毕业设计毕业设计 自卸式集装箱设计自卸式集装箱设计摘 要现有的散货集装箱在进行卸货时，一般都采用起重机进行作业，必须使用起重机将其放在自动倾斜底盘上，利用液压将车底盘倾斜，然后从卸货口进行卸货，这样，不仅需要为其设计专门的自动倾斜底盘车，而且在中转的过程中会造成人力、物力、财力和时间的浪费。本文在分析了传统集装箱的缺点与不足之后，制定设计方案，采用机械机构控制底门的打开与合上，解决了传统集装箱在对干散货物如颗粒状物料进行运输时，难以进行快速储运装卸，难以实现干散货物集装箱卸货的自动化的问题。通过选择底门开关机构、锁紧机构、传动机构、然后进行运动和动力计算，实现集装箱底部自动开门和关门，顶部开门，最后对具体零件的结构进行设计。这样的设计不仅可以节约装卸成本，还可以大大提高装卸效率。关键词：集装箱；自动开关门；设计方案目 录1 绪论11.1 集装箱发展状况11.1.1 集装箱运输发展历史11.1.2 国内集装箱发展状况31.1.3 散货集装箱现状 31.2 自卸式集装箱设计的意义 41.3 论文的研究方法、研究内容52 自卸式集装箱设计62.1 总体方案设计62.1.1 工作条件 62.1.2 传动系统布局62.1.3 润滑方式选择62.2 设计方案62.2.1 有关设计的基本要求62.2.2 底门开关机构82.2.3 锁紧机构的选择 112.2.4 传动机构的选择 142.2.5 顶门开关机构183 传动机构的设计203.1 电动机的选择203.2 蜗轮蜗杆的设计与校核213.2.1 选择蜗杆传动类型223.2.2 蜗轮蜗杆设计计算223.3 锥齿轮设计与校核 253.3.1 锥齿轮设计253.3.2 锥齿轮的校核303.4 同步带设计 333.5 主传动轴的校核363.6 电磁离合器的选用 403.7 联轴器的选择424 其他部分的设计434.1 集装箱的外部强度 434.2 集装箱的内部强度 445 锁紧机构的校核465.1 锁紧块的校核465.2 锁紧轴的校核476 操作方法48结论51参考文献 52致谢531 绪论1.1 集装箱发展状况1.1.1 集装箱运输发展历史集装箱（又称货柜、货箱）是指具有一定强度、刚度和规格专供周转使用的大型装货容器。集装箱运输是以集装箱做为运输单位进行货物运输的一种最先进的现代化运输方式。它具有“安全、迅速、简便、价廉”的特点，有利于减少运输环节，可以通过综合利用铁路、公路、水路和航空等各种运输方式，进行多式联运，使用集装箱转运货物，可直接在发货人的仓库装货，运到收货人的仓库卸货，实现“门到门”的运输。集装箱运输的发展经历了萌芽期、开创期、成长扩展期、现代成熟期四个阶段。1830 年至 1856 年为集装箱运输的萌芽期。1801 年，英国人安德森（James Anderson）博士首先提出了集装箱运输的设想。1830 年在英国铁路上首先出现了一种装煤的容器，也出现了在铁路上使用大容器来装运件杂货。1845 年在英国铁路上开始出现了酷似现代集装箱的载货车厢集装箱雏形。1853 年美国铁路也采用了容器装运法。这是世界上最早出现的集装箱运输的雏形。1880年，美国正式试制了第一艘内河用的集装箱船。正式使用集装箱是在 20 世纪初期。1900 年英国铁路上首先出现了较为简单的集装箱运输。1917 年美国铁路上试行集装箱运输。随后的十余年间，德、法、日、意相继出现了集装箱运输。1933 年在巴黎成立国际集装箱协会，负责制定统一的集装箱标准。二战（1952）后美国建立了“军用集装箱快速勤务系统” ，实现了使用集装箱运输弹药和其他军用物品。但这个时期由于社会生产力还较落后，没有充足而稳定的适箱货源，致使集装箱运输的优越性不能很好发挥，影响了集装箱运输的开展。1956 年至 1966 年为集装箱运输的开创期。1955 年，美国人麦克林（Malcom Mclean）首先提出了集装箱运输必须实现海陆联运的观点，为了便于海陆联运，他主张陆运和海运由一个公司控制和管理。