摘 要

门座起重机随着港口的发展而被广泛应用，国内对起重机的研究越来越重视，本文以MQ1035的四连杆门机为例，讲述了门机的总体设计过程——门机参数尺寸的确定，对其货物水平位移，货位未平衡力矩，臂架未平衡力矩的校验；使用CAD绘制具体的总体设计图；使用CREO2.0对各个机构建模，然后进行三维的虚拟装配,演示实际的四连杆门座起重机装配过程。

关键词:门式起重机；四连杆；总体设计；CREO；虚拟装配

Absract

with the development of the port, Portal cranes has been widely used.And domestic Research Institute are increasing emphasis on cranes. In this paper,we describes the overall design process of MQ103 ,four-link portal cranes: suring the size of portal cranes, checksuming horizontal displacement of its cargo, cargo space unbalanced by the torque and arm of portal unbalanced by the torque; Use CAD to draw specific The overall design drawing;use creo2.0 to model various bodies of portal, then simulating the three-dimensional Virtual Assembly Design, demonstrating the practical assembly process of four-bar linkage portal crane.

Keywords: portal crane ：four-bar linkage; overall design; Proe; virtual assembly.

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的和意义 1

1.2课题主要内容 2

第2章 门机的总体设计 3

2.1性能参数 3

2.1.1额定起重量 3

2.1.2幅度 3

2.1.3起升高度 3

2.1.4轨距S，基距B 3

2.1.5机构工作速度 4

2.1.6轮压P 4

2.1.7设计参数 4

2.2门机的四连杆臂架组合 5

2.2.1四连杆臂架介绍 5

2.2.2臂架组合三大件尺寸初步确定 6

2.3货物水平位移、未平衡力矩的校验 7

2.4臂架自重平衡 11

2.4.1自重平衡方法的分类 11

2.4.2杠杆—活对重臂架自重平衡设计方法 11

2.5载荷计算 14

2.5.1自重载荷 14

2.5.2起升载荷 15

2.5.3自重振动载荷 15

2.5.4风载荷 15

2.5.5货物偏摆载荷 17

2.6轮压计算 18

2.6.1轮压支承反力的概述 18

2.6.2支承反力的计算 18

2.7起升机构 22

2.8变幅机构 22

2.9回转机构 25

2.10运行机构 25

2.11起重机抗倾覆性稳定性的校验 25

第3章 基于CAD的总图绘制 28

3.1CAD的介绍 28

3.2臂架系统 28

3.3平衡系统 29

3.4门架 30

3.5转台 30

3.6立柱及人字架 31

第4章 基于Creo的建模 32

4.1Creo的简介 32

4.2基于Creo的建模 32

4.3起重机的装配 34

4.3.1实际工程中的装配 34

4.3.2基于Creo的虚拟装配 35

4.4装配动画的操作 36

第5章 经济性分析 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论

1.1研究目的和意义

随着现代生产力和港口的飞速发展，大型机械的应用在制造业里占据了更高的地位。起重机作为一种运输工具，在物料的起升，装卸，运输等作业过程中能够提高生产率，减轻工作人员繁重的体力劳作，其中门机是一种具有代表性的回转类的起重机，其结构虽然相对桥式起重机较为复杂，但是对于港口作业而言，它的通用性和工作性能都较好。

门机的本质是桥式起重机的一种变形，可直接将桥式起重机的下端做成支脚，然后可以在轨道上运行^[1]。按其使用用途分类可分为——装卸用门座起重机，常用于港口和露天堆料场，起重量较低且不随工作幅度的变化而改变；造船用门座起重机，适用于船台、浮船坞和舣装现场，主要用于在进行船体安装等的现场，该类起重机由于多用于吊装作业，故常用吊钩作为吊具；建筑安装用门座起重机，用于大坝浇灌、水电站电气设备和预制件吊装作业中，起重量和工作速度一般介于前两种起重机之间，但自身的整机装拆运输性好，吊具下放深度大，能更好的地适应较为恶劣的工作环境^[2]。按其门架的结构可分为——全门座起重机，即具备完整的门架，它的两运行轨道处于同一平面；半门座起重机，不具备完整的门架，并且其中的一条运行轨道设置在地面上，另一条设置在库房或栈桥上。按其起重臂架结构类型可分为——四连杆组合臂架式门座起重机，该类起重机的净空高度较大，因此在有起升高度的要求下，起重机的总高度较低，而象鼻梁端点也可近似直线的做水平位移运动；单臂架式门座起重机，起升高度较低，需要设计货物水平位移的补偿装置，因此国内大多采用四连杆组合臂架式起重机^[3]。

