摘 要

本文利用 Solidworks、ADAMS 等现代 CAD 技术完成了对 MQ4040单臂架门座起重机的总体设计以及转台结构的设计。文章详细描述了起重机总体设计的流程，需要计算以及校核的参数或者系统，并对转台结构的设计进行了计算。主要的工作有如下以下几个部分：

起重机总体设计：依据原始参数对MQ4040单臂架门座式起重机进行总体设计，包括对臂架系统中的吊重水平位移补偿系统的校验（找点计算），以及其臂架自重平衡系统的校验，以求降低整机能耗。另外，还初步估计各构件特别是臂架，活对重等的重心位置，再依据这些数据对起重机各部分以及总体进行自重力矩的计算，并依此计算出整机重心位置。再根据估计出的各部件重心高度，以及各迎风部件的迎风面积，分别算出空载和满载时，最大幅度与最小幅度时整机所受的来自不同方向的风力引起的风载荷。再根据风载荷以及计算出的整机重心位置，计算车轮支反力和轮压、倾覆力矩。再根据整机重量以及起重量计算出各工况下起重机的抗倾覆稳定性。再然后，依次进行了车挡冲击力、防风抗滑制动力以及防风锚定的计算。

门座起重机转台结构的设计：依据总图先绘制出转台的CAD图纸，然后根据图纸上的尺寸利用Solidworks软件建立转台的3D模型，最后将模型导入ANSYS，附上结构原有的约束，并用ANSYS软件模拟和分析计算了转台结构的受力情况，完成仿真，找出了危险点或者截面，验算了结构的安全性。

本文的特色在于借助 Solidworks，、AutoCad，ANSYS等现代CAD技术完成了对MQ4040门座起重机的总体设计以及转台结构的设计工作，显著提高了设计的效率，同时，由于软件比手工计算更精确，所以这一设计工作不仅提高了效率，还优化了起重机的性能，降低了使用过程中产生的能耗，减少了设计开发成本，在传统设计方法的基础上有了很大的提升。

关键词：门座式起重机；总体设计；转台结构；ANSYS

Abstract

In this paper, we have completed the overall design of the MQ4040 single arm gantry crane and the design of the turntable structure by using modern CAD technology such as Solidworks and ADAMS. The article describes in detail the overall design process of the crane, the parameters and systems that need to be calculated and checked, and the design of the turntable structure is calculated. The main work is as follows:

The overall design of the crane: according to the original parameters, the overall design of the MQ4040 single arm gantry crane is carried out, including the check of the horizontal displacement compensation system in the arm frame system and the check of the self weight balance system of the arm frame, in order to reduce the energy consumption of the whole machine. In addition, a preliminary estimate of the center of gravity of each component, especially the arm, the center of gravity of the live weight, and the calculation of the weight moment of all parts of the crane and the overall weight of the crane is carried out on the basis of these data, and the center of gravity of the whole machine is calculated. According to the estimated height of the center of gravity of each component and the windward area of each windward part, the wind load caused by the wind from different directions is calculated at the maximum amplitude and the minimum amplitude of the air load and full load. According to the wind load and the position of the center of gravity of the whole machine, the wheel counterforce and wheel pressure and overturning moment are calculated. Then the anti overturning stability of the crane under each working condition is calculated according to the weight and the weight of the whole machine. Then, the calculation of impact force, windproof and anti sliding braking force and windproof anchorage are carried out in turn.

The design of the turntable structure of the portal crane: drawing the CAD drawings of the turntable first according to the general drawing, and then using the Solidworks software to establish the 3D model of the turntable according to the size of the drawing. Finally, the model is introduced into the ANSYS, the existing constraints are attached to the structure, and the force situation of the turntable structure is simulated and analyzed with the ANSYS software and completed. The dangerous point or section is found by simulation, and the safety of the structure is checked.

The feature of this paper is that with the help of modern CAD technology such as Solidworks, AutoCad, ANSYS and so on, the overall design of the MQ4040 portal crane and the design of the turntable structure have been completed, and the efficiency of the design is greatly improved. At the same time, because the software is more accurate than the manual calculation, the design not only improves the efficiency, but also optimizes the efficiency. The performance of the crane reduces the energy consumption in the process of use and reduces the cost of design and development. It has been greatly improved on the basis of the traditional design method.