1956 年 4 月 26 日美国泛大西洋船公司（Pan-Atlantic Steamship Co.）使用一艘经改装的 T2 型油船 “顿”号，在甲板上装载了 58 个大型集装箱，试运行纽约至休斯顿航线。3 个月的试运行取得了巨大的经济效果，显示了集装箱运输的巨大优越性。1957 年10 月，该公司又将 6 艘 C-2 型件杂货船改装成了带有箱格的全集装箱船。第一艘船的船名为“Gateway City” ，该船设有集装箱装卸桥，载重量 90000 吨，装载 35 尺集装箱 226 只，箱总重 25 吨，航行于纽约到休斯顿。这标志着海上集装箱运输方式正式开始。自 1966 年起至 80 年代末，集装箱运输进入了成长扩展期。1966 年4 月海陆运输公司（原美国泛大西洋船公司）以经过改装的全集装箱船开辟了纽约至欧洲集装箱运输航线。1967 年 9 月马托松船公司将“夏威夷殖民者”全集装箱船投入到日本至北美太平洋沿岸航线。一年后日本有 6 家船公司在日本至加利福尼亚之间开展集装箱运输。紧接着日本和欧洲各国的船公司先后在日本、欧洲、美国和澳大利亚等地区开展了集装箱运输。随着海上集装箱运输的发展，世界各国普遍建设集装箱专用码头。本世纪 70 年代到 80 年代，是计算机软件发展时代。这个时代把“门到门”的运输目标导向国际多式联运的系统化方向，开始构筑系统运输和联运系统。这也为集装箱运输成熟期的到来做好了准备。80 年代末至今，国际集装箱运输进入现代成熟期。1.1.2 国内集装箱发展状况我国集装箱运输始于 20 世纪 50 年代中期的铁路集装箱运输。20 世纪 70 年代，中国海上集装箱运输的正式启动。自 20 世纪 80 年代以来，中国集装箱运输的增长速度始终以远远超过世界平均增幅（6%-8%）的水平发展。现今中国已初步形成了布局合理、设施较完善、现代化程度较高的集装箱运输体系。未来中国集装箱运输行业有很大的发展和提升空间，中国正在实现从集装箱运输大国向强国的转变。预计到 2020 年，中国港口集装箱吞吐量将达到 2 亿 TEU。1.1.3 散货集装箱现状散货集装箱是集装箱的一种，它适用于装载米、麦、大豆等散装货物，也可以装载各种饲料、树脂、硼砂、水泥、砂石等货物。有玻璃钢制和钢制的两种。前者由于侧壁强度大，故一般装载麦芽和化学品等相对密度较大的散货，后者装载相对密度较小的谷物。现在国内的散货集装箱大多采用这种形式：.箱顶设有 2-3 个装货口，通常为圆形的和方形的两种：方形尺寸，钢制的 510mm780mm；玻璃钢制的 500mm600mm。为了防止雨水侵入箱内，装货口上皆有水密口盖，这种集装箱也要具有水密和气密特性。装货时可以使用铲车或者其他工具从装货口进行装货；端壁门下部设有两个卸货口，其大小为：钢制为 250mm700mm，玻璃钢制为 350mm450mm。箱底有的做成漏斗形式，卸货时可以从漏斗门自动流出，也有的从箱门处流出卸货。后一种卸货方式，为了防止开门时，货物一下子倾出会造成事故，故一般将内侧箱门分为上下两半开启，并在箱门上设有许多小开口，卸货时只打开下半部分的门，货物就能缓缓地流出。另外一种为专门为散货集装箱设计的倾斜式底盘车，这种底盘车能用油压顶起，使之倾斜，货物即可从端门卸货口流出。某些国家对一些需要植物检疫的进口货物，其检疫制度十分严格，如对于进口的粮食就要求在港外进行熏蒸杀虫，因此，散货集装箱上应要求设置投入熏蒸药品的开口，以及熏蒸气体的排出口，而且在熏蒸时能保持完全气密。有些散货集装箱不仅能装散货，也能装杂货，在装一般杂货时，可以把内侧箱门取下，搁在箱上。为了防止箱内货物移动或者倒塌，箱底或者侧壁还设有绑索环，可以将货物绑紧。1.2 自卸式集装箱设计的意义目前，广泛使用的集装箱，结构为一个巨型的箱体，仅在一端设置两扇门。货物只能通过两扇门进行输送，但是对于散货，如颗粒状物料，难以实现快速储运装卸。现有的散货集装箱在进行卸货时，一般都采用起重机进行作业，必须使用起重机将其放在自动倾斜底盘上，利用液压将车底盘倾斜，然后从卸货口进行卸货，这样，不仅需要为其设计专门的自动倾斜底盘车，而且在中转的过程中会造成人力、物力、财力和时间的浪费。