摘 要

近年来，随着经济全球化和信息全球化的加速，中国进出口贸易额进一步增加，国际国内物流也蓬勃发展。海运贸易是进出口的主要方式之一。它的蓬勃发展促进了港口的发展和繁荣，而港口又依赖于各种装卸设备。门座起重机作为港口装卸设备的主力军，它起着特别重要的作用。人字架作为门式起重机的主要结构之一，在门式起重机的正常运行中起着重要作用。因此，对门式起重机人字架进行详细的研究非常重要。

人字架是门式起重机的主要部件之一。它与转盘和旋转柱组成起重臂系统的支撑结构和门式起重机的平衡系统。人字形的下部与转盘相连。门式起重机自投入使用以来，使用已超过10年。为了保证起重机的安全使用，有必要对人字结构的强度和刚度进行分析，找出结构薄弱部位，及时发现缺陷。

本文以MQ2538门式起重机为例，详细介绍了门式起重机的总体设计和计算，对其人字架进行了计算和校核，最后应用SolidWorks和Ansys软件对其应力应变进行了建模和分析。

关键词：门座式起重机；结构分析；人字架；

Abstract

In recent years, with the acceleration of economic globalization and information globalization, China's import and export trade volume has further increased, and international and domestic logistics has also developed vigorously. Maritime trade is one of the main ways of import and export. Its vigorous development promotes the development and prosperity of the port, which relies on various handling equipment. Portal crane as the main force of port handling equipment, it plays a particularly important role. As one of the main structures of gantry crane, herringbone plays an important role in the normal operation of gantry crane. Therefore, it is very important to study the herringbone of gantry crane in detail.

The herringbone is one of the main components of gantry crane. It consists of a supporting structure of the lifting boom system and a balancing system of a gantry crane with a turntable and a rotating column. The lower part of the herringbone is connected to the turntable. The gantry crane has been used for more than 10 years since it was put into use. In order to ensure the safe use of cranes, it is necessary to analyze the strength and stiffness of the herringbone structure, find out the weak parts of the structure, and find out the defects in time.

Taking MQ2538 gantry crane as an example, this paper introduces the overall design and calculation of gantry crane in detail, calculates and checks its herringbone, and finally uses SolidWorks and Ansys software to model and analyze its stress and strain.

Key words: portal crane; structural analysis; herringbone;

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状分析 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 国内外研究现状 1

1.2 目的和意义 2

1.3 MQ2538门座起重机概述 2

第2章 总体设计 3

2.1 取适当的参数值 3

2.2 臂架系统主尺寸计算 3

2.2.1 设计要求 3

2.2.2 设计计算 4

2.3 货物水平位移校验 4

2.4 臂架系统自重平衡设计 6

2.4.1 确定几何尺寸和活配重重量 7

2.4.2 臂架平衡系统主尺寸的确定 8

2.5 臂架系统自重平衡系统校验 9

2.6 整体稳定性计算 11

2.6.1 整体稳定性计算方法 11

2.6.2 风载荷及力矩计算 13

2.6.3 整机重力力矩计算 15

2.6.4 工况一：基本稳定性 16

2.6.5 工况二：动态稳定性 17

2.6.6 工况三：非工作最大风载荷时的稳定性 18

2.5.7 工况四：突然卸载时的稳定性 18

2.7 轮压计算 19

2.7.1 起重机支承反力和轮压概述 19

2.7.2 刚性支座支座反力的计算 20

2.7.3 车轮压力计算 21

第3章 人字架载荷计算 22

3.1 工况一：额定负载，臂架处于最大幅度 22

3.2 工况二：额定负载，臂架处于最小幅度 23

3.3 工况三：空载，臂架处于最小幅度 23

第4章 人字架solidworks建模 24

4.1 Solidworks软件简介 24

4.2 建立零件图 25

第5章 Ansys应力应变分析 26

5.1 三维模型网格划分 26

5.2 添加边界条件及载荷 26

5.3 工况一：额定负载，臂架处于最大幅度 27

5.4 工况二：额定负载，臂架处于最小幅度 28

5.5 工况三：空载，臂架处于最小幅度 29

第6章 环境影响及经济性分析 30

6.1 环境影响分析 30

6.2 经济性分析 30

第7章 总结与展望 30

7.1 全文总结 30

7.2 展望 31

参考文献 32

第1章 绪论

1.1 国内外研究现状分析

1.1.1 背景

人字架是门式起重机的主要部件之一，包括一个旋转盘和一个旋转柱子，构成吊车系统和门起重机平衡系统的辅助结构，架子底部与方向盘相连，有些起重机在一年中一直在运转。为了确保起重机的安全使用，有必要分析字符结构的强度和强度，查明缺陷并及时发现。

