【正文】 抓斗 的發(fā)明是人類歷史上的一種進步，從使用大量勞動 力來搬運物品到現(xiàn)在只需要一個起重機司機操作抓斗來抓取物品。再對主要部件，如軸，軸承，鍵，顎板等部件進行強度的校核。根據(jù)優(yōu)化之后的 參數(shù)，再 出抓斗主要 圖紙 ，如上下承梁，斗體，平衡架，撐桿的工程圖和裝配圖。 現(xiàn)如今 ， 抓斗卸貨船 的使用率最高，作為卸 貨船 最重要的 零件 抓斗 ， 大家 對它進行了越來越多的 探究 。 抓斗的概述 抓斗， 用于抓取散裝物料的一種自動取物裝置，多用于工程機械中 ， 常安裝在 吊車懸臂的末端。 經(jīng)濟性優(yōu)良 ，效率高 的 裝貨和卸貨工作 ， 必須 對 散貨的 密度 ， 起重機的起重量和 卷揚機 構(gòu) ，滑輪組等部件的 轉(zhuǎn)動速度有一個精準(zhǔn)的抉擇 。當(dāng)設(shè)計合理的 狀態(tài)下 ,抓 斗的 操作 年限 應(yīng)該和材質(zhì) 的 選擇 及其 構(gòu)成相關(guān) ,還 與它自身的 噸位 有關(guān)。 在使用抓斗時，這些都是不希望的 。 主要的 影響因素有抓斗的底倍角， 貨物 密度， 貨物的 外形 及其大小 。四繩抓斗相較于雙繩抓斗多了一組閉合繩和支撐繩，可以使抓斗的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn) 定，不容易打轉(zhuǎn)。 抓斗根據(jù)顎瓣的數(shù)量可以分成雙瓣抓斗和多瓣 抓斗。當(dāng)今 世界的工業(yè)生產(chǎn)，基于社會需要的多樣性，產(chǎn)品的加工和生產(chǎn)也從單一品種的大批量向著多樣產(chǎn)品的方向發(fā)展。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 眾所周知，由于佩納公司在抓斗設(shè)計 行業(yè)起 著很大的 主導(dǎo)地位 ，導(dǎo)致中國主 要 市場上都是佩納抓斗的身影。 通過 實踐證明， 想要提高大型長撐桿散貨抓斗的使用壽命長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 肖乾信教授發(fā)明了鉗式抓斗。華北工學(xué)院的 梁雅琴、劉申全 的《抓斗的原理方案創(chuàng)新設(shè)計》， 在論文中 提出了 比較新穎的設(shè)計理念 ，為 之后 工程 師提供了一種 新思維 在抓斗原理方案設(shè)計方面 。 大連起重電機廠研究所的孫友伶發(fā)表了《抓斗撐桿的結(jié)構(gòu)改型與受力分析》，文章主要對撐桿進行了受力分析并對如何提 升 抓 貨能力 做了 細致 的調(diào)查 分析 。 抓斗的結(jié)構(gòu)組成 長撐桿雙瓣四索抓斗如圖 所示由斗體， 上承梁， 下承梁，撐桿 和平衡 架 組成。如果兩卷揚機構(gòu)使支持繩和閉合繩以不同的方向和繩速運動，則抓斗的絕對運動與其各部件的相對運動重疊。同時要求支持繩和閉合繩開始按照同一速度下降，則抓斗將維持打開的樣子停留在散料上，見圖 ）。在滿載抓斗離開料堆瞬間，其全部重量由閉合繩承受，然后隨著收緊支持繩，滿載抓斗的重量由支持繩和閉合繩共同承受，見圖 ）。 圖 抓斗 抓取貨物 的 循環(huán) 過程 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 表 抓斗工作循環(huán)過程中支持繩與閉合繩運動情況 抓斗狀態(tài) 空抓斗下降 抓貨 滿載抓斗上升 卸貨 支持繩 收緊 放松 收緊 收緊 閉合繩 放松 收緊 收緊 放松 抓斗的方案制定 起重機的起重量是 16 噸 。 3．抓斗的總體設(shè)計 由于 抓斗的 類型 和規(guī)格 大小很多樣 ， 所以 在 設(shè)計時 需要重點 思考貨物 的堆積密度和起重機的起重量這兩個 方面 。 10 噸以上的采用四繩的，四繩是兩根支持繩和兩根閉合繩對稱分布，可以增加抓斗的穩(wěn)定性。 因為礦石的密度為 ， 所以 要設(shè)計的 抓斗 是第三種 類型 ,重型抓斗 。但自重太大還 會 導(dǎo)致起重機 功率 過多的浪費 ，使 它 的 額定 起重量下降和 使抓斗 超載 。 9 （ 3） 抓斗挖掘深度系數(shù) 5 m= = = L （ ） （ 4） 抓斗鄂板寬度 B 與最大開度 Lm 之比 3m4= = 0 . 