毕业设计连续卸船机的回转机构设计.docx
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毕业设计连续卸船机的回转机构设计
连续卸船机的回转机构设计
【摘要】本课题主要研究了连续卸船机的回转机构设计的整个过程。
在设计过程中主要确定回转机构的技术参数，再涉及到具体的电动机和减速器的功率计算及型号选择。
回转机构的总图设计包括减速机的齿轮设计、回转轴承的选择及角度检测装置的设计。
根据设计的实际需要，对连续卸船机的回转机构开展研究，进行回转机构的设计以及优化设计。
【关键词】回转机构设计电机计算电机选择 角度检测
目录
1绪论3
1.1国内外连续卸船机的使用情况4
1.1.1进口连续卸船机的使用情况4
1.1.2国产连续卸船机的使用情况4
1.2国外连续卸船机的发展情况5
1.3国内连续卸船机发展方向6
1.3.1引进机型国产化6
1.3.2提高产品质量和使用可靠性6
1.3.3设备的大型化与高效率6
1.3.4高质量的牵引承载构件6
1.3.5机动性与实用化6
1.3.6通用性与多用途6
1.3.7促进港机更新换代6
1.3.8特种货物装卸6
1.3.9自动化运转技术7
1.3.10机型优化与技术进步7
2连续卸船机的设计8
2.1连续卸船机的工作原理8
2.1.1连续卸船机结构8
2.1.2BE回旋机构9
2.1.3前大梁10
2.1.4回转机构10
2.2连续卸船机主要参数设计11
2.3连续卸船机其他设计参数11
2.4连续卸船机驱动电机功率的计算及电机选择15
2.4.1电机选择15
2.4.2.所需系统驱动扭矩17
2.4.3电机轴GD2的计算17
2.4.4.加速时所需扭矩18
2.4.5电机选型18
3连续卸船机回转机构的设计21
3.1回转齿轮设计与计算21
3.2几何尺寸计算21
3.3回转轴承选型22
4回转角度检测装置的设计23
4.1角度传感器23
4.2传感器齿轮................................................................24
5．小结体会25
致谢26
参考文献27
1绪论
在港口装卸机械中,用于大宗散货装卸作业的专用机械由间隙作业的起重机械向专业化连续式装卸的卸船机发展,根据不同的货种（煤炭、矿石、谷物、麦、玉米等）使用不同的连续式装卸机械。
目前在散粮装卸作业中,连续式卸船机有埋刮板卸船机、螺旋式卸船机、双带式卸船、波纹挡板式卸机和气吸式卸船等。
那么,我们为什么要选择连续式卸船机械呢?
主要在于我们所装卸的散货通常含有不同程度的粉尘,为避免粉尘的飞扬对环境的污染,连续式卸船机取料一般都能实现密闭输送,机内的卸载点也能封闭或采取消尘措施,这样可减少作业中粉尘的污染。
另外,由于是连续作业,因而具有震动和噪音小、效率高、能耗比较低和自动化程度高的特点。
在装卸作业中对故障的诊断、安全性能等方面都有完善的装置,有利于港口的安全生产作业。
连续式卸船机主要解决船舱内物料的自行取料和把物料提升出舱。
根据此特点,散状物料的性质对卸船机性能的发挥有很大的影响,所以选择时必须慎重。
首先必须考虑物料的粒度、自然堆积角、硬度等,以此来选择不同形式的卸船机。
例如:
螺旋卸船机对物料粒度有限制,这是因为螺旋卸船机的机理是通过物料与螺旋面的摩擦来完成工作的。
因此,粒度较大,磨损等不可预测的因素,就会造成机损事故。
其次,选择的卸船机与输送系统相匹配。
近几年来,不同形式的连续式卸船机在我国大宗散货装卸中应用很广,散粮连续式卸船机与其他卸船机的区别主要在于卸船机的垂直取料和水平输送两大部分,其它如俯仰、旋转、行走、电控等机构的性能基本相似或相近,在机型比较中,就侧重于垂直取料和水平输送与其有关联的性能进行比较。
散货卸船机是根据船型和各种散货卸船作业的特点而设计的多动作的专用机械。
有抓斗卸船机、带斗门座起重机、链斗卸船机、螺旋卸船机、夹带卸船机等。
散货卸船机的结构往往是起重机械与输送机械的组合，或输送机械与不同输送机械的组合。
见图1
图1重机械与输送机械的组合
1.1国内外连续卸船机的使用情况
连续卸船机的作业效率高、自重轻，对环境污染少、货损少，可自动运行，在我国已有40余年的使用经验，尤其是80年代后，其技术得到了迅速的发展，我国引进和自行研制了各种类型的连续式卸船机械，目前已有数十台各种形式的连续卸船机在我国港口使用。