Keywords：portal crane；overall design turntable structure；ANSYS

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

第2章 MQ4040门座式起重机总体设计计算 6

2.1主要性能参数要求 6

2.2臂架系统设计 6

2.2.1吊重水平位移补偿系统设计及校验 6

2.2.2臂架自重平衡系统校验 8

2.3起重机自重力矩计算 10

2.4起重机各部分的迎风面积、风力矩计算 12

2.5轮压计算 15

2.5.1四支点系统支承反力计算 15

2.5.2轮压计算 17

2.6起重机稳定性校验计算 18

2.6.1第一种计算工况 18

2.6.2第二种计算工况 18

2.6.3第三种计算工况 19

2.6.4第四种计算工况 19

2.7车挡冲击力计算 20

2.8防阵风制动能力计算 21

2.9非工作状态下防风锚定力计算 21

第3章 起重机转台结构设计 23

3.1综述 23

3.2转台的工作原理 23

3.3转台结构的受力分析 23

3.4转台的结构设计与建模 24

3.5基于ANSYS的转台3D模型的静力学分析 25

3.5.1 ANSYS软件简介 25

3.5.2 ANSYS分析处理 26

3.6载荷处理 26

3.7受力分析 27

第4章 环境影响及经济型分析 29

4.1环境影响分析 29

4.2经济性分析 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

19、20世纪以来，随着人类科技的进步，衣食住行的方式也越来越先进，就“行”而言，更是夸张，在海陆空三个方向都有显著进步。原来能跑的现在更快了，不能飞的现在能飞了，原来下不了水的现在能大洋远航了，而这一改变就造成了世界各处都开始发展港口事业，因为大家都知道，海洋太大了，也太富饶了，没人自甘落后，蜂拥而上争相分一杯羹，而经济活动永远追求效率，海上不比陆地上那么快，唯有少次多量才可能有效率，因此港口事业的发展必然的也带动了（门座）起重机的发展。19世纪末，世界上第一台大型起重机诞生了，它最早就应用于港口。随后造就的是港口行业，远洋航海的繁荣，自然的，码头越来越大，各种各样的起重机也开始出现，结构与型式也有很多新花样，用来解决与适应发展过程中遇到的新问题，同时，随着人们认识到门座起重机的优越性，渐渐的，一些作业条件与港口类似的地方，也开始出现它们的身影。

时间很快就到了21世纪，时代的发展更加的日新月异了，随着经济全球化和物流业的不断发展，港口在现代货物流通中，不仅未现颓势，反而地位是愈加重要。因此，其发展水平已成为衡量一个国家社会发展水平的主要标志之一。根据林夫奎等^[1]对于我国起重机械产业发展状况及标准化现状分析可知，我国起重运输机械行业，经过半个多世纪的发展，特别是近十几年的高速发展，已经形成了完整的科研、生产体系，是我国重型机械装备制造行业的重要组成部分，是我国国民经济的重要产业之一。而研究同一课题的宋希文也得出了类似的结论^[2]，称其对于社会生产、建设做出了卓越的贡献，在冶金、电力、石化、交通以及船舶等行业当中，起重机械设备已经成为必不可少的设备。随着我国经济的快速发展，起重机械产业也在逐渐发展壮大，为国民经济的建设给予了极其有力的支持。

二战后近几十年，特别是进入21世纪来，世界各国起重运输行业发展迅猛，国内外都不断在技术与商业规模方面有了突破，与当年已不可同日而语，几个世界级超级大港口声名远播就是明证。总之时代不停在进步，对手和伙伴也在不停进步，技术发展也如学习一样，有如逆水行舟不进则退，更何况，这样的进步、努力，是具有积极意义的，而不是单纯攀比，势必让人们生活更好。因此，关于起重设备的技术研发一刻也不能停，这方面的工作、努力永远是有意义的。

1.2国内外研究现状

前面已经讲到，进入21世纪后，世界各国的起重机行业都是在飞快进步，接下来，就具体介绍一下这些年的发展情况，看看到底进步在哪里。

由因索果，一个必然事实是：任何事物的发展进步都源于需求。

我们先思考一下，港口行业会有哪些需求呢？

其一，先前我们说过，追求效率。那港口要提高效率，需要起重机往怎样的方向发展呢？要更快!只有装货卸货快了，流水才会更多，而流水可以说是任何一个港口都追求的，因为它代表着看得着的利润。那么就来看看，门式起重机（行业）是怎么变快的。

首先，机器变得更大，同时也注重对空间的合理应用。这样，每一个装卸回合，就有更大的吞吐量，同时多机一船也更容易。

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