6 9 8 ? ?? （ ） 確定顎板的側(cè)面形狀和尺寸 顎板 側(cè) 面 形 狀 應(yīng) 該與 它需要抓取的貨物密度相吻合 。D 和梯形 ABO39。 11點和 C點的射線，圓心即為圓點 O39。E 即為圓弧的半徑； （ 6）最后以 O39。 12 通俗的說 ， 按照 公式 scd ??繩 來 確 定鋼絲繩的直徑， 它 就 可以 滿足合理 的使用 年限 。 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 14 撐桿長度 : )(sin22 2 mmlll ?橫撐 ?? () 代入數(shù)據(jù)計 算得 撐 2600( )l mm? 。 閉合繩抽出長度： ）（繩 mmmhhl )( m inm a x39。 ??? 運動學(xué)分析 從運動 學(xué)的觀點出發(fā)，可 以 將長撐桿 雙瓣四索 抓斗 當(dāng) 作一個簡單的平面 連桿 機構(gòu)。 主要參數(shù)匯總 主要參數(shù)看表 ： 表 主要技術(shù)參數(shù) 額定起重量 16t 物料容量 mt 抓斗容積 3m 抓斗自重 6528kg 滑輪組倍率 5 滑輪底徑 ? 595mm 鋼絲繩直徑 ? 28mm 斗體內(nèi)寬 1964mm 抓斗最大張開度 2811mm 抓斗閉合高度 3630mm 抓斗張開高度 4113mm 鋼絲繩引出長度 9350mm 鋼絲繩工作長度 18345mm 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 單根撐桿多數(shù)制成框架結(jié)構(gòu)，少數(shù)由鋼板或型鋼焊成閉口或者開口截面的桿件。 然而加大撐桿的重量能夠提升抓斗的抓貨 性能，所以 經(jīng)常 能夠 看到 選用 方鋼 等材質(zhì) 制成的撐桿。讓抓斗的上承梁能夠穩(wěn)定。如前述， 可以估計出每根撐桿 與上承梁 絞點 連接處承受的垂直方向作用力為 2T （每側(cè)有兩根撐桿），力 T 用公式： 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 其中， 41 1 0 4 4 0( 5 1 ) 1 6 1 0 1 3 7 1 0 3 2 9 4 6 5( )22TN??? ? ? ? ? ? ????? ? ? )(8 4 0 02 6 01290122 2mmF ?????? ， ? ? )( MP ans ??? ?? 取 k=,則 ? ? ）（壓 M P ???。把上面計算出來的結(jié)果都放入 耐久性條件 公式得： 4 1 . 1 7 8( )0 . 6 3 5 8 4 0 0 MPa?? ??? ? ? ???。 19 根據(jù)計算，當(dāng)縱向壓縮和彎曲同時作用在撐桿上時，它的強度也能滿足要求。 斗體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 斗體 顎板多 數(shù)采 用 16Mn或 A3的鋼板焊接而成。 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 對用于抓取細粒，松散物料的抓斗，刃口也可用 ZGMn65 制造（淬火至 HRC=55~60）。 水平刃口板厚度 顎板刃 口的厚度 ? ， 需要 根據(jù)保證顎板剛度條件來確定，根據(jù)手冊查到的 經(jīng)驗公式為： )(3 d3 mVwr?? () 式中： w—— 物料的顆粒系數(shù)。 即底板厚度為 。切口的寬度 b，按簡支梁的 簡圖求得，并以一塊顎 板所受的等效集中載荷 4G 作用于梁的中部，根據(jù)彎曲強度條件，可求出切口的寬度為： ? ??? 283計BGb? () 計? —— 切口的計算厚度。 22 所以，大彎板的強度符合條件。 上承梁的設(shè)計與強度校核 滑輪組設(shè)計 通常 滑輪組 是 由 多 個 動滑輪和定滑輪 配合 構(gòu) 成。 HT1533 鑄鐵 是大多數(shù)滑輪選取的材料 ， 因為 其價格 相對 低廉， 而 且 可以保證鋼絲繩的使用壽命 ，但它在工作中耐久度不高 。 查表，取 ?e ，則 )( mmD ??? ，根據(jù)實際情況取 )(8500 mmD ? 。