其结构特点在现代生产生活中占有重要地位。如膝梯、屋顶、和发动机，都有或被用作主要支柱。也用于航空。使用ANSYS优化其配置，以确保在安全和稳定的条件下，以最低质量的最佳解决方案。

门式起重机是海港和内陆港口的主要装卸设备，广泛用于港口、散装和其他货物的装卸，龙门起重机的结构需要经常优化，而且，门式起重机的结构需要加以改进。

1.1.2 国内外研究现状

1.大型、高速、专业化的关键产品

随着工业生产的增长，生产效率提高，加工成本在生产过程中所占的比例增加，对大型或中型产品的需求增加，对大型或中型产品的需求增加。大型起重机，负荷增加，工作变得越来越重要。速度增加，要求更高的能源消耗和可靠性。

2.系列产品的模块化、组合化和标准化

模块化设计取代了传统的机器设计。起重机零部件的基本功能与标准模块相同。不同模块组合，形成了不同的类型和大小的起重机。

3.通用产品的小型化、轻量化和多样化

有一些共同的起重机，工作并不那么困难。这是一种大容量的起重机，广泛应用。考虑到联合优势，必须尽量减少整体高度。简化其设计，减少其重量和轮胎压力。这也可以称为整个机器的高度下降，结构和成本降低。

4.产品性能自动化、智能化和数字化

起重机的现代化和发展在很大程度上取决于对发动机和电力的更好控制，这是应用先进计算机技术的机械和电子技术的结合。以应用先进的计算机技术、微电子、电子、光纤电缆、液压和控制模糊性：起重机的自动化和机械控制。

5.完整、集成和灵活的产品组合

在一台机器起重机起重机自动化的基础上，将提升和运输机与材料处理系统相结合，并将其与硬件相结合。该系统与生产设备相结合，并与CONT中央控制和生产系统相协调。函数：这类起重机高度自动化，有信息处理选项，可以储存、计算、逻辑验证和转换传感器检测到的信息，并将控制命令发送给执行者。

6.新颖、美观、实用的产品结构

这种结构采用薄壁型材和异型钢，降低了结构焊缝的强度和提高了疲劳度。耐久性用于提高承载能力、电压条件、减轻重量和改善美学性能。起重机桥梁的结构主要由四个箱形梁组成。梁和端梁用高强度螺栓连接起来，便于运输和安装。

目前，降低起重机橡架高度的最常用方法是铺设人字形。梯子降下后，船的总高度就会降低。在航行时，人字形可以穿过重要的运输中心的水域，并且航行后路径可以恢复到其原始运行状态。随着起重范围的全球化，人字形起重机逐渐增加。目前，用于浮动起重机的人字形有两种类型的倾斜设计，可以使椽子在世界范围内倾斜。

1.2 目的和意义

设计的人字架类型，不仅直接影响其容量和功能，还影响转盘设计的优缺点，排量系统的性能甚至整机的可靠。

但是，框架结构的设计与很多因素有关。例如，如果自身的结构类型、自刺、罚架系统与旋转台的连接关系、宽度机构、线索的提高、补偿线索的分布、整台机器处于最小动作范围，则该装置与臂框系统保持平衡。系统是否干扰整个机器等等。因此，应当非常重视人字架结构的设计。

在许多影响结构的因素中，跨度的设计在设计中具有特殊意义。它不仅影响到结构本身的设计在这方面，技术合作活动有助于发展中国家和转型期经济体的能力建设。

使用有限的尺寸分析方法对Q2538起重机平台进行静态分析，确定了不同工作情况下反应能力的分布情况，并制定了结构优化方案。对改善坡道起重机运作和港口装卸效率的积极影响。

1.3 MQ2538门座起重机概述

门式起重机结构：

起重机MQ2538的金属结构主要由悬吊系统、框架和平衡系统、回转台、门框等组成。悬臂起重机系统由三个部分组成。紧密的四节复合悬臂系统目前被广泛用作港口吊车。它由三个部分组成。由一个支架和一个转盘支撑，形成四个连杆平机制。MQ2538起重机设计于这个项目使用的是一个组合的控制台系统。

用人字架的框架结构可分为架、梁式结构和柱式结构。本设计使用杆式支架，这是一个新的设计，适用于高质量的港口起重机。框架的结构是完全围绕着板，形成了一个大的四角棱镜中满空间。腹部结构平坦，结构简单，施工方便，使用自动焊接工艺方便。

