摘 要

本次设计对门座起重机的整体设计的过程及运动仿真的原理、操作步骤等进行了详细的介绍。本文以MQ1035的设计为例，讲述了门座起重机的臂架系统的尺寸设计，货物位移水平性和吊重未平衡力矩的检验，臂架自重平衡力矩的设计，同时对起重机的载荷、轮压等进行了计算，并完成了起重机的抗倾覆稳定性的验算。

完成总体设计后，文中还介绍了如何利用CREO软件建立门座起重机的三维模型并进行运动仿真。通过CREO对门座起重机进行运动仿真可以进一步模拟起重机的工作情况，对起重机的运动做详细的分析，进而提高设计的准确性，降低设计成本。

关键词：门座起重机；总体设计；CREO；运动仿真

Abstract

In this paper, the design of the port lifting machinery MQ1035 as an example, the design process of the portal crane is introduced in detail. This paper mainly describes the portal crane's overall design process: including the size of the boom system design, horizontal displacement of goods and lifting heavy unbalanced torque test, design of boom weight balancing torque, also the load of the crane, wheel pressure were calculated and completed the crane anti overturning stability checking.

After the completion of the overall design, the paper also describes how to use the CREO software to build a three-dimensional model of the portal crane and motion simulation. Through an gantry crane for motion simulation can further simulate the working condition of the crane, the movement of the crane to do a detailed analysis, and improve design accuracy, reduce the design cost.

Key words: gantry crane；overall design；CREO； motion simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2课题研究内容 1

第2章 总体设计计算 2

2.1初定主要工作机构和金属结构的形式 2

2.2货物水平位移补偿系统 3

2.2.1四连杆组合臂架的原理 4

2.2.1四连杆组合臂架的设计 4

2.2.2组合臂架系统的验算 5

2.3臂架自重平衡 11

2.4计算载荷 15

2.4.1 起升载荷 15

2.4.2 自重载荷 15

2.4.3 动力载荷 15

2.4.4货物偏摆载荷 17

2.4.5风载荷 18

2.5轮压计算 21

2.6起重机抗倾覆稳定性 23

2.6.1计算工况 23

2.6.2校验的计算方法 24

第3章 门座起重机的运动仿真 27

3.1 CREO的介绍 27

3.2门座起重机的安装 27

3.3门座起重机的运动仿真 33

3.3.1门座起重机运动仿真的建立 33

3.3.2门座起重机运动仿真的分析 35

第4章 总结及经济性分析 37

第1章 绪论

1.1研究背景

随着经济的发展和国际物流业务的繁荣，港口物流对门座起重机装卸货物的效率、使用的安全可靠性等提出了更高的要求^[1]，这使得要对港口起重机的设计过程进行进一步优化改进。根据传统的设计方法，设计人员设计出总机后会制作相应的样机来进行对起重机的实际运行情况进行模拟，随后再根据模拟的情况对设计做出相应修改，这样会大大拉长设计周期，降低设计的准确性。基于此缺陷，在设计时引入CREO软件建立门座起重机的三维模型，并对其进行运动仿真和动态分析，让设计人员能够更加直观快捷的分析门座起重机的各项性能。

1.2课题研究内容

本次设计以MQ1035型门式起重机为研究对象，进行整机设计和仿真分析。依据给出的技术参数，对门座起重机的总体尺寸、载荷组合及抗倾覆稳定性进行计算和校验；随后运用三维建模软件CREO建立门座起重机零部件的模型并对其进行样机的装配连接；最后利用CREO软件对整机模型进行运动仿真并分析仿真所得结果。具体工作如下：

（1）设计起重机的起升、变幅、回转、运行各个机构的尺寸，绘制门座起重机MQ1035的总图。

（2）通过分析门座起重机各个机构的工作原理和动作过程，用CREO软件建立门座起重机整机系统三维实体模型，并根据各铰点的实际运动情况和约束对门座起重机的各个部件进行连接。

