越来越普遍,这就要求吊装用起重机的起重能力、作业幅度和高度越来越大。国内大型吊装用起重设备已由过去单一的抱杆方式,逐步扩大发展成为以高性能
13、、更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装设备。除此以外,浮式起重机和龙门起重机也都担负着海上和造船用大型吊装工作。其中,用于海上吊装的浮式起重机国内最大吨位已达到 3 800 t,适于固定场合吊装的龙门起重机最大吨位为 900 t,常用的大型移动式起重机主要有轮式起重机和履带起重机,国内在这方面正逐步向大吨位发展。发达国家早在 20 世纪 70年代就已生产制造和广泛使用大型移动式起重机,而且仍在不断研究新技术和新结构,向更大吨位挑战 1。1.2 课题的研究背景和意义目前，在世界范围内，疏浚市场正呈现出一番红火的景象，其疏浚量已经高达每年数十亿立方米， 由此带动国际疏浚业进入新一轮的黄金发展期
14、，促成了疏浚装备的升级换代以及疏浚船舶技术的快速发展。在拥有各类大中型疏浚船舶数量的国家排位中，位居前三名的国家分别为美国、荷兰和中国。其中，排位第一的美国拥有的船舶数量高达 593 艘之多，比排位第二的荷兰的 242 艘高出了整整一倍还多，足见其雄厚的实力。近年来，伴随着大型疏浚工程的增多，大型疏浚装备快速发展，抓斗式挖泥船作为疏浚业的关键技术装备快速增加，大型抓斗式挖泥船市场需求量巨大。据统计，到 2009 年，浙江省有各类抓斗式挖泥船 200 余艘，主要以 3-20 的中小型抓斗式挖泥船为主。我省3m的船舶制造业相对发达，国外先进的抓斗式挖泥船船型基本也能制造，但作为挖泥船的重要装备抓斗
15、机，其核心技术的引进和应用还有不小差距。目前国内所用的大中型挖泥船抓斗机，都是从国外进口的二手抓斗机，以日本制造的 SKK（四国建机）品牌为多。这些引进的二手抓斗机，大约有 50%是超期服役，设备陈旧老化严重，不能满足日益发展的疏浚市场的需求。大多数企业存在拼设备、吃老本现象，设备不能及时修复和有效的更新。目前，国内专业制造挖泥船抓斗机的厂家甚少，主要以生产小型挖泥船抓斗机为主，大型的抓斗机，基本依赖进口。国产的挖泥船抓斗机自动化程度不高、能耗大、营运效益差，工作时船舶上空一片黑烟，周围噪音此起彼伏，起重机司机劳动强度大，不能满足起本科生毕业论文2重机向高效自动化、节能环保型发展的趋势。国内疏
16、浚企业迫切希望彻底改观起重机这一作业现状。30 方浮式抓斗起重机其起重范围抓斗挖泥直举 500 吨，起吊半径=15 米；抓斗最大挖泥深度可达 70 米，吊钩最大下放深度 70 米；具有高效自动化、节能环保等特点，最主要的是其抓斗容量属于国内领先。 1.3 浮式抓斗式起重机在国内外相关研究情况 国外挖泥船抓斗机的设计与制造主要集中在美国和日本。其中以日本的四国建机集团生产的 SKK 系列挖泥船抓斗机最为著名。其技术在目前世界抓斗挖泥船制造行业中比较先进，在大型抓斗机制造技术领域拥有主导地位。开发的 GPS 疏浚控制系统和水平疏浚控制系统，可以进行挖深控制、抓斗精确定位及海床平整控制等功能。随着疏
17、浚工程规模的大型化，促使国外挖泥船抓斗机向大型化、专业化、高效化、智能化方向发展，新挖泥船的建造达到了一个新高潮。如：日本已经建造了斗容达到 200 m3的超大型抓斗式挖泥船，该船最大生产能力达到 6000 m3/h。挖泥船作业高度仪表化和自动化。通过计算机技术和仪表将在水下不可见疏浚作业时取土过程的过程及时、准确地显示在操作人员面前，大大简化了操作程序，提高了效率，进而提高了经济性。由于我国抓斗挖泥船制造业起步较晚，投入也不足，抓斗挖泥船制造水平一直得不到快速提高，我国造船企业几乎不能建造技术含量高的大型抓斗挖泥船，只能建造小型的、技术含量不高的抓斗挖泥船。目前，国内大型抓斗挖泥船基本都是从
