抓斗計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、1. 概 述 80年代以來(lái)，我國(guó)相繼建成了寶鋼主、副原料碼頭，北倉(cāng)港礦石中轉(zhuǎn)碼頭以及多座大型火力發(fā)電廠煤炭卸貨碼頭等一批現(xiàn)代化散貨專(zhuān)用碼頭，其卸船設(shè)備一般為起重量3050t的抓斗橋式卸船機(jī)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的剪式抓斗有抓取比大的優(yōu)點(diǎn)，但閉斗后外形尺寸太大；斜壓式抓斗是一種不對(duì)稱(chēng)的長(zhǎng)撐桿抓斗，它在抓貨后，留下的不對(duì)稱(chēng)軌跡對(duì)后面的逐層抓取不利。只有長(zhǎng)撐桿雙顎板抓斗在抓取各類(lèi)散貨時(shí)具有良好的適應(yīng)性。近幾年國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造的長(zhǎng)撐桿抓斗已先后用于寶鋼副原料碼頭，浙江北倉(cāng)港電廠煤炭碼頭，廣東某電廠及大連港甘井子煤場(chǎng)等地，使用性能良好。 1.1抓斗的總體描述抓斗，工程機(jī)械用，安裝于吊車(chē)懸臂末端，用于抓挖土方或散裝物。由

2、于其裝貨與卸貨過(guò)程完全是由起重機(jī)司機(jī)操縱并依靠機(jī)械的力量自動(dòng)進(jìn)行，因而完全不用人工裝網(wǎng)絡(luò)與掛摘鉤，避免了繁重的人力勞動(dòng)，節(jié)省勞動(dòng)力，同時(shí)也節(jié)省了輔助時(shí)間，大大提高了裝卸效率。因此，抓斗在港口裝卸作業(yè)中起著十分重要的作用，得到了極其廣泛的采用。 當(dāng)給定散貨裝卸任務(wù)之后，也就是確定搬運(yùn)散貨的行程之后，抓斗起重機(jī)的裝卸效率取決于起重機(jī)的起重量與機(jī)構(gòu)的工作速度。經(jīng)濟(jì)性良好的裝卸作業(yè)，要求對(duì)起重機(jī)的起重量和其他裝備的驅(qū)動(dòng)功率有一個(gè)絕佳的選擇。因?yàn)樽ザ菲鹬貦C(jī)的裝卸效率與抓斗的抓獲量密切相關(guān)，而且起重機(jī)的起重量又必須等于抓斗的自重加上其抓獲量，所以設(shè)計(jì)的最重要課題就是如何設(shè)計(jì)出自重盡可能小而抓獲量盡可能多的

3、抓斗，即在考慮在使用抓斗的綜合經(jīng)濟(jì)效益前提下，盡可能使抓斗獲得最大的填充率。這里所說(shuō)的綜合經(jīng)濟(jì)效益是指在抓斗的允許使用壽命內(nèi)，完成的散貨裝卸量的產(chǎn)值與抓斗本身的造價(jià)比而言。當(dāng)設(shè)計(jì)合理時(shí)，抓斗的使用壽命理應(yīng)與其結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度，也就是與其自重有關(guān)。 抓斗起重機(jī)的起重量利用率可由抓斗抓取的散貨質(zhì)量與散貨質(zhì)量加抓斗的自重之比來(lái)量度，或者用抓斗的抓取能力系數(shù)來(lái)衡量抓斗的抓取性能。針對(duì)需要裝卸的散貨種類(lèi)，選擇最佳的抓斗參數(shù)，精心滿(mǎn)足抓斗的強(qiáng)度與剛度要求，即能獲得滿(mǎn)意的抓斗填充率，因而也就極大地提高了起重機(jī)起重量的利用率。由于起重機(jī)的設(shè)備投資是抓斗設(shè)備投資的幾十倍甚至上百倍，所以使用質(zhì)量?jī)?yōu)良的抓斗為降低裝卸

4、成本提供了極大的可能性。 充分利用起重機(jī)的起重量，意味著抓都在抓取散貨的正常作業(yè)中，應(yīng)該以及小的上下偏差得到給定的填充量。一個(gè)性能良好的抓斗，不僅應(yīng)該具有一個(gè)很高的理論填充量，而且在實(shí)際使用中，確實(shí)也能夠平均的達(dá)到這個(gè)填充量。抓斗填充量不足，將使起重機(jī)的裝卸效率降低，而填充過(guò)量，則使起重機(jī)超載。在使用抓斗時(shí)，這些都是不希望的。為了使抓斗抓取散伙時(shí)能夠達(dá)到預(yù)期的填充量，首先必須掌握影響抓斗填充過(guò)程的所有影響因素的有關(guān)知識(shí)。 這些影響因素主要有：散貨的影響因素（散貨容量，散貨粒度及顆粒形狀， 散貨內(nèi)摩擦 角）； 抓斗的影響因素（抓斗的自重及自重分配，抓斗閉合過(guò)程中閉合繩拉力的大小及變化，抓斗閉合速

