1.1国内外研究现状

门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的，门座式起重机是指臂架安装在门座上，下方可通过铁路或公路车辆的移动式回转起重机。港口上常用的机型有：通用门座起重机、带斗门座起重机、多用途门座起重机等。门座式起重机由起升机构、回转机构、变幅机构和运行机构四大机构组成。门座起重机广泛采用摆动臂架式变幅机构。变幅机构中采用臂架自重平衡系统和货物水平位移系统来实现工作性变幅。臂架自重平衡系统的基本作用是使臂架的重心在变幅过程中不发生或少发生升降现象，货物水平位移系统的基本作用是使取物装置及其所载货物在变幅过程中沿着水平线或接近水平线的轨迹移动。

国内针对门座起重机近年来取得了一些新的研究进展，在起重机设计中风载荷一直是较为重要的一项载荷，它不仅是结构受力分析的重要载荷，同时也是计算大小车走行机构电机功率和分析门机稳定性的主要依据。武汉理工大学物流工程学院的赵章焰利等^[1]、西南交通大学的朱小海等^[2]人利用三维建模软件 SolidWorks 建立港口大型门座起重机三维模型，经过网格划分等前处理后导入计算流体力学分析软件 CFX 中，计算门座起重机的风载荷得到其在流场中的风速场、风压场分布图，再分析求 解其风力系数，并在此基础上提出采用风压不均匀系数表征门座起重机表面风压的分布规律。进一步验证了计算流体力学方法在大型门座起重机计算分析中的适用性，研究了风载荷对门座起重机的影响特性，为工程设计人员提供有效参考。华中交通大学机电工程学院的程贤福等^[3]为了快速满足用户对起重机个性化的需求，提出了基于知识重用的起重机快速设计方法。采取模块编码、数据库、规则表示法等对相应的设计知识进行表达，建立起重机设计知识库，然后基于实例推理技术对起重机进行相似度计算、实例检索，并对新产品进行有限元分析，最终输出新产品并更新实例库。设计过程以 Soildworks、 Access、 VB、 Ansys 为工具支撑，进行参数化建模、设计参数存储、相似度计算、有限元分析等，以此来快速地完成起重机设计。中交第四航务工程勘察设计院有限公司的吴邵强等^[4]人结合门座起重机在港口服役期间回转支承的实际工况及常见故障损伤规律，对常用的三排滚柱式 回转支承进行了疲劳分析研究。提出合理假设，分析了回转支承在门座起重机每个工作循环中的载荷谱。在赫兹接触理论和疲劳积累损伤理论的基础上，利用 Ansys 软件建立了回转支承的简化模型，并分析了其疲劳接触。 利用 Ansys 中的 FATIGUE 分析模块，完成了在既定工况下的疲劳分析计算，进而得到了回转支承的预测寿命。据此，提出了一种与港机中传统回转支承寿命预测方法不同的数值计算方法。西南交通大学的张大鹏等^[5]人针对双刚接支腿门架结构，推导了水平约束力解析式和主梁跨中挠度的表达式，定量分析了刚度比对主梁挠度的影响。结果表明：刚度比越大水平约束力越小；刚度比越小主梁挠度越小；将两侧支腿设计成相同尺寸，可使结构刚度最好，用料最省。通过计算支腿弯矩对挠度的影响为起重机设计提供了有益参考。广州特种机电设备检测研究院的刘金等^[6]人进行了门座起重机参数化建模与仿真分析，通过对比，参数化仿真法比传统仿真法缩短了安全评估报告的出具时间。中船第九设计研究院工程有限公司的刘彦飞^[7]分析了大拉杆自重对三种不同幅度和吊重的门座起重机的影响，验证了大拉杆自重对大拉杆应力和整机性能将起不可忽视的作用。特别是随着吊重和幅度的增大，大拉杆也随之变长变重，在设计计算中必须加以考虑。深圳市特种设备安全检验研究院的李俊林^[8]提出了门座起重机平衡滑轮补偿式臂架系统的优化设计，减小了起重机上部的总的重量，不仅节省了制造起重机的原料，还节省了制造成本。邓贤远等^[9]提出门座起重机振动模态分析研究。董杰等^[10]对门式起重机起升过程动态特性作了研究。江爱华等^[11]进行了门式起重机动态特性仿真与试验分析。中国铁道科学研究院运输及经济研究所杨广全^[12]针对铁路中小型货场集装箱作业量较小的特点，通过开发下挂式拖拽小车 和起升机构分散布置结构，研制配套的专用吊具，应用起升钢丝绳倒三角形缠绕、电机变频等综合技术，采用高强度耐候钢，设计铁路轻量化多功能集装箱门式起重机，提高了铁路装卸的机械化水平。

人字架是MQ4040单臂架门座式起重机的主要构件之一，它与臂架、回转机台、绳索系统构成了整个门座机的上部平衡系统，而人字架正是这个上部平衡系统的支点，所有起升钢丝绳及变幅钢丝绳都需要通过人字架顶部滑轮传力，且使整个上部臂架系统达到平衡。

国内外针对人字架机构的研究设计也有不少新进展，其中用得最多的设计方法就是有限元分析法，有限元分析法为整个人字架结构的整体建模提供了可靠、高效的理论依据。武汉理工大学殷成凤^[13]采用Ansys有限元分析软件对门座起重机人字架进行了整体有限元计算，提出了具体的有限元分析模型，并对人字架强度、刚度作了全面分析。人字架的跨度设计也是门座式起重机的一项设计参数。楚雄技师学院的丁燕^[14]以MQ1625起重机为研究对象，运用 ANSYS 仿真软件分析起重机转台人字框架结构的强度，并根据分析结果提出了相应的改进方案。研究表明，当起重机载荷一定时，转台人字架顶部的应变和位移最大，且最大位移为21.03mm。为人字架结构的设计提供了重要参考依据。武汉理工大学的吴洲庆等^[15]提出门架及转台人字架系统强度分析及改进设计。沈宏伟^[16]对MQ128门座式起重机人字架进行了有线元分析。上海振华重工股份有限公司的张炳发等^[17]人在分析目前浮式起重机所使用的两种人字架放倒方法的基础上，提出了一种全新的人字架放倒技术，不仅适用于新建起重机的设计，而且也可以应用于原有起重机的改造。