门座式起重机广泛应用于港口起重搬运、机械化装卸和船舶建造等领域,其发展由不可变的固定式可旋转臂架型起重机演变成现今采用门架式行走机构、俯仰臂架和水平变幅系统且转动机构通过立体圆柱大轴承与门架相连,通过旋转系统可以使起重机上部分实现360度旋转。起重执行机构的钢结构以及悬臂梁均是利用齿轮齿条螺杆式驱动和钢丝绳牵引实现俯仰角度的调整,输出柔性化的轨迹,存在着工作范围较小,作业动作不灵活,输出不够柔性等缺点。而且,传统的门座式起重机的起重执行机构多为平面单自由度机构,只能实现平面内单一的动作,导致其在作业时难以输出柔性化的工作轨迹。针对上述问题,设计了一种新型可控港口门座式起重机并以此作为研究对象,对可控港口门座式起重机机构展开探索。新型门座式起重机的特点是在转动机架上安装驱动电机,采用外副驱动,连杆为轻杆,机构具有运动惯量较小,运动轨迹灵活多变、动作灵敏、动力学性能好等优点,同时也避免了串联式机械手驱动装置在关节处安装所导致的刚性差、惯量大、关节误差累积等问题。具体研究工作内容如下:运用螺旋理论对新机构进行了自由度的验算,在验证机构位置正解与逆解问题上,采用闭环矢量法求解并代入给定数值进行对比分析,将正解与逆解推到公式编写程序导入MATLAB中建立数学仿真模型,用虚拟样机模型仿真数据、实际设计的数据参数与数学模型仿真的数据进行对比分析,之后再对港口机构的速度以及加速度进行求解分析。以港口门座式起重机运动学分析为跳板,对机构各杆进行受力分析,采用拉格朗日法构建了刚体动力学模型,为港口门座式起重机后续研究如何选取电机提供了一定的依据,也可为如何设定港口机构的控制系统作参考。在动态静力学模型搭建的基础上,分析港口门座式起重机运动过程中关键零部件随其位姿变化的受力情况,根据动力学计算,运用刚度叠加法建立港口门座式起重机的动刚度模型,分析了港口门座式起重机的总体刚度随支撑大臂转角与举升臂转角的变化情况,为港口门座式起重机的工作路径和提高港口门座式起重机的工作精度提供一定的参考。最后,利用Adams仿真软件对港口机构的各组件建模,装配完成后给各杆设置约束并进行仿真分析,得出港口门座式起重机的各种运动规律曲线,验证港口门座式起重机的运动学与动力学推导的正确性。