摘 要

门座起重机是港口件散货码头典型的装卸机械。单臂架门座起重机的人字架是起重机工作时非常重要的承载部件，作为门座起重机的重要支撑结构，支撑起了上面臂架系统和平衡系统。因此人字架结构的载荷和受力情况的分析研究对门座起重机的设计具有重要的实用价值。本文通过对人字架进行设计计算来使自己设计的人字架结构满足设计要求的条件。

论文的主要内容包括：

（1）通过所给的性能参数对MQ5040单臂架门座起重机进行整体设计计算，使我们设计的门座式起重机各项性能满足要求。

（2）对人字架结构形式进行确定，完成人字架的受力载荷分析，同时确定人字架的主要尺寸，为三维建模做好准备。

（3）利用 SolidWorks 和 ANSYS 软件完成对门座式起重机的人字架结构建立有限元分析模型。

（4）对人字架的有限元模型进行分析，分析其强度、刚度是否满足设计要求的条件。

关键词：门座起重机；人字架；三维仿真建

Abstract

The portal crane is a typical loading and unloading machinery for the port bulk cargo terminal. The herringbone frame of a single-arm portal crane is a very important load-bearing component when the crane is working. The herringbone frame supports the upper boom system and the balance system as an important support structure for portal crane. Therefore, analysis of herringbone frame of portal crane design loads and the forces structure has important practical value. In this paper, the design and calculation of the character frame to make their own design of the herringbone frame structure to meet the design requirements of the conditions.

The main contents of the paper include the following aspects:

（1）Through the given performance parameters of the MQ5040 single-arm portal crane overall design calculation, so that we designed the performance of the portal crane to meet the requirements.

（2）Determine the form of the herringbone frame structure, complete the analysis of the force load of the herringbone frame, determining the main dimensions of the herringbone frame at the same time, prepare for three - dimensional simulation modeling.

（3）Using SolidWorks and ANSYS software to b Determine the form of the herringbone frame structure, complete the analysis of the force load of the herringbone frame, determining the main dimensions of the herringbone frame at the same time, prepare for three - dimensional simulation modeling.uild the finite element analysis model of the herringbone frame structure of portal crane.

（4） The finite element model of the herringbone frame is analyzed, and the conditions of its strength and stiffness are satisfied.

Key Words：portal crane;herringbone frame;Three - dimensional simulation modeling

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的和意义 1

1.2国内外的研究现状 2

1.2.1起重机发展现状 2

1.2.2单臂架门座起重机有限元分析 3

1.2.3单臂架门座起重机优化研究 3

1.3课题研究内容 4

第2章 MQ5040单臂架门座起重机总体设计计算 5

2.1性能参数 5

2.2确定主要工作机构和金属结构形式 6

2.2.1主要工作机构 6

2.2.2金属结构形式 8

2.3货物水平位移补偿系统及臂架自重平衡系统的设计 9

2.3.1货物水平位移补偿系统 9

2.3.1臂架自重平衡系统设计 11

2.4载荷的计算 12

2.4.1自重载荷 13

2.4.2起升载荷 13

2.4.3垂直运动引起的动载荷 13

2.4.4运行惯性力计算 15

2.4.5物品偏摆载荷 15

2.4.6风载荷 18

2.5轮压计算 24

2.6起重机稳定性计算 27

2.6.1基本稳定性 27

2.6.2动态稳定性 27

2.6.3工作最大风载荷时的稳定性 28

2.6.4突然卸载时的稳定性 28

2.7车挡冲击力计算 29

2.8防阵风制动能力计算 29

2.9非风工作状态防风锚定力计算 29

2.10本章小结 30

第3章 MQ5040单臂架门座起重机人字架设计计算 31

3.1人字架简介 31

3.2人字架的结构形式 31

3.3人字架结构受力分析计算 32

3.4人字架结构的主尺寸的确定 34

3.5本章小结 34

第4章 MQ5040单臂架门座起重机人字架三维仿真建模及ANSYS分析 35

4.1SolidWorks简介 35

4.2人字架模型的创建 35

4.3平衡梁及小拉杆等三维建模及其装配 35

4.4起重机人字架ANSYS分析 37

4.4.1ANSYS软件简介 37

4.4.2ANSYS软件操作分析流程 37

4.4.3对人字架结构进行具体的ANSYS分析 38

4.5本章小结 42

第5章 环境影响及经济性分析 43

5.1环境影响 43

5.2经济性分析 43

第6章 总结与展望 45

6.1全文总结 45

6.2全文展望 45

致 谢 47

参考文献 48

第1章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

门座起重机是一种具有代表性同时又十分重要的有轨运行式起重机，它由于具备能让运输车辆通过的门架，因此而得名为门座起重机。现如今门座起重机已近普遍应用于港口以及码头货物的装卸搬运工作，同时造船厂的施工等有关工程也用到大量的起重机械，起重机的运用对改善工人的操作环境和条件，减少沉重的体力劳动，提升劳动生产率都具有很大的意义^[1]，是完成生产过程机械化必不可少的重要设施。