随着我国对外贸易的不断发展及国家政策的支持，国内新建了一批大型的港口，吞吐量也逐渐增加，对于工作效率高和环保的大型连续卸船设备的需求也越来越大。
而国内对连续卸船机的研究与设计还处于空白阶段，为了更好的为国家经济建设服务，有必要对连续卸船机展开研究与设计。
近来国外在连续卸船机的发展方面体现出两大趋势，在专业化大型散货码头上接卸矿石、煤炭等流动性较差的重散货，趋向于采用大型高效的连续卸船机，机型主要有链斗、斗轮和螺旋式。
另一方面，对于接卸化肥、粮食、饲料甚至水泥等流动性较好的轻散货，国外一些厂商推荐采用小型、流动式、多用途的连续卸船机，某些公司强调，应把设备机动性作为设计的关键要素，设计人员考虑的关键问题是流动性、较高的能力、能量效率、无损耗作业、无泄漏系统、减少磨损、降低噪声等。
1.1.1进口连续卸船机的使用情况
我国从80年代中期开始由国外引进连续卸船机，至今已有30余台在各港使用，进行接卸煤炭、化肥、粮食、饲料等作业。
较早引进的典型机型和参数见表1。
这些引进的连续卸船机大多数取得了较好的运行效果。
PWH1200t/h链斗卸船机在上海港实测最大作业效率可达1600t/h，平均1200 t/h，清舱量小于3%，生产作业效果达到了上海港要求的目标。
目前华东地区已进口5台同型机，其中1台经改造后可以接卸铁矿石，华南地区也至少有2台同型机在运行。
继秦皇岛港引进波状挡边带式卸船机后，大连、连云港等地也先后投产了我国港机厂与外商合作生产的生产率略小的波状挡边带式卸船机。
布勒埋刮板卸船机继上海港民生码头之后，最近又在大连北良码头得到使用。
广州新沙港也购置了压带式卸船机。
西沃尔特螺旋卸船机在国内使用更多，仅广东地区就有10余台在运行。
表1我国较早引进的典型连续卸船机
用户
制造商
机型
物料
生产率／th-1
交货期
上海港
PWH
链斗
煤炭
1200
1987
沙角电厂
住友
链斗
煤炭
800
1987
福州电厂
三菱
链斗
煤炭
1500
1988
大连港、天津港
西蒙
压带
粮食
750
1985
秦皇岛港
三菱
波状挡边带式
粮食
600
1992
上海港
布勒
埋刮板
粮食
10130
1995
上海港
西沃尔特
螺旋
化肥
500
1990
沙角电厂
科尼
斗轮
煤炭
1500
1994
1.1.2国产连续卸船机的使用情况
我国研制连续卸船机是从50年代末开始的，当时曾投产过一些小型气力式卸船机、小型压带式卸船机、小型链斗卸船机和小型埋刮板卸船机，由于受当时技术条件限制，这些机型先后淘汰。
70年代末80年代初，对连续卸船机技术的研究又重新开始，气力卸船机和链斗卸船机投产较早，之后是螺旋卸船机、斗轮卸船机和波状挡边带式卸船机。
目前仍在运行的国产连续卸船机典型机型和参数见表2。
表2国产典型连续卸船机
用户
研制单位
机型
物料
生产率／t.h-1
交货期
湛江港
WTI，SPMP
气力
粮食
400
1983
武钢工业港
武汉交通科技大学
悬链斗
铁矿石
1200
1990
上海港
WTI，SPMP
链斗
煤炭
1200
1989
青岛港
SPMP，YeTI
斗轮
铁矿石
1600
1994
防城粮食局
SPMP，WTI
波状挡边带式
粮食
800
1999
广州粮食局
WTI
气力
粮食
100
1999
表2注释：
表中WTI是指交通部水运科学研究所SPMP是指上海港口机械制造厂
80年代后投产的国产连续卸船机个别小型机目前也不再使用，但大多在当时港口的生产中发挥了重要作用（如表2所列各型机）。
尽管受国内技术条件限制，国产连续卸船机在设计、制造等方面存在一些不足，但经过改造和完善，仍能使其取得较好的运行效果，如国产1200t/h链斗卸船机在上海港的使用和国产1600t/h斗轮卸船机在青岛港的使用。
广州港和湛江港的400t/h气力卸船机尽管已分别运行了20年和16年，但经技术改造后目前仍在使用。
气力卸船机过去一直受噪声大、能耗大等缺点的制约，使用受到限制，如在上海港的250t/h气力卸船机就被进口埋刮板卸船机所取代。
近来，气力卸船机的这些缺点被技术进步所克服，气力卸船机特别是小型流动式气力卸船机又受到港口的重视。
