1.选题背景及目的

1.1门座式起重机发展现状

现代起重机的发展越来越趋向于大型化、高速化、自动化和智能化。随着科技进步与时代变化，用户对于起重机的性能等各方面要求也越来越高，不仅要求起重机重量轻、刚性好、安全性能高、作业范围大等，而且要求起重机小车和大车的运行速度高，能够满足在各个不同的工况之下都有良好的工作安全性和工作效率。因而，对起重机的力学特性、机构特性等都提出了更高的要求。随着全球经济的快速发展,世界海运事业发生了前所未有的快速增长,我国作为世界经济体系的重要部分,与世界各国的经济贸易也显著加强,这使得我国港口的数量和规模在迅速增加,因此对各种起重机械的需求量也越来越大。门座起重机作为大型港口必备的装卸机械,具有灵活、便捷、适应范围广等优点,其应用越来越广,作用越来越大,同时,港口对门座起重机的技术要求也越来越高。

1.2参数化设计现状

目前,参数化设计已成为CAD中最热门的应用技术之一,能否实现参数化设计也成为评价CAD系统优劣的重要技术指标,这是因为它更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想,工程设计人员设计开始阶段可快速草拟产品的零件图,通过对产品形状及大小的约束最后精确成图。同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现,设计参数不但可以驱动设计结果,而且影响产品的整个开发周期,设计参数可来自于其他系统。参数化设计是变量化设计的前提,借助变量化设计思想可实现动态设计、机构设计的运动仿真模拟等。除此之外,参数化设计还能够使设计人员在设计的同时实现参数化建库,极大地方便后续设计工作。因此,参数化设计以及建库工具的研究对进一步提高设计和绘图效率以及柔性化设计具有十分重要的意义。

参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸,或修改已定义好的零件参数,自动完成对图形中相关部分的改动,从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便于用户修改和设计。用户在设计轮廓时无需准确地定位和定形,只需勾画出大致轮廓,然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状,或者只需将零件的关键部分定义为某个参数,通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。参数化设计极大地改善了图形的修改手段,提高了设计的柔性,在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用,体现出很高的应用价值。

1.3目的

四连杆组合臂架变幅装置是实现载重水平位移的典型方案。在变幅过程中 ,臂架系统自重对臂架下铰点产生很大的自重力矩 ,处理不好会使变幅功率增大 ,也影响整机稳定性。 因此在设计这类门机时必须考虑臂架系统自重的平衡问题 ,使整个变幅装置 (包括平衡系统在内 )的不平衡力矩尽量减小。 通过优化设计 ,在一定的起重量、幅度、高度等条件下可以决定象鼻梁、主臂架、大拉杆、人字架、小拉杆、平衡梁的几何尺寸和各铰接点位置以及平衡堆重的质量 ,各个部件的质量也都被框定。 因此 ,在管理维修中发现裂纹进行处理时要尊重这些科学依据。设计制造平衡梁这类成熟产品理论上没有多大问题 ,但是设计制造这种大型结构件则影响因素较多。诸如生产上的制造工艺、材料与检验、运输与安装等 ,只要一个环节考虑不周就会出现失效事故的苗子。

本次研究旨在建立门座起重机平衡梁的参数化模型，并对门机整体进行设计。平衡梁作为门座起重机中连接水泥配重与小拉杆的结构件，在整个变幅过程中，不断承受水泥重量与自身重量产生的变载荷，所以平衡梁与上转柱铰点（以下简称下铰点）附近容易发生疲劳磨损，但对平衡梁的实际受力情况一般只简单地分为最大幅度、最小幅度与中间幅度三个位置进行计算，没有考虑平衡梁在整个变幅过程中的应力变化情况，所以无法控制平衡梁在实际工作情况中的应力水平。此次研究目的是对四连杆门座起重机平衡梁进行参数化建模与进行力学分析。

2.国内外研究现状

目前国内外起重机设计和制造单位很多,对起重机的设计能力和设计方法较以往有了很大的提高,但仍然存在设计的产品质量、生产效率参差不齐的现状:有的厂家生产的机器质量轻、吊重大,而有的厂家的产品却体积笨重、效率低下。出现该现状主要是因为在决定产品功能和质量的主要阶段——产品设计阶段,聪明的设计者能够合理运用现代设计理论改进设计方法,优化起重机设计方法。随着我国重工业的的快速发展，起重机设备取得了显著的成绩，经国家质检总局颁发起重机制造许可证的单位为1 616家，具有较强的起重机械制造能力。在小吨位的起重机设计领域我国已经处于世界领先水平，但对大型起重机的研发我们和国外还存在一定的差距。从技术上来说，我国研发大型门座式起重机的时间较短，在设计的水平上急需改进；从经验上讲，国内门座式起重机在可靠性和稳定性都不如国外的品牌。通过上述两个方面的研究和积累，我国可以在未来十年内不断缩小与国外门座式起重机的技术差距。