5、度，抓斗開(kāi)度）。 為了揭示上述影響因素對(duì)抓斗填充量的影響程度以及他們之間的相互關(guān)系，迄今為止常常單獨(dú)或綜合采用下述三種方式進(jìn)行研究：(1)對(duì)于顆粒比較均勻分散性比較良好的細(xì)粒物料，例如砂子，糧食等，運(yùn)用土力學(xué)理論對(duì)抓斗填充過(guò)程進(jìn)行分析處理。（2）運(yùn)用模型抓斗進(jìn)行試驗(yàn)研究。（3）運(yùn)用原型抓斗進(jìn)行試驗(yàn)研究。必須指出的是：即使在目前，為散貨起重機(jī)配備抓斗的主要依據(jù)是散貨的容貨時(shí)填充不足。但是，如果考慮粒度的影響，則必須考慮下述問(wèn)題：在同一類(lèi)散貨中，粒度增大到何種程度，是使用撐桿抓斗經(jīng)濟(jì)還是應(yīng)該使用其他形式的抓斗；在裝卸哪些散貨時(shí)，為使抓斗充滿(mǎn)而不必對(duì)抓斗自重提出要求，以致可以推薦采用輕金屬制造的抓斗

6、。根據(jù)抓斗操作的特點(diǎn)，抓斗的形式基本上可分為雙繩抓斗，單繩抓斗與馬達(dá)抓斗三類(lèi)。其中以雙繩抓斗應(yīng)用最為廣泛，而其他兩類(lèi)抓斗在港口裝卸作用中則應(yīng)用很少，因此下面主要介紹雙繩抓斗。1.2抓斗的結(jié)構(gòu)組成及工作原理雙繩抓斗有左右對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)顎鏟，同顎鏟鉸接的下承梁，撐桿和上承梁組成。整個(gè)抓斗掛在兩根繩索上，其中一根繩索直接固定在上承梁上，稱(chēng)為支持繩，另一根繩索稱(chēng)為開(kāi)閉繩，它穿過(guò)上承梁，繞過(guò)下上承梁的滑輪后，固定在上承梁或下承梁上。抓斗的工作過(guò)程有：（1）空抓斗下降；（2）抓貨；（3）帶貨抓斗提升；（4）卸貨。依次經(jīng)過(guò)上述四個(gè)過(guò)程，抓斗完成了一個(gè)工作循環(huán)，重新處于準(zhǔn)備抓貨的狀態(tài)。1.3抓斗的抓貨過(guò)程張開(kāi)狀態(tài)

7、的抓斗降落到貨堆上以后，當(dāng)向上收緊開(kāi)閉繩而支持繩處于松弛狀態(tài)下，開(kāi)閉繩的張力則通過(guò)滑輪組的作用，使上下承梁互相接近，從而使顎鏟產(chǎn)生逐漸關(guān)閉的運(yùn)動(dòng)而抓貨。1.4抓斗的抓取能力與影響抓取能力的主要因素抓斗的抓取能力大小直接影響到抓斗工作的有效程度，它的大小主要取決于抓斗的下沉力與物料垂直方向的阻力以及抓斗的抓取力矩與物料的阻力矩之間的關(guān)系。它們構(gòu)成了抓獲過(guò)程的主要矛盾。影響抓斗抓取能力的因素有很多，其中主要的有以下幾個(gè)方面：(1)抓斗自重及其合理分配的影響；（2）滑輪組倍率的影響；（3）撐桿與顎鏟鉸接點(diǎn)位置的影響；（4）最大張開(kāi)度的影響；（5）顎鏟寬度的影響；（6）顎鏟幾何形狀的影響；（7）物料性