（3）用CREO软件对整机模型进行运动学仿真，对仿真结果进行进一步分析。

第2章 总体设计计算

2.1初定主要工作机构和金属结构的形式

门座起重机在搬运货物时，要实现货物的起升、变幅和回转运动。待作业完成以后，起重机要回到原始位置，等待下次作业。门座起重机主要有三个基本组成部分，即：工作机构、金属结构、动力装置和控制系统，在三个基本部分的相互配合下，完成起重机的各种运动。

本次所设计的门座起重机是采用四连杆机构的臂架型起重机，其主要的工作机构为四：起升机构、运行机构、变幅机构及回转机构。起升机构实现货物的吊起，运行机构实现起重机的运动，变幅机构实现臂架的伸缩，回转机构实现转台以上部分的回转。其中起升机构是起重机工作的核心，其他的所有机构配合起升机构工作。

臂架型起重机的金属结构包括臂架、人字架、转台、门架等各个部分，它为起重机的作业创造了空间，同时也决定了起重机的外形。

动力装置为门座起重机的所有运动提供了所需动力，控制系统则用来控制各工作机构的动作。

此次所设计的MQ1035门座起重机主要技术参数见表2.1。

表2.1 技术参数表

2.2货物水平位移补偿系统

门座起重机属于工作性变幅机构，为了降低能耗，同时提高操作性能，应对货物水平位移系统进行合理设计，使在整个变幅过程中货物能尽量沿水平性运动^[2]，提高起重机的工作效率。

货物水平位移的实现方法分为绳索补偿法和组合臂架补偿法两类，而组合臂架法是设计中最常用方法，因此，在本次设计中也采用组合臂架补偿的方法。相比于平行四边形组合臂架补偿，四连杆组合臂架补偿方案中，臂架系统的刚性好，臂架下面有效空间大。故选择四连杆组合臂架补偿方案。

2.2.1四连杆组合臂架的原理

四连杆组合臂架系统由象鼻梁、臂架、刚性拉杆、机架等组成。在设计时通过合理的确定臂架下铰点点位置和大拉杆下铰点点位置可以使象鼻梁端点接近水平线运动。此时，将起升机构的钢丝绳沿着臂架系统的轴线布置即可保证起吊的货物沿着水平性运动^[3]。

2.2.1四连杆组合臂架的设计

1.初定门机组合臂架的尺寸

通过确定四连杆组合臂架的尺寸，使货物在变幅过程中得高度差和货物的未平衡力矩尽可能小。

设计方法：

a）初定臂架下铰点O的位置。

根据设计要求，最大幅度m，最小幅度m，起升高度轨上m，轨下m，按照总体的布置要求，依据手册和经验，取回转中心到臂架下铰点的距离m。

b）求解臂架长度和象鼻梁前段长度。（起升滑轮组倍率mq=1）

在起重机运动的过程中，臂架系统由最大幅度位置运动到最小幅度位置时象鼻梁端点处于同一条水平线上。根据经验，臂架处于最大幅度位置时的仰角、，臂架处于最小幅度位置时的仰角，，取，，，示意图如下所示^[4]：

图2.2.1 象鼻梁前段长度和臂架长度计算原理图

（2.1）

（2.2）

（2.3）

（2.4）

根据几何关系，求得，。

c）求解象鼻梁后段长c和大拉杆长度d。

依据设计经验，要求解象鼻梁后段和大拉杆的长度，首先应确定大拉杆下铰点的位置，通过起重机设计手册查得，取mm，，取mm。计算出上述各值以后，利用作图法确定得出象鼻梁后段和大拉杆长度。

最终，经过反复的调整，确定四连杆臂架结构的尺寸如下图：

图2.2.2 臂架系统尺寸

2.2.2组合臂架系统的验算

1.校验象鼻梁端点的水平性

根据四连杆机构杆件之间的几何关系，在最大最小幅度范围内计算出一系列象鼻梁端点的位置，得出最大高度偏差值，使其满足：

（2.5）

本次所设计的各个幅度位置时象鼻梁端点的水平位移高度如下表所示：

表2.2 象鼻梁端点水平位移

续表2.2

根据上述表格，可得出象鼻梁端点的水平位移图如下所示：

图2.2.3 象鼻梁端点水平位移