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某型號起重機抓斗結構設計
摘要：首先要對起重機抓斗進行自重分配，對抓斗的結構進行設計以及計s算，然后對抓斗進行受力分析，其次，對抓斗進行驗算校核，最后根據設計
參數對抓斗進行三維建模以及繪制二維工程圖。
關鍵詞：抓斗；參數；校核；三維建模
Grab a certain type of crane design
Abstract：We must first carry out weight distribution of the crane grab,grab the structure of the design and calculation, then grab stress analysis, and secondly,
to grabwere checking verification, according to the final design parameters for grabs three-dimensional construction mold and drawing two-dimensional drawings.
Main glossary:Grab；parameter；Checked；Three-dimensional modeling
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅲ
1 緒論 1
1.1 抓斗的概述 1
1.2 抓斗的發(fā)展趨勢 2
1.2.1 國內起重機抓斗發(fā)展趨勢 2
1.2.2 國外起重機抓斗發(fā)展趨勢 3
1.3 抓斗的分類 4
2 抓斗方案的確定 8
2.1 抓斗的選用 8
2.2 抓斗的維護 8
2.3 抓斗的結構 9
2.4 抓斗的工作原理 9
3 抓斗的結構設計及計算 11
3.1 抓斗的主要技術參數 11
3.2 抓斗自重的確定 11
3.2.1 抓斗抓取能力的影響因素 11
3.2.2 抓斗的自重 12
3.2.3 抓斗自重的分配 12
3.2.4 顎板寬度 13
3.2.5 抓斗的最大開度 14
3.2.6 抓斗的其他幾何參數 15
3.2.7 抓斗顎板側面形狀 15
3.2.8 滑輪組的倍率 18
3.3 抓斗各部分的具體參數 18
3.3.1 上承梁具體參數 18
3.3.2 下承梁具體參數 18
3.3.3 滑輪支撐體具體參數 18
3.3.4 撐桿具體參數 19
3.3.5 顎板具體參數 19
3.3.6 滑輪 19
3.4 抓斗的驗算 19
3.4.1 對抓取能力進行驗算 19
3.4.2 對顎板的強度進行校核 20
3.4.3 顎板跟撐桿鏈接處連接軸的校核 21
3.4.4 對連接螺栓M48強度校核 21
3.4.5 對撐桿強度進行校核 22
3.4.6 對滑輪組軸強度進行校核 22
4 對零件三維建模 23
4.1 SoidWorks軟件的簡介 23
4.2 SolidWorks軟件常用工具欄 23
4.2.1 標準欄 23
4.2.2 視圖工具欄 24
4.2.3 草圖繪制工具欄 24
4.2.4 特征繪制工具欄 24
4.3 對抓斗實體進行三維建模 24
4.3.1 上承梁建模 25
4.3.2 下承梁建模 27
4.3.3 撐桿建模 28
4.3.4 墊圈建模 29
4.3.5 滑輪建模 30
4.3.6 顎板1建模 31
4.3.7 顎板2建模 33
4.3.8 滑輪裝配體 34
4.3.9 抓斗裝配體 35
4.4 對各零件繪制二維工程圖 35
4.4.1 撐桿二維工程圖 35
4.4.2 上承梁二維工程圖 36
4.4.3 下承梁二維工程圖 37
4.4.4 滑輪支撐體二維工程圖 37
4.4.5 墊圈二維工程圖 38
4.4.6 滑輪二維工程圖 39
4.4.7 顎板二維工程圖 39
4.4.8 抓斗二維工程圖 41
5 總結 42
參考文獻 43
致謝 45
VI
1 緒論
1.1 抓斗的概述
抓斗，英文名叫grapple，俄文名叫 грейфер；是對物料實施抓取和卸掉物料的一種吊具，抓取和卸掉物料一般是要靠它的左右兩個合斗或者多個顎板的開合來實現(xiàn)的。一般情況下由多個顎板構成的抓斗也叫抓爪。它是起重機下的取物裝置，用來裝卸各種貨物。