18、国外买的。而抓斗式挖泥船的技术复杂性主要体现在抓斗机系统方面。挖泥船制造厂商都特别注重抓斗挖泥机具的专项开发研究，与美、日等工程机械强国相比，我国在这方面的差距尤为突出。主要表现在几个方面：一是设计能力跟不上。我国挖泥船抓斗机在设计和建造上多年来相对较弱。国内设备及液压部件普遍重量偏重，尺寸偏大，使用性能欠佳。二是制造水平落后。在主要仪表及液压部件等配套装备制造工艺、周期方面有较大的差距。多年来仅限于制造小型的抓斗机，而大型的尤其是超大型的抓斗机主要依赖进口。三是在产品寿命、可靠性以及产品自动化程度上，跟国外差距明显。因此，亟须通过技术创新予以解决。 虽然我国是最早用人工疏浚方法开挖运河、疏通
19、河道、沟通水系以发展航运、排洪、灌溉的文明古国。上可追溯到大禹治水，有些工程至今仍然在默默地发挥重要作用，如都江堰、灵渠、京杭大运河等。但那时的疏浚主要靠人力和简单机具。我国现代化机械疏浚的开端，要追溯到 1897 年天津建立首个疏浚机构海河工程局。梳理中国疏浚业 110 年历史，大体可分为五个阶段 2。在开始阶段，虽带有外国势力入侵的屈辱，但从此利用国外技术起步。清朝时期，国门被打开，开辟了通商口岸。1897 年建立了海河工程局，引进了国外挖泥船疏浚海河航道，不久又在上海设立了浚浦工程局，利用挖泥船疏浚黄浦江航道。中国现代化机械疏浚正式开始。第二阶段，新中国成立后，国家对旧中国遗留的 30
20、多艘老旧挖泥船进行修复和改造，并将天津新港建成能进出万吨级船的港口，之后又新建湛江港。交通部在 1953 年成立全国本科生毕业论文3性专业疏浚公司，统一管理挖泥船和疏浚业务，为全国培养了大批疏浚技术骨干。第三阶段，在上世纪 70 年代，周恩来总理提出“三年改变港口面貌”计划，开始大建港口，从国外引进很多挖泥船，开始了中国疏浚业的首轮大发展。第四阶段，改革开放后的迅速发展。这一时期港口建设进入新的高潮，疏浚、吹填工程量大幅增加，带动我国疏浚业新一轮快速发展。而现代技术，特别是电子技术和计算机技术在疏浚工程中的成功应用，推动了我国疏浚设备和技术走向现代化。第五阶段，疏浚业政企分开后，我国疏浚企业焕
21、发出新的活力。不但从国外新购大量挖泥船舶，还自主新建众多具有国际先进水准的挖泥船舶，实力逐步增强，海外市场的拓展越来越大。疏浚业实力逐步增强 2。经过这 110 年的打造，我国可以真正称得上是疏浚大国，其重要标志是，疏浚实力在逐步增强，疏浚船舶向现代化、大型化、智能化方向发展。自上世纪 80 年代后，我国挖泥船队的增长方式，一方面，靠引进国外现代化大型挖泥船，另一方面，以引进的船舶为蓝本，逐步实现挖泥船国产化。我国先后引进了一批当时国际先进的挖泥船，包括耙吸式挖泥船、绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、链斗式挖泥船、自航开体泥驳等。同时，我国自行设计建造了一些新型挖泥船，通过这种对国外船舶的引进、消化