近两年投产的国内大宗散货码头，不论是公用码头还是业主码头，凡接卸矿石、煤炭者一律选用了较大型的桥式抓斗卸船机，而粮食码头，主要是业主码头，连续卸船机的使用又占有较高的比例。
表4是近期国内典型散货码头卸船机械的设备情况。
表3近期国内典型散货码头卸船设备
用户
制造商
机型
物料
生产率／t.h-1
交货期
宝钢
Kone
桥式抓斗
矿石／煤
1800
1998
福州电厂
Kone
桥式抓斗
煤炭
1250
1998
珠海港
三菱
桥式抓斗
煤炭
1500
1998
扬州二电厂
Caillard
桥式抓斗
煤炭
1400
1998
北仑电厂
Krupp
桥式抓斗
煤炭
1650
1998
太仓电厂
上海港机厂
桥式抓斗
煤炭
1250
1998
青岛港
振华公司
桥式抓斗
矿石
2500
1998
大连北良
布勒
埋刮板
粮食
1000
1999
防城粮食局
上海港机厂
波状挡边带式
粮食
800
1999
广州粮食局
水运所
气力
粮食
100
1999
广州港
水运所
气力
粮食
400
1999
1.2国外连续卸船机的发展情况
近来国外在连续卸船机的发展方面体现出两大趋势，在专业化大型散货码头上接卸矿石、煤炭等流动性较差的重散货，趋向于采用大型高效的连续卸船机，机型主要有链斗、斗轮和螺旋式，表3是某些国家和地区的著名连续卸船机制造商近期投产的大型连续卸船机典型产品情况。
另一方面，对于接卸化肥、粮食、饲料甚至水泥等流动性较好的轻散货，国外一些厂商推荐采用小型、流动式、多用途的连续卸船机，某些公司强调，应把设备机动性作为设计的关键要素，设计人员考虑的关键问题是流动性、较高的能力、能量效率、无损耗作业、无泄漏系统、减少磨损、降低噪声等。
日本住友公司目前正在开发300t／h～800t/h的压带式连续卸船机以适应中小船舶的卸船作业，以及用来替代今后数年内将要淘汰的用于卸船的旋转型抓斗起重机。
1.3国内连续卸船机发展方向
1.3.1引进机型国产化
在我国港口除绳斗式连续卸船机之外，其它种类的连续卸船机都有应用，而国产连续卸船机仅限于链斗、斗轮和气力等少数几种机型。
改革开放以后我国从国外引进的各型连续卸船机，今后将逐步进入主要部件乃至整机的更新换代时期，这些机型都有必要实现国产化。
扩充国产连续卸船机的机型和品种，实现引进机型的国产化，是今后我国继续开发连续卸船机的重要课题之一。
1.3.2提高产品质量和使用可靠性
国产连续卸船机的制造历史较短，受设计制造经验和国内技术条件制约，难免会存在一些不足，给使用者带来不便。
我国近两年在矿石、煤炭卸船码头上大量采用桥式抓斗卸船机，也正好说明连续卸船机在我国港口使用尚有不尽人意之处。
一般来说，连续卸船机构造比较复杂，使用维护技术水平相对要求较高，这使得连续卸船机必须具有更高的产品质量和使用可靠性。
继续开发连续卸船机必须吸取已开发机型的经验教训，吸收国外产品的长处，特别注意现有机型在实际使用中暴露的问题，在提高产品质量和使用可靠性上下功夫。
1.3.3设备的大型化与高效率
在运量稳定的大型专业化散货码头上使用大型高效的连续卸船机，可以充分发挥连续卸船机效率高、能耗低、对环境污染小、货损少、可自动运行的优点，连续卸船机的生产率越高，这些优点发挥得越充分。
国外近来投产的大型链斗和斗轮卸船机生产率大多在2000t/h以上，最大已达7200 t/h，且有进一步提高的趋势。
目前国产连续卸船机的最大生产率只有1600 t/h，随着港口建设的发展，以及连续卸船机自身质量和使用可靠性的提高，更高效率的连续卸船机一定会有市场需求。
1.3.4高质量的牵引承载构件
牵引承载构件是连续卸船机的核心，不论是牵引链条还是提升胶带，或是旋转螺旋，其质量优劣直接影响连续卸船机整机的正常运行。
目前国内运行的连续卸船机，不论是引进还是国产，其牵引承载构件全部采用的是进口件。
国内连续卸船机用户已开始尝试用国产牵引承载构件来替代进口产品，也取得了一些成绩，但客观上讲，国产牵引承载构件与进口件还存在相当差距。
引进机型国产化，或者开发更高效率的连续卸船机，研制牵引承载构件是关键。
希望国内基础工业技术迅速发展，能提供连续卸船机所需的高质量牵引承载构件，更重要的是连续卸船机开发者，联合有关牵引承载构件生产者，共同开发适合连续卸船机的高质量牵引承载构件。