8、質(zhì)的影（8）操作方法的影響。1.5抓斗的設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)抓斗主要由顎鏟，撐桿，上承梁和下承梁四個(gè)部分組成。在頭部一般還裝有上滑輪以及開(kāi)閉繩導(dǎo)向裝置，在下承梁裝有下滑輪。設(shè)計(jì)抓斗時(shí)，對(duì)其構(gòu)造上的考慮，應(yīng)保證抓斗各構(gòu)件只有一個(gè)相對(duì)自由度，以便使抓都在抓貨過(guò)程中不致由于兩顎鏟刃口上遇到不同阻力時(shí)影響到他們的真確閉合；同時(shí)，也為了使已閉合的抓斗不會(huì)在起升過(guò)程中由于碰撞或其他原因而發(fā)生顎鏟彼此不密合的現(xiàn)象。為此，通常在撐桿與上承梁的連接處用同步約束裝置將兩撐桿連接起來(lái)，使撐桿與頭部間只有一個(gè)相對(duì)自由度。抓斗設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)在于：根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)，工作條件，確定抓斗的各主要參數(shù)，使之滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，并具有良好的

9、工作可靠性和工作性能。設(shè)計(jì)計(jì)算抓斗的原始數(shù)據(jù)有：所抓物料的物理和機(jī)械性質(zhì)（包括單位容積質(zhì)量，塊類(lèi)大小，自然坡度較，潮濕度，堅(jiān)實(shí)度及結(jié)塊性等）和配套起重機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)（包括額定起重量，是用抓斗工作時(shí)的生產(chǎn)率，起升速度，最大起升高度及懸掛抓斗的鋼絲繩分支數(shù)等)。設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟分為：確定抓斗的幾何容積，確定抓斗的最大張開(kāi)度及寬度，選擇并確定顎鏟的側(cè)面形狀和尺寸，選擇確定開(kāi)閉滑輪組倍率，選擇鋼絲繩，確定抓斗總體結(jié)構(gòu)尺寸并繪制布置簡(jiǎn)圖，確定抓斗自身質(zhì)量及其合理分配，驗(yàn)算抓斗的抓取能力，抓斗主要構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算。其中抓斗主要構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算包括撐桿的強(qiáng)度驗(yàn)算和顎鏟的強(qiáng)度驗(yàn)算。1.6選用抓斗的基本原則首先在保證生

10、產(chǎn)安全的條件下，充分利用起重設(shè)備的允許起重量。其次，在工作允許的情況下，盡量選用抓取性能較高的抓斗。1.7專(zhuān)用抓斗 對(duì)于不同的貨種，應(yīng)該采用不同的專(zhuān)用抓斗。較常用的有多顎鏟抓斗，振動(dòng)抓斗，耙集抓斗。當(dāng)抓取大塊的礦石或金屬切屑時(shí)，雙顎鏟抓斗寬大的顎鏟刃常因直接碰上物塊或延綿的切屑而無(wú)法插入貨層，這時(shí)，最好采用多顎鏟抓斗。對(duì)于難抓取的大塊礦石，巖石，為了加強(qiáng)顎鏟刃深入貨層的能力，可在顎鏟上裝置振動(dòng)發(fā)生器。顎鏟在振動(dòng)發(fā)生器的作用下，作前后左右振動(dòng)，覓縫插刃，促使鏟刃深入貨層。普通長(zhǎng)撐桿雙繩抓斗，在交大的貨堆上作業(yè)時(shí)，一般抓的較滿(mǎn)。但是，當(dāng)貨層變薄時(shí)，抓貨量就顯著下降，而且可能使船艙底板受到損壞。這時(shí)

11、，適宜采用張開(kāi)度大的耙集抓斗。2. 總體設(shè)計(jì)對(duì)于抓斗設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，為要保證得到良好的抓取性能，必須根據(jù)物料性質(zhì)的不同類(lèi)型來(lái)選擇抓斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通常，根據(jù)抓取的物料性質(zhì)不同，將抓斗劃分為幾種類(lèi)型，其劃分范圍如下：按被抓取物料的容重來(lái)分：以下者定位輕型；定位中型；定位重型；以上者定位特重型。2.1確定抓斗的幾何容積V 按給定的起重機(jī)額定起重量Q額與物料的容重r，因已給容重為0.9-1，其中重量為16T，抓斗容積V為16m³，故根據(jù)下式確定所需抓斗的質(zhì)量。式中：m斗空抓斗質(zhì)量（t） r物料容重(t/m3) Q額起重機(jī)的額定起重量（t） K'系數(shù)，此式中取K'=0.4抓斗的幾何容

