摘 要

本文以港口装卸四连杆MQ1633四连杆门座起重机为例，详细叙述了门座起重机的总体设计过程：包括门座起重机的总体设计参数的确定、起重机主要工作机构和结构形式选择、货物水平位移补偿系统和臂架自重系统设计计算、起重机的整机抗倾覆稳定性验算及轮压计算等等。还有变幅机构电机、减速器、制动器、联轴器等的选型及验算、齿条力的验算等。最后再采用SolidWorks三维建模软件进行变幅机构的简化建模。

本文的特色在于门座起重机总体设计简洁明了的设计过程，让人通熟易懂，简洁却不失饱满，其中的内容也为起重机设计者提供了思路。

关键词：门座起重机；总体设计；变幅机构；SolidWorks

Abstract

The four-bar linkage door crane for port loading and unloading of four bar linkage MQ1633 as an example, detailed describes the portal crane's overall design process: including the parameters of the overall design of the portal crane, crane main working mechanism and structure form selection, goods compensation system of horizontal displacement series and boom weight system design calculation, the whole crane anti overturning stability checking and wheel pressure calculation and so on. Also has the variable amplitude mechanism motor, the gear reducer, the brake, the coupling and so on the choice and the checking computation, the gear rack force and so on. In the end, the simplified modeling of the variable amplitude mechanism is carried out by using the SolidWorks 3D modeling software.

The characteristic of this paper is that the design of the overall design of the gantry crane is simple and clear. It is easy to understand and easy to understand, but it is not lost.

Key Words: portal crane; overall design; amplitude variation mechanism; SolidWorks

目录

第一章 绪论 1

1.1目的和意义 1

1.2主要内容 2

第二章 MQ1633 门座起重机总体设计计算 1

2.1 性能参数 1

2.2 主要工作机构和金属结构的形式 1

2.2.1 主要工作机构形式确定 1

2.2.2 金属结构的形式确定 4

2.3 四连杆尺寸确定 7

2.4 货物水平位移补偿系统设计 7

2.4.1 货物水平位移补偿系统原理 7

2.4.2四连杆臂架方案的作图法设计 8

2.5 活对重设计 12

2.5.1 杠杆活对重平衡系统工作原理 12

2.5.2 臂架自重平衡系统设计方法 13

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 15

2.6.1 计算载荷 15

2.6.2 载荷组合 19

2.7 整机稳定性校核 19

2.7.1 基本原则 19

2.7.2 验算工况 19

2.8 轮压计算 23

第三章.变幅机构计算 27

3.1 主要设计参数 27

3.1.1.起重量及工作幅度 27

3.1.2 平均变幅速度 27

3.1.3．机构工作级别 27

3.1.4． 变幅齿条载荷 27

3.1.5． 齿条行程 27

3.1.6. 齿条线速度 27

3.2． 变幅电动机计算 27

3.2.1． 变幅功率计算 27

3.2.2． 电动机选择 28

3.3 3. 起动时间验算 28

3.3．制动器计算与选择 29

3.4． 减速器的计算与选择 29

3.4.1． 减速器传动比的确定 29

3.4.2．减速器的选用 29

3.4.3 减速器的运行功率校核 29

3.4.4 实际变幅速度校核 30

3.5． 联轴器的计算与选择 30

3.5.1． 高速轴联轴器的计算与选择 30

3.5.2． 低速轴联轴器的计算与选择 30

3.6． 齿条传动计算 30

第四章 变幅机构建模与仿真 33

4.1变幅机构建模 33

4.2变幅机构仿真 34

第五章 全文总结与展望 35

5.1总结与展望 35

5.2经济性分析 36

参考文献 37

致谢 38

第一章 绪论

1.1目的和意义

物料的搬运成为人类生产活动中重要的组成部分，距今已有5000多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运的重要设备起重装置在现代化生产过程中应用越来越广泛，作用越来越大，因此对起重设备的要求也越来越高。起重设备正在经历着一场巨大的改革。

