摘 要

目前国内门座起重机设计大多采用参考以往设计成功的机型，并采用经验公式计算。针对起重机设计过程中存在的难点，本文以四连杆MQ1635门座起重机为例，首先参考以往机型完成门座起重机的总体设计，包括：确定门座起重机总体设计参数，货物水平位移系统设计，臂架自重平衡系统设计，起重机载荷计算，抗倾覆稳定性验算和轮压计算，然后完成起升机构的详细设计计算，并运用Creo参数化建模的优点，通过对起升机构的虚拟设计，对起升机构详细分析，从而改进起重机设计过程中包括尺寸冲突在内的缺陷，实现起升机构的优化设计。

本文旨在凸显虚拟设计在起重机等大型机器设计过程中所起的重要作用。在虚拟设计中，Creo可伸缩的可互操作的优点得到充分发挥，同时，Creo集成了2D CAD、3D CAD、参数化和直接建模创建、分析、查看等功能，在运用中给设计者带来了极大的方便。

关键词：门座起重机；总体设计；虚拟设计；Creo

Abstract

At present, most of the design of portal crane is based on the previous models, and the empirical formula is also used to design and calculate. Aiming at the difficulty in the design process of the crane, this paper takes the four link MQ1635 portal crane as an example, firstly, the overall design of the gantry crane is completed by referring to the previous models,including the determination of the overall design parameters of the portal crane, the design of the horizontal displacement system of the lifting goods, the design of the arm frame weight balance system, the calculation of the load of the crane, the calculation of the stability against overturning and the calculation of the wheel pressure.then finish the detailed design and calculation of the lifting mechanism, and the use of the advantages of Creo parametric, By means of virtual design ,hoisting mechanism are analyzed in detail, so as to avoid defect of the crane design process such as the size conflict, and realize the optimal design of the lifting mechanism.

This paper aims to highlight the important role of virtual design in the design process of large machinery such as cranes.In the virtual design, Creo is inter-operable and retractable. At the same time, In addition to Parametric Creo, there are multiple independent applications in 2D and CAD 3D modeling, analysis and visualization.therefore,It brings great convenience to the designers.

