摘 要

本次毕业设计主要是针对MQ1633四连杆门座起重机总体设计和人字架结构分析。首先，确定门座起重机的总体设计参数，参考同类门座起重机，选择起重机的机构和结构的主要形式；其次，利用解析法设计吊重水平位移，及臂架系统自重平衡设计；然后，完成机构电机及减速器的选型，进行轮压及稳定性验算，完成总体设计；最后，利用ANSYS分析人字架结构的位移及应力，利用soliworks建立人字架三维模型。

利用有限元软件分析，更直观的显示力人字架的受力情况，为合理设计人字架结构提供了依据。

本此设计的特色在于利用ANSYS建立力人字架模型，通过施加不同工况下的受力，得到人字架各工况下的位移与应力，能清楚的了解到人字架的受力变形及应力分布特点。通过三维建模形象直观的展示了人字架的结构。

关键词：门座起重机；总体设计；人字架；ANSYS；三维建模

Abstract

This graduation design is mainly aimed at MQ1633 four-bar portal crane whole design and herringbone frame structure analysis . First, determine the overall design parameters of portal crane ,reference to the same kind of portal crane , select the main form of organization and structure of the crane ; Secondly, using the analytic method design goods horizontal displacement ,and weight balance design of arm frame system; Then, finished motor and reducing speed device selection, wheel pressure and stability checking, completed the overall design; Finally, analysis of stress and displacement of herringbone frame using ANSYS, establish the herringbone frame 3D model using soliworks.

Using the finite element software analysis, more intuitive display herringbone frame‘s force,providing the basis for the reasonable design of herringbone frame.

This design feature is established herringbone frame model using ANSYS , by applying force under different conditions ,getting displacement and stress of herringbone frame under various working conditions , can understand clearly to the A-bracket deformation and stress distribution characteristics.Through 3D modeling visually shows the structure of herringbone frame structure .

Key Words: portal crane ; overall design ; herringbone frame ; ANSYS ; 3D modeling

目 录

学位论文原创性声明 I

学位论文版权使用授权书 I

摘 要 II

Abstract III

目 录 IV

第1章.绪论 1

第2章.MQ1633门座起重机总体设计计算 3

2.1主要性能参数 3

2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式 4

2.2.1 确定主要工作机构形式 4

2.2.2 确定金属结构的形式 7

2.3 确定组合式四连杆臂架结构尺寸 9

2.4 用解析法进行货物水平位移补偿系统设计 9

2.4.1 货物水平位移补偿系统原理 9

2.4.2 刚性四连杆组合臂架方案的解析法设计 10

2.5 杠杆活对重式臂架自重平衡系统设计 13

2.5.1 杠杆活对重平衡系统工作原理 13

2.5.2 臂架自重平衡系统设计方法 14

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 17

2.6.1 计算载荷 17

2.6.2 载荷组合 22

2.7各机构的电动机选型 23

2.7.1起升机构 23

2.7.2变幅机构 26

2.7.3回转机构 28

2.7.4运行机构 32

2.8车轮轮压计算 34

2.9稳定性校核 36

2.9.1 门座起重机的验算工况 36

2.9.2载荷系数与载荷组合 37

2.9.3稳定性校核 37

第3章.人字架结构的设计计算 41

3.1人字架结构的受力简图及受力大小 41

3.2人字架结构位移及应力云图 42

3.3人字架结构分析结论 45

3.4人字架结构的三维建模 46

第4章.总结归纳与经济性分析 47

参考文献 48

致谢 49

第1章.绪论

港口是对外交往和水陆运输的枢纽，其规模和现代化程度则是衡量一个港口的作用和辐射大小的重要尺度。而现代化程度的标志除表现在港口的综合管理，通行导航外，则主要表现在装卸效率方面，他的高低直接关系到船舶的周转、港口吞吐量、直至港口的经济效益。尤其是随着世界航运事业的不断发展，船舶大型化、运输集装箱化，港口起重机械的现代化就显得更为重要，可以说装卸设备是港口生产的命脉^[1]。