在工作中經常被駕駛者在駕駛室內操縱抓斗來對物料進行抓取和開卸，并不需要別人的幫忙，是以工作效率高，通常在口岸、車站、礦山石廠、材料場等場合中被普遍大量的運用。一般情況下抓斗所有的動作都是由起重驅動的集中運行，但也有特殊情況例外，需要輔助人員來輔助機械來運作完成任務。雖然用一個重型機械的方式工作的方式與不連續(xù)輸送各種缺點，但在更大或更復雜的材料堆場堆上，從船上卸下，無法扭轉鐵路車輛，和對于格外難抓取的物料，依然要使用抓斗。在江海聯(lián)運運和鐵路運載部門中，貨船，鐵路貨車以及大型駁船在進行裝卸作業(yè)和岸上倉的堆垛時，轉運載物作業(yè)時要經常使用抓斗來實施的。比如，北京地鐵8號線三期永定門外站的項目工程采用寶額GB60液壓抓斗來進行抓取的，該抓斗減輕了勞動人員的壓力，也實現(xiàn)了最大化的挖掘速度[16]。抓斗起重機的產生大大減少了勞作人員的疲勞強度，節(jié)約了輔助工作時間，大大提高了裝卸效率，而且大大減少了工人的人身受到傷害的事故，提高了生產安全性。最近幾年，隨著科學技術的進一步發(fā)展，生產工藝的不斷發(fā)展改進，以及我國工業(yè)建設規(guī)模的擴大，抓斗起重機也得到迅速發(fā)展，其功能范圍也越來越大，不斷地向智能化發(fā)展，設計要求也越來越高。
隨著社會的進一步發(fā)展，機械化生產逐漸代替了高強度的勞力生產，也代替了傳統(tǒng)生產模式，最為普遍最為典型的工業(yè)機械生產使用的機械中起重機就是其中一種，它對減輕傳統(tǒng)勞力人員的勞動強度，節(jié)省人力，使建設成本下降，生產質量提高，施工建設速率的加快對實現(xiàn)工程施工機械化起著舉足輕重的作用。
1.2 抓斗的發(fā)展趨勢
1.2.1 國內起重機抓斗發(fā)展趨勢
抓斗往往裝配在起重機中，因此抓斗的發(fā)展往往跟起重機的發(fā)展有著很大的關聯(lián)。我國的工程起重機最先是在20世紀五六十年代開始著手研制，在七十年代末至八十年中引進和汲取國外經驗來研制，九十年代以來我國開始獨立研制發(fā)展成功。目前,整體吊裝工程愈來愈廣泛,這就要求起重吊裝的起重能力，操作范圍和高度也越來越大。目下當今，我國沿海地區(qū)許多專業(yè)大型吊裝起重設備逐漸被大型移動式起重機為中心的吊裝起重設備所取代，其中過去的吊裝起重設備是結構簡單的抱桿方式的設備，而現(xiàn)在越來越多的是高性能，靈活性更高，安全可靠性更高的起重設備。挖掘機的斗式設計受到技術上的限制，更多的是單功能、大容量、低程度的自動化機械抓取。近幾年，在無數技術人員的不懈努力研究設計下，我國在抓斗領域上也取得了很大突破，如橋式起重機抓斗、抓斗式的壓縮垃圾車、抓斗式地下連續(xù)墻成墻機、中國滑塊式單索多瓣抓斗，天津港發(fā)明的新型鎳礦抓斗，以及電動式抓斗機等[1][2][3]。近幾年來，由于港口工程技術環(huán)境的不斷改善和客戶需求的不斷增長，運輸產業(yè)也是在不斷的發(fā)展中，傳統(tǒng)裝卸業(yè)進行轉型-抓斗助力，如：安慶市華鑫重工股份有限公司生產的液壓抓斗，氣動抓斗，稱重計量抓斗，繩索多瓣抓斗，繩索平口抓斗，并且許多小公司在其下進行批發(fā)，很多小公司成為其代理。如今抓斗企業(yè)市場蓬勃發(fā)展，比較著名的大型企業(yè)有：山東神力起重機械有限公司，保定大力起重機械有限公司，太原市晉昌盛起重索具有限公司，無錫市協(xié)興港口機械有限公司，山東亨展重工機械有限公司等。主要產品為?？?，工廠，工程等各種起重機配套專用的抓斗等.目前我國大力推進節(jié)能減排，重工業(yè)污染程度大大降低，為了順應這一號召，液壓挖掘機率先采用國際先進的電液技術，根據系統(tǒng)的需求進行了壓力和流量的匹配，實現(xiàn)最大里的節(jié)能減排.如果想要得到更廣闊的發(fā)展空間，就需要順應時代的潮流，讓污染最小化讓保護環(huán)境稱為首要目標，然后進行該方面的改革創(chuàng)新從而成為最好的產品，目前的液壓抓斗技術就是改革潮流中成功的案例之一[11][13][14]。
2016年是抓斗行業(yè)在發(fā)展過程中最為關鍵的一年，在工業(yè)生產技術每日不斷的更新環(huán)境下有許多問題需解決：一方面，從外部宏觀環(huán)境來說，影響行業(yè)發(fā)展的新政策、新法規(guī)都將不斷出臺。經濟增長方式進行轉變，節(jié)能減排的要求越來越嚴格以及通貨膨脹，人民幣不斷的升值，人力資源成本也在持續(xù)的上升和都對抓斗行業(yè)的發(fā)展產生了深遠的影響；另一方面，從企業(yè)的內部來看，企業(yè)決策者所必需面對和亟待解決的問題有公司各部門各員工的競爭、公司生產技術需要不斷更新升級、出口市場愈來愈萎縮、產品銷售市場越來越復雜等。
我國起重機抓斗行業(yè)雖然與國外相比還有差距，但技術水平也有全新的突破。在設計上尤其是大噸位產品功能不夠齊全，要逐步完善試驗、研究體系為了確保產品性能的精確和可靠要盡量與國外公司配套接軌?？偟膩碚f國內企業(yè)都有其獨特的核心技術，并不斷創(chuàng)新，提升在同行業(yè)內的領先地位。并且都在努力研究開發(fā)自己的核心技術，以不斷提升自己的產品檔次和競爭能力。