目前有两种配平系统：悬臂平衡和失重平衡。在大多数系统中，起重机吊杆保持平衡。MQ2538采用自重平衡杠杆移动系统。系统由平衡杆和小推力组成，平衡结构由上梁支撑。而支架、拉杆则由铰链触点与平衡杆和悬臂连接起来，而平衡杆在尾部有一个可移动的配置箱。

MQ2538转换器是由轮盘连接的，轮盘下方通常有一个支架圆筒和一个连接带，支架圆筒插入磁盘，焊接转子，增加连接的刚性，改善传输条件。目前，转盘到门起重机有三个主要结构：十字架门、8根柱门钢架，MQ2538柱门的门是圆柱形的，上部是一个特殊的圆柱形圆柱形，门型板块的中心部分是一个直圆柱形的圆柱体，其下部插在下门主干梁内，焊在主干梁上。由于圆柱形圆柱形吊车重量轻，不耐风力强，体型优美，因此在港口起重机中广泛使用。

第2章 总体设计

2.1 取适当的参数值

取O点距回转中心水平距离：

最小仰角： ，最大仰角：

最小幅度时象鼻梁前段与水平线夹角：

由总体布置，取

2.2 臂架系统主尺寸计算

四节刚性支架结构：

设计任务：确定肩膀支撑系统要素的主要几何尺寸：吊杆支架长度，前臂长度，如机头、臂长、大推力长；确定吊杆底部支点和大推力铰链的位置。

设计要求：在满足总体设计要求的情况下，控制台系统有紧凑的尺寸。

设计方法：图形和分析。这里使用的是解析法。

2.2.1 设计要求

起重机最大幅度：

起重机最大幅度：

2.2.2 设计计算

，

以O点为原点建立平面直角坐标系，可求得：

最大幅度时象鼻梁端点横坐标：

最小幅度时象鼻梁端点横坐标：

中间某经验幅度时象鼻梁端点横坐标：

在最大幅度和最小幅度时，象鼻梁端部应位于同一高度 上，可列方程组：

解得：

当象鼻梁端点横坐标为 时，其高度也为 ，列方程组：

解得此时仰角： ，象鼻梁前段与水平线夹角：

从 点出发，设大拉杆与水平线夹角 ，算得象鼻梁端点坐标：

联立方程消掉 ，得：

在三个幅度时，上述方程均成立，即：

解得：

2.3 货物水平位移校验

检查运输轨迹的最大偏差、货物最大不平衡力矩和行李箱尾部的水平速度，此外，获得的外形尺寸必须符合总体布局的要求。

在实际计算中，您可以将一系列初始参数集合输入计算机，并在每个计算程序中输入计算结果，然后选择一组理想的臂帧系统大小。这个基本的优化方法需要很多的计算作业，设计结果不一定最合适。多年来，在国内外广泛地研究了把4根刚体的杆子和绳子组合起来补偿吊臂的多目标优化设计，取得了很好的效果。

优化多用途设计不仅提高了设计工作的速度和精度，而且可以满足箭头系统的许多方面的要求，如上述对货物运动轨迹、货物不平衡的时刻、梁端的水平行程和总位置的查询。此外，还可以规定对货物的要求。在这种情况下，一个箭头的长度和最小的密度和最小的振幅功率。

依次取仰角为 ，共求得33个坐标点：

[10.00000003, 14.90269812], [11.39484252, 14.91037636], [12.66268899, 14.93184810], [13.83867324, 14.95895186], [14.94424323, 14.98724932], [15.99359983, 15.01416561], [16.99669432, 15.03815979], [17.96079736, 15.05830943], [18.89139373, 15.07408429], [19.79272597, 15.08521554], [20.66814276, 15.09161642], [21.52033058, 15.09333259], [22.35147408, 15.09051032], [23.16336900, 15.08337586], [23.95750483, 15.07222227], [24.73512581, 15.05740116], [25.49727663, 15.03931813], [26.24483804, 15.01843123], [26.97855319, 14.99525087], [27.69904932, 14.97034251], [28.40685362, 14.94433055], [29.10240608, 14.91790435], [29.78606909, 14.89182625], [30.45813438, 14.86694181], [31.11882788, 14.84419295], [31.76831208, 14.82463453], [32.40668661, 14.80945559], [33.03398572, 14.80000608], [33.65017368, 14.79783207], [34.25513569, 14.80472102], [34.84866458, 14.82276266], [35.43044035, 14.85443099], [36.00000000, 14.90269812]

绘成图形如下：

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