1、1物流机械简述 分类 运输工具：船舶、铁路机车与车辆、 汽车、飞机、管道 物料搬运机械：起重机械、连续输送机械、装卸搬运机械、专用机械 仓储机械设备23 世界海运世界海运 我国港口吞吐量我国港口吞吐量 1950年年 5.5亿吨亿吨 1950年年 1400多万吨多万吨 1960年年 10.8亿吨亿吨 1970年年 26.5亿吨亿吨 1980年年 超过超过3亿吨亿吨 1978年年 34.3亿吨亿吨 30年增加年增加6倍倍 30年增加了年增加了20倍倍 2003 年年 60亿吨亿吨 95亿吨亿吨4单件货重单件货重 2020英尺集装箱英尺集装箱 20.32t20.32t 40 40英尺集装箱英尺集装箱
2、 30.48t30.48t船型尺寸船型尺寸 滞港费用滞港费用 作用：作用：1 1、提高劳动生产率，减轻体力劳动强度；、提高劳动生产率，减轻体力劳动强度；2 2、可加速装卸，缩短船舶在港停泊时间，提高港口通过能力；、可加速装卸，缩短船舶在港停泊时间，提高港口通过能力；3 3、可降低装卸成本，提高经济效益；、可降低装卸成本，提高经济效益；4 4、可采用先进的装卸工艺，减少货差货损，提高货运质量；、可采用先进的装卸工艺，减少货差货损，提高货运质量；5 5、可为程序化、自动化创造条件。、可为程序化、自动化创造条件。52、港口装卸机械的发展概况和动向、港口装卸机械的发展概况和动向一、概况：一、概况：十七
3、世纪，瓦特发明蒸汽机十七世纪，瓦特发明蒸汽机1892年，德国汉堡，世界上第一台电动机驱动的港口起重机。年，德国汉堡，世界上第一台电动机驱动的港口起重机。二十世纪：二十世纪：1960年美国制造出第一台集装箱装卸桥年美国制造出第一台集装箱装卸桥美：美：Dravo公司制造出第一台桥式抓斗卸船机公司制造出第一台桥式抓斗卸船机起重量起重量35t,50t,70t最大最大85t（1300t/h）(1800 t/h)(2300 t/h)(2500 t/h)日本日本:石川岛播磨石川岛播磨英：英：Coles（柯尔斯）公司，轮胎起重机（柯尔斯）公司，轮胎起重机300t德：德：Krupp公司（克虏伯）公司（克虏伯）4
4、00t汽车起重机汽车起重机美：（美：（Rigan）里甘公司）里甘公司600t汽车起重机汽车起重机日本：日本：1000t汽车起重机，汽车起重机，600t轮胎起重机轮胎起重机。 6我国：我国：19581958年，上海、南京、武汉、广州港机厂（交通部）年，上海、南京、武汉、广州港机厂（交通部）上海港机厂：上海港机厂：10t10t、16t16t门机门机 40t40t集装箱轮胎式龙门起重机集装箱轮胎式龙门起重机 900t900t浮式起重机浮式起重机 400t/h400t/h吸粮机吸粮机 200t200t全旋转自航式起重机全旋转自航式起重机 10001500t/h10001500t/h斗轮机斗轮机 600
5、0t/h6000t/h煤炭装船机煤炭装船机上海振华港机公司：上海振华港机公司： 19931998 19931998 集装机起重机集装机起重机9999台台 轮胎式起重机轮胎式起重机116116台台 散货装、卸船机散货装、卸船机1515台台销往：美国、加拿大、巴西、新加坡销往：美国、加拿大、巴西、新加坡19991999年年8 8月月 德国不来梅港德国不来梅港1111台台60t60t集装箱起重机集装箱起重机7二、发展动向二、发展动向1 1、高效、大型化：巴西图巴里沃港、高效、大型化：巴西图巴里沃港3535万吨级，装铁矿石万吨级，装铁矿石20000t/h20000t/h德德PHBPHB公司公司85t8