1.3.5机动性与实用化
前文已经提到，对用于轻散货的连续卸船机，国外有些公司强调把设备的机动性作为设计考虑的关键要素。
事实上，对于我国的广大中小港口，生产效率适中、质量优良、机动灵活的机型可能会取得更好的效果。
如果要满足高效作业的需求，可以数机平行作业。
一地作业完成后，可以方便地通过公路转移到他地作业，以充分发挥设备的使用效率。
1.3.6通用性与多用途
一般来讲，连续卸船机对货种比较挑剔，用于某种散货时发挥较高的效率，而用于另一种散货时则不然。
应开发对货种适应性强的小型连续卸船机，以便于货源不是十分稳定的中小港口适应市场变化，这就会增强产品竞争能力。
如果在连续卸船机上附加装船功能，甚至设置旋转吊臂，将卸船、装船和起重功能集合为一体，则非常适用于需要货物双向流动的港口。
若小型流动式连续卸船机既有自备内燃动力，又能连接外部电源，则可大大拓展其使用范围。
1.3.7促进港机更新换代
目前我国还存在大量的通用码头使用普通门座起重机装卸散货的现象，如果能开发一种通用性较强的连续卸船机用来替代通用门座起重机装卸散货，将很好地改善此种局面。
日本住友公司开发的300t/h～800t/h压带式连续卸船机用来替代旋转型抓斗起重机，此事可供借鉴。
1.3.8特种货物装卸
港口装卸沥青、硫磺和石灰等危险货物时，作业环境十分恶劣，如果使用连续型装卸设备，可方便地控制危险货物外泄，使作业环境大大改善。
目前我国在此方面的应用不多，市场前景广阔。
1.3.9自动化运转技术
连续卸船机可以方便地使取料头在船舱内按设定路线取料，实现自动化运转。
我国目前使用的连续卸船机的自动化运转技术，包括遥控作业技术大多从国外引进。
今后我们一方面要使这些自动化运转技术、遥控作业技术国产化；更重要的是要开发新技术，使连续卸船机单机的自动化运转与整个码头，乃至整个港口的工艺流程控制、物流管理、生产调度和企业管理甚至港航监督结合在一起。
1.3.10机型优化与技术进步
随着技术的进步，现代高新技术在连续卸船机上的使用将越来越多，相应也提高连续卸船机的技术性能。
此外，围绕降低连续卸船机的能耗，减少货损、机件磨损和环境污染等的研究也将进一步深入。
2连续卸船机的设计
2.1连续卸船机的工作原理
工作原理是，物料由链斗提升机提取，卸到回转转盘附近的料槽内，由臂架皮带机送进大车中的中心料斗，再经过下面的双料斗直接卸到汽车或火车内，或者流到皮带机小车上，经坑道皮带机转库场存放。
见图2。
图2主体构造图
2.1.1连续卸船机结构
连续卸船机结构见图3。
图3连续卸船机结构
连续卸船机主要组成部分：
1.BE回旋机构。
2.前大梁。
3.前大梁回转机构。
4.行走机构
2.1.2BE回旋机构
BE回旋机构见图4。
图4BE回旋机构
BE回旋机构包含料斗，回旋机构可作360°回转，挖掘部分可作0°～35°。
2.1.3前大梁
前大梁部份主要由中空的大梁、连接杆、配重等组成。
通过液压缸的驱动可作向上35°，向下－22°摆动。
见图4。
图4前大梁
2.1.4回转机构
回转机构见图5。
图6回转机构
回转机构由六台带减速机的驱动电动机、1个大齿轮6个小齿轮、回转轴承等组成。
可作全270°（右160°，左110°）旋转运动。
回转机构中间部分是空心的用于卸料。
2.2连续卸船机主要参数设计
连续卸船机已经像大型化、高效率、低损耗的方向发展，按照上述发展趋势，选择的连续卸船机的主要参数为：
整机：
卸矿石3500t/h；卸煤2000t；
矿石密度1.9～3.0t/m3；
煤密度0.8t/m3；
回转角度：
全360°回转速度：
最大0.15r/min
起伏角度：
-18°～35°
起伏中心至旋转中心间距离：
L1=1m
大梁长度L2=42.65m
中心至大梁旋转副距离：
L3=3.3m
大梁旋转中心高度：
H1=7.9m
挖掘面高度H2＝32m
图7连续卸船机结构示意图
2.3连续卸船机其他设计参数
连续卸船机其他设计参数见表4。
表-4卸船机设计参数
起伏角度:
α
起伏中心至旋转中心高距离:
L1=
1
m
大梁长度:
L2=
50.65
m
BE中心至大梁旋转副距离：
L3=
3.35
m
大梁旋转中心高度：
H1=
7.9
m
BE高度:
H2=
35.23
m
1.回转机构重心设计
