1．目的及意义

起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。其可以起到对货物的起重、运输、装卸或安装等作业，是作为现代工业实现生产过程机械化和自动化，提高劳动出产率，改善物料搬运条件必不可少的一类机械设备，在国民经济各个部门都有广泛的应用。其中集装箱门式起重机因具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。

而使载荷升降的起升机构，是所有起重机械中不可或缺、最重要的机构，其工作性能的优劣将直接影响到起重机的技术性能^[1]。传统的门式起重机在设计起升机构的过程之中，设计人员通常依靠自身的经验，对门式起重机进行静态定性分析以及手工劳动，使得产品设计的周期长、质量差、成本高等，导致产品在行业的竞争力变差。

在传统的设计方式的基础下，更多的行业相关研究人员着手于在开发的设计阶段，由细节入手，且不再局限于静载研究，而用更精确的算法及实验对动静载联合分析，做到对起重机起升机构的进一步优化。从研究成果来看，武汉理工大学计三有^[2]建立数学空间模型以及二维平面系统，实验验证偏摆控制效果，为起升机构起升控制系统的有效性提供了参考;而从起重安全方面考虑，制动器的选择应用则显得尤为重要，金箍制动器公司的黄垂总^[3]等人以及江麒龙起重机械公司的宋兴海^[4]均倾向于采用动静载试验对制动器进行性能检测及优化，用更有效的方式判断制动器的合格与否;Shah U及Piao M等人也通过使用更精确的输入整形控制来对残余震动抑制进行改进 ^[5]。

这样看来，对于起重机起升机构的设计，理论与实际相结合，不论是卷绕系统、偏摆系统还是制动系统，选取合理的动载系数，建立有效的动力学模型^[6]，是提高设计效率的有效途径。但是，这样的提高还是不足以从根本上改变产品设计的周期长、成本高的问题。所以，随着科学技术和计算机技术的进一步发展，更多的辅助设计和辅助工程技术日趋成熟，虚拟样机技术的开发使用大大减轻了设计人员的工作量，也使得设计结果更具有可靠性。

虚拟样机的应用是起重机设计的一大进步，其可以在设计阶段，真实模拟起重机在各种工况下的动载特性，能对传统静态分析方法存在的缺陷进行部分补偿。并且，虚拟样机可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案 ,这是物理样机所无法比拟的^[7]。太原科技大学丁振兴^[8]以及哈尔滨商业大学的吕书清^[9]就结合Solidworks、Adams及Ansys针对起重机进行综合仿真分析，进一步提高了分析精度。同样的，意大利谢菲尔德大学的Arena.A等人就起重机承受风压载荷也惊喜三维建模仿真，通过实验较为准确的预测了风压结果^[10]。釜山国立大学机电工程系Keum-Shik H， Quang H等人^[11]对船载集装箱起重机进行仿真，模拟了“移动式港口”在复杂多变的海面上的载荷变化情况。当然，Li H等人^[12]研究发现对于港口集装箱起重机操作系统的仿真，虚拟样机也是行之有效的，包括了船舶，锚地，泊位等各种动作。所以，虚拟样机是模拟动态特性的良好措施。

当然，较之军工制造、武器装备和医疗器械等方面，虚拟样机在起重机的应用还不够深入。就未来港口起重机而言，轻型化、模块化和参数化^[13]都是其智能的表现，也是未来探究的方向，而在这方面，虚拟样机便能很好的满足设计要求。于其他研究，无论是起升机构的节能优化^[14],还是金属结构轻量化的研究^[15]，虚拟样机均能多次实验并得到最优结果。所以，更加深入的使用虚拟样机是未来设计的发展趋势。

然而，虚拟样机技术是建立在许多技术基础上的一种综合技术 ,一些基础技术的不成熟会限制虚拟样机技术的应用 ,同时虚拟样机技术是一种新兴技术 ,现在还处在研究和发展的阶段，本身的不完善使得应用受到一定的限制^[16]。所以希望更多研究人员能不断完善虚拟样机技术，也为了工业设计提供了更优的选择。

综上所述，国内外对起重机的设计和研究都在以动力学分析为方向发展，这从一定程度上表明建立动力学模型仿真要优于传统机械设计方法。因此，本文引用上述文献的研究思想方法利用SOLIDWORKS，ADAMS，ANSYS对起升机构进行联合仿真。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1基本内容