摘 要

门座式起重机是现代港口中一种重要的起重作业机械，因其具下半部有类似门架结构而得名。一台安全可靠，作业效率高的门座式起重机可以减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，提高港口的作业效率，是众多港口中最基本也是使用最广泛的一种机械。

本文以MQ4025门座式起重机为设计对象，再现了门座式起重机总体设计的方法流程，并对其起升机构进行设计。设计包括各项参数的计算，以及总体的CAD图纸，并进行稳定性验算，从而选择驱动方式以及驱动布置方式。

关键词：门座式起重机：总体设计：起升机构设计

Abstract

The portal crane is an important lifting machine in the modern port, because it has a similar mast structure in the lower part of the name. A safe and reliable, high efficiency of the portal crane can reduce the labor intensity of workers to improve the working conditions of workers to improve the efficiency of the port, is the most basic and most widely used in a number of ports in a mechanical.

In this paper, the MQ4025 portal crane is designed as the design object, and the method of the overall design of the portal crane is reproduced and the hoisting mechanism is designed. Design includes the calculation of the parameters, as well as the overall CAD drawings, and stability check, so as to choose the drive and drive the layout.

Key words：Door crane：Overall design：Hoisting mechanism design

目录

第一章绪论 1

1.1课题的研究目的的意义 1

1.2课题研究的内容 2

第二章MQ4025门座起重机总体设计 3

2.1设计性能参数 3

2.2确定主要工作机构和金属结构的形式 3

2.2.1 起升机构 4

2.2.2.变幅系统设计 6

2.2.3回转机构 7

2.2.4运行机构组成及形式 9

2.3起重机所受载荷的计算 10

2.3.1起重机所受到的自重载荷 10

2.3.2起重机在垂直运动时引起的动载荷 11

2.3.3起重机做变速运动引起的载荷 13

2.3.3起重机所受的坡道载荷 14

2.3.4起重机所受到的风载荷 15

2.3.5起重机受到的碰撞载荷 22

2.3.6试验载荷 22

2.4起重机的轮压计算 23

2.4.1概述 23

2.4.2起重机的支撑反力及轮压计算 23

2.5起重机的整机抗倾覆稳定性验算 25

2.5.1概述 25

2.5.2检验原则及方法 25

2.5.3验算工况、载荷系数及组合 26

2.5.4抗倾覆稳定性验算 27

第三章 起升机构设计及计算 34

3.1起升机构概述 34

3．2起升驱动装置的布置形式 34

3.3起升机构的设计算 35

3.3.1选择滑轮组的形式和倍率 35

3.3.2选取钢丝绳型号 35

3.4选取滑轮 37

3.5卷筒的相关设计计算 37

3.5.1卷筒的直径 37

3.5.2计算卷筒的长度 37

3.5.3卷筒转速 38

3.5.4卷筒壁厚 38

3.5.5卷筒验算 38

3.6选择起升机构的驱动电动机 40

3.6.1概述 40

3.6.2计算电机所需功率 40

3.6.3电动机的校验 40

3.7选择减速器 42

3.7.1计算减速器所需传动比 42

3.7.2确定减速器的传动比 42

3.7.3选取减速器 42

3.7.4减速器校验 42

3.7.5校核实际起升速度 43

3.8选择制动器 43

3.9机构启制动时间校验 44

第四章经济性分析 46

4.1环境影响分析 46

4.2经济性分析 46

第五章设计分析与总结 48

5.1设计总结 48

5.1.1总体设计 48

5.1.2起升机构设计 48

5.2设计感想 48

第一章绪论

1.1课题的研究目的的意义

随着经济贸易全球化，国家与国家之间的经济贸易往来越来越频繁，在众多的运输方式中，海运以其运输量大，运输成本低廉而成为大宗货物运输的主要方式。

我国自改革开放以来，经济长期保持高速增长，迅速成为仅次于美国的世界第二大经济体，创造了世界经济奇观。以珠三角，长三角为代表的一大批沿海工业基地更是让中国成为了世界工厂，在2008年经济危机以后中国成为了拉动世界经济复苏的火车头，为世界经济复苏发挥了重要作用，而这一切都离不开星罗棋布于中国沿海和内河的港口。