12、積也可按照起重機(jī)給定的生產(chǎn)率根據(jù)下式計(jì)算：。式中：p起重機(jī)的額定生產(chǎn)率； t抓斗完成一次工作循環(huán)的平均時(shí)間；可按給定的工作繩速度，抓斗平均運(yùn)行距離 和抓斗平均升降高度等求出。 r所抓物料的容重。2.2確定抓斗的最大張開(kāi)度L及寬度B 設(shè)抓斗抓取物料的體積等于抓斗的幾何容積，則：圖2.1式中：抓斗所抓取物料層的斷面積； 平均抓斗深度。又令：則，由此可得：抓斗的最大張開(kāi)度式中：取系數(shù)，則抓斗寬度2.3選擇并確定顎鏟的側(cè)面形狀和尺寸顎鏟的側(cè)形應(yīng)與所抓物料的性質(zhì)相匹配。對(duì)于很松散的小顆粒物料，宜采用圓弧形顎鏟。對(duì)于大中塊物料，宜采用底面平直的顎鏟。2.3.1顎鏟的底倍角在此設(shè)計(jì)中取底倍角；2.3.2顎鏟

13、側(cè)板上緣與水平線夾角： 建議取為等于物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的自然坡度角。此設(shè)計(jì)中??； 2.3.3顎鏟側(cè)板的面積顎鏟側(cè)板面積必須保證抓斗具有額定容積，由此求出一塊顎鏟側(cè)板的面積F為： ； 2.3.4顎鏟側(cè)板形狀作圖 一塊顎鏟側(cè)板的側(cè)面積有梯形ABO'C與扇形CO'D兩塊面積組成。由于切削角很小，可以足夠精確地??；則，由梯形ABO'C中可求得幾何關(guān)系并將此式代入上式，并經(jīng)整理后得：取，則式中：顎鏟側(cè)形作圖時(shí)，取=1.995m。容積越大，越大。對(duì)于圓弧形顎鏟側(cè)板也取大值。作顎鏟側(cè)形圖時(shí)，一般根據(jù)顎鏟側(cè)板形狀先選出圓弧半徑，再由上式求出及值，然后根據(jù)這些尺寸便可按比例繪制出顎鏟側(cè)板的幾何

14、形狀圖形，其作圖步驟如下： 圖2.2抓斗側(cè)板形狀（1） 在垂直線上取線段AB=；（2） 由A點(diǎn)引與水平線成角的射線；（3） 由B點(diǎn)引出與水平線成角的射線；（4） 在距AB直線為處引出與直線AB交與O'點(diǎn)和C點(diǎn)，則交點(diǎn)O'便是圓弧的圓心；（5） 有圓心O'引射線AC的垂直線O'E，O'E則為圓弧的實(shí)際半徑；（6） 以O(shè)'為圓心，以O(shè)'E為半徑作圓弧，便可繪制出抓斗的顎鏟側(cè)板的幾何圖形；（7） 顎鏟鉸點(diǎn)O的位置尺寸由下式確定：2.4確定開(kāi)閉滑輪組倍率抓斗開(kāi)閉滑輪組倍率m應(yīng)根據(jù)物料的容重r或抓斗的工作類(lèi)型來(lái)選擇，一般情況為： 當(dāng)r=0.81.2

15、時(shí)，取m=34； 當(dāng)r=1.22.0時(shí)，取m=45； 當(dāng)r=2.02.8時(shí)，取m=56； 當(dāng)m=2.8以上時(shí)，取m=67。因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)中r=1,故取m=4.2.5選擇鋼絲繩抓斗在抓貨閉合終了并開(kāi)始起升瞬間，開(kāi)閉繩有可能承受滿(mǎn)載抓斗的全部重量以及其動(dòng)載所引起的最大作用力，但考慮到最大作用力作用時(shí)間很短，而且鋼絲繩主要由于疲勞而破壞，所以不必按其最大載荷計(jì)算。通常，鋼絲繩的計(jì)算載荷可取為：式中：抓斗所抓取的貨物重量，單位為tf； G起重機(jī)的額定起重量，單位為tf。 或分別為雙繩抓斗的兩根鋼絲繩的張力。鋼絲繩是一種機(jī)械零件，它并非永遠(yuǎn)不會(huì)損壞，因此鋼絲繩的直徑應(yīng)該按照工作強(qiáng)度的基本原理來(lái)予以確定。也就

