1. 研究目的与意义（文献综述）

1．选题依据及意义：
门座起重机是一种应用于港口码头前沿的起重机，是港口码头进行装卸作业的主力军。它随着港口的不断发展而不断改进革新，不断推广。是码头、船坞等进行装卸作业的重要机械。而随着现在一带一路的不断深化实行。港口的地位显得更加重要，而门座起重机具有整机装拆便于运输组装，吊具有效工作距离长，可以更好地适应各种临时性工作状况，可以完成各种不同的物料起升作业等特点，受到各大港口的高度重视与关注。
人字架是大多数门座起重机的重要支撑结构结构，所有的的吊重、拉杆、臂架等产生的载荷都将作用在臂架上。因此，人字架所受的载荷状态与受力情况分析对门座式起重机的设计是十分重要的。
2．门座起重机及其人字架简要说明与分析
门座起重机大致分为上下两大部分，即上部回转部分和下部支承部分。上部回转部分安装在转台上，包括起升机构、变幅机构、人字架、平衡系统和司机室等。下部支承部分包括门架和运行机构。上部回转部分中起升机构作用是通过取物装置实现吊重装卸，起重量一般为5~40t，在船厂进行船体装配时起重量可达1900t。变幅机构功能是实现吊重在变幅平面内的水平幅度调整，增大起重机作业范围。上部回转部分可在回转机构作用下相对下部支承部分回转，作为门座起重机的主要工作机构之一，回转机构可实现取物装置在空间内绕回转中心线作圆弧运动。运行机构能使整机做水平运动，以实现货物的水平位移或调整工作位置，同时，还能将作用于机器上的载荷传递至下部支承或基础。整机在起升、变幅、回转、运行四大机构的配合下，完成货物升降、整机行走、带载旋转以及在限定幅度范围内的变幅作业【1, 2】。根据变幅机构结构形式，可将门座起重机分为单臂架门座起重机（图1.1a）和四连杆式门座起重机（组合臂架式）（图1.1b）。本文的研究对象为四连杆式门座起重机

图1.1a 图1.1b
人字架工作工况比较复杂，在对人字架研究过程中，主要将约束考虑成刚性约束，而实际情况下，人字架的约束应该是具有一定变形的约束。并且人字架上的载荷也是随井架的工况变化而变化的。如风力等的影响，都会影响到人字架的工况变化，本文中用极限工况计算分析，对人字架设计有一定的参考价值。利用 ANSYS对人字架进行分析 ，验证得到中原油 田机械制造总厂新设计的人字架能够满足载荷和工况要求。在此提出两点建议：(1)前后腿连接销材料可选力学性能较好的材料；(2)前后腿连接板过渡应光滑，连接板的宽度可适加大。【3】
3．国内外研究的历史和现状：
门座起重机开始主要应用于港口码头，是随着港口码头的发展而不断发展起来，后来不断推广。它是堆场、码头、货仓等进行装卸作业任务时重要的装卸搬运机械。目前国内外都很注重门座式起重机的研发。欧美的一些知名公司如利勃海尔、特雷克斯—德马格、和日本的神钢、以及我国的振华等都是生产制造门座起重机的大公司，凭借他们领先的技术、产品质量优良而且设计生产的门座起重机品牌型号多样，可以满足不同港口的需求，所以一直以来都具有较高的市场占有率【4】。
国内门座起重机技术的发展近几年发展很快。随着我国的经济不断增长，重型工业也飞速发展，目前的起重设备的生产制造已有很大的进步具有独自生产制造电机能力和资质的单位也如雨后春笋般的越来越多。目前我国较强的起重机械制造能力已经能够满足现代化港口建设飞速发展的需要，而且出口国外很多港口。很多创新技术已经在国际上处于遥遥领先的地位。太原重型机械(集团)有限公司，上海振华重工有限公司等企业大力开发新型起重机，它们代表了目前国内起重机最高生产水平,占据国内大部分市场[5]，也在世界享有名誉受到各国认可。
4．门座式起重机的发展趋势
目前国外门座起重机的发展趋势非常明确，就是在不断降低生产成本的同时向着机械大型化和专用化、模块组合化、轻型化和多样化、自动化和智能化、成套化和系统化、新型化和实用化六个方向发展。【6】
近年来各国专家们对起重机的研究方向大多数依旧侧重于安全与高效,从多个着眼点对起重机载荷情况进行分析。如Josef Musilek对起重机倾斜引起的起重机跑到水平力进行分析并给出了优化措施；【8】Oh Kwangseok和 Seo Jaho提出了基于模型预测控制的多轴起重机辅助轮控制方法，以提高转向效率和动态稳定性；【9】Tho Ho; Kensuke Suzuki; Mitsuo Tsume等专家研究了一种开关最优控制方法，用于减少起重机系统中有效载荷歪斜旋转的传递时间，能量消耗和残余振动。【10】而在国内，杨淑伟、杨瑞刚教授对起重机臂架结构的凸模型进行了非概率可靠性分析，以预防大型工程中起重机安全事故【11】，我校的胡吉全， 杨艳芳， 陈定方教授基于模块化的门座起重机进行了虚拟概念设计描述了门座起重机的虚拟概念设计过程,给出了其模块划分方法及面向模块的组合化结构设计方法,提高了机械产品的设计效率,降低了设计成本。【12】还有很多学者倾向于对起重机进行有限元分析，为结构优化提供理论依据。【13、14、15】
创新是永无止境的，不管是新型零部件还是机构的形式都是各国不断的研究方向。如果将电动机、减速器和制动器设计制造成为一个整体，那么它的结构就非常的紧凑轻巧，节省空间，拆装也会很简单，调整起来也很方便，这就是如今起重机运行机构的主导—“三合一”运行机构。国外的各种起重机都配有这种新型的运行机构。
集装箱运输迅猛发展和强大的生命力己促成一场运输革命,对港口装卸设备提出了新的较高要求。【7】重机结构以提高装卸集装箱的工作效率的新思路层出不穷,自重平衡系统也需要在这个大环境中有所改变。以期寻找到一种新型的自重平衡系统,满足允许活对重有较大的摆动角度,使在起重机尾部半径允许的尺寸界限内得到对重升降的较大垂直距离,从而获得较小的活对重质量通过对活对重的设置可以有效地减少变幅机构驱动电机功率,改善系统的起、制动性能保证较好的臂架自重平衡性能,从而提高了工作效率。
在先进设计方法里面，虚拟仿真技术一直是各国技术人员研究的重点。迄今为止，应用最为广泛的是有限元方法，有限差分法等，而计算机虚拟现实系统中的虚拟设计技术则是虚拟设计中的重要手段。
根据国外起重机发展情况，我国必须解决好所面对的问题和挑战。不断地发展大型、专用装卸机械；采用新的结构形式、新材料和新工艺减轻机械的自重同时提高使用寿命；将电子信息技术引入到机械化作业系统改善性能；标准化、系列化、规范化。

