摘 要

本文主要对MQ4040四连杆门座式起重机的转台结构进行了设计，在设计过程中，首先对起重机的总体进行了设计计算，校核起重机的倾覆力矩和稳定性，对不满足稳定性的结构和机构进行改进。然后进行对转台结构的设计计算，在设计过程中，把转台简化为简支梁，进行受力分析，然后选择梁的类型为箱形梁类型，在不同的工况下进行校核材料是否满足条件。最后为了使结构更加的精确、更具有说服力，又使用solidworks进行了三位建模，可以更加明确的观察转台模型，然后把模型导入ANSYS里，利用ANSYS软件对转台模型在最不利的条件下，加载荷和约束，进行应力，得到应力云图，符合所选材料，完成受力分析，并且又分析了MQ4040四连杆门座式起重机对环境和经济的影响。

关键词：门座式起重机；总体设计；转台结构；ANSYS；

Abstract

In this paper, the structure of the turntable of MQ4040 four link gantry crane is designed. In the process of design, the overall crane is designed and calculated, the overturning moment and stability of the crane are checked, and the structure and mechanism that do not meet the stability are improved. Then, the design and calculation of the turntable structure are carried out. In the process of design, the turntable is simplified as a simple supported beam, and the force analysis is carried out. Then the type of the beam is selected as the box girder type, and the checking material satisfies the conditions under different working conditions. Finally, in order to make the structure more accurate and more convincing, the three bit modeling was carried out with Solidworks, and the model of the turntable could be observed more clearly. Then the model was introduced into the ANSYS, and the load and constraint were loaded and constrained under the most unfavorable conditions of the turntable model by ANSYS software, and the stress cloud map was obtained. The selected materials are subjected to force analysis, and the environmental and economic impacts of the MQ4040 four link gantry crane are analyzed.

Keywords：portal crane；overall design； turntable structure,；ANSYS

目录

第1章 绪论 1

1.1 意义及目的 1

1.2 设计内容 1

1.3 国内外研究现状分析 1

1.4 门座式起重机构造及原理 3

第2章 起重机总体设计计算 4

2.1 设计参数 4

2.2 臂架系统校核 5

2.2.1 货物水平位移系统校核 5

2.2.2 臂架自重平衡系统校核 6

2.3起重机自重力矩计算 7

2.4 起重机各部分的迎风面积、风力矩计算 11

2.5 轮压计算 16

2.5.1 四支点系统支承反力计算 16

2.5.2 轮压计算 18

2.6 起重机稳定性计算 18

2.7 车挡冲击力计算 21

2.8 防风制动能力计算 22

2.9 非风工作状态防风锚定力计算 23

第3章 转台结构总体设计计算 24

3.1 转台结构 24

3.2 转台的工作原理 24

3.3 转台结构的受力分析 24

3.4 转台强度、刚度校核 25

第4章 转台结构三维建模和ANSYS分析 31

4.1 转台结构三维建模 31

4.2 转台结构ANSYS分析 32

4.2.1 ANSYS软件简介 32

4.2.2 ANSYS有限元分析处理 32

4.2.3网格划分 33

4.2.4 载荷处理 33

4.2.5受力分析 35

第5章 环境影响及经济型分析 36

5.1 环境影响分析 36

5.2 经济性分析 36

第6章 结论 37

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1 意义及目的

 本次毕业设计通过对MQ4040四连杆式起重机的总体、机构和结构进行设计、计算并建立其三维模型，进行动态仿真模拟，可以培养学生综合运用本科阶段所学的工程制图、力学、材料学、机械设计学等专业课程知识的能力及熟练使用设计、仿真软件的能力，为将来走上工作岗位熟练运用本科学习的知识打下夯实基础。本课题选取港口常用的一种四连杆式门座起重机为设计目标，将该机型的各部件分解成多个子课题，由多位同学共同计算设计整个门座起重机，可以培养和提高学生的团队合作精神。同时也是大学的最后一堂课，在这个过程中能检验自己的能力，同时也能查漏补缺，积累设计经验。