为了提高装卸效率，目前对于起重机的研究和创新正在不断地优化和改善。文献[1]主要讲述了国内外大型起重机的研究现状及其发展趋势。文献[2] 在对参数化技术、有限元参数化技术、ANSYS二次开发技术、EXCEL VBA和VC 编程技术深入研究的基础上，提出了门座起重机有限元参数化分析的解决方案，在ANSYS中实现门座起重机参数化有限元分析。文献[3]主要通过对四连杆水平性的原理分析，来讨论四连杆门座起重机的优化设计。文献[4] 通过研究门座起重机四连杆组合臂架系统各构件之间的内在关系,推导出象鼻梁头部位置与臂架倾角之间的关联函数,利用Excel办公软件将其编制成计算程序,计算出在全幅变幅过程中象鼻梁头部的运行轨迹及水平落差,辅助图解法进行组合臂架的优化设计。文献[5] 以一台100t 门座起重机为例，通过对其四连杆金属结构分别建三个不同幅度下有限元分析模型分析计算(臂架跨度为13.5m，22.5m 和34.5m)，利用线性插值的方法建立关键部位应力与幅度、载荷之间的关系，进行了门座起重机四连杆结构技术状态分析研究。文献[6]介绍四连杆组合臂架门座起重机整机参数化设计方法，作出门座起重机载荷曲线图，对门座起重机的富余承载能力进行研究。文献[7] 根据集装箱装卸对起重设备的要求，建立了四连杆组合臂架多用途门座式起重机补偿装置优化设计数学模型。文献[8]提出了几种门座起重机四连杆组合臂架变幅系统优化方法，并且证实这几种方法都切实可行，效果理想。文献[9]通过建立以关键参数作为设计变量的优化设计模型，提出采用遗传算法和有限元分析联合求解的门座起重机四连杆变幅机构的优化设计方法，完成了门座起重机变幅机构的优化设计。文献[10] 介绍了一种四连杆式门座起重机臂架系统优化变幅轨迹计算的改进方法，它是在现有多维、多目标函数、多约束条件最优求解数学模型基础上，结合VB加以改进，使计算结果更精确。文中通过实例对比表明，该方法结果较传统计算方法有显著进步。文献[11] 建立了臂架系统优化模型和平衡重系统优化模型，并使用Visual C 编写算法运算程序。针对标准遗传算法和标准粒子群算法固有的易陷入局部最优解和接近最优解时在最优解附近左右摆动导致收敛较慢的问题，分别采用改进方法求解，来进行刚性四连杆门座起重机变幅机构优化设计。文献[12]主要研究门座起重机四连杆组合臂架式变幅系统，并采用载重水平位移作为主要目标函数一一即使吊载在变幅过程中沿着水平线或接近水平线的轨迹运动，以节省变幅驱动功率一一建立了变幅系统的数学模型。同时针对求解过程中频繁遇到的反函数越界问题，采取了缩减设计变量维数空间和越界时返回上一搜索点等有效措施，大大提高了寻优效率。文献[13]主要讲述了暴风对起重机的坍塌损坏的影响，以及起重机防暴风方法。文献[14]研究提供了一个简单的振动控制方法，使用开环控制方法快速操纵起重机，达到了快速控制起重机运行的目的。文献[15]主要研究了港口门座起重机的建模与仿真，用了一台港口门座起重机为例子来讲述其建模与仿真方法。

在这次设计中，我的任务是四连杆MQ1633门座起重机变幅机构设计及三维仿真。它包括对港口装卸四连杆MQ1633起重机总体设计计算、变幅机构设计、用三建模软件建模。通过这次的设计，让我查了很多起重机方面的文献，还包括一些外文文献，让我学到许多课本上没学过的知识，了解了国内外的一些起重机发展现状，还学到了各种起重机优化设计方法与技巧。此外，还在设计过程中，我们可以学到起重机总体设计思路与方法，通过其方法，我们可以锻炼自身的思考能力与动手计能力，并且通过查阅各种资料，最终设计出总图。此外，在设计过程中，我还能学到SolidWorks软件并用其进行三维建模，提高了我的动手力。进一学到另一个软件。为我以后的学习工作打下坚实的基础，而且让这一段经历实我的人生，让我工作以后，每当想到这时让我感到满足于欣慰。在毕业设实践中，我会谨听老师的指导和安排，在以完成设计的前提下，不断锻炼自己丰富自己的实践经验。

1.2主要内容

在进行此次设计的过程中，将首先分析门座起重机的基本参数并按照相关的设计手册与资料进行总体设计计算，然后根据总体计算的一些参数完成变幅机构的计算以及相关零部件的选型，最后再根据计算的尺寸进行SolidWorks三维建模。

第二章 MQ1633 门座起重机总体设计计算

2.1 性能参数

现在本文开始起重机总体设计。首先，要确定各个性能参数，本文通过查阅各种文献及手册，并经过一定的计算，确定了本次设计的起重机的各性能参数如表2.1。