摘 要

长久来，门座式起重机作为港口常用装卸机械其工作效率与港口装卸货物效率息息相关，保证货物在变幅过程中尽可能接近水平线的轨迹移动对门座式起重机的工作安全和工作效率有着重要的意义。然后长时间以来，港口用门座式起重机主要运用常规的经验静态设计方法，其主要是根据同类产品的相关资料参数以及长期归纳的经验公式对起重机设计进行初步的计算，根据门座式起重机设计现状结合计算机软硬件的发展，将门座式起重机设计计算结合虚拟样机技术以及参数化建模技术，通过对门座式起重机虚拟样机的建模分析，对各种工况进行仿真模拟，通过对仿真得出数据的分析来判断门座式起重机初步设计是否合理并且对门座式起重机优化提出指导性的意义。此方式对于起重机及大型机械的设计周期以及设计成本有重要的意义。本文以MQ4033门座式起重机为例，确定了门座式起重机总体设计的大致流程，对门座式起重机臂架系统进行动力学仿真分析，其主要内容如下：

（1）参照《起重机设计手册》等相关资料，对MQ4033门座式起重机的机构进行选择和总体设计计算。

（2）分析了门座起重机当前的设计现状，介绍了虚拟样机的概念以及在起重机设计中的应用。分别用AutoCad以及三位建模软件SolidWorks对MQ4033进行二维和三维的建模分析熟悉了解门座式起重机整体的结构，并将整机模型导入ADAMS软件，在ADAMS中建立了臂架系统虚拟样机。

（3）对各个相对独立的部件施加相应的约束和载荷，对MQ4033门座式起重机的臂架系统变幅运动进行运动学以及动力学的仿真，对仿真结果进行分析了解仿真结果意义以及对臂架系统优化得出的指导性建议。

总之，对门座式起重机整体设计以及ADAMS分析的过程，为门座式起重机整机设计流程及臂架系统高效的优化方式提供了行之有效的方法。

关键词：门座式起重机；总体设计；动力学仿真分析

Abstract

For a long time, the portal crane as the port commonly used handling machinery its efficiency and port loading and unloading cargo efficiency is closely related to ensure that the goods in the process of variation as close as possible to the horizontal line of the movement of the portal crane work safety and efficiency is of great significance The And then for a long time, the port with a portal crane main use of conventional experience static design method, which is mainly based on similar product parameters and long-term induction of the empirical formula on the crane design of the initial calculation, according to the portal crane design Based on the development of computer hardware and software, the design and calculation of portal crane combined with virtual prototyping technology and parametric modeling technology are carried out. Simulation analysis of various working conditions is carried out by modeling and analyzing the virtual prototype of portal crane. Out of the data analysis to determine whether the preliminary design of the portal crane is reasonable and the guiding significance of the optimization of the door crane. This approach is important for the design cycle and design cost of cranes and large machines. Taking the MQ4033 portal crane as an example, the general process of the overall design of the portal crane is determined, and the dynamic simulation analysis of the gantry crane system is carried out. The main contents are as follows:

(1) Reference to the Crane Design Manual and other material, do the project selection and calculations on the MQ4033 portal crane.

(2) Analyse the status of portal crane design, introduced the concept of virtual prototyping technology and the application on crane’s design. with the AutoCad and three modeling software SolidWorks MQ4033 two-dimensional and three-dimensional modeling and analysis of familiar understanding of the overall structure of the portal crane, and the whole model into the ADAMS software, ADAMS in the establishment of the boom system virtual prototype The

(3) The corresponding constraints and loads are applied to each of the relatively independent components. The kinematics and dynamics of the boom motion of the MQ4033 portal crane are analyzed. The simulation results are analyzed to understand the meaning of the simulation results and the Optimization of the system to guide the recommendations.

In short, the overall design of the portal crane and ADAMS analysis process, for the door crane crane design process and efficient optimization of the boom system provides an effective way.

Key Words: Portal crane; Design; Dynamics simulation; ADAMS; Kinematics analysis; kinetics analysis

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 课题的研究目的和意义 1

1.2 课题研究的内容 2

2 总体设计计算 3

2.1 技术参数 3

2.2 确定主要的工作机构和金属结构形式 4

2.2.1 确定主要工作机构形式 4

2.2.2 确定金属结构的形式 7

2.3 载荷计算 10

2.3.1估算起重机各构成质量及质心位置 11

2.3.2 起升载荷 13

2.3.3 动力载荷 13

2.3.4 风载荷 15

2.4轮压计算 22

2.4.1 各支腿支承反力计算公式 22

2.4.2 各工况下的轮压计算 23

2.5 整机抗倾覆稳定性计算 24

2.5.1 无风静载工况 25

2.5.2 有风动载工况 26

2.5.3 突然卸载或吊具脱落工况 27

2.5.4 非工作状态暴风侵袭工况 28

2.6 本章小结 29

3 MQ4033臂架系统虚拟样机制作 30

3.1 起重机臂架系统三维模型建立 30

3.2 利用ADAMS软件建立臂架虚拟样机 32

3.2.1 ADAMS软件简介 32

3.2.2 使用ADAMS实现虚拟样机 33

3.3对臂架变幅过程的仿真分析 35

3.4 本章小结 39

4 设计方案的环境及经济性分析 40

4.1 设计方案的环境性分析 40

4.2 设计方案的经济性分析 40

5 全文总结与展望 41

5.1 设计的总结 41

5.2 设计方案的展望 41

参考文献 43

致谢 44

1 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

自古以来，人类的交往活动促使着文明科技的发展和进步，而科技和文明的进步主要是通过货物以及物品的交流互动来实现的，古有海上丝绸之路泉州港连通东西，而今二战后，贸易飞速发展，全球一体化进程加速， 港口码头已成为物流运输的中转站和关键点。港口的飞速发展同时带动了港口起重运输机械的优化升级，我国港口主要起重机械为门座式起重机，其因为稳定高效迅速得到普及其。门座起重机是一种通过铺设在港口和码头轨道运行的运行式起重机，它主要的功用是对船舶码头和港口的的货物进行装卸作业，大型造船厂和水电运输工地的机械自动化装卸操作，能够明显改善港口人员工作环境和减少人工劳动比例，工人在恶劣复杂环境下的操作性能可以得以提高，同时劳动生产率也大大提高，耗能降低，是实现码头港口机械自动化中必不可少的重要设备。常用于港口装卸的门座式起重机有滑轮组单臂架门座式起重机和四连杆组合臂架门座式起重机。为了使货物更接近水平移动，主要由滑轮组补偿法和组合臂架补偿法来解决此类问题^[1]。相比于滑轮组补偿法四连杆组合臂架补偿法不需钢丝绳参与，自重大、可以更加平稳的搬运货物，减少能耗增加安全稳定性，适用于港口复杂多变的环境影响，因此四连杆组合臂架门座式起重机在国内港口得到普遍应用^[2]。

世界先进的门座式起重机设计技术厂商主要聚集在欧洲，例如利勃海尔以和马尼托瓦克所生产的门座式起重机技术位于世界前沿，其主要具有大负荷、结构简单方便、稳定性能可靠、防倾覆能力强的特点。相比于欧洲生产的门座式起重机日本在设计技术方面略有不足，但是在制造工艺方面则是代表了现阶段世界上的最高水平，在配合精度以及产品尺寸精度方面由为出众。此外，目前世界上先进的起重机生产厂家在中、大吨位产品中均附带有检测系统对产品工作性能进行实时测控，此项技术也代表未来大型港口装卸运输机械的发展趋势。