没有这些众多的港口，中国经济无法迅猛发展，中国经济的迅猛发展反过来要求更专业，效率更高的港口码头。而在琳琅满目的港口机械中，门座式起重机作为最基本、使用最广泛的一种起重机械，具有较高的作业效率，结构相对简单可靠，机动性能强，可以搭载多种吊具，适用性强等特点使其成为众多的港口起重机中最基本也是应用最广泛的一种机械。

目前,门座式起重机的发展已较为成熟，国内外都在开发探索港口机械的自动化、无人化、绿色化、轻便化的研究。国内以振华港机为代表的港机制造企业都开始了自动化码头的探索。但由于我国的工业基础薄弱，起重机发展相较于国外而言相对落后，且起重机的制造水平和国外相比还有一定的差距，具体表现在以下几个方面：

1. 起重机的品种不够丰富，高端机械制造难度大。
2. 起重能力与国外起重机相比尚存在一定的差距。
3. 国内的PLC控制器离国际先进水平尚有一定的差距。
4. 起重机功能不够多样化，外形不够美观。

国外目前已有一些自动化码头建成，例如荷兰的鹿特丹港等。但是不管港口怎么变化，门座式起重机作为最基本的港口机械，它在港口中的地位和基本结构在短时间内不会发生太大的变化。

在可以预见的将来，港口起重机将会发生以下的变化：

1. 起重机械更加大型化，专业化。
2. 起重机极有可能出现新的机构形式，使结构更为简单可靠。
3. 起重机将会向着无人化，自动化方向发展。
4. 起重机将会模块化、通用化。
5. 起重机的传动机构可能出现新的变革，以实现更高的作业效率。
6. 起重机的驱动将会更加环保，绿色，低碳。

1.2课题研究的内容

本文以MQ4025门座式起重机为设计对象，再现了门座式起重机总体设计的方法流程，并设计其起升机构。设计包括各项参数的计算，以及总体的CAD图纸，并进行稳定性验算，从而选择驱动方式以及驱动布置方式。

具体工作如下：

（1）确定起重机性能参数。

（2）确定工作机构的主要形式。

（3）确定金属结构的主要形式。

（4）载荷的计算：自重载荷，额定起升载荷，垂直运动引起的动载荷，变速运动引起的载荷，坡道载荷，风载荷，碰撞载荷，试验载荷等。

（5）计算轮压。

（6）整体抗倾覆力矩稳定性验算。

（7）确定起升机构驱动装置布置形式。

（8）确定起升机构传动方案，选择滑轮组的形式和倍率。

（9）计算拉应力并选择钢丝绳。

（10）确定卷筒的形式以及尺寸。

第二章MQ4025门座起重机总体设计

2.1设计性能参数

依据设计任务，本次设计的起重机主要性能参数如下

2.2确定主要工作机构和金属结构的形式

在起重机领域，金属结构的发展相对较晚，随着科学技术的日新月异，许多新机型，新结构，新技术，新工艺的不断涌现，性能参数不断完善，出现了不少大型化，高效化，轻量化的起重机。

起重机作为重型机械设备，工作条件恶劣，而且受载荷复杂多变，金属结构作为整个起重机的基本骨架，其设计制造的质量在很大程度上将决定起重机整体的质量，将直接影响起重机的可靠性，适用性，制造和转运成本，因此，起重机的金属结构需要满足以下基本要求：

（1）有足够的刚度，性能良好，能够可靠运行。起重机的金属结构必须满足相应工作条件下的静强度才能保证起重机坚固可靠，才能保证设计使用寿命下的疲劳强度。金属结构还应具有足够的静态刚性和动态刚性，这样才能保证起重机具有优越的适用性能。