1.2.2 國外起重機抓斗發(fā)展趨勢
由于抓斗往往跟起重機一起進行作業(yè)，因此，抓斗的發(fā)展跟起重機息息相關。歐洲工業(yè)革命的最先開始使得歐洲成為工程起重機抓斗的發(fā)源地，歐洲由于經濟水平高，高端人才集中，工業(yè)先進，因此歐洲生產的起重機一般代表輪式起重機的最高水平，比如利勃海爾、德馬克，其中起重機抓斗生產基地的典型代表有特雷克斯起重機公司，貝爾特公司，加藤公司,PPM公司，卡特彼勒公司，森尼波根（Ｓｅｎｅｂｏｇｅｎ）公司，林克--貝爾特（Ｌｉｎｋ＿ｂｅｌｔ）公司等知名企業(yè)。這些公司其產品技術水平高潮、性能高、可靠性高，產品遍布全世界。但是美國工程起重機要遠遠落后于歐洲的水平。美州地區(qū)和亞太地 區(qū)是它的主要產品銷售地。隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經濟實力，輪式起重機的開發(fā)和生產起步較晚，但發(fā)展速度很快，在亞太市場非常流行；同時，日本通過收購的手段來采集信息來研究創(chuàng)新新技術，比如：日本多田野公司為了加快自身發(fā)展步伐從而通過收購德國的恩底盤公司來采集信息進行技術創(chuàng)新以至于公司全路面技術得到了迅速發(fā)展，其中40%的產品主要用于出口。起重機抓斗市場通常劃分為歐洲市場，亞洲市場和北美市場，多品種，高標準和一機多用是國外起重機抓斗的主要特點。亞洲市場和北美市場主要以日本和美國為主，它們的主要產品特點是：主導地位被越野輪胎起重機所占用，其次為汽車起重機；生產系列多，以中噸位為主；追求產品的適應性，經濟性，高可靠性。歐洲市場主要以德國為主，它們的主要產品特點是：主導地位被全路面起重機所占；以大噸位為主；技術水平最為先進；專業(yè)配套件多。八九十年代開始，國外多功能、大型化的隨車起重機發(fā)展迅速，如今，世界年產量已達13萬臺左右，它的油缸工作速度比十年以前提高了一半以上，遙控裝置也得到了廣泛的應用。因此，今后部分小噸位流動式起重機的市場將會被隨車起重機進一步侵占。總的來說，日本的產品技術性能與德國還是有相當大的差距，但其發(fā)展進步速度非常快，價格比德國更具有競爭力。
1.3 抓斗的分類
1） 按照起重機抓斗工作特點來分類：一般分為雙繩抓斗、單繩抓斗和電機抓斗，其中雙繩抓斗是最常用的。
2） 按照抓斗形狀來分類：一般可分為貝殼式抓斗和桔瓣抓斗，貝殼式抓斗是由兩個完全相同的鏟斗構成的，而桔瓣抓斗是由三個或三個以上的顎板所構成的。
貝殼式抓斗：在港口、車站、船埠、碼頭，礦山，采礦等方面對礦物、煤炭、砂石料、土石方等各種各樣的物料進行裝卸，也可用于巖土開挖、基坑開挖以及溝渠開挖、公路施工、鐵軌鋪設等工程中。
多瓣式抓斗：一般在鋼鐵廠抓取精煉廢鋼鐵中使用、在垃圾處理場和建筑工地中抓取大批廢料、分煉、裝卸和搬運廢物中使用，在汽車回收場解體精煉和回收汽車中使用，并且其中的斗齒是可以不斷更換的，而且選用高硬度耐磨鋼，從而改善了抓斗的使用壽命時間。
其中抓取和裝卸各種規(guī)格的木材、原料、管道、圓桶等物體要用木材抓斗。
3） 按照被抓取物料的聚集密度分類：一般可以分為輕型抓斗、中型抓斗和重型抓斗三大類；其中輕型一般用來抓取谷物等物料，中型抓取砂礫等物料，重型用來抓取鐵礦石等物料。
4） 按照抓斗顎板的數量個數來分類：一般可以分為雙顎板抓斗和多顎板抓斗,其中雙顎板抓斗是最常用的。對于多顎板抓斗來說一般用來抓取大型礦石，廢鐵廢鋼和其他材料，因為它多爪，并且有著尖銳的切齒，十分容易插入物料堆，因此可以得到很好的抓取效果。
5） 按照抓斗的驅動模式來分類：一般可以分為機械式抓斗和液壓式抓斗兩大類。
① 液壓式抓斗：液壓挖掘機、液壓起重塔是液壓式抓斗在液壓類專用設備使用中應用比較普遍的一種；
② 機械式抓斗：機械式抓斗自身沒有開合結構設備，一般靠繩索或連桿外力來驅動，根據操作特點可以分為雙繩抓斗和單繩抓斗，最常用的是雙繩抓斗；
6） 一般抓斗根據開閉方式分成三類：單繩抓斗、雙繩抓斗和電機抓斗。一般雙繩抓斗發(fā)展比較迅速，除了長撐桿抓斗和多顎板抓斗的正常使用，另外還有剪式抓斗、耙式抓斗和鉗式抓斗等。
① 單繩抓斗
單繩抓斗只有支撐繩，供其起落，而顎板的閉合必需由卸料機構配合完成。有多種多樣的卸料機構，比如空中卸料跟觸地卸料：卸料鐘式和拉繩脫鎖式在空中以卸荷作用完成卸料動作；觸地卸料式有重錘偏心塊式、中心導桿搖齒式和翻版式等卸料。
優(yōu)點：結構簡單，易操作；
缺點：單繩抓斗生產效率低，應用范圍不廣。
② 長撐桿抓斗
長撐桿抓斗是抓斗的基本形式，屬于雙繩抓取斗的一種。它是由由顎板、上承梁、下承梁、支撐繩和閉合繩等五部分構成。閉合滑輪組的上、下滑輪分別安裝在上、下承梁上。抓斗上的鉸點采用滾動軸承及自動潤滑套來減少磨損。
