1.1 目的

门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的，是一种典型的回转臂架类型的有轨运行式起重机，设有起升、运行、回转、变幅四大工作机构，它具有高效的作业能力、低成本建设费用、机动灵活、通用性强等优点，这些优点使门座起重机在港口、码头得到了广泛的应用。

臂架系统是门座起重机的主要受力部件，它通过起升机构将重物提升或下降至一定的高度，通过变幅机构改变臂架的工作仰角用以增大作业范围。作为门座起重机的核心部件，臂架系统设计的好坏将直接影响整机的性能。因此，在门座起重机的设计过程中，优秀的臂架系统设计可以节约变幅驱动功率，提高整机工作性能和延长使用寿命，具有重要的理论意义和现实意义。

1.2 国内外研究现状

随着世界经济的不断发展和国际物流业的日益繁荣，港口物流对起重机装卸货物的效率、使用的安全可靠性等工作性能提出了更高的要求。因此，对起重机各方面的研究一直是国内外的热点。

门座起重机由于作业效率高、机动灵活和通用性强等优点使得其在港口、码头获得了广泛的应用。四连杆铰接组合臂架变幅系统是目前应用较广泛的门座起重机臂架形式。合理的变幅系统设计不仅能降低变幅机构的驱动功率消耗，还可以提高机构的操作性能，臂架系统自重平衡的设计优劣是影响整机工作性能、安全性能的重要因素。为此，林健民、夏鹏等^[1]通过对四连杆门座起重机臂架系统设计原理的分析，探讨了保证变幅过程中货物沿着接近水平线轨迹移动的优化方法；霍洪瑞^[2]利用ANSYS软件对造船用门座起重机臂架系统进行有限元分析，以对其作强度及模态的计算，利用ANSYS的计算结果为臂架结构设计及优化提供了可靠的理论依据。

现如今起重机在现代工业中应用越来越广，作用越来越大，与此同时对起重机的要求也越来越高。因此，起重机的设计方法需要不断改进、完善，以使得设计出的起重机更加满足实际需求。须雷^[3]通过总结国内外起重机设计的实例，阐述了起重机各种现代设计方法的基本原理；杨书强^[4]通过在ADAMS平台上对起重机进行虚拟仿真，研究了起重机设计虚拟仿真技术；Haiwei Liu,Weijian Mi等^[5]基于一个真实的门式起重机，通过仿真软件建立了机械模型、电机模型和控制模型，然后将这三个模型集成到整个仿真平台中，通过模拟港口起重机的吊装和变幅操作，分析吊装和变幅过程中的功率变化和能耗，为节能研究提供了基础，具有很强的现实意义；Yingguang Chu,Lars Ivar Hatledal等^[6]也做过类似的仿真研究。

智能化与自动化相结合是当代起重机技术发展的一大趋势，相关方面的研究也在如火如荼地进行。韩翠英^[7]就起重机自动化技术的发展发表了自己的见解，她认为，我们必须要坚定不移的走推动自动化的技术广泛应用的道路，以此来刺激起重机向着智能化和自动化的方向进行发展；杜文正、童国林等^[8]以门机为设计平台，设计了一套自动化程度较高的的门机自动吊装系统方案；徐勇，朱志忠等^[9]基于PLC开发了一台门座式起重机控制系统模拟器；秦长海^[10]设计了一种采用机器视觉定位的方法，用以检测吊装物体的大小、重量和周边环境，通过在起重机的吊钩上加装 CCD，从而可以利用机器视觉定位，然后在地面上利用微机控制起重机的运行，去做一些高危险性、高精度的吊装工作，进而保证人员安全和施工顺利。

安全是起重机设计永恒的主题。起重机在当前的工程建设中发挥着越来越重要的作用，其运行安全性对于工程建设与施工人员都有较为显著的影响，所以做好起重机的安全控制监测十分的必要。王想^[11]具体分析和讨论了起重机控制监视系统的具体构成、行业发展现状以及应用效果等，现实意义显著；丁冲、贾磊等^[12]设计开发了一种门座起重机安全监控系统，用以提高门座起重机运行的安全可靠性；丁东方^[13]通过对门座起重机整机进行静态和动态应力测试完成了整机的安全性能评估，并且可以依据测试结果提出相应的改进方案；赵博^[14]在全面分析了起重机安全装置现状及未来发展状况后指出，为了提高起重机运行安全性，必须加强安全装置的分析和优化。

最后，Brkic VKS,Klarin MM等^[15]对起重机舱室内部的人机工程学设计进行了研究。毫无疑问，起重机舱室内部的人机工程学设计同样十分重要，因为起重机最终是要面向用户的，用户的体验对起重机的安全运行至关重要。所以，从这个方面考虑，这也是提高起重机安全性的途径之一。

在国外，专业生产门座式起重机的厂家约在15家左右，其中以欧美的利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克和日本的神钢等为代表。他们拥有先进的生产技术以及完善的产品型号，在市场上的占有率很高。欧美厂家生产的门座式起重机不仅可以满足大吨位的需要，而且具有新颖的设计结构、安全性能一流、设备稳定性好，这些都是其它国家无法媲美的。此外，更重要的是，他们还将全球定位系统安装在了大吨位产品上，从而可以进行实时的监控。因此，他们的产品整体上代表了国际先进水平。

在国内，我们已经具有较强的起重机械制造能力，已经有1616家单位获得了国家质检总局颁发的起重机制造许可证，起重机设备取得了显著的成绩。事实上，我国在小吨位起重机设计领域已经处于世界领先水平，但在大型起重机的研发领域，仍与国外存在一定差距。目前，我国起重机发展面临的主要问题有核心部件的技术水平欠缺和制造水平不能满足设计的要求。