从结构上分析，门座起重机是一种立式的，它的转动装置是装在门形座架上的，门架较高，其门架高度的设计也极具灵活性，可按每个港口自己的实际工作状况去设计门机的净空高度，门架四条腿形成的门架高度可容许铁路车辆和其它车辆的通过，节省了港口的使用面积，可节约码头的投资成本。因此门机的设计研究在起重机中具有极大的意义。

起重机的应用已日益广泛，用户对其使用要求也越来越多面化，因此对起重机的设计与研究的要求越来越高，在现在与未来我们对起重机的生产类型也逐渐趋向于专用化，大型化。随着计算机技术的发展，现已将计算机辅助应用于机械的设计制造中，例如三维技术的发展及虚拟技术的出现，为设计生产制造提供了更好的工作平台。

所谓三维，即指人为规定的交互的三个方向，可分为左右空间，上下空间，前后空间，形成了人在视觉上的立体感，在三维空间中，任何一个实体的位置均可以找到相应的位置^[4]。现阶段二维绘制已不能满足设计的要求，三维建模的技术不仅仅只是展现物体的三维视觉，还可以显示物体的颜色，透明度，纹理特征等，也可以通过对建立的模型进行虚拟装配及运动仿真分析设计的可行性和可靠性。如今三维建模技术已趋于成熟，很多优秀的三维建模软件研发成功，并进入越来越多的领域，尤其是在提供直观、方便的三维图像等特点的各领域中发挥重要作用。本文将以三维建模的方式，使用Creo2.0软件，为大家展现四连杆门机的装配过程。

1.2课题主要内容

本次的毕设任务中，主要需完成四连杆门机的总体设计计算，根据设计要求进行四连杆三大件（臂架、象鼻梁、大拉杆）尺寸的初步确定，并根据校验货物运动水平位移轨迹，货物的未平衡力矩，象鼻梁端点水平位移最大值高度差，对臂架机构进行优化设计；在CAD中绘制四连杆门机的总体图；基于CREO2.0对每个机构进行三维建模，对每个构件添加连接约束，完成虚拟装配过程，通过干涉检查判断装配的正确性[16]，通过拆装的反演过程三维的演示其具体的装配过程。

第2章 门机的总体设计

2.1性能参数

2.1.1额定起重量

额定起重量代表着起重机的起重能力。正常工作时，表示的是在一定的起重机类型和既定的载荷下，起重机的净起重量。本次的门机属于臂架型起重机，额定起重量是随着工作幅度的变化而变化的，则其额定起重量指的是起重机处于最小幅度时能起升的最大起重量^[6]。当吊具类型为吊钩时，起重量不包括其吊钩重量；当吊具为为抓斗时，抓斗质量在额定起重量中。本文采用的吊具为吊钩，因此不计入额定起重量中。

2.1.2幅度

幅度R代表着起重机水平方向的工作范围。对于臂架型的起重机，有的幅度是可以固定不变的，有的是可以变化的。对于本文的四连杆门座起重机而言，其幅度是随着臂架的运动而改变的，因此其幅度可分为最小幅度Rmin，最大幅度Rmax，有效地工作幅度为Rmin~Rmax。Rmax的大小由轨道布置尺寸，跨船作业等外界条件决定，Rmin则受到起重机自身结构和安全要求的的限制。

2.1.3起升高度

起升高度代表着起重机垂直方向的工作范围。指的是支承面到取物装置处于最高工作位置时的距离，确定起升高度时，港口需考虑货物最大的起升高度，取物装置的高度以及钢丝绳的悬挂长度。

2.1.4轨距S，基距B

轨距S主要根据起重机的使用现场和起重机的整体稳定性要求共同决定，指的是运行轨道钢轨中心线之间的水平距离。

基距B指沿起重机的纵向运行方向测量的起重机支承中心线间水平方向的距离。其大小主要由起重机的机构布置和整体稳定性要求等来共同决定。

2.1.5机构工作速度

工作速度有起升，回转，变幅，运行四种，代表了机构工作时的快慢程度，指的是各个构件在稳定运动状态下的工作速度。[5]起升速度指的是工作载荷升降时的位移速度；回转速度指的是回转部分，本次设计中即转台的回转速度；变幅速度指的是工作载荷从最大幅度到最小幅度水平方向的平均速度。在本次门机设计中可表示为象鼻梁端点在正常工作状态下，从Rmax到Rmin 的水平方向的平均速度；运行速度指的是起重机整机的水平位移速度。

2.1.6轮压P

轮压指的是车轮作用在轨道或地面上的垂直载荷。当起重机满载启动或制动，且处于最不利位置的状态下，所能承受的最大轮压，其最大轮压值需控制在支撑基础所允许的承载能力范围内。

2.1.7设计参数

设计参数是表征门座起重机性能的主要指标，也是进行起重机设计工作的技术依据，本次设计的四连杆门机参数如下所示：