6、5t散货卸船机、荷兰、瑞典散货卸船机、荷兰、瑞典4000t4000t浮式起重机浮式起重机2 2、专业化、多用化、专业化、多用化3 3、标准化、系列化、标准化、系列化4 4、环保要求高和安全可靠性、环保要求高和安全可靠性5 5、省力化、自动化。、省力化、自动化。 89第一章第一章 港口起重机概述港口起重机概述10 第一节第一节 工作特点和分类工作特点和分类第二节第二节 起重机的基本参数及其确定起重机的基本参数及其确定第三节第三节 起重机械驱动型式起重机械驱动型式第四节第四节 工作载荷工作载荷11一、一、 工作特点：周期性、间歇性工作特点：周期性、间歇性港口起重机的特点：港口起重机的特点：1 工作
7、繁忙，间歇时间少工作繁忙，间歇时间少2 室外工作，工作环境差室外工作，工作环境差3 潮位变化潮位变化1- -1 1 工工作作特特点点和和分分类类12二、二、 分类：分类：1.轻小型起重设备轻小型起重设备2.升降机升降机3.臂架起重机门座起重机、轮胎式起重臂架起重机门座起重机、轮胎式起重机、汽车起重机、浮吊机、汽车起重机、浮吊4.桥架起重机龙门起重机、桥式抓斗卸船桥架起重机龙门起重机、桥式抓斗卸船机、岸边集装箱起重机、轮胎式集装箱龙门机、岸边集装箱起重机、轮胎式集装箱龙门起重机起重机13三、三、 起重机械的组成：起重机械的组成：1 工作机械工作机械-四大机构：四大机构： 起升，变幅，回转，运行起
8、升，变幅，回转，运行（大车，小车）（大车，小车）2金属结构桁架结构，箱型结构，板金属结构桁架结构，箱型结构，板梁结构梁结构 作用：承载货物，安装机构作用：承载货物，安装机构3 动力系统和操纵系统动力系统和操纵系统电气、内燃电气、内燃 机械、电气、液压机械、电气、液压4 安全装置行程开关，防风装置安全装置行程开关，防风装置（夹（夹轨器）轨器）14一、一、起重量起重量1. 定义：起重机正常工作时允许起吊的最大质量（定义：起重机正常工作时允许起吊的最大质量（t）Q额额Q货货G取取式中式中Q货货正常工作时起吊的最大货载质量正常工作时起吊的最大货载质量G取取取物装置的质量。指抓斗、电磁吸盘、取物装置的质
9、量。指抓斗、电磁吸盘、 集装箱吊具质量，而不包括吊钩的质量。集装箱吊具质量，而不包括吊钩的质量。1-2 1-2 起重机的主要参数及其确定起重机的主要参数及其确定152 起重量的幅度条件起重量的幅度条件门机、桥式卸船机工作幅度门机、桥式卸船机工作幅度（外伸距）（外伸距）之内均能吊起额定起重量之内均能吊起额定起重量轮胎吊、汽车吊在各个幅度下额定起重轮胎吊、汽车吊在各个幅度下额定起重量不同，铭牌上所指的是最小幅度并打支腿量不同，铭牌上所指的是最小幅度并打支腿时允许起吊的质量。时允许起吊的质量。3 3 主、副钩主、副钩副钩副钩 起重量起重量（2040）主钩起重量主钩起重量164. 确定起重量的原则确定
10、起重量的原则应符合国标和部标应符合国标和部标 起重量必须与转载工作条件和工艺过程相配合起重量必须与转载工作条件和工艺过程相配合a.a.门机散货的装卸门机散货的装卸Q额额取决于生产率取决于生产率 t/ht/hb. b. 门机件杂货的装卸门机件杂货的装卸经常起吊的最重件为依据经常起吊的最重件为依据 若难得出现的重大件，则不予考虑若难得出现的重大件，则不予考虑c.c.轮胎吊轮胎吊臂架臂架40405050时能吊起经常出现的重件。时能吊起经常出现的重件。 最小幅度时能吊起偶尔出现的重大件。最小幅度时能吊起偶尔出现的重大件。17二、幅度（外伸距）二、幅度（外伸距）幅度幅度回转类型起重机取物装置中心线至回转
11、中心线的回转类型起重机取物装置中心线至回转中心线的水平距离。水平距离。18外伸距外伸距桥式卸船机临水侧支腿中心线至吊具中心线最大桥式卸船机临水侧支腿中心线至吊具中心线最大 水平距离。水平距离。19确定的原则：取决于装卸对象的尺寸参数和工艺要求确定的原则：取决于装卸对象的尺寸参数和工艺要求a.a. 最大幅度最大幅度使吊具能到达货轮舱口外缘使吊具能到达货轮舱口外缘b.b. 最小幅度最小幅度从扩大工作面出发，尽量取小，一从扩大工作面出发，尽量取小，一般从构造上考虑，取般从构造上考虑，取 7 78 8 米。米。c.c. 轮胎起重机在货场作业时要求吊具中心能过轮胎起重机在货场作业时要求吊具中心能过货堆中