（2）在满足设计要求的条件下尽可能减轻整机质量，节省材料。起重机主要有金属结构焊接而成，整机重量的60%--70%都来自于金属结构，降低整机自重能节约钢材，减轻对地基的压力，使得码头的制造成本得以降低。。

（3）结构设计合理，制造工艺性能好。结构件应具有良好的工艺性能，传力路径短，力流平顺，便于制造、安装、维修。

此次所设计的单臂架门座起重机主要有起升机构，变幅机构，回转机构，运行机构。运行机构的主要零部件主要有钢丝绳滑轮组卷绕系统、联轴器、取物装置、制动器以及安全辅助装置等。

2.2.1 起升机构

2.2.1.1起升机构工作原理

起升机构的作用是使载荷升降，它是起重机中十分重要的机构，其实际工作中性能的好坏直接影响起重机的工作效率。起升机构主要有电动机、联轴器、减速器、制动器、钢丝绳滑轮组卷绕系统、取物装置等组成，此外还有起升高度限制器、超载限制器、超速保护开关等。

典型的起升机构中电动机通过联轴器与减速器的高速轴相连，减速器的输出轴上连接卷筒，卷筒通过钢丝绳和滑轮组与吊钩相连。工作时，卷筒将钢丝绳卷入或放出，从而使另一端的货物上升或下降。机构停止工作时，制动器上闸制动使货物悬停于某一位置。通过改变电机的转向可以实现钢丝绳的卷入或放出，进而实现货物起升或下降。

2.2.1.2起升机构的组成

钢丝绳滑轮组卷绕系统、取物装置、电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒以及安全辅助装置等。

图2.1，一种典型的起升机构驱动布置方式

2.2.1.3起升机构驱动形式

主要有集中驱动和分别驱动，分别驱动相较于集中驱动而言，传动机构更简单，结构更为紧凑，传动效率高，因此本设计方案中采用分别驱动，即由一台电动机来带动起升机构，其驱动布置方式如图2.1所示。这种布置方式的优点在于它的结构简单紧凑，便于减轻整机重量，节省机房内部空间；同时它的传动效率也较高，结构安全可靠，便于维护保养。

2.2.1.4钢丝绳卷绕系统的设计

单臂架门座式起重机中钢丝绳卷绕系统只用于使货物起升，钢丝绳的具体绕入绕出路径为：卷筒→人字架导向滑轮→臂架尾部滑轮组→臂架头部或象鼻梁尾部滑轮组→象鼻梁头部滑轮组→取物装置。对于不同的门座式起重机，不同的设计要求使用的滑轮组的大小和数目也有所不同。在变幅过程中如果钢丝绳卷绕系统没有相应的绕入绕出则会导致货物在竖直方向上发生位移，因此，在本设计方案中采用带有补偿滑轮组的钢丝绳卷绕系统。

图2.2一种起升机构的钢丝绳卷绕系统

2.2.2.变幅系统设计

2.2.2.1起重机变幅机构的工作原理

在臂架型起重机中，变幅是指在臂架摆动或起重小车运行带动取物装置改变位置。变幅机构的作用体现在两个方面，一：改变幅度使得货物绕起重机的回转轴线做径向移动，以扩大起重机的工作范围，同时与起升回转机构协调工作，提高起重机的生产率，这种变幅称为工作性变幅。二：在满足安全运行的条件下，改变起重机的幅度来调整起重机起重能力，并提高起重机的利用程度，提高非工作状态下的起重机通过性，这种变幅称为非工作性变幅。

本设计中，采用单齿条驱动变幅，电动机通过减速传动到最后一级小齿轮带动齿条前后移动。齿条驱动可以承受双向力，结构紧凑，工作可靠，传动效率较高，安装维护也比较方便，但是齿条工作环境恶劣，易磨损。