摘 要

本文介绍了门座起重机的现状，以MQ1630门座起重机为对象，完成四连杆找点，并确定合理地臂架系统和自重平衡系统的几何尺寸，在建模软件Creo3.0里完成门架结构的模型建立，再将模型导入到ANSYS里进行静力学分析，验算三种不同工况下门架结构的强度和刚度，通过优化处理模型的尺寸和装配问题，不断的改善，最终确定门架结构的尺寸，以及导出门架结构最终尺寸的相关工程图，使本课题的设计符合实际要求。

本文的特色在于门架结构模型是在Creo3.0里建立的，利用与Creo3.0关联的ANSYS17.0，对门架结构模型进行有限元分析和验算，发现缺欠并改善门架结构模型，大大缩短设计时间，整个过程的设计方法和思路，门座起重机的设计者，可以从中获取一些有价值的参考。

关键词：门座起重机；门架结构；三维建模；静力学分析

Abstract

This paper introduces the status quo of the portal crane. The MQ1630 gantry crane is used to complete the four-link finding point, and the geometrical dimensions of the reasonable boom system and the self-weight balancing system are determined. The gantry structure is completed in the modeling software Creo3.0. The model is established, and then the model is imported into ANSYS for static analysis. The strength and stiffness of the gantry structure under three different working conditions are checked. By optimizing the size and assembly problems of the processing model, the gantry structure is finally determined. The dimensions, as well as the relevant engineering drawings for the final dimensions of the gantry structure, make the design of this subject meet the actual requirements.

The characteristic of this paper is that the gantry structure model was established in Creo3.0. Using ANSYS17.0 associated with Creo3.0, the finite element analysis and checking of the gantry structure model were carried out, and the defect and improved gantry structure model were found, which was greatly shortened. Design time, the design method and ideas of the whole process, the designer of the portal crane can get some valuable reference from it.

Key Words：portal crane; gantry structure; three-dimensional modeling; static analysis

目录

1.绪论 1

1.1项目的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.2.1国内研究现状 3

1.2.2国外研究现状 5

2 总体设计计算 7

2.1 技术参数 7

2.2 确定组合式臂架四连杆尺寸 8

2.3 用作图法进行货物水平位移补偿系统设计 8

2.3.1 货物水平位移补偿系统原理 8

2.3.2 刚性四连杆组合臂架方案的图解法设计 9

2.4 杠杆-活对重臂架自重平衡系统设计 16

2.4.1 杠杆-活对重法臂架自重平衡系统的设计方法 16

2.4.2 杠杆-活对重法臂架自重平衡系统的设计方法 16

3.起重机和门架结构的介绍 20

3.1门座起重机的介绍 20

3.2门架结构简介 21

4.虚拟样机的制作 23

4.1虚拟样机技术和软件介绍 23

4.2门架结构的模型建立 23

5.门架结构的静力学分析 28

5.1静力学分析软件ANSYS简介 28

5.2工况计算 28

5.3建立有限元模型 28

5.4载荷计算和边界条件 30

5.5仿真求解和分析 31

5.6结论 36

6.绘制工程图 38

7.全文总结与展望 40

参考文献 42

致谢 44

1.绪论

1.1项目的背景及意义

在我国加入WTO和日益增强经济全球化后，我国渐渐扩大与世界的交流，中国在经济方面和与国际的贸易也增大，有越来越大的影响力。我国实施改革开放的政策之后，港口产量不断增加得益于国内经济贸易的快速增长，港口经济得到了很大的发展。港口是现代水路交通和公路交通的重心，也是我国向国内贸易和国外贸易的前线，因此，这需要我国的港口能够有先进前端的机械设备以及强大和多样的功能，才能在交易和贸易的过程中使港口发挥着愈加关键的作用。^[1]