優(yōu)點：長撐桿抓斗抓取各種物料具有很好的適應性，且有較低的重力，被廣泛應用于各種生產中。
缺點：顎板在抓斗緊閉過程中，閉合扭矩逐漸減小，這與抓斗作業(yè)要求相左，是以用長撐桿抓斗抓取大塊度散料時，填充率十分明顯有所不及。
③ 耙集式抓斗
耙集式抓斗同樣屬于雙繩抓斗的一種，它的是由上承梁、下承梁、顎板、撐桿和滑輪組等五部分構成。當開閉繩松開、支撐繩拉緊受力時，撐桿撐開顎板，抓斗張開到物料附近進行抓取物料。
優(yōu)點：耙集式抓斗的開度大，顎板在緊閉過程當中其刃口軌跡與水平直線十分相似，有很好的耙集性能，適宜于分層抓取散物，以及淸艙底作業(yè)等。
缺點：它的弊端是在緊閉狀態(tài)時，重心比較高，容易傾斜。另外，顎板鉸點與刃口之間的間隔比較大，抓斗的切入性能不好。
④ 剪式抓斗
剪式抓斗是一種叉鉸結構，它是根據鉸剪原理來設計完成的。由平衡架（或稱均衡架）、前臂、顎板、中心鉸軸和滑輪組構成。剪式抓斗的抓取能力比較大，分外適用于大容量的礦石，又因為選采用了較小的閉合滑輪組倍率，所以開閉繩行程較短，縮短了抓斗的合攏時間，提高了裝卸效率，剪式抓斗在最大開度下的覆蓋面積，耙集性能同樣在它身上可以體現(xiàn)出來，并且抓取深度比較勻稱。剪式抓斗在懸空狀態(tài)下的顎板的啟閉，其刃口在水平面上幾乎成一直線挪移，能夠向材料堆開閉斗靠攏，減少卸料時的塵土排塵。優(yōu)點：剪式型抓斗的最大特點是斗式封閉的時候，當開采扭矩逐漸增大時3，抓斗合攏時達到最大值，并確保抓斗有較高的填充率。
⑤ 鉗式抓斗
鉗式抓斗的結構包括一字橫梁、中心鉸軸，內斗壁、外斗壁、顎板和增力滑輪組。
優(yōu)點：鉗式抓斗的性能也很好的體現(xiàn)了耙集性能，耙集式抓斗的結構比鉗式抓斗的結構復雜，鉗式抓斗抓取能力比耙集式抓斗的抓取能力大，從抓斗合攏早期到停止時閉合時比較大，所以抓斗的填充率很高。與長撐桿抓斗進行對照試驗表明，鉗式抓斗的卸載效率比長撐桿高44.7%左右，而且其自重輕，結構簡單，重心低。
缺點：操作笨重，不方便。
⑥ 多顎板抓斗
抓斗的顎板數超過2個的被稱為多顎板抓斗。顎板的頭部是鉸鏈在甲板下或浮動，桿鉸鏈點作為一個支點，顎板繞著它，可以實現(xiàn)抓斗的開閉運動。該顎板的數量越多，則顎板的寬度越窄，顎板伸開后容易插入堆料口中，適合裝和卸散裝礦石和廢鋼鐵材料等物料。撓性結構和剛性結構是多顎板抓斗最常用的兩種結構，腦型結構的特證是下滑輪組的各個滑輪分別裝配在一塊顎板的頭部，開閉繩挨次繞過各個滑輪，如此顎板的開閉量各不相同，便于抓取形狀不規(guī)則的大塊物料。剛性多顎板抓斗的顎板與下承梁鉸接在一起，跟著下橫梁的起落，每塊顎板閉合或張開量相同。這類結構在抓取不規(guī)則的物料時，顎板閉合很容易不嚴實，有的顎板不受力。近年來，多采用液壓多顎板抓斗抓取，不是用撐桿而是用液壓缸。
⑦ 馬達抓斗
馬達抓斗用自身機械動力和傳動機構來伸合抓斗，實現(xiàn)抓取和卸載物料作用，能夠配置在任何一種吊鉤起重機上工作，只要在起重機上安裝一個與吊鉤卷筒保持同步的電纜卷筒就可作業(yè)。馬達抓斗可以在任意位置上開啟和關閉斗，而且開閉斗的動作可以配合升降運動，所以裝卸效率要比單繩抓斗高。但自重大，高重心，電機容易過載，必需有可靠的過載保護裝置。電動機械傳動和液壓傳動是馬達抓斗最常用的兩種結構形式。
⑧ 扭矩抓斗
通過扭轉力矩來進行抓取物料堆的抓斗；
優(yōu)點：結構簡單，封閉性比較理想。
挖掘的特點是可以大深度的挖掘。能適應各種物料的裝卸。
2 抓斗方案的確定
2.1 抓斗的選用
第一按照起重機來選取抓斗動力的形式。根據抓斗的定義：抓斗是配置在起重機下的取物機構件，所以即使是最先進的抓斗，也離不開起重機自己單獨完成工作。反之離開抓斗再先進、再大噸位的卸船機也不會有生產效率。是以什么樣的起重機應該用什么樣的抓取，配置錯誤的不能用，用大的超負荷也不能用。比方：起重機起升卷筒是單個的，要配用機械抓斗，只可配單索抓斗，假如配了四索抓斗，抓斗就不能工作了；另一個例子：起重機的額定起重量是25t，要配抓斗，只能配抓斗自重+持有貨物重量=<25t，配大了起重機會超載，這是不安全的。
第二按照裝卸的貨種來選抓斗結構形式。根據抓斗的定義：抓斗是用來裝卸各種散料貨物。那么裝卸什么樣的貨物，就應該選取相應的抓斗來匹配。配錯了不是效率低下，就是不能用了。比如：需要裝卸的貨種是煤炭，要配輕型的雙瓣抓斗，假如配重型的雙瓣礦抓斗，裝卸效率則最起碼低了50%。再比如：需要裝卸的貨種是煤炭，要配雙瓣抓斗，要是配上齒型的木材抓斗，就應了我國一句俗語，用竹筐去取水，是徒勞的。不能用。
2.2 抓斗的維護