2. 研究的基本内容与方案

基本工作
（1）查阅资料，了解门座式起重机的发展状况和三维建模设计的意义等
（2）根据设计要求和给出的数据，查阅论文和设计书，提出整体的设计方向和大致结构构造，进行总体布置，完成总体计算
（3）记录整合数据，根据给出的要。求的数据，进行设计计算，确定各个结构的具体使用和准确计算数据，绘制总体方案图和完成总体设计计算说明书
（4）完成人字架的设计计算和建立其三维模型
（5）导入ansys进行分析
（6）三维模型的基础上生成人字架的二维施工图基本内容

目标

（1） 完成专业文献检索至少20篇，其中至少3篇为外文文献；
（2） 翻译不少于20，000英文（5000汉字）印刷符的与选题相关的外文资料，附外文原文；
（3）在实习、检索、阅读的基础上提交开题报告1份；
（4） 确定门机的形式和几何尺寸，并对尺寸的合理性进行校核，完成总体设计；

3. 研究计划与安排

进度安排
完成任务的时间节点：
（1）1~2周： 查阅文献，确定翻译文献，做好毕业设计的平台软件安装
（2）3~6周： 作图确定初始几何尺寸，优化校核。

完成几何尺寸的确定。

（3）7~8周： 构建验算模型，计算载荷。

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献
[1]文豪. 起重机械[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013: 51-52.
[2]王景波. 四连杆式门座起重机钢结构计算系统研究[D]. 大连理工大学, 2009.
[3]蒋发光,梁政,彭代清.利用ANSYS进行人字架的实用分析研究[J].石油工业计算机应用,2005(04):22-24 68.
[4]黄陈娣.门座起重机的现状以及发展趋势[J].上海：上海振华重工股份有限公司.2001.
[5]田 仲.四连杆组合臂架门座起重机富余承载能力参数化研究[D].武汉理工大学, 2009.
[6]李 端.徐长生.门座起重机四连杆组合臂架结构的动力学分析及仿真.武汉理工大学学报
(交通科学与工程版)[J]2005,29(1).
[7] 管彤贤.21世纪集装箱机械的技术进步[J].北京: 起重运输机械,2003(04):7-9.
[8]Josef Musilek. Horizontal Forces on Crane Runway Caused by Skewing of the Crane[J]. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering,2019,471(5).
[9]Oh Kwangseok,Seo Jaho. Model predictive control–based approach for assist wheel control of a multi-axle crane to improve steering efficiency and dynamic stability[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,2019,233(4).
[10]Tho Ho,Kensuke Suzuki,Mitsuo Tsume,Ryosuke Tasaki,Takanori Miyoshi,Kazuhiko Terashima. A switched optimal control approach to reduce transferring time, energy consumption, and residual vibration of payload’s skew rotation in crane systems[J]. Control Engineering Practice,2019,84.
[11]杨淑伟,杨瑞刚,路艺.起重机臂架结构的凸模型非概率可靠性分析[J].中国安全科学学报,2017,27(08):68-72.
[12]Hu Jiquan,杨艳芳,陈定方.基于模块化的门座起重机虚拟概念设计[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2005,29(3):447-449. DOI:10.3963/j.issn.2095-3844.2005.03.033.
[13]马世辉,何丽萍.特殊结构桥式起重机的有限元分析[J].时代农机,2018,45(4):171-172.
[14]安超.基于ANSYS的QTZ315塔式起重机有限元分析[J].现代制造技术与装备,2018,(3):33-35.
[15]王红霞,王红勤.基于ANSYS平台的四连杆门座起重机立柱及平衡系统金属结构有限元分析[J].时代农机,2017,(12):110-111,113.