摘 要

港口用门座起重机是一种配备有可以更换的吊钩、抓斗等吊具，能满足港口装卸不同种类的件货、散料和集装箱的要求，广泛用于港口码头的货物装卸及堆垛。门座起重机臂架是一根悬臂的压弯构件，受力比较复杂，在重载情况下,结构会产生大位移。臂架是起重机的重要承载部件之一，其力学性能对整机的正常运转有直接影响，故障率较高，危害性大^[13]。

本文以MQ2530四连杆门座起重机为例，进行臂架结构的设计。设计计算完成后，通过Creo3.0软件平台建立臂架结构三维模型，然后把模型导入ANSYS进行强度、刚度和稳定性的分析、验算，最后在Creo中导出与三维模型关联的工程图。基于软件平台的设计方法可以让设计者免于繁重的绘图及计算工作，通过软件的建模与仿真，可以简化设计，优化设计。而且软件的二次开发给了设计者及企业特色设计的机会，通过编程，可以一定程度上使软件适应设计者的独特的需求。

关键词：门座起重机 臂架结构 Creo ANSYS 计算机辅助设计

Abstract

As a hoister equipped with replaceable hooks and grab buckets, the port gantry crane can satisfy the port requirements for loading and unloading different kinds of packaged and bulk cargoes and containers and is widely used at ports and piers for cargo loading, unloading and stacking. The gantry crane boom is a cantilever bending member subject to more complicated stress, and in case of heavy load, the structure may produce great displacement. As one of the important bearing parts of a crane, the boom has its mechanical properties directly affecting the normal operation of the whole machine, featuring a higher failure rate and a greater possibility of risks.

In this Paper, the four-bar-linkage gantry crane MQ2530 is taken as an example to state the design of the boom structure. After the design calculation is completed, build up a boom structural 3D model via the Creo3.0 software platform, then import the model in ANSYS for analysis and checking calculation of the strength, stiffness and stability and finally export an engineering drawing associated with the 3D model from Creo. The design method based on the software platform can let the designers free from laborious drawing and calculation, and moreover, the software-based modeling and simulation can simplify and optimize the design. In addition, the software secondary development has offered designers and enterprises a chance for characteristic design, and through programming, the software, to some extent, can adapt to the unique needs of the designers.

Key words: gantry crane boom Creo ANSYS Computer Aided Design(CAD)

目录

摘要 3

Abstract 4

1. 绪论 1

1.1 研究课题的现状及意义 1

1.2 研究的内容 1

2. MQ2530臂架工况计算与分析 3

2.1设计性能参数 3

2.2 臂架的金属结构形式 4

2.3 臂架受力计算 4

2.3.1 起升载荷 4

2.3.2 活配重载荷 4

2.3.3 载荷组合 5

2.3.4 作图法求臂架上铰点受力 5

2.3.5 解析法求小拉杆受力 7

3. 基于Creo的三维模型建立 9

3.1 分析臂架结构建模思路 9

3.2 建立三维模型 10

3.2.1准备工作 10

3.2.2 臂架模型的创建 10

3.3 导出工程图 12

4. 臂架的结构分析 13

4.1 Creo3.0与ANSYS17.0软件的关联 13

4.2 模型的导入与修复 13

4.2.1 模型的导入 14

4.2.2 模型的修复与调试 14

4.3 模型的处理与计算 14

4.3.1 网格划分 14

4.3.2 添加约束和自重 15

4.3.3 调试模型 16

4.3.4 加载 16

4.3.5 计算 16

4.4 臂架的强度及刚度分析 17

4.4.1 臂架结构材料 17

4.4.2 臂架结构强度与刚度分析 17

4.5 臂架结构的稳定性分析 20

4.5.1 整体稳定性分析 20

4.4.2 局部稳定性分析 22

5. 环境影响及经济性分析 23

5.1 环境影响分析 23

5.2 经济性分析 24

6. 设计总结与展望 24

参考文献 25

致谢 27

绪论

研究课题的现状及意义

随着经济的发展以及人们生活水平的提高，越来越快的物流速度使得“天涯若比邻”已经名副其实。消费者对来自各个地区、各个国家的产品的接受度及购买力已经上升，其次网络购物的兴起也促进了物流业的发展壮大。港口作为对外贸易的大门，城市群的枢纽，在现代的国家经济形势中扮演着重要的的角色。港口的繁荣与否直接决定了港口的服务与装卸作业能力的水平。为了适应港口吞吐量的增长，提高港口的装卸效率，对于港口装卸设备的更新改造显得格外重要。门座起重机使用效率高、起重能力范围宽、灵活通用性好，在港口起重装卸设备中占有很大比重。但为了适应港口的发展，门座起重机起重量越来越大，设备设计的难度及要求也越大，设备的安全是最重要的，其次希望稳定性更高，成本更低，寿命更长，机构设计更合理，对环境的影响更小。

目前，中国有多家实力雄厚的起重机械企业，市场前景很好，而且在大发展大整合下，很多企业走出国门，迅速在国际市场占据一席之位。在这种市场背景下，港口起重机的设计不再受局限，它需要效率更高，系统更全，适应性更好的设计方法。虽然，现在港口起重机的设计已经不同于过去的静态设计方法——经验公式估算、参照样机、手册，而是更多地运用了CAD技术及仿真技术，这种设计方法效率更高，灵活性更好，能更方便的优化设计，把设计人员从复杂的设计过程，繁重的工作人物中解放出来，但是还不够系统。随着计算机三维设计的普及与有限元分析手段的提高，应加强起重机结构的参数化设计^[8]，参数可以建设成数据库，相信经过积累将成为一笔惊人的设计财富。