摘 要

本文主要以港口装卸四连杆MQ1633门座起重机为例，针对臂架平衡系统结构CAD/CAE，详细叙述了门座起重机的总体设计步骤：包括确定门座起重机的主要工作机构和金属结构形式，确定臂架结构主要结构尺寸，进行货物水平位移补偿系统设计和臂架自重平衡系统设计，确定起重机总体设计参数，验算起重机的整机抗倾覆稳定性和轮压计算。再采用Ansys有限元分析软件对臂架平衡系统进行载荷分析，确定计算工况，最后利用三维建模软件Soildworks建立臂架平衡系统三维仿真模型。

本文重点在于借助有限元分析软件Ansys进行受力分析，确定臂架平衡系统结构计算工况，验算结构强度和刚度，并用三维建模软件SolidWorks建立臂架平衡系统结构三维模型，优势在于，可利用仿真建模的条件，确定起重机臂架平衡系统各项性能指标，改善设计参数，方便地对起重机臂架平衡系统进行改进。

关键词：门座起重机；总体设计；臂架平衡系统；Ansys受力分析；三维建模

Abstract

This paper mainly takes the port loading and unloading four link MQ1633 portal crane as an example, aiming at CAD/CAE of the structure of the boom balance system, the overall design procedure of the portal crane is described in detail. Including determining the main working mechanism of portal crane and the metal structure, determining the arm shelf structure main structure size and goods level displacement compensation system design and boom of the balance weight system design, determining the parameters for the overall design of the crane, checking the crane machine anti-dip coating stability and wheel pressure calculation. Then the Ansys finite element analysis software is used to carry on the load analysis to the arm balance system.,determining the calculation condition. Finally, the 3D simulation model of the arm balance system is established by using the 3D modeling software Soildworks.

Using finite element analysis software ANSYS,the paper carries on the stress analysis, determine the boom balancing system structure calculation conditions, calculate the structural strength and stiffness and 3D Modeling Software Solidworks established boom balancing system structure of the three-dimensional model. The conditions of the simulation modeling can be used to determine the performance indexes of the crane boom balance system, and to improve the design parameters, which can be used to improve the balance system of the crane boom.

Key Words: portal crane； overall design； boom balance system； Ansys stress analysis； 3D modeling.

目录

第1章 绪论 1

1.课题的研究目的和意义 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 10

2.4 用解析法进行货物水平位移补偿系统设计 11

2.4.1 货物水平位移补偿系统原理 11

2.4.2 刚性四连杆组合臂架方案的解析法设计 12

2.5 杠杆活对重式臂架自重平衡系统设计 15

2.5.1 杠杆活对重平衡系统工作原理 15

2.5.2 臂架自重平衡系统设计方法 16

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 21

2.6.1 计算载荷 21

2.6.2 载荷组合 25

2.7各机构的电动机选型 26

2.7.1起升机构 26

2.7.2运行机构 29

2.7.3变幅机构 32

2.7.4回转机构 33

2.8车轮轮压计算 37

2.9稳定性校核 38

2.9.1 门座起重机的验算工况 38

2.9.2载荷系数与载荷组合 39

2.9.3稳定性校核 39

第3章 MQ1633门座起重机臂架平衡系统结构有限元分析 43

3.1起重机Ansys受力模型建立 43

3.2起重机Ansys受力云图和位移云图 44

3.3臂架平衡系统分析结论 47

第4章 MQ1633门座起重机臂架平衡系统三维建模 48

4.1 起重机三维模型建立 48

第5章 总结与展望 50

5.1 毕业设计总结 50

5.2经济性分析 51

参考文献 52

致谢 53

第1章 绪论

1.课题的研究目的和意义

进入21世纪新的十年，随着国际贸易的不断增长，不断促进了我国港口运输的增长，同时推动了港口专用设备的不断发展。门座式起重机作为具有高效作业能力的码头装卸搬运专用港口机械设备，因低成本建设费用，机动灵活，通用性强等优点，在港口码头得到了广泛的应用[1]。在门座起重机的设计过程中,各种新结构，新技术，新材料，新方法也逐步应用于综合工艺的改进当中。

门座起重机中,臂架系统作为重要承载部件,力学性能对整机正常运转有着很大影响。文献[2]应用有限元分析方法,运用Ansys专业分析软件，对门座起重机建立起臂架结构有限元模型,从而计算得出臂架结构的应力与位移分布应用，用来进行强度校核。文献[3]结合四连杆门座起重机组合臂架结构在运行过程中的柔度影响,建立以臂架作为柔性体的动力学模型。文献[4]根据机械振动理论,在起升动载激励下，对门座起重机臂架结构进行动力学特性分析,建立起升机构动力学模型,确立计算公式;在起升过程中，对臂架平衡系统结构的动态响应进行仿真研究,为选取起升动载系数提供一种新的思路和研究方法。文献[5]利用Solidworks建模和Ansys分析软件，建立臂架平衡系统三维仿真模型，得出受力分析云图，有利于对刚性突变部位进行改善设计，为今后的门座起重机臂架系统设计提供参考，节约研究经费和时间。文献[6]介绍了门座起重机臂架及臂架平衡系统的一种优化设计方法，求解出系统抽象数学模型的最优解。进行实例计算,其结果较用传统方法得出的结果有显著进步,可直接应用于实际生产。文献[7]根据臂架平衡系统刚柔耦合模型,根据四连杆门座起重机设置虚拟样机仿真工况。利用仿真结果，计算出设计的门座起重机的臂架平衡重系统满足设计要求,表明基于刚柔耦合分析对于起重机设计具有重要的参考价值。文献[8]介绍了门座起重机臂架系统的传统设计方法,在此基础上，详细阐述门座起重机臂架系统结构优化设计的方案，为我们提供更有参考价值的优化设计方案。文献[9],着重介绍了优化目标函数和约束条件的确定方法,并对优化前后的参数进行对比，从而得出对于港口起重机臂架系统而言的最优设计方案。文献[10]主要介绍了门座起重机臂架系统构成，从安全分析理论和常见故障等方面，着重介绍安全保护措施等内容,对于相关作业管理人员具有很重要的参考价值。文献[11]主要阐述运用门座起重机动态响应的实验，建立起整个臂架平衡系统的动力传递微分方程，论证结果可以运用于起重机的设计当中。文献[12]运用几何屈曲分析，采用临时约束防止吊杆倾斜产生的不收敛问题，运用荷载增量法和位移增量法进行实际测量，对起重机臂架系统结构的整体稳定性研究有相当重要的意义。文献[13]则介绍了对于起重机臂架强度的安全性规则，在整体设计时，我们必须兼顾效率和安全，安全更重要。文献[14]将臂架系统视为一个整体，利用混合编程技术实现铰点位置，杆件长度和整体配重的优化设计，利用仿真结果与实验结果互相对比，实现对臂架平衡系统，诸如平衡梁，小拉杆的整体优化设计。文献[15]运用相关力学方法，在总体设计的基础上,利用提取的四连杆门座起重机组合臂架系统的外形结构尺寸，建立臂架系统结构的优化设计数学模型。