22、、吸收方式以及港口建设的大量工程实践，使我国逐步形成了一支能掌握现代化疏浚技术的疏浚队伍。截至 2006 年年底，中国疏浚业标准年产能已达约 6 亿立方米，为中国港口吞吐量连续突破 40 亿吨、50 亿吨大关，稳居世界第一作出了积极贡献。同时，随着产能的扩张，疏浚市场的规模也快速扩大，2006 年总产值超过 150 亿元，整个行业呈健康、快速发展态势。吹填技术迅猛发展。疏浚施工是在战风斗浪中前进的，疏浚工程的质量，在很大程度上取决于挖泥船和水深测量定位的准确性。伴随着中国港口的快速发展，中国疏浚业在不断追踪世界先进技术，通过引进、吸收后，开发出新的疏浚技术。很多疏浚工程需要隔江取土或跨越航道将
23、疏浚泥土排至对岸，这要求解决排泥管线与航道通航的矛盾。为此，我国水下排泥管线系统得以发展，从最大排距 16 公里到 40 公里，排泥系统年生产能力可达 200 万立方米。随着国际国内水运行业向船舶大型化、码头深水化方向发展，卸船机及船用浮吊等大型设备在沿海港口大量应用，因此大吨位抓斗、特殊用途的抓斗的需求越来越多 2。1.4 国内疏浚装备发展趋势随着疏浚业步入发展的快车道，国内航道疏浚、水利建设、港口建设对工程船的要求越来越高，需求数量越来越多，进而引发了疏浚业施工船舶的大型化和一系列技术问题的探索和实践。工程船在向大型化、自动化方向拓展。纵观近年来我国工程船发展，其发展呈现出以下特点：(1)
24、工程船舶大型化。近年来，伴随着我国大型疏浚工程的增多，大型疏浚装备快速发本科生毕业论文4展，大型耙吸式挖泥船快速增加。据不完全统计，1994 年至 2004 年的 10 年间，世界上大型、超大型耙吸船猛增 26 艘，新增舱容 42 万立方米，是这之前 20 年新增大耙船舱容的两倍多。这些船舶挖深大多可达 100 米，其中一艘挖泥船最大挖深可达 160 米，特别适合我国大型疏浚工程的需要。此外，绞吸式和抓斗式挖泥船也出现大型化势头，绞吸式挖泥船最大总装机功率达 28500 千瓦，抓斗式挖泥船最大抓斗斗容已达 200 立方米 3。 （2）创新设计。开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创
25、新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出创新设计成果。（3）核心技术化。各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均大力研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。(4)施工控制自动化。20 世纪 90 年代前建造的大型工程船的控制室里都是按钮，需要两三个人操作，水下作业数据无法掌控，而现在大型工程船整个施工控制都由计算机控制，主要运行状况如柴油机的运行参数、各施工机械的状态控制等都可以通过计算机显示屏模拟显示。操纵人员还可以通过计算
26、机的显示屏直观地了解施工作业轨迹和水下作业断面的图形，同时全程纪录施工的实时数据，为水下施工检验程序提供极大的帮助。自动控制集成化程度的提高，使施工过程控制更加精确，大大提高了船舶的工作效率，降低操作人员的劳动强度 4。1.5 课题的研究内容本起重机在工程船上可以 360旋转，其起重范围抓斗挖泥直举 150 吨，起吊半径=15 米；抓斗最大挖泥深度可达 70 米，吊钩最大下放深度 70 米。通过设计和计算得到了合理的传动方案，使得回转机构满足浮式抓斗式起重机的长期使用，并且使起重机的上半部分相对塔身坐 360的自由旋转，以便完成各种起重作业要求。使用到了液力耦合器，并根据要求设计了行星齿轮减速器，最后设计合理的回转机构。本科生毕业论文5第 2 章 设计整体方案人 字 架臂 架抓 斗图2.1 总体设计简图