代入數(shù)據(jù)： )(1001503232 0 mmdB ???? ③ 滑輪槽尺寸的選擇 各主要參數(shù)及其意義如下所示： 圖 圖中： R—— 繩槽半徑； H—— 槽的高度； W—— 繩槽寬度； m—— 邊寬； d—— 鋼絲繩直徑； 查表得 ： d=40(mm), R=20(mm), H=63(mm), W=78(mm), m=11(mm) 滑輪圖形如下所示： 圖 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 故滑輪選為 1 0 02 2 58 5 020 ???LG S （ 3） 滑輪組的設(shè)計 目前， 省力滑輪組是 設(shè)計中最 普遍采用 的滑輪組 。 此外，軸承 與軸承 之間 不能夠直接放置在一起， 必須 用 左右 滑輪擋板 和軸 套 來 起隔開作用 。 () 式中： C—— 額定動載荷計算值， N； P—— 當(dāng)量動載荷， N； hf —— 壽命因數(shù)； nf —— 速度因數(shù)； mf —— 力矩載荷因數(shù)； df —— 沖擊載荷因數(shù)； Tf —— 溫度因數(shù)。 軸的計算 （ 1） 滑輪軸的材料 上下承梁中的軸叫做 滑輪軸， 因為這類 軸 一般施加 彎矩 作用 而不 產(chǎn)生 扭矩， 所以 稱這類軸 為固定心軸。 滑輪軸 工作時 會 承受 很 大的 作用力 ， 所以一般 會采用 42CrMo 的材質(zhì)再進行淬火加高溫回火 的工藝， 粗加工 尺寸為 140 毫米 。 由 40850 144t a n ????? 繩dD lc? () 得： ?? ? 式中： cl —— 同 軸上相鄰兩滑輪中心 間 的距離， mm； D —— 滑輪直徑， mm； d —— 閉合繩直徑， mm。 長撐桿雙瓣四索抓斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化 此外，軸承與軸承之間不能夠直接放置在一起。 () 又因為此軸承為圓柱滾子軸承，所以取 310?? 。 26所以根據(jù)設(shè)計需求 ， 我 選用 雙排列 省力滑輪組， 它 工作 結(jié)構(gòu) 簡 易 圖如下 圖 畫出 ： 圖 軸承的選擇固定及壽命計算 選擇滾動軸承支撐與上滑輪座的滑輪軸是為了能夠提高滑輪的傳動效率，改善滑輪的使用條件， 另外 ， 還需要思考如何幫軸承進行潤滑和幫軸承防止灰塵。 圖中： D—— 滑輪直徑， mm； D1—— 滑輪外徑， mm； B—— 輪轂寬度， mm； B1—— 漲圈寬度， mm； D2—— 輪轂直徑。 24 決定用 熱軋 鋼 作為我想要的滑輪的材質(zhì) ，當(dāng) 滑輪 的 直徑 超過 900mm， 即稱大型滑輪。依 據(jù) 滑輪的 作 用， 省力滑輪組和增速滑輪組共同構(gòu)成了上承梁中的滑輪組。 23 () 此式中： )( KNRH ? ， l=530mm, mmmmdy 20,2 4 0 ?? ? 。 其中 ）（計 mm703522 ???? ?? 代入其他數(shù)據(jù)得： ? ? )(2511034510708 634 mmb ????? ???? ?，根據(jù)工作情況?。?b=255mm。 21 代入數(shù)據(jù)計算得： )()( 33 mmm ?????? ，圓整得)(35 mm?? ，即水平刃口板厚度為 35mm。只有抓取大塊或堅實物料的抓斗，才裝上高猛鋼鑄成的齒，鋼齒多用焊接或螺栓連接固定在顎板的水平刃口上。 顎板的刃口最好能夠采用 ZGMn13 制造，通過熱處理（加熱溫度 1060~1100176。為了保證斗體 橫向 受力 與 面 板強度的 需要 ， 所以 在 面 板邊線 處 采 用 強度更高的鋼板 ，增加 刃口 耐磨性，并需要在顎板內(nèi)部結(jié)構(gòu)中添加橫向支撐和大彎板 。 （ 2） 軸套驗算 此軸套內(nèi)徑為 102mm，外徑為 120mm，寬度為 20mm，其技術(shù)要求為給油 P 值應(yīng)能達到 500 2/cmkgf ；徑向載荷 65噸條件下工作壽命應(yīng)達 10000 小時；扣除自潤滑油孔 10?面積后，應(yīng)能達到 機械設(shè)計手冊中 第 二 個條件的 要求。 每根撐桿在與上承梁 絞點的 連接處 所 承受的垂直方向作用力為 T/2=(N)，撐桿必須達到的 有效長度 l=2400mm,所以，撐桿的最大彎矩 10 ( )2TM l N m? ? ? ? ? ? ?。 （ 2） 剛度驗算 由于采用較低的許用應(yīng)力，因此所選出的撐桿具有足夠的剛度，所以不必進行剛度校核。 按耐久性驗算 按耐久性 條件 對撐桿 驗算時， 必須 滿