本次设计要实现散货集装箱卸货的自动化，自卸式集装箱是起重机将其吊起后，集装箱的底门可以根据外部的控制指令自动开启，将货物卸掉之后，自卸式集装箱还可以自动关闭并锁紧。这样不仅可以节约装卸成本，还可以大大提高装卸效率。这样即可以节省包装成本，又可以实现运输的标准化、专业化、社会化，并可以以箱代储，减少用户在仓储设备等方面的投资，自卸式集装箱改革了传统的运输方式，使得集装箱运输的货种大大增加，其承运设备的大型化、专业化、高效化、和标准化带来的不仅是运输的高效率，而且节能环保的社会化效益也十分明显。它的出现对现代综合物流发展将起到推动和带动作用。自卸式集装箱的优点在于：对于难以实现集装箱化的散杂物品实现了全过程快速、高效、无损耗、无污染、无包装的自动化装卸，实现了大宗散货公路、铁路、海上运输的标准化、专业化、高效化。而且通过具体设计是它也可以作为通用集装箱使用。1.3 论文的研究方法、研究内容本次课题在分析了传统集装箱的缺点与不足之后，制定设计方案，采用机械机构控制底门的打开与合上，解决了传统集装箱在对干散货物如颗粒状物料进行运输时，难以进行快速储运装卸，难以实现干散货物集装箱卸货的自动化的问题。通过选择底门开关机构、锁紧机构、传动机构、然后进行运动和动力计算，实现集装箱底部自动开门和关门，顶部开门，然后对具体零件的结构进行设计，最后用 AutoCAD 绘制出图纸。2 自卸式集装箱设计2.1 总体方案设计2.1.1 工作条件本次设计的集装箱主要用于颗粒状物料的装运，工作条件恶劣。目前常见的集装箱多采用起重机进行作业，无法实现卸货的自动化，本次设计的集装箱长为：3058mm，宽为：2438mm，高为：2896mm。2.1.2 传动系统布局为了增大存储空间，传动系统应靠近集装箱的侧壁，并且安装空间尽量小，设计集装箱的底门为两扇，传动系统分为两个，且对称布置。2.1.3 润滑方式选择由于本次设计的为散货集装箱，为半开式结构，故全部采用脂润滑。2.2 设计方案2.2.1 有关设计的基本要求（1）在满足底部自动开关门的同时，集装箱的刚度、强度、稳定性等力学性能如何保证，即不应影响承载能力。集装箱底开门后，相当于箱底平面的板件结构变成了矩形框式结构。根据材料力学原理，结构件的强度和刚度及稳定性等性能指标，与材质、几何尺寸、几何形状等有关。显然材质不变的情况下，相同的力学性能可以由不同的几何尺寸、几何形状实现。即通过合理的几何尺寸和形状设计可以满足集装箱的力学性能指标要求。（2）用于实现底部自动开门的传动机构不应占用过大的空间，即要保证集装箱内部的空间不受太大的影响。这就需要通过结构的设计，使传动机构尽量分步在靠近箱门或者箱壁的地方。（3）集装箱的成本问题，包括制造和使用成本均不应过高。（4）集装箱在松开锁紧装置之前，底门承受着货物的压力，所以锁紧装置要解决打开底门时的阻力问题。（5）集装箱的使用可靠性应得到保证，要保证在运载过程中出现冲击的情况下不会自动打开，以免发生事故或者造成资源的浪费。（6）集装箱的使用操作应该方便，简单。（7）集装箱的标准化，通用性应得到保证。2.2.2 底门开关机构图 2.1 方案一图 2.2 方案二平面连杆机构具有以下传动特点：（1）连杆机构中构件间以低副相连，低副元素为面接触，在承受同样的载荷的条件下压强较低，因而可以用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单（平面、圆柱面） ，故容易加工。（2）构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平面一般运动的连杆，作往复直线运动的滑块等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。（3）在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构