Key Words: portal crane； overall design； Virtual design； creo parametric

目录

第1章 绪论 1

1.1目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1

第2章 总体设计计算 2

2.1 性能参数 2

2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式 2

2.2.1 确定主要工作机构形式 3

2.2.2 确定金属结构的形式 7

2.3 确定组合式四连杆臂架结构尺寸 9

2.4 用作图法进行货物水平位移补偿系统设计 10

2.4.1 货物水平位移补偿系统原理 10

2.4.2 刚性四连杆组合臂架方案的作图法设计 10

2.5 杠杆活对重式臂架自重平衡系统设计 16

2.5.1 杠杆活对重平衡系统工作原理 16

2.5.2 臂架自重平衡系统设计方法 16

2.6 各工作机构、金属结构的计算工况、计算载荷以及载荷组合 19

2.6.1 计算载荷 19

2.6.2 载荷组合 22

2.7 整机稳定性校核 23

2.7.1 基本原则 23

2.7.2验算工况、载荷系数和载荷组合 24

2.8 轮压计算 26

第3章 MQ1635起升机构的虚拟设计 31

3.1 起升机构的设计计算 31

3.1.1钢丝绳的选型 31

3.1.2 卷筒的尺寸与转速 32

3.1.3电机及减速器选型 33

3.1.4选择制动器 33

3.2 运用Creo对起升机构虚拟设计 34

3.2.1 实现卷筒虚拟设计 34

3.2.2 吊钩建模 37

第4章 经济性分析 40

第5章 全文总结与展望 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1目的及意义

起重机械是指可以进行升降、运移等作业的机械。它是以间歇、重复的作业方式，对货物进行装卸、转运和安装等作业，港口起重机械通常被用来完成船舶和车辆的装卸，实现库场的堆码、拆垛和转运等，包括舱内、库内和车内的作业，以及船厂内的安装等作业。现代化工业趋向于机械化，追求自动化，在这个过程中，起重机起到了十分关键的作用。作为港口机械专业的学生，应该树立起对起重机的全局了解，为今后工作中的发展打好坚固基础，避免在今后的工作中因为基础专业知识的缺失而贻笑大方。起重机在各个领域都很有使用价值，大到上万吨级或几十万吨级的大型船只的建造，小到建筑起吊行业都离不开起重机的辅助作业；从另一个方面而言，起重机的设计制造反映了一个国家的工业现代水平，所以本课题的研究对国家机械行业、对我们学习机械专业的学生个人，都具有深刻意义^[1]。

CREO软件是著名的三维虚拟设计软件，其参数化建模功能出众，修改模型十分简便，用户可以完成建模、装配、运动仿真、热分析等一系列完整的设计过程。本次设计Creo可伸缩和可互操作的优点得到完美发挥，同时，Creo集成了2D CAD、3D CAD、参数化和直接实现建模创建、分析、查看等功能，在运用中给设计者带来了极大的方便。设计中可以利用软件完成产品的虚拟设计的整个流程，及早发现问题并改善产品性能，避免多次制造工程样机，从而降低设计成本，缩短设计周期，从而达到提高在设计产品过程中和生产产品过程中的经济性。本次设计的建模仿真以Creo作为基础软件，方便快捷，提高了设计效率。

在进行此次设计的过程中，根据任务书下发的参数表，进行分析研究，并参照相关的设计手册与资料进行总体设计计算和起升机构设计计算，根据起升机构设计计算结果运用三维参数化建模软件Creo对卷筒、吊钩进行建模、装配，从而完成起升机构的虚拟设计。虚拟设计要求对Creo能熟练操作，深入了解建模过程，培养建模意识，避免在今后的设计过程中几个，由于缺乏虚拟设计相关知识而直接进行产品的物理设计，由于缺少建模过程，很可能因为设计不当而生产出不合格产品，导致了经济的损失，和精力、时间的浪费。此外，起重机是港机专业学生的基本研究对象，熟悉起重机的各个部分设计，是本次设计的基本要求。

第2章 总体设计计算

2.1 性能参数表

起重机的技术参数充分表明了起重机的工作能力，相当于起重机的使用说明书，同时也是设计起重机的基本依据。本次设计的主要性能参数如表2.1所示。

表2.1 起重机设计主要性能参数表

2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式

四连杆门座起重机是常见的港口装卸用门座式起重机，主要由钢结构、机构与电气系统三大部分组成。钢结构主要指臂架系统、平衡重系统、回转平台、人字架、立柱、均衡梁、机房、司机室等；机构有起升机构、变幅机构、回转机构以及运行机构；电气系统包括供电、电器与电气控制等^[3]。

2.2.1 主要工作机构形式的确定

1）起升机构组成及工作原理

起重机中，顾名思义，起升结构是整个机器中最重要的部分，其工作性能极大反映了整机的工作性能。起升机构一般由驱动装置、制动装置、钢丝绳卷绕系统等组成。驱动装置包括原动机、制动器、减速传动装置、卷筒及机架等组成。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、导向滑轮和滑轮组等。取物装置可以是吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂件等多种型式。根据实际需要配用^[4]。

起升机构的驱动装置型式往往决定了起升机构的总体布置方式，门机的驱动形式通常有两种：集中驱动和分别驱动。而使用电机分别驱动各个部分是最常见的，具有分组性好，布置、安装维修都很方便，操作控制系统简单。电动机轴机与卷筒轴平行布置是门座起重机中最广泛的布置方案，能有效地减小占地面积，使机房体积减小。通过减速器和联轴器传递扭矩，使卷筒旋转。其布置形式如图2.1所示。

门座起重机起升钢丝绳卷绕系统的典型形式如图2.2所示。

图2.1 起升驱动机构示意图