1.2 设计内容

（1）在查阅相关资料的情况下确定MQ4040四连杆门座起重机总体结构型式及各部分主尺寸；

（2）计算起重机的自重载荷，风载等，完成整机稳定性与轮压的计算校验；

（3）完成货物水平位移补偿系统及臂架自重平衡系统的设计校验，确定补偿系统各部分的尺寸与位置；

（4）设计转台结构的尺寸，完成并校核转台的总体设计；

（5）利用solidworks 软件对设计的转台结构进行三维仿真建模；

（6）利用ANSYS软件完成转台结构的静力学分析。

1.3 国内外研究现状分析

伴随着人类文明的进步，经济逐渐发达，人类对物质的需求越来越大，陆地运输的成本和货物量，越来越不能满足人们的需求。同时，由于人们对水上交通的发展，利用船舶运送货物逐渐兴盛。人们最开始使用人力在码头搬运货物，直到欧洲第一次工业革命的到来，生产力发生了翻天覆地的变化，各种大型蒸汽船的发明，使人们能够更快、更多的运送货物，人力码头逐渐满足不了需求，人们开始寻求更好的码头装卸工具，起重机开始被人们发明。从此各种各样的起重机不断涌现出来，满足人们的需求。直到1890年，在一个欧洲国家，一架幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机被工人们安装在一个码头上。这是人们第一次使用门座式起重机。随着历史前进，起重机在不断的被改进，人们积累了大量丰富的经验。在二战以后，人们看到了战争给人们带来了巨大的伤害，和平于发展成为了世界的主旋律，世界经济在迅速繁荣，国与国之间的贸易越发的频繁，码头起重机得到了一个迅速发展机会。它可以代替人力完成多种不同的工作，既提高了工作效率也保障了安全。第一次在码头上运用门座式起重机帮助人类完成一些大型作业，节省大量劳动力。它可以被用于各类仓库、货运港口、建筑工地等大型露天场所。它的身影在码头上出现的越来越多。在世界的主旋律下，近年来，由于我国国民经济固定资产投资加速的影响，和国内的需求量的快速增长，国内人们对物质的消耗也越来越多。港口起重机械的需求也加大了。市场需求的增加，也刺激了，国内起重机行业的研发和创新，同时，国家对机械设备的投入也日益增加，我国已经可以自主生产各种类型的起重机，也有部分产品跻身世界一流行列。特别是大型起重机的研发创造，处于世界的领先水平。在技术层面上，门座起重机的发展与进步主要体现在：货物的起升重量普遍提高；转台结构形式发生改变，使整个回转机构安装过程无需焊接，不存在由于焊接时热胀冷缩引起的变形和残留应力^[1]；制造时可以采用ANSYS对四连杆臂架系统进行全幅度应力分析，更加快捷、方便，大大提高了分析效率^[2]；同时，门座起重机回转机构采用闭环矢量控制改造，提高了设备运行平顺性，大幅降低了驱动器故障率_[3，4]；而且，电气驱动与控制系统中已经普遍采用PLC和变频器调速，使得调速系统更加可靠，设备运行更加平稳^[5]；王新华等人在检测故障时，使用声发射检测，可以检测一些形状和结构都较为复杂的回转支承^[6]；秦玉华采用能量回馈，把起重机回转过程中电机产生的电量回馈到电网上，节省了能源，减少了损害^[7]；王义凡、周宝等人发明了转台组合结构，该组合结构在形式上，机房底座与转台之间、起升机构底座与转台之间、立柱底座与转台之间、回转机构支撑座与转台之间均为一体焊接成型，施工方便,结构制作质量能够得以很好地控制,增加了结构强度,减少了焊接变形,且减少了油漆破坏,缩短了生产周期^[8]；单保峰在回转机构上采用双回转电机故障检测电路，该电路实时在线检测双回转电机的运行状态，监测单侧电机故障，进行提示报警或执行停机操作，避免因单侧故障造成事故扩大，保证设备运行安全^[9]；湛立明,陈俊伟.对塔式起重机回转机构进行改进，改进过去的老式结构，采用新型结构，消除了经常出现的一系列故障和问题^[10]；李虎、周琦等人通过对回转机构的一系列研究，对老式的回转机构进行了许多改进，并且创造了一些新型的回转机构，提高了工作效率，避免了经常出现的一些故障和问题^{[11，12，13，14]}；刘彦飞、方肃通过对门座起重机臂架四连杆的受力分析研究计算，提供了臂架四连杆的结构设计方法^[15，16]；吕成军、吕成宾研究提供了一种固定式门座起重机的设计方法，对门座起重机的制造提供了很大的便利^[17]；而根据国外起重机技术的发展，以及国际航运技术的新特点，今后一个时期港口起重机械主要发展趋势是：（1）发展大型专用的装卸机械，以适应船舶大型化，、货物装卸散装化、集装化发展趋势；（2）减轻机器的自重，实现起重机械的轻装化，包括采用新结构、新材料、新工艺等；（3）将机械技术与电子技术结合，单机设计与机械化作业系统相结合；（4）人机工程学的应用；（5）新的装卸搬运技术的研究；（6)标准化、系列化、规范化^{[18，19，20]}。

1.4 门座式起重机构造及原理

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