12、心。货堆中心。20例：结构尺寸如下图，选择多大幅度的门机？例：结构尺寸如下图，选择多大幅度的门机？R Rm ma ax x = = 1 10 0 + + 5 5 + + 1 1 + + 2 2 + + 1 10 0. .5 5/ /2 2 = = 2 23 3. .2 25 5( (m m) ) 取取 R Rm ma ax x = = 2 24 4m m21三、三、 起升高度是指起重机能将额定起重量起升的起升高度是指起重机能将额定起重量起升的最大垂直距离最大垂直距离(m)(m)。 H H H H上上 H H下下 H H上上升到最高位置时，钩吊中心升到最高位置时，钩吊中心（或抓斗底（或抓斗底部）
13、至轨面的垂直距离。部）至轨面的垂直距离。 H H下下轨面下的下降深度轨面下的下降深度22 确定原则：确定原则： H H上上应保证在洪水位和船舶空载吃水条件下，将大包应保证在洪水位和船舶空载吃水条件下，将大包货物起出舱口。货物起出舱口。 H H下下应保证在枯水位和船舶满载吃水条件下，吊钩能应保证在枯水位和船舶满载吃水条件下，吊钩能下降至舱底。下降至舱底。23四四、工作速度工作速度起升速度起升速度 m/min m/min 变幅速度（平均）变幅速度（平均）Rmax Rmin m/minRmax Rmin m/min回转速度回转速度 r/min r/min 运行速度运行速度 m/min m/min变幅
14、速度变幅速度 取物装置从取物装置从 Rmax 到到 Rmin 沿水平方沿水平方向移动的平均速度。向移动的平均速度。 其它机构的速度即电动机进入稳定运动时反映在工其它机构的速度即电动机进入稳定运动时反映在工 作装置上的速度。作装置上的速度。24确定的原则：确定的原则：1 1 前方工作的门机、装卸桥，与生产率有关的起升、变幅、回转、前方工作的门机、装卸桥，与生产率有关的起升、变幅、回转、小车运行等机构取高速，大车运行机构取低速。小车运行等机构取高速，大车运行机构取低速。2 2用于堆物工作的轮胎起重机取较低速。用于堆物工作的轮胎起重机取较低速。3 3高速的选取与工作行程相适应。高速的选取与工作行程相
15、适应。行程长，则宜采用较高速，行程短，行程长，则宜采用较高速，行程短，宜采用较低速，使机构在正常工作时宜采用较低速，使机构在正常工作时能有稳定运动阶段。能有稳定运动阶段。vt稳定运行时间不小于稳定运行时间不小于总时间的总时间的1/21/2。2512极端情况：vmaxt若 v - t 图形为三角形，则无稳定运动阶段。tS可以推出：asvmax a 加速度 （ m/s2 ）s 行程 （ m ）要有稳定运动阶段，应使工作速度v vmax26五、五、 生产率单位时间内吊运货物的总吨位数生产率单位时间内吊运货物的总吨位数t/ht/h1.1. 生产率生产率 Q Q 的计算式的计算式对件杂货对件杂货Q Q
16、n m n m货货 (t/h) (t/h) 对散货对散货Q = n V Q = n V 堆堆 (t/h) (t/h) 式中式中 n n每小时工作循环次数每小时工作循环次数m m货货每吊货物的平均质量每吊货物的平均质量(t)(t)V V抓斗的有效容积抓斗的有效容积（m m3 3）堆堆散货的堆积密度散货的堆积密度(t/m(t/m3 3) ) 堆积状态下单位体积所有的质量堆积状态下单位体积所有的质量抓斗的填充系数，对粒状货物取抓斗的填充系数，对粒状货物取 0.80.81.01.0对块状货物取对块状货物取 0.60.60.90.9 其中其中n = 3600/T T-n = 3600/T T- 一个工作
