摘 要

门座起重机是一种应用广泛的港口装卸机械，属于重型装备，其设计过程相对复杂繁琐。随着最优化技术及虚拟设计的发展，机械装备设计过程中应用最优化计算和虚拟设计也越来广泛。使用最优化技术能够使起重机变幅水平性更好，从而更加节能环保，应用虚拟设计能够提高设计效率，缩短设计周期。本文以MQ2035四连杆门座起重机为例，介绍了总体设计的基本过程，针对变幅机构建立了三维模型，主要内容如下：

1. 根据设计要求，利用MATLAB优化四连杆尺寸，参考相关资料选型，进行总体设计计算，完成总体设计图；
2. 设计变幅机构的具体尺寸，利用CREO按具体尺寸建模，完成变幅机构的虚拟设计及装配。

总之， 应用优化设计和CREO虚拟设计可以使门座起重机的设计更加高效。

关键词：门座起重机；总体设计；优化；建模；CREO

Abstract

Portal crane is a kind of widely used port handling machine, which belongs to heavy equipment and its design process is relatively complicated .With the development of optimization technology and virtual design, the application of optimization calculation and virtual design in the process of mechanical equipment design is more and more widely. Using optimization technology can make the crane amplitude level better, thus more energy saving and environmental protection.The application of virtual design can improve design efficiency, shorten the design cycle. In this paper, taking the MQ2035 four bar linkage portal crane as an example, introduce the basic process of the overall design and the three-dimensional model of the luffing mechanism. The main contents are as follows:

1. According to the design requirements, use MATLAB software to optimize the four bar

linkage.Reference related information selection, the overall design calculation, complete the overall design;

(2) Design the specific size of the luffing mechanism and model its three-dimensional models to

complete the virtual design and assembly of it.

Key Words: Portal crane; Design; Virtual prototyping technology; CREO

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题的研究目的和意义 1

1.2 课题研究的内容 1

第2章 总体设计计算 2

2.1 技术参数 2

2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式 2

2.2.1 确定主要工作机构形式 2

2.2.2 确定金属结构的形式 6

2.3 四连杆组合臂架补偿的设计 6

2.4.1 优化模型 6

2.4.2 MATLAB臂架系统优化 10

2.4.3校核 13

2.5 臂架自重平衡系统设计 13

2.5.1 杠杆-活对重系统的设计 14

2.5.2 臂架平衡系统的校验 15

2.6 计算载荷 16

2.6.1 起升载荷 17

2.6.2 自重载荷 17

2.6.3 动载荷 17

2.6.4 风载荷 19

2.7 轮压计算 24

2.7.1 起重机支承反力计算 24

2.7.2 各工况下的轮压计算 25

2.8 整机抗倾覆稳定性计算 27

2.8.1 无风静载工况 27

2.8.2 有风动载工况 28

2.8.3 突然卸载或吊具脱落工况 28

2.8.4 非工作状态暴风侵袭工况 29

第3章 变幅机构设计及建模 30

3.1 变幅机构概述 30

3.2 变幅机构计算 31

3.2.1 主要设计参数 31

3.2.2 变幅阻力 31

3.2.4 齿轮齿条主要参数 35

3.2.3 变幅机构的电动机计算 35

3.2.4 制动器计算与选择 36

3.2.5 减速器选型 37

3.2.6 联轴器选型 38

3.2.7 齿轮齿条传动计算 38

3.3 基于CREO的变幅机构虚拟设计 40

3.3.1 变幅机构三维建模及装配 40

3.3.2 渲染及爆炸图 43

第4章 经济性分析 46

第5章 全文总结与展望 47

参考文献 49

致谢 50

第1章 绪论

课题的研究目的和意义

随着经济的发展，我国港口数量及规模均有大幅提升，港口起重机在港口发挥着十分重要的作用。门座起重机被广泛应用于港口起重及装卸作业，新形势下对港口起重机的设计制造提出了新的要求，要缩短设计制造周期，并且提高性能。港口机械的设计应与时俱进，引入新的设计方法、新工具。

MATLAB软件是功能强大的数值分析及仿真软件。MATLAB有丰富的优化函数，可以对机构进行优化，搜寻最优解，提高产品质量^[1]。

CREO软件是著名的三维虚拟设计软件，其参数化建模功能出众，修改模型十分简便，用户可以完成建模、装配、运动仿真、热分析等一系列完整的设计过程。可以利用软件完成产品的虚拟设计，及早发现问题改善性能，避免多次制造工程样机，降低设计成本，缩短设计周期^[2]。

本文应用MATLAB软件优化刚性四连杆臂架系统尺寸，货物水平性更好，能量损耗得以下降；应用CREO软件建立变幅机构的三维模型并完成装配，虚拟设计有诸多优势，可显著提高设计效率，缩短设计周期。

1.2 课题研究的内容

本课题的研究对象是MQ2035门座起重机，完成门座起重机的总体设计、变幅机构设计及其建模工作。首先根据设计要求及技术参数，进行总体设计；再设计门座起重机的变幅机构，应用三维设计软件CREO建模并装配，完成虚拟设计。具体工作如下：

1. 根据所给设计要求及主要技术参数，参考《起重机手册》、《起重机设计规范》等参考文献，进行各工作机构形式选型及布置，绘制门座起重机总体图。
2. 根据设计手册完成变幅机构的结构设计，绘制变幅机构装配图及零件图，最后根据图纸用CREO建模并完成装配。

第2章 总体设计计算

2.1 技术参数

技术参数是设计的依据和初始条件。MQ2035门座起重机主要技术参数如表2.1所示。

表2.1 技术参数表

2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式

2.2.1 确定主要工作机构形式

（1）起升机构组成及工作原理