根據研究相關數據可知磨料磨損是抓斗應用中經常見到的故障，依據相關數據剖析可以發(fā)現(xiàn)在抓斗失效形式中,梢抽磨損而喪失工作性能的大約占40%，約30%是因為斗體刃磨損而喪失工作性能的，并且其中有30%是因為皮帶輪磨損和其他零件損壞而喪失工作性能的。因而可知，提高抓斗使用壽命的重要途徑是提高抓斗銷軸與軸套的抗磨性和提高斗體刃口抗磨性這兩種方式。影響材料磨損的因素有外部因素及內部因素。外部因素包括負載、滑動速度、磨料硬度和幾何形狀等。內部因素包括材料的化學成份、碳化物的類型、微觀組織等。外部因素顯而易見，這里不詳細的敘述。為了提高抓斗的使用壽命，要針對抓斗各磨損部位的差別，選用不同的耐磨材料，并且輔之不同的加工工藝，從而盡大可能的提高抓斗的使用壽命。
2.3 抓斗的結構
按照本設計的要求，結合當前的使用頻繁的抓斗，選取長撐桿雙繩抓斗進行設計建模。長撐桿雙繩抓斗是抓斗的基本型式，由顎板，下承梁，撐桿，上承梁，開閉繩以及閉合滑輪組組成?；喗M的倍率通常為2~6倍。
圖 1
2.4 抓斗的工作原理
本次設計的長撐桿雙繩抓斗起重機主體是由起升機構和運行機構構成。起升機構主包 括電動機、卷筒、減速器三個部分。電動機選用交流異步線繞式YZRR系列電動機，減速器選用同軸減速器。電動機通電后旋轉，動力從電機輸出軸的轉矩通過軸聯(lián)接到齒輪箱，齒輪箱三減速器達到傳動比，齒輪箱帶動滾筒旋轉，使繞著卷筒上的鋼絲繩也跟著旋轉，同時鋼絲繩把轉動轉變?yōu)樯舷路较虻囊苿?。鋼絲繩通過滑輪組塊驅動帶動抓斗，使抓斗完成下降、張開、抓料、閉合、卸料等一系列動作，從而完成整個工作過程。
1） 兩條開閉繩同時以同速度下降，使開斗下降到物料堆上；
2） 合斗取物，兩條開閉繩同時上升預訂高度，迫使物料裝入顎板；
3） 滿載升斗，兩繩同時同速上升到預定高度；
4） 打開斗卸料，同時兩繩同樣速度下降，這樣使顎板由于重量和材料的重量而卸下。
3 抓斗的結構設計及計算
3.1 抓斗的主要技術參數
為了便于設計和選用，抓取鋼鐵等散物可以按抓取物料容（r<1.2t/m3）,中型（r=1.2-2.0 t/m3），重 型（r=2.0-2.6 t/m3），特重型（r>2.6t/m3），采用長撐桿雙繩抓斗。
本次設計內容所采用的的抓斗起重機額定起重量為8t，所抓取物料的容重為3.2 t/m3。
3.2 抓斗自重的確定
3.2.1 抓斗抓取能力的影響因素
抓斗自重不僅是抓斗產生抓取力矩的來源,也是確保抓斗具有一定強度和剛度。一個影響抓斗抓取能力的重要因素就是抓斗的自重。
其中：抓斗的抓取量 Gt =Q—Gd 公式1
Q 為起重機的起重量（t）
Gd 為抓斗自重（t）
抓斗的評價指標是用抓斗起重的起重量利用率來表示的：
ηg=== 公式2
公式3
公式4
D 稱為抓斗的抓取能力系數。
通過對影響抓取能力的因素的研究影表明主要有兩方面影響因素：首先是被抓物料的本身特征，如物料的容重、粒度S以及自然坡度角αB等因素；其次是抓斗自身的幾何尺寸和結構形式，如抓斗的最大開度LM、顎板的寬度B、顎板的底背角αS和抓斗自重Gd等。
3.2.2 抓斗的自重
研究表明影響抓取能力的重要因素是抓斗的自重。由于其自重大，在垂直壓力下抓取散裝物料時，抓取體積也多，搶斗設計必須保證有足夠的重量。經實踐表明，抓斗的自重、顎板寬度與最大開度的比值以及顎板底背角和散料計算粒度對抓取能力有很大的影響。
抓斗自重可以由以下公式表示：Gd=K1*Q 公式5
其中：Q 為抓斗起重機額定起重量（t）。
K1為抓斗自重系數，可由表3.2.2.1得出：
散料容重
（t/）
0.63
0.8
1.0
1.25
1.6
2.0
2.5
3.2
抓斗自重系數
0.434
0.429
0.426
0.420
0.413
0.410
0.405
0.400
表3.2.2.1 抓斗自重系數表
本次設計主要內容為抓取大型特重型物料，根據《常用散料特性表》可以得出，煤炭的散料容重為 3.2t/m3，抓斗額定輕重重量為5t，則
抓斗自重： Gd=K1*Q=0.4×8t=3.2t
3.2.3 抓斗自重的分配
抓斗各部分的重量分配對抓斗的抓取能力有很大影響。抓斗各部分重量分配可以根據以下公式來分配：
Gdi=k2*Gd 公式6
其中：Gdi為抓斗各部分自重（t）；
K2 為抓斗自重分配系數。
表3.2.3.1 抓斗自重分配系數
鄂板
上承梁
下承梁
撐桿
0.45
0.21
0.18
0.16
顎板自重： Gd1=0.45×3.2t=1.44t ； 公式7
上承梁： Gd2=0.21×3.2t=0.672t ； 公式8
下承梁： Gd3=0.18×3.2t=0.576t ； 公式9
撐桿： Gd4=0.16×3.2t=0.512t ； 公式10
3.2.4 顎板寬度
將顎板的寬度增加可以對應的增加抓斗張開后的覆蓋區(qū)域,并且在滿足抓斗充填量的前提下,相應地減少了對抓斗閉合時挖掘物料的深度,也降低了抓取阻力。
顎板寬度B可由下式計算： 公式11