港口未来的存在和发展以及在物流和商业的交流中占更大的比重，取决于港口装卸设备的发展和创新，所以要提高港口业务如物流运转的有效性，就需要更加创新的设计设备和增加港口快速处理不同货物的能力。港口起重机在高速，自动化和多个方向上得到发展，同时保持设备在生活中的高要求和可靠性，并且可以降低能耗并改善环境。港口是一个国家的重要战略资源和一种不可忽视的存在。现代化港口需要有更前沿的技术设备和多种多样的功能，才可以提高我国经济的发展和进步的速度，因此要提高国家的经济，就要掌握港口的发展。^[2] 现代港口示意图如图1.1所示：

图1.1现代港口示意图

在一般港口中,起重机是将货物从地面运输到船上或将货物船上运输至地面的关键装置之一,这也是由于货物交换在港口行业的特殊性所致，它是在陆地和海上之间实现的。[3]目前港口主要运输形式是把货物放进集装箱，再以集装箱为载体进行运输,因此，港口的货物运输的主要工具还是起重机。^[4]

近年来，我国自行研究设计的起重机向国外出售，赢得了一定的声誉和市场。 然而，与其他国家的研究的轻型起重机相比，我国的起重机的重量超过整个起重机的20％至50％，有的甚至超过一半。^[5] 门座起重机是一种臂架型的起重机，行走时有专门的轨道，它固定在地面或水平于地面，有两个轨道，门形架横跨在轨道上，车辆可以从门架下方通过。^[6]

门座起重机目前主要应用于货物运送，常在港口和码头等地区工作，完成机械化的装卸任务，还应用于造船厂里制造船舶的工作和施工和一些水电站工地的大型建造堤坝工程中，已经成为港口生产的关键设备。 ^[7]其实物图如图1.2所示：

图1.2门座起重机实物图

门架是门座起重机的支承部分，承受上部结构自重、吊钩和其所钓重物质量质量，门座起重机运行时，门架结构也受风力载荷，同时起升、回转以及变幅机构运行时，门架结构也受到它们产生的惯性力及其力矩的作用。因此，门架要有足够的强度、刚度以及稳定性。^[8]

本课题研究门座起重机门架结构采用了虚拟样机技术，它给我们的设计带来了便利，利用虚拟样机技术，我们可以通过建模软件快速地建立模型，处理各种各样的约束，然后再把模型导入到相关分析软件里进行分析，例如把模型导入到ANSYS里进行静力学分析，添加载荷，模拟模型所受应力应变情况，得到我们模型的强度和刚度和稳定性是否合理，再进行模型的优化。这不仅大大减少了我们设计的周期，也减低在实际生产中因设计错误产生的成本，为起重机设计提供了更快捷的途径，使起重机能高效应用于实际加工中，加快了投入市场的效率。^[9]

在本次设计中，我研究的课题是基于CREO平台的MQ1630门座起重机的门架结构设计，在此设计过程中，我将进一步学习了关于起重机方面的知识，查阅更多的资料，学到更多课本上没有的内容，熟悉和加深门座起重机设计方面的知识，同时，我将学习用CREO3.0软件进行模型的建立和工程图的绘制，学到一些建模和出图的知识，我也将学习对ANSYS软件的基本使用，了解到对模型进行静力学分的步骤和相关内容。本次设计我将学会使用CREO和ANSYS软件，对我以后的学习和工作也会有一定的帮助。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

门座起重机是一种将主要工作机构安装在回转平台上，可沿地面轨道运行的回转臂架式起重机，通常具有起升、变幅、回转和运行等机构。目前，门座起重机变幅系统大多数采用由臂架、大拉杆、象鼻梁、人字架和平衡系统组成的四连杆式臂架及平衡系统。按照设计要求，门座起重机在变幅过程中，要使货物能沿水平线或接近水平线轨迹移动，这样能使起重机降低能耗，提高操作性能。

就M02-10t门座起重机, 郭金泉,杨晓翔,刘思靓等利用ANSYS,建立了其有限元模型,进行求解和分析，并做了现场应变测试实验,将分析与测试结果对比分析，发现两种结果较为吻合,说明该起重机还可以继续使用，有限元分析技术可以进行机器安全检查工作。^[10]