16、是說(shuō)，按照選定鋼絲繩的直徑，則鋼絲繩即能達(dá)到一個(gè)足夠的使用壽命。式中：鋼絲繩直徑 (mm)； S鋼絲繩的最大工作靜拉力 （N）； C選擇系數(shù)。由試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)定，并且與起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲強(qiáng)度以 及鋼絲繩能否旋轉(zhuǎn)有關(guān)。 此式中取C=0.082，S=240000，則所以取，故鋼絲繩選為6×19-25-1770-光-右交 。2.6確定抓斗總體結(jié)構(gòu)尺寸并繪制布置簡(jiǎn)圖（閉合狀態(tài)和張開(kāi)狀態(tài)）閉合狀態(tài)的抓斗簡(jiǎn)圖如下所示： 圖2.3抓斗閉合狀態(tài)圖抓斗的滑輪直徑取為D，則??；下承梁的滑輪中心距，則取；上下承梁滑輪的最小間距則?。挥钟?jì)算得：撐桿與垂直線間的夾角，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有抓斗分析，推薦為：當(dāng)撐桿與

17、上承梁用雙鉸連接時(shí)，；當(dāng)撐桿與上承梁用單鉸連接時(shí)：；此設(shè)計(jì)中取。圖示可近似的取為：，則，??；其中由作圖決定。圖中，則。上承梁兩鉸點(diǎn)間的長(zhǎng)度：代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：。撐桿長(zhǎng)度，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得。上述尺寸確定后便可按比例繪制出抓斗閉合狀態(tài)圖與張開(kāi)狀態(tài)圖。抓斗張開(kāi)狀態(tài)的簡(jiǎn)圖如下所示： 圖2.4抓斗張開(kāi)狀態(tài)圖 計(jì)算開(kāi)閉繩長(zhǎng)度及其在抓斗閉合時(shí)的抽出長(zhǎng)度，它們分別為：開(kāi)閉繩長(zhǎng)度：開(kāi)閉繩抽出長(zhǎng)度：式中：m開(kāi)閉滑輪組倍率； 分別為上下承梁滑輪間的最大與最小距離。將各個(gè)數(shù)據(jù)代入鋼絲繩長(zhǎng)度計(jì)算式中得：，由其他條件綜合?。?。 2.7確定抓斗自身質(zhì)量及其合理分配 抓斗的最小自身質(zhì)量根據(jù)保證抓斗具有足夠強(qiáng)度和剛度條件來(lái)確定，由

18、給定的數(shù)據(jù)計(jì)算出。求出抓斗質(zhì)量后也即得到抓斗重量G斗。 一般用途的四繩抓斗，抓斗自身質(zhì)量不超過(guò)0.43(為抓斗起重機(jī)的額定起重量）；當(dāng)物料的容重r>2.8時(shí)，抓斗的自身質(zhì)量可允許大于0.5。 抓斗自重初步確定后，各部件的重量可按推薦的重量分配比例選擇，相應(yīng)的取為： 顎鏟重量：； 頭部重量：； 下承梁重量：；撐桿重量：。則相應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系亦如此，代入各個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算得：；。由于有兩個(gè)斗體，則每個(gè)斗體的質(zhì)量。 根據(jù)工作情況及條件，?。?，。2.8驗(yàn)算抓斗的抓取能力 驗(yàn)算工況：根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推薦，采用抓斗閉合終了，支持繩還未參加工作，僅由開(kāi)閉繩支持滿(mǎn)載抓斗的瞬間，作為抓取能力的驗(yàn)算工況。此時(shí)，抓斗左半部

19、分的受力情況如下圖所示：圖2.5抓斗受力狀態(tài)圖在顎鏟閉合過(guò)程中，作用于顎鏟上的阻力是相當(dāng)復(fù)雜的，為了簡(jiǎn)化計(jì)算起見(jiàn)，把所有阻力折合成為作用于切口切線方向合阻力代替，在抓斗閉合終了時(shí)，合阻力呈水平方向，與圖示的抓取力H相平衡。設(shè)計(jì)要求抓取力需大于或等于物料阻力。在上述工況時(shí)，其物料阻力取大值。參看上圖，取抓斗整體對(duì)垂直軸投影平衡方程式：取上承梁為分離體，并對(duì)垂直軸投影，得：取顎鏟為分離體，并對(duì)顎鏟與下承梁的鉸點(diǎn)取力矩平衡方程式，求出抓取力H：式中：顎鏟與抓取物料合成重心的坐標(biāo)； 其它符號(hào)同前。其中，。代入數(shù)據(jù)得：， 。 將代入H的計(jì)算式得：則顎鏟切口單位長(zhǎng)度上的抓取力為：式中：W物料單位長(zhǎng)度切口上

20、的阻力， 推