17、循环的总时间一个工作循环的总时间 单位：单位：s s272 2提高生产率的措施提高生产率的措施提高起重量或降低抓斗自重提高起重量或降低抓斗自重增加增加 n a.n a.速度速度b. tb. t起起、t t制制 c.c.LL d.d.合并动作合并动作推广先进的管理和操作经验推广先进的管理和操作经验a.抓货尖抓货尖 b. tb. t辅辅 28六六、轨轨距距、跨跨度度和和基基距距2930对轮胎起重机对轮胎起重机: :31轨距取决于其中的铁路线轨距取决于其中的铁路线标准轨距一线标准轨距一线6m6m 二线二线10.5m10.5m 三线三线15.3m15.3m基距考虑轮压、稳定性基距考虑轮压、稳定性汽车起
18、重机采用通用底盘汽车起重机采用通用底盘在汽车底盘的基础上放宽、加大在汽车底盘的基础上放宽、加大轮胎起重机轮胎起重机 考虑火车能运输考虑火车能运输32七、起重机整机及其工作机构的工作级别七、起重机整机及其工作机构的工作级别1. 定义定义 表明起重机及其机构的工作繁忙程度及载荷表明起重机及其机构的工作繁忙程度及载荷 状态的参数状态的参数2. 为什么要确定工作级别为什么要确定工作级别起重机工作时反复短暂，周期性、载荷的不均匀性。起重机工作时反复短暂，周期性、载荷的不均匀性。为了在设计起重机及其零件时根据不同情况选用不同的为了在设计起重机及其零件时根据不同情况选用不同的许用应力、安全系数许用应力、安全
19、系数 ,特别是疲劳安全系数。特别是疲劳安全系数。便于用户根据实际工作需要合理地选用相应工作级别的便于用户根据实际工作需要合理地选用相应工作级别的起重机产品。起重机产品。333 3划分工作级别的方法和步骤划分工作级别的方法和步骤 工作级别：整机工作级别：整机A A1 1A A2 2A A8 8机构机构M M1 1M M2 2M M8 8表明繁忙程度表明繁忙程度 利用等级利用等级 整机整机U U0 0U U1 1 U U9 9机构机构T T0 0 T T1 1 T T9 9表明载荷的满载程度表明载荷的满载程度 载荷状态载荷状态 轻、中、重、特重轻、中、重、特重根据利用等级和载荷状态，可定出工作级别
20、根据利用等级和载荷状态，可定出工作级别344.4.接电持续率接电持续率JCJC值的概念值的概念 由于起重机各个机构的工作繁忙程度不同，各机构接由于起重机各个机构的工作繁忙程度不同，各机构接电持续率也不一样，计算机构的接电持续率在于更适当地电持续率也不一样，计算机构的接电持续率在于更适当地选择电动机。选择电动机。 JCJC t/Tt/T100%100%式中式中: :t t 起重机一个工作循环周期中，该机构的运转时间起重机一个工作循环周期中，该机构的运转时间T T 起重机一个工作循环的总时间，起重机一个工作循环的总时间，T T1010分钟分钟分为分为1515252540406060 四种四种35注
21、注意意：同同样样型型号号的的电电动动机机在在不不同同的的 J JC C 值值下下发发出出的的功功率率不不同同例例：J JZ ZR R2 26 63 31 10 0 型型J JC C1 15 52 25 54 40 06 60 0N N（K KW W） 7 75 5 6 60 0 4 48 8 4 40 0在在选选择择减减速速器器时时也也要要考考虑虑 J JC C 值值36一、电力驱动电力驱动特点：构造简单，操纵维修方便，有一定的过载能力，特点：构造简单，操纵维修方便，有一定的过载能力，可以正反转，各机构可分别驱动。可以正反转，各机构可分别驱动。 但需要电源但需要电源常用电机：交流电机绕线式（常