其中：Vd 抓斗容積（m3）
公式12
其中： 為抓斗抓取量；
為散料容積；
為顎板寬度系數，由《起重機設計手冊》[9]8]表3.2.4.1可選取K3=1.186
表3.2.4.1 顎板寬度系數K3
散料容量（t/）
0.63
0.80
1.00
1.25
1.60
2.00
2.50
3.20
顎板寬度系數
1.5
1.42
1.42
1.34
1.34
1.34
1.26
1.186
根據《起重機設計手冊》表3.2.4.1選取K3=1.186
公式13
顎板寬度
公式14
3.2.5 抓斗的最大開度
抓斗的最大開度由下式計算： 公式15
其中：K4——抓斗最大開度系數，由表3.2.5.1[15][10]選取
表3.2.5.1 抓斗最大開度系數
散物容重（t/）
0.63
0.80
1.00
1.25
1.60
2.00
2.50
3.20
抓斗最大開度系數
1.774
1.924
1.924
2.086
2.194
2.250
2.379
2.516
因此取K4=2.516
公式16
3.2.6 抓斗的其他幾何參數
1） 根據上述計算，對顎板的寬度B和最大開度得出結果后，可以得出抓斗其他幾何參數。
抓斗張開的覆蓋面積
A=B*Lm=1.358×2.88=3,911m2 公式17
2） 抓斗在抓取過程中的平均挖掘深度
公式18
3） 抓斗挖掘深度系數
公式19
4） 抓斗顎板寬度B與最大開度之比
公式20
3.2.7 抓斗顎板側面形狀
抓斗顎板側面積為 公式21
其中Vd——給定的抓斗容積（m3）
日常生活中我們用作圖法來測算顎板側面積，并與上式算出的F相比，如果
不相等可調整Nb，直到與F相等。（如圖3.2.7所示：）
圖3.2.7.1 抓斗側面圖
表 3.2.7.2抓斗顎板側形系數KNB
散貨密度（容重）
0.63
0.80
1.00
1.25
1.60
2.00
2.50
3.20
抓斗顎板側形系數
0.796
0.840
0.840
0.885
0.930
0.954
0.979
1.004
由上述圖表可以知道：
其中： αs為抓斗顎板底背角；
αB為散貨自然坡角；
Β為抓斗顎板側背角；
θ為顎板閉合后，斗內物料最多滑移角。
取=25°，=13°，=56°，=22.7°，=35°
所算的F與理論值相差很小，故取=1.28m
3.2.8 滑輪組的倍率
雙繩抓斗的滑輪組倍率推薦值如表3.2.8。
表3.2.8抓斗閉合滑輪組倍率
輕型抓斗
中型抓斗
重型抓斗
特重型抓斗
滑輪組倍率
2～3
3～4
5～6
6
取滑輪組倍率m=6。
3.3 抓斗各部分的具體參數
3.3.1 上承梁具體參數
上承梁一般是由一個長方體來切割拉伸而成的，同時上承梁也要裝配一個滑輪。采用正視圖，參數具體如下：
長：1000mm； 寬：800mm；高：700mm；
切槽寬:150mm；高：500mm；距邊緣處：80mm；中心孔直徑：100mm。
3.3.2 下承梁具體參數
顎板跟下承梁鏈接，在下承梁上表面與滑輪支撐體裝配，用螺栓固定。具體參數如下：
長：1200mm；寬：1000mm；高：300mm。
3.3.3 滑輪支撐體具體參數
滑輪支撐體裝配在下承梁上表面，用來支撐滑輪，其具體參數如下：
底板尺寸長：1000mn；寬：800mm；高：100mm。
板上兩支撐件相距為：150mm；支撐件外緣半徑：90mm ；
支撐件上軸心圓直徑：100mm；
支撐體上繩索固定件長：160mm；寬：50mm；高：80mm；
外緣半徑：80mm；中心孔直徑：100mm。
3.3.4 撐桿具體參數
撐桿用來鏈接上承梁與顎板，并且起支撐作用，跟顎板的張閉合一塊運動。撐桿必須保持其穩(wěn)定性。其具體參數如下：
撐桿軸孔中心距：2800mm；寬：100mm；
連接處厚：150mm；外圓半徑：100mm。
3.3.5 顎板具體參數
顎板是采用鋼板焊接形成的
顎板具體參數如下
顎板與撐桿鏈接處各板塊厚：200mm；軸孔直徑：100mm；
顎板殼體厚：800mm；殼體邊緣厚：10mm；長：2000mm。
3.3.6 滑輪
滑輪整體厚：120mm；最外圓直徑：200mm；軸心圓內徑：100mm；
墊片內徑為：100mm；外徑：150mm；厚：15mm。
3.4 抓斗的驗算
3.4.1 對抓取能力進行驗算
確定抓斗的主要參數后，我們可以用一下公式來進行驗算：
G1 =Gd*K*e* 公式22
可以得出抓斗的填充量G1 ≈ 1.52m 3 ，抓斗自重系數K1算出的抓斗填充量為 1.5m3
兩者近似相等。
3.4.2 對顎板的強度進行校核
顎板呈開口式結構的，底邊有刃口部分，受力比較大因此要加強強度，韌度。
顎板按受到的載荷均勻來算，刃口部分進行單獨驗算，其彎曲力矩計算公式由一下公式來計算：
公式23
式中 K0-為系數，按顎板底板長度比A/B， 由表3.4.2.1選取。