回转机构重心设计见表5。
表-5重心参数
工位条件
作业时
空载时
静止状态
BE回转角
0°
180°
180°
摆幅
最大
最大
0°
起伏角:
α（°）
下限
水平
上限
静止
-15
0
35
8
重量：
G（t）
1866.63
1758.63
1758.63
重心
X0（m）
3.01
2.71
-0.67
-0.51
Y0（m）
-1.18
-0.76
-1.27
-0.63
转矩
Mx0=G·|X0|
5618.556
5058.567
1178.282
896.9013
My0=G·|Y0|
2202.623
1418.639
2233.46
1107.937
2.挖掘阻力
挖掘阻力见表6。
表-6挖掘阻力参数
起伏角：
α（°）
下限
水平
-15
0
挖掘阻力：
前侧阻力F（t）
6
6
挖掘阻力：
Md=F·|H2-L2sinα-H1|（t·m）
242.6351
163.98
挖掘弯矩:
Td=F·|L2cosα-L1+L3|（t·m）
307.6449
318
3.风载荷
风载荷见表7。
表7-
（1）风载荷参数
风速（载荷计算）V0=
55
m/s
作业时
空载时
静止时
大梁起伏角
α（°）
下限
水平
上限
静止角度
-15
0
35
8
横风
风负荷
W1（t）
123.49
127.92
133.93
129.76
风压中心
X1（m）
20.51
21.43
14.9
21.34
Y1（m）
24.17
29.7
19.1
32.75
转矩
Tw=W1·X1（t·m）
2532.78
2741.326
1995.557
2769.078
纵风
风负荷
W2（t）
74.14
68.94
106.21
79.7
风压中心
Y2（m）
21.64
27.04
39.77
30.13
表-7
（2）BE部分风载荷参数
BE部分风载荷重量除外（BE部分在船舱内）
作业时
退避时
作业时风速
V1=20m/s
20m/s
阵风时风速
V2=
35m/s
风生成最大回转扭矩时的起伏角
αm8度
风生成的最大回转扭矩
Twm=Max（Tw）=
2769.078（t·m）
阵风时生成的最大回转扭矩
Twg=Twm·（v2/v0）2=
1121.362（t·m）
4.力矩计算
力矩计算见表8。
表-8力矩参数
作业时
空载时
静止状态
大梁起伏角α
-15
0
35
8
偏心力矩
Mx0（t·m）
5618.556
5058.567
1178.282
896.9013
挖掘阻力矩
Md（t·m）
242.6351
163.98
-
-
惯性力矩
Mi=0.05·My0（t·m）
110.1312
70.93194
111.673
55.39685
风载荷转矩
横风（t·m）
394.6781
502.3767
338.2563
561.9359
Mw1=W1·Y1·（v1/v0）2
纵风（t·m）
212.1507
246.4975
558.5417
317.5353
Mw2=W2·Y2（v1/v0）2
转矩合计
M1=Mx0+Md+Mi
5971.323
5293.479
1289.955
952.2981
（t·m）
M2={（Mx0+Md）2+Mw12}1/2
5874.465
5246.654
1225.874
1058.397
M3=Mx0+Md+Mw2
6073.342
5469.045
1736.824
1214.437
5.回转所需转矩
回转所需转矩见表9。
表-9转矩参数
1）回转轴自身阻力:
形式:
外齿式传动
直径:
d=
5.05
m
摩擦系数:
μ=
0.01
2）所要扭矩
大梁起伏角
α
作业时
空载时
静止状态
-15
0
35
8
克服自重用
T0=G·μ·d/2（t·m）
47.13241
47.13241
44.40541
44.40541
摩擦转矩
Ts1=2.5·M1·μ（t·m）
149.2831
132.337
32.24888
23.80745
Ts2=2.5·M2·μ（t·m）
146.8616
131.1664
30.64684
26.45992
Ts3=2.5·M3·μ（t·m）
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