22、用电机：交流电机绕线式（JZR YZRJZR YZR） 鼠笼式（鼠笼式（JZ YZJZ YZ） 直流电机直流电机 ZZY ZZJ ZZZZY ZZJ ZZ系列系列1-3 1-3 起重机械的驱动型式起重机械的驱动型式37二、内燃机驱动二、内燃机驱动优点：独立能源，机动性好优点：独立能源，机动性好缺点：内燃机不能带载起动，缺点：内燃机不能带载起动， 各机构必须带离合器各机构必须带离合器 内燃机不能反转，各机构必须带换向器内燃机不能反转，各机构必须带换向器 内燃机调速困难内燃机调速困难 结构复杂，噪声，废气结构复杂，噪声，废气38三三、 内内燃燃机机 电电力力驱驱动动 （电电传传动动）柴柴油油机机
23、（发发动动机机） 四四大大机机构构电电动动机机四四、 内内燃燃机机 液液压压驱驱动动 变变旋旋转转运运动动 油油马马达达 柴柴油油机机 高高压压油油泵泵（高高压压油油） 变变直直线线运运动动 油油缸缸 39五、电力驱动及电动机的选择五、电力驱动及电动机的选择1. 1. 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理转子在旋转磁场中的转动转子在旋转磁场中的转动三相交流电的情况三相交流电的情况我国交流频率我国交流频率 f f1 1 =50 =50周周/ /秒秒旋转磁场转速旋转磁场转速 n n1 1 = 60 f = 60 f1 1 = 3000 = 3000转转/ /分分 ( (一对磁极一对磁极) )对
24、对p p对磁极来说对磁极来说 n n1 1 = 60 f = 60 f1 1/ p / p 转转/ /分分40异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性M Mn n 电动机的额定转矩电动机的额定转矩M Mq q 电动机的起动转矩电动机的起动转矩 M Mq q = 1.6 M = 1.6 Mn nM Mk k 电动机的临界转矩电动机的临界转矩2 2、电动机工作时的温度变化过程、电动机工作时的温度变化过程 几种工作制度几种工作制度41a.a.连续工作制连续工作制(S(S1 1) )b.b.短时工作制短时工作制 (S(S2 2) )42c.c.间歇工作制间歇工作制, ,起动对温度无起动对温度无影响影响
25、( (S S3 3) )d. d. 间歇工作制间歇工作制, ,起动、制动起动、制动对温度有影响对温度有影响( (S S4 4、 S S5 5) )433.3.电动机容量的选择电动机容量的选择 接电持续率接电持续率,JC,JC值值 载荷作用时间与载荷循环时间的比值，用百分数表示载荷作用时间与载荷循环时间的比值，用百分数表示 JCJC t/T t/T100%100%式中式中:t :t 起重机一个循环周期中，该机构的运转时间起重机一个循环周期中，该机构的运转时间T T 起重机一个工作循环的总时间，起重机一个工作循环的总时间，T T1010分钟分钟分为分为1515252540406060 四种四种计算
26、出的计算出的 JC JC值往上靠，圆整成标准值往上靠，圆整成标准 JC JC值，作为机构的值，作为机构的 JC JC值。值。或根据规范上的表格来选择或根据规范上的表格来选择 JC JC值。值。44 CZ CZ值值 机构惯量增大率与电动机起动次数的乘积机构惯量增大率与电动机起动次数的乘积 C C 机构惯量增大率机构惯量增大率 GDGD2 2d d + GD + GD2 2e e C = C = GD GD2 2d d GDGD2 2d d 电动机转子的飞轮矩电动机转子的飞轮矩 (kg.m(kg.m2 2) )GDGD2 2e e 工作机构中除了电动机之外的转动质量和移动工作机构中除了电动机之外的