q0為底板上的均布壓力， 按下式計算：
K7為物料分布不均勻系數，取K7=1.2 公式24
表3.4.2.1
A/B
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
K0
0.06
0.074
0.088
0.097
0.107
A/B
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
K0
0.112
0.12
0.126
0.132
0.133
由A/B=1.1查表得K0=0.12
顎板底板的彎曲強度校核：
==19354MPa[]=200MPa 公式25
式中 為底板厚度；
為 許用應力，材料Q235 =200MPa
校核結果：此抓斗符合強度要求。
3.4.3 顎板跟撐桿鏈接處連接軸的校核
由于顎板跟撐桿鏈接處比較復雜，我們只對滿載的情況下進行校核。此時顎板受自身重力、物料質量以及顎板軸上的力。
顎板質量為：1.44t；物料質量為：3.2 t；軸直徑為：100mm。
可以得出剪切應力為
= 29.14MPa 公式26
因此軸采用45鋼，它的許用切應力為[]=335MPa
[]
因此，顎板與下承梁連接軸滿足強度要求。
3.4.4 對連接螺栓M48強度校核
各鏈接處都采用螺栓M48，所以我們僅需分析其中一個螺栓鏈接受力處。螺栓的材料為45鋼。
當抓斗空載的時候，支撐繩的拉力為G=3.2t
由受力平衡定理可以得出
4Fcos=G 公式27
F= 29N
因為軸直徑為 d= 100mm
所以剪切應力為：
= 0.415MPa≤[]=335MPa 公式28
因此，螺栓M48滿足強度要求。
3.4.5 對撐桿強度進行校核
撐桿受力跟螺栓受力相等，即F=29N
撐桿的橫截面積為A=1.358m2
所以它的截切應力 = 21.35MP 335MP 公式29
因此，撐桿強度也滿足要求
3.4.6 對滑輪組軸強度進行校核
在本設計中我們所選用的滑輪組倍率為6，軸上所受到的最大力為滿載時的，即F= *5*104=41.67KN 公式30
所以剪切應力為= 250.02 MP ≤335MP
4 對零件三維建模
4.1 SoidWorks軟件的簡介
SolidWorSolks軟件公式成立于1993年，總部位于馬薩諸。世界上第一個面對Windows開發(fā)的三維CAD產品是solidworks軟件，隨著技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新使的越來越符合社會應用中的發(fā)展潮流和趨勢，在國際上越來越得到廣泛的應用。SolidWorks軟件出色的表現(xiàn)已經成為華爾街青睞的對象[6][12]。
SolidWorks軟件具備強大的實體建模功能，本節(jié)介紹SolidWorks軟件的界面管理與建模過程。
4.2 SolidWorks軟件常用工具欄
4.2.1 標準欄
如圖4.2.1.1所示，這是工具欄的一部分；選擇文件用來新建零件，裝配體，工程圖，選擇編輯用來編輯零件設計表抗彎系數等如圖4.2.1.2；
圖4.2.1.1
圖4.2.1.2
4.2.2 視圖工具欄
選擇視圖可以更改SolidWorks選項的設定，設置基準面，基準線，點等。如圖4.2.2為視圖工具欄：用來確定視圖的方向，顯示一對話框來選擇標準或用戶定義的視圖。
圖4.2.2
4.2.3 草圖繪制工具欄
選擇基準面后便可進行畫圖，畫圖工具欄如圖4.2.3：
圖4.2.3
4.2.4 特征繪制工具欄
草圖繪制后需要進行特征建模，對草圖進行拉伸旋轉掃描鏡像切除等得到實體。特征如圖4.2.4:
圖4.2.4
4.3 對抓斗實體進行三維建模
學習SolidWorks軟件之后我們可以對本課題設計的抓斗進行三維建模，根據各零件設計的參數繪制草圖，根據各零件實體進行建模，然后將得到的各零件進行裝配，最后簡稱是否裝配正確。
4.3.1 上承梁建模
根據設計參數首先繪制形然后對長方形進行拉伸如圖4.3.1.1，然后選前視基準面根據設計參數在兩端切割兩個矩形槽如圖4.3.1.2，再然后拉伸切割圓柱孔如圖4.3.1.3，最后在上承梁的上端繪制繩索的固定裝置，所建三維模型如圖4.3.1.4。
圖4.3.1.1
圖4.3.1.2
圖4.3.1.3
圖4.3.1.4
4.3.2 下承梁建模
首先根據設計尺寸繪制草圖長方形，對其進行拉伸成長方體，如圖4.3.2.1，其次，根據計算尺寸進行拉伸切除圓柱孔，所建三維模型如下4.3.2.2：
圖4.3.2.1
圖4.3.2.2
4.3.3 撐桿建模
首先繪制長方形草圖對其進行凸臺拉伸成為長方體，如圖4.3.3.1，然后進行拉伸凸臺外緣和切除孔，三維模型如圖4.3.3.2。
圖4.3.3.1
圖4.3.3.2
4.3.4 墊圈建模