门座起重机作为普遍使用的起重设备，在近几年内也有一些发展。比如：文献[2]中介绍的低架型、发展型、门架自升型、八杆型等几种具有代表性的国产新型门座起重机，以及各自的特点和适用范围^[2]。文献[3]充分利用有限元分析软件，改进门机结构，减轻整机重量，降低经济成本。而在传统的门座起重机中，各机构与结构方面也有更深的研究及更好的优化^[3]。比如：文献[4]介绍了门机变幅机构安全制动器的研究与应用^[4]。设置安全制动器方案和自动干预控制技术，为门机变幅机构安全运行控制提供了可靠的方案，消除了安全设计缺陷，防范了因工作制动器失效产生的机损事故和安全生产事故，实现了机构主动安全，增强了设备本质安全性能。文献[5]基于遗传算法和有限元分析，对变幅机构的设计进行了优化，降低了制造和运行成本^[5]。文献[6]从工艺的角度评述国内近年来设计和制造的门座起重机金属结构的一些主要部位节点，其中包括结构形式的选择和焊接接头的设置和安排^[6]。文献[7]研究组合臂架的动态分析和设计方法，提高了初步设计的精度和效率^[7]。文献[8]建立了有限元分析系统，提高了臂架分析效率和可靠性^[8]。文献[9]优化了四连杆门机的及平衡配重系统，改善了变幅机构的驱动效率和操作性能^[9]。另外，在起重机的结构中，由于人字架结构的特殊性,使其在现代生产生活中占据着重要的地位。本次设计主要是针对人字架结构，而人字架结构在近几年也有很大程度的优化，以及更深的研究。比如文献[10]利用ANSYS对人字架进行优化设计,整个建模、分析过程充分说明ANSYS软件为人字架的优化设计提供了可靠、高效的理论依据,并为以后相似问题的优化设计提供了参考^[10]。文献[11]建立了人字架结构有限元分析模型，全面分析人字架结构，找出该结构的危险位置^[11]。文献[12]通过ANSYS软件建立人字架三维模型,分析得到人字架的应力云图、位移云图,校验人字架的强度、刚度^[12]。人字架是一些机械设备中不可缺少的组成部分之一，作为这些机械设备中的基础部件，在不降低设备零部件强度的前提下，防止设备发生危险，减少制造工程中的成本，使得对人字架的研究越来越重要。文献[13]在研究了现代设计理论对人字架进行研究的基础上，对某起重用人字架进行了较为详细的研究与分析，建立了人字架设计模型，对人字架进行了三维动态仿真，并对人字架的尺寸进行了优化研究^[13]。对优化后的人字架结构进行了虚拟装配研究，得到了较为理想的人字架结构。文献[14]利用脉冲锤进行人字架试验模态分析，得到了相关的参数，对人字架结构的检验与修改，有很重要的参考作用^[14]。文献[15]通过分析人字架结构的跨距设计及影响因素，找到跨距的最佳范围。同时，也指出在跨距一定时，如何优选前后撑杆的截面模量仍是十分有意义的工作^[15]。

从查阅的文献中，我们可以了解到近几年来，门座起重机的设计有了飞速的发展，设计者在门座起重机的结构及臂架等方面的研究和优化中，取得了一定的成果，但在一些结构上的设计或优化技术仍不是很成熟，比如文献[15]中指出的人字架结构前后撑杆截面模量的选取仍是十分有意义的工作。在本次的设计中，我主要对四连杆门座起重机进行总体设计以及人字架结构的设计、有限元分析和三维仿真。通过有限元分析软件对人字架结构的全面分析，选择最合理的设计方案，保证人字架结构的经济性和可靠性。利用三维建模软件建立人字架结构的三维模型，对人字架结构进行三维仿真，提高实际设计的效率，优化人字架结构。通过对门座起重机的总体设计，帮助我们更好的熟悉门座起重机的整体设计的步骤和分析方法，同时对大学所学的专业知识也有巩固加深理解的作用。与此同时，通过对人字架的有限元分析和三维仿真，让我熟悉有限元技术和三维建模，并具有有限元分析技术和三维建模能力。让设计从繁杂到简单，从抽象变为具体，提高了设计水平，让设计更可靠更合理。本次设计，不仅是对我们所学知识的检验，还有对我们设计能力的考察和培养。通过本次设计，更好的将理论用于实际，让我们具有初步的设计能力。

第2章.MQ1633门座起重机总体设计计算

2.1主要性能参数

门座起重机的主要性能参数有起重量、起升高度、下降深度、最大与最小幅度、最大尾部半径、轨距、基距、工作速度、工作级别、轮压等，本次毕业设计门座起重机的参数如下表2.1所示：