27、转动质量和移动 质量折算到电动机轴上的等效飞轮矩质量折算到电动机轴上的等效飞轮矩 (kg.m(kg.m2 2) )Z Z 折算的机构每小时全起动次数折算的机构每小时全起动次数 Z = dZ = dc c + 0.25 d + 0.25 di i + 0.8 f + 0.8 fd dc c每小时全起动次数每小时全起动次数d di i每小时点动次数每小时点动次数f f 每小时电气制动次数每小时电气制动次数 初步设计时初步设计时根据规范上的表格来选择根据规范上的表格来选择 CZCZ值。值。45 G G值值 稳态负载平均系数稳态负载平均系数 1.01.0G G1 1 、G G2 2、 G G3 3、
28、G G4 4 各机构在不同的工作条件下各机构在不同的工作条件下 G G值值 不同。不同。 可可根据规范上的表格来选择根据规范上的表格来选择 G G值。值。46电动机的额定状态（基准状态）电动机的额定状态（基准状态）YZRYZR型绕线式电动机型绕线式电动机JC = 40% CZ = 6 JC = 40% CZ = 6 作为电动机的额定状态作为电动机的额定状态47 转动惯量的折算转动惯量的折算 以运行机构为例以运行机构为例 基本思想：基本思想：a.a.所有运动惯量向电机轴（高速轴）折算。所有运动惯量向电机轴（高速轴）折算。b.b.位于轴位于轴2 2、轴、轴3 3上的转动惯量上的转动惯量 J2 、J
29、3和位于轴和位于轴1上的等效上的等效质量的转动惯量具有相同的动能。质量的转动惯量具有相同的动能。c.直线运动质量与位于轴直线运动质量与位于轴1上的上的等效质量的转动惯量具上的上的等效质量的转动惯量具有相同的动能。有相同的动能。48J11J21J31Jm149稳定运动时（不计效率）稳定运动时（不计效率）E系统系统= J112 + J222 + J332 + m v2 22 32 v2 = 12 J1 + J2 + J3 + m 12 12 12 系统折算到系统折算到 1轴（高速轴）的折算转动惯量轴（高速轴）的折算转动惯量 其中：其中：2 /1 = 1 / i21 3 /1 = 1 / i31 1
30、 1 v2 上式上式 = 12 J1 + J2 + J3 + m i212 i312 12其中：其中： Ji / ii12 Ji 折算到折算到 高速轴的折算转动惯量高速轴的折算转动惯量50机构起动时机构起动时 （不计效率）（不计效率）M Mn n 电动机的额定转矩电动机的额定转矩 （稳定运动时）（稳定运动时）M Mq q 电动机的起动转矩电动机的起动转矩 M Mq q = 1.6 M = 1.6 Mn nM Mabab 静力矩静力矩 （低速轴上）（低速轴上）M Mj j 静阻力矩静阻力矩 （ M Mabab 折算到高速轴上折算到高速轴上 M Mabab /i = M /i = Mj j ) )
31、J折算折算M Mq qM Mj jM Mq q - M- Mj j = = J折算折算 通过以上分析，可求得机构起动加速度通过以上分析，可求得机构起动加速度51电动机选择的步骤电动机选择的步骤a.a.初选电动机初选电动机根据外载荷及机构速度计算机构的静功率根据外载荷及机构速度计算机构的静功率 N N静静按机构速度，减速器速比的可能性，确定电动机按机构速度，减速器速比的可能性，确定电动机的极对数。（可类比）的极对数。（可类比）按按 JC JC值值 及及 CZ CZ值值 选功率接近的电动机选功率接近的电动机b.b.验算验算 起制动时间及起制动加速度验算起制动时间及起制动加速度验算电动机发热验算电动机发热验算 G N G N静静 P P 则验算通过则验算通过 P P 电动机产品表上的电动机功率电动机产品表上的电动机功率电动机的过载验算电动机的过载验算52535455565758596061626364