首先繪制同心圓草圖，如圖4.3.4.1，然后對其進行凸臺拉伸，得到擋圈三維模型，如圖4.3.4.2。
圖4.3.4.1
圖4.3.4.2
4.3.5 滑輪建模
根據設計參數首先繪制草圖，將其拉伸成為圓柱體，如圖4.3.5.1，然后繪制同心圓拉伸切除成同心圓軸孔，如圖4.3.5.2，其次繪制動滑輪三維建模如圖4.3.5.1。
圖4.3.5.1
圖4.3.5.2
圖4.3.5.3
4.3.6 顎板1建模
顎板結構十分復雜，首先根據側視圖繪制多邊形將其拉伸成為多邊立方體，如圖4.3.6.1，然后進行抽殼如圖4.3.6.2，然后在兩端加入撐桿固定裝置，如圖4.3.6.3，最后修改各部分詳細尺寸，對其進行拉伸切除成為所需顎板模型，其三維模型如圖4.3.6.4。
圖4.3.6.1
圖4.3.6.2
圖4.3.6.3
圖4.3.6.4
4.3.7 顎板2建模
顎板2建模跟顎板1建模方法一樣，在建模過程中尺寸有所不同，其三維模型如圖4.3.7。
圖4.3.7
4.3.8 滑輪裝配體
各零件模型建立好后，需要裝配零件。首先將墊圈與滑輪裝配在一起即滑輪組裝配體，如圖4.3.8.1，將以上裝配體與滑輪支撐體，下承梁相配合，如圖4.3.8.2。
圖4.3.8.1
圖4.3.8.2
4.3.9 抓斗裝配體
將各零件嚴密地進行相互配合，給予合理的約束關系，在裝配結束后進行干涉檢查，確保其尺寸合理，裝配正確，最后進行運動的仿真與分析。三維模型如圖4.3.9。
圖4.3.9
4.4 對各零件繪制二維工程圖
根據各零件三維模型圖利用Solidworks軟件導出二維工程圖，其各零件二維工程與具體詳細尺寸見圖紙，以下是各零件所導二維工程圖：
4.4.1 撐桿二維工程圖
將撐桿三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如下4.4.1：
圖4.4.1
4.4.2 上承梁二維工程圖
將上承梁三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如4.4.2：
圖4.4.2
4.4.3 下承梁二維工程圖
將下承梁三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如下4.4.3。
圖4.4.3
4.4.4 滑輪支撐體二維工程圖
將滑輪支撐體三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如4.4.4。
圖4.4.4
4.4.5 墊圈二維工程圖
將墊圈三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如4.4.5。
圖4.4.5
4.4.6 滑輪二維工程圖
將滑輪三維零件圖導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖如4.4.6。
圖4.4.6
4.4.7 顎板二維工程圖
對顎板導入Solidworks軟件中將其導出二維工程圖，左顎板如圖4.4.7.1，右顎板如圖4.4.7.2。
圖4.4.7.1
圖4.4.7.2
4.4.8 抓斗二維工程圖
抓斗二維工程圖如4.4.8。
圖4.4.8
5 總結
畢業(yè)設計是我們學生在求學道路上最后一段學習時光，它要求我們把大學四年所學到的各種知識進行匯總并在實際應用中運用。從2月份開始準備，時至今日，從最初的茫然，到逐漸思路的清晰，整個寫作過程是很難用語言來表達的?；叵胝麄€畢業(yè)設計過程我收獲了很多。
我的設計內容是對雙顎板起重機抓斗結構進行設計分析，它主要用來抓取大型物料。首先搜集資料后，我在電腦中都進行分類的整理，然后 針對自己不同部分的寫作內容進行歸納和總結。盡量使我的 資料和論文的內容符合，這有利于論文的撰寫。然后及時拿 給老師進行溝通，聽取老師的意見后再進行相關的修改。老師的意見總是很寶貴的，可以很好的指出我的資料收集的不 足以及需要什么樣的資料來完善文章。
本畢業(yè)設計是在老師的指導下和同學們的幫助下完成的，大家共同商量專業(yè)問題，相互探討。指導老師吳淑芳老師經常主動聯(lián)系我們，告訴我們如何修改論文，并提出意見，在畢業(yè)設計中給了我很大幫助。在此十分感謝所有老師跟同學。
通過本畢業(yè)設計我學到了腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神。在今后一定會不斷提升自我，為社會主義現(xiàn) 代化建設，貢獻自己的力量。
參 考 文 獻
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致 謝
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