摘 要

本文主要内容是以MQ4025单臂架门座起重机为对象，借助《起重机设计手册》、《港口起重机械》等参考资料，运用AutoCAD、SolidWorks、ADAMS等软件，对MQ4025单臂架起重机整体和起升机构进行了设计计算，并对起升机构驱动装置进行了三维建模和运动学仿真。

本文首先对单臂架门座起重机国内外的研究现状进行了分析，找到了一些关于门座起重机的设计方法和设计思路，然后借助《港口起重机械》等相关资料，确定了本文的研究技术路线，从而完成了MQ4025单臂架门座起重机总体设计和起升机构设计。最后，本文利用SolidWorks对起升机构进行三维建模，导入ADAMS软件中进行运动学分析，并根据机构实际运动情况为各个机构施加驱动函数，模拟机构的运动，同时测量各机构在运动过程中速度和加速度随时间的变化曲线函数，验证了减速器的传动比。对起升机构的仿真分析提高了起重机的稳定性，减小了设计余量，降低了成本。

关键词：门座起重机；总体设计；起升机构；SolidWorks；ADAMS

Abstract

The main content of this thesis is to design and calculate MQ4025 single-arm portal crane and lifting mechanism,regarding MQ4025 single arm gantry crane as the object with the crane design manual, the port crane machinery as references,using AutoCAD,SolidWorks and ADAMS software,and model lifting mechanism driving device for 3D modeling and simulate Kinematics.

This thesis first analyzed the single-arm portal crane research status at home and abroad,and found some design method and ideas about portal crane,then determined the technical route of this thesis research with the aid of port lifting machinery and other related information,and completed the overall design of MQ4025 single-arm portal crane and lifting mechanism.Finally,this thesis modeled the lifting mechanism using SolidWorks,and kinematics analysis was carried out on import in the ADAMS software.Then this thesis added drive function for individual institutions to simulate the mechanism movement,according to the actual kinematic condition.,and measured the agencies speed and acceleration curve function along with the change of time in the process of movement to verify the transmission ratio of gear reducer.The simulation analysis of the lifting mechanism enhanced the stability of the crane, reduced the design margin and reduced the cost.

Keywords:gantry crane；overall design；Lifting mechanism；SolidWorks

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.3 本文工作 2

第2章 MQ4025单臂架门座起重机总体设计计算 3

2.1 主要技术参数 3

2.2 主要工作机构和金属结构形式的确定 4

2.3 臂架结构主要尺寸的确定 8

2.4 货物水平位移补偿系统设计 9

2.5 杠杆活对重式臂架自重平衡系统设计 11

2.6 各工作机构、金属结构的计算工况、计算载荷以及载荷组合 13

2.7 轮压计算 22

2.8 整机抗倾覆稳定性计算 24

第3章 MQ4025单臂架门座起重机起升机构设计计算 28

3.1 确定起升机构驱动装置布置及结构型式 28

3.2 起升驱动装置的设计 28

第4章 起升机构三维建模 39

4.1 SolidWorks软件简介 39

4.2 零部件模型的建立 39

4.3 起升机构驱动装置的装配 42

4.4 工程图的输出 43

第5章 起升机构运动学仿真 45

5.1 ADAMS简介 45

5.2 ADAMS建模 45

5.3 起升机构运动学仿真分析 50

第6章 总结与展望 53

6.1 总结 53

6.2 经济性分析 53

6.3 展望 54

参考文献 55

致谢 56

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

门座起重机由起升、回转、变幅和运行机构组成，因其具有较好的工作性能和独特的优越结构，被广泛地用于港口、码头货物的机械化装卸，造船的施工以及水电站的建筑工程中，对改善工人的操作条件，减轻工人的体力劳动，提高企业的生产率，都具有重大的意义，是实现机械化生产必不可少的机械设备。

单臂架门座起重机是门座式起重机中比较典型的一种，与四连杆门座起重机相比，单臂架门座起重机因其具有结构简单、起重量大，自重轻等诸多特点，在各行各业中得到广泛的应用。随着现代工业的发展，对起重量的要求越来越大，而起重量的提高依靠着合理的起升机构，因此对其研究，设计出合理的结构，对降低成本、提高生产率、保证起升安全等具有重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状分析

对于门座起重机来说，臂架结构是起重机在起升、变幅等运动过程中的主要受力部件，因此要求臂架的力学性能达到足够的要求。随着起重机工作速度及起重量的提高，设计出满足力学性能要求的臂架结构尤为重要。刘德作^[1]对臂架结构在额定重量、最大幅度的臂架回转工况下的动力响应方面的研究，为臂架结构的设计提供参考和依据。李洪福^[2]的研究以ANSYS10.0和VB6.0为平台，开发了单臂架桁架结构的参数化设计及优化程序，为起重机同类臂架结构的设计提供了一些依据。彭菁菁^[3]等的研究利用ANSYS的参数化设计语言APDL,通过对臂架系统进行了有限元分析并进行建模,得到了该型臂架的设计提供一种简单可靠的方法。林建明^[4]的研究对多种臂架类起重机的自重平衡系统原理进行理论分析，开发了一套具有自重平衡系统的门座起重机变幅系统软件，对实际的工程设计也有一定的指导。万云飞^[5]的研究运用有限元软件ANSYS，对门座式起重机在起升货物时的动态特性进行分析，能为今后的设计工作提供一些参考。张建^[6]对起重机臂架结构、筒体和运行机构在各种极限工况下的最危险状况进行了深入的研究,为"门座起重机风险评估"和有限元分析计算的研究奠定了基础。孙永胜^[7]等的研究利用SolidWorks软件对门架结构进行了建模,然后导入ANSYS软件中进行了各种工况的分析,得到了较为准确的应力及位移分布规律,为门座起重机门架结构的设计提供参考。胡吉全^[8]根据新型的单臂架起重机臂架结构在不同幅度下的模态分析，得到了幅度——频率曲线，为其他起重机的臂架结构的设计提供了参考依据。臂架结构是起重机最重要的部分，设计出强度、刚度、稳定性高的臂架结构是今后起重机设计的一个重要方向。

随着门座式起重机向大型化的方向发展，采用钢丝绳变幅的单臂架门座起重机逐渐取代了四连杆门座起重机在市场上的主导地位，对钢丝绳卷筒补偿的变幅系统也在不断地研究房中。刘剑波^[9]对单臂架门座起重机卷筒补偿变幅系统进行了研究,对钢丝绳卷筒补偿系统的原理和特点进行了分析介绍，并提出了一种简单方便的卷筒补偿型式的变幅系统。黎汉民^[10]对单臂架起重机滑轮组补偿法的工作原理的研究,提出了单臂架起重机不发生臂架后倾的约束条件。蔡金^[11]对绳索补偿型平衡臂架变幅机构特点的研究,对常用的单臂架式起重机绳索补偿方式进行了比较,并归纳出了各种方式所具有的优缺点,可供相关人员参考。沈荣浩^[12]等对新型卷筒补偿的单臂架起重机的研究，能有效提高起重机的工作稳定性、减轻起重机自重，为今后的设计给出了一些参考。对门座起重机变幅系统的方式还在不断研究当中，钢丝绳补偿和卷筒补偿两种变幅方式依旧占主导地位。