1.1 研究目的

在结合起重机初步设计的相关方法的基础上，通过Solidworks软件的使用，建立MQ4040型起重机的三维模型，使用ADAMS对MQ4040单臂架门座起重机进行在整机运行过程中的运动学和动力学分析，将ADAMS的节点载荷结果对应到ANSYS Workbench中，对门座起重机臂架结构进行载荷分析，分析其在不同运行工况下的强度与刚度。同时利用ANSYS Workbench对臂架结构进行振动模态的分析，为起重机设计寻找新的设计方法，提高起重机设计与制造的效率。

1.2 研究意义

随着社会经济贸易的不断发展，经济全球化的趋势日益明显，船舶运输行业正蓬勃发展，门座式起重机作为当前各个起重机型号中运用最为广泛的机型之一，其具有适用范围广、易于操作等特点。可以说，门座式起重机在港口装卸运输过程中起到了重要的作用。目前，国内外制造门座式起重机的厂家很多，国内的生产厂家有河南卫华集团、长沙中联重科、上海港机厂等^[1]，国外生产门座式起重机欧美的利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦和日本的神钢等^[2] 。这些公司一般是以创新为导向，设计指导生产，效率与技术都是较为先进的。

我国在起重机设计方面起步较晚，但近些年来依靠一些高等学院校在起重机设计的优化理论方面进行的探索与推广工作，起重机的现代化设计方法已经逐渐进入实用阶段，对起重机的静强度、静刚度及动刚度等方面进行优化分析，同时与力学、材料学、电气控制、自动化等多门学科的关系越来越紧密，学科交叉带来的新思维方法使得本领域得以突破与发展。然而，港口起重机在设计方法上却仍旧相对落后，现行的大多数设计方法使用以经典力学为基础理论的设计，并以以往的经典案例为设计经验。这样设计的产品周期长、精度低、浪费材料，并难以适应需求越来越高的市场。这导致我国起重机与国外先进发达国家相比“笨、粗、大”，消耗了过多的材料和能源，严重影响了我国起重机产品的竞争能力^[3]。

为了实现起重机结构的轻型化，一些先进的优化技术，如优化、有限元、虚拟样机等技术被用于起重机设计中，同时采用新的材料、新的结构组成不断提高其轻量化水平。然而，港口装卸机械属于大型金属结构系统，其作业工况比较复杂，动态特性指标受多种实际工作因素的影响，这么复杂的结构系统不能用一个简单的数学模型来模拟^[4] 。因此我们面临的是如何使用现有的技术手段进行分析、设计与优化。

考虑到长久以来起重机的设计一直以静态设计为主，只采取机器运作过程中的一段工作过程并选取适当的安全系数加以考虑，这样就与实际情况有所出入。为能够深入研究起重机的设计，全面考量机械的整体运动状态，目前有效的解决方法之一便是采用虚拟样机技术，为起重机的设计提供更近合于实际的工具。