1. 国内外的研究现状分析

   起重机械是我国经济发展中不可或缺的物料搬运设备和工业安装设备，作为物料搬运机械之一的门座起重机也适应各行业的要求不断发展。^[4]门座起重机作为港口专用的机械设备进行装卸，搬运和堆码作业，具有操作效率高、运行费用低、机动性强等优点，这些优点在港口的运输和堆垛作业中得到了广泛的应用。^[1][18]

   门座起重机又简称为门吊、门机，是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机之一。它的构造大体上可以分为两大部分：上部旋转部分和下部运行部分。以起重臂的结构类型为主要标志，门座起重机可分为四连杆组合臂架式门座起重机和单臂架式门座起重机两种。^[8][17]前者的最大优点是臂架下面的净空高度较大，因而在一定的起升高度要求下，起重机的总高度较低，但结构复杂，重量较大，而单臂则与上述相反。^[5]刚性四连杆组合臂架系统是目前港口门座起重机普遍采用的一种型式，由象鼻梁、大拉杆和主臂架等三部分组成,^[12]也是应用较广泛的水平变幅装置之一,是起重机运行的核心。^[6][9]在门座起重机中，从取物装置中心线到起重机旋转中心线之问的距离，称为起重机的幅度。用来改变幅度的机构，称为起重机的变幅机构。^[9]变幅机构由臂架系统、对重平衡系统和变幅驱动系统组成.变幅系统的设计是整个门机设计最重要部分.^[11]优秀的变幅系统设计以尽可能降低变幅机构的驱动功率和提高机构的操作性能为目的，臂架系统自重平衡的设计优劣是影响门及整体工作性能、安全性能的重要因素。^[10]门座起重机臂架系统是起重机工作时最重要的承载部件之一，其力学性能对整机的正常运转有直接影响.^[7]因此臂架系统进行动力分析是十分必要的，可以从臂架结构型式及选用方法、设计要点、有限元分析这三方面来谈谈臂架的设计。^[14]其中在门机的现代设计方法中，应用有限元法对组合臂架进行结构有限元分析(finite element analysis, FEA)已经非常成熟.^[16]而采用有限元分析方法进行复杂的起重机金属结构设计计算将会较大地提高设计效率，保证设计质量，为结构进一步优化提供理论依据。^[13]有限元分析的结果使日常检查的目标和范围更明确和集中，为厂方制定合理的点检制度提供了理论依据。^[15]通过对港口起重机起重变幅过程的仿真，分析了提升变幅过程中的功率变化和能耗。仿真结果表明：仿真平台完全能满足门机节能研究的要求。^[20]

   随着近年来我国大型基础设施建设、能源行业、房地产行业、石化工业和造船工业等行业的快速发展，加上国家加大对装备 制造业的扶持力度，极大地带动了我国起重机等重型机械制造业的发展，以三一重工、中联重工、徐州重工、上海振华、大连重工、太原重工等优秀重型机械制造企业的崛起，我国起重机行业也正日益跻身世界起重机制造强国之列。^[2]与此同时，作业与施工对机械化自动化程度的要求不断提高，起重机械在智能控制、安全评估、结构优化、绿色节能、使用管理等方面的发展要求已成为主流，不断研发提高起重机技术和开发新产品，做到创新驱动发展 科技引领未来，与时俱进成为重中之重。我国在原始创新、集成创新和引进吸收再创新等方面取得了巨大进步。^[20]

   我国在充分吸收国外先进起重机械技术的基础上，开始引进消化国外技术，实现起重机械产品及关键零部件的国产化成为技术发展主流。经过多年发展，中国起重机械企业已经有能力对现有技术进行自主创新，研发出符合国内、外市场需求的个性化工程机械和道路机械等应用领域的各类产品。我国起重机械行业的产品种类已超过1000个，并不断有新的起重机械设备问世^[2]。比如作为物料搬运机械之一的门座起重机，也适应各行业发展对技术装备的要求，而随之技术先进的新产品不断问世，如近年来研制或开发的低架型、发展型、门架自升型、八杆型等几种具有代表性的国产新型门座起重机。^[3]

   在起重机械不断发展的同时也存在一些技术上的问题，我国在发动机，液压件，高质量钢材等核心部件的技术水平上有一定欠缺，制约了起重机的发展。同时由于核心技术掌握在国外生产产家手里，制约了我国起重机技术的研发，这是我国起重机面临的难题与挑战。此外，我国在制造水平上也存在一定弱势，与国外技术水平有一定差距，造成制造工艺精度不高，限制了一些产品的研发制造，同时相同产品可能往往需要比国外更多的时间进行制造调试。^[1][4]

   起重机在发展过程中已经形成了一定发展趋势，第一，降低生产成本，对此各个国家都进行了不同程度的计算研发，通过对起重机的设计和制造技术进行不断优化改进，都取得了一定成果，我国提出了具有代表性的理论模式，如DFC和DTC模式；第二，起重机械大型化，自动化，专业化发展，各种大型项目的开工以及随着国家各行业基础设施建设的蓬勃发展，伴随现代化建设进程的不断加快，对于起重机的要求也越来越高，起重机的大型化，自动化，专业化已成为趋势；第三，产品的自动化，智能化，数字化，随着时代进步和科技发展，智能控制已成为一种趋势，现代科技如计算机技术等与起重机技术相结合做到智能化，数字化控制已成势不可挡；例如利用全球导航卫星系统(GNSS）对起重机进行实时监测。^[19]第四，仿真和虚拟技术的应用，通过仿真和虚拟技术我们可以对起重机进行模型的建立，便于我们对起重机进行各种力学分析等，常见的仿真技术有有限元法和有限差分法，虚拟技术有计算机虚拟现实系统和环境中的虚拟设计。^[1][4]例如通过对起重机起重变幅过程的仿真，分析了提升变幅过程中的功率变化和能耗。仿真结果表明：仿真平台完全能满足门机节能研究的要求。^[20]

2. 目的及意义

   本次毕业设计的四连杆门座式起重机是起重机中的一种重要类型，是港口专用的装卸，搬运，堆码作业设备。通过对四连杆门座式起重机的总体和臂架结构进行设计、计算并完成臂架结构的施工设计及三维仿真建模，利用ANSYS软件完成臂架结构的建模及力学分析可以培养我们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打下一定基础，同时通过毕业设计也能暴露我们的一些欠缺的能力和知识，让我们能够查缺补漏，弥补不足之处。同时通过文献检索可以培养我们的信息搜集整理和提取重要信息的能力。可以让我们对自己所学知识进行一定的整合，通过理论与实践的结合加深我们对知识的运用和理解能力，此外还可以提高团队合作能力，沟通能力和动手实践能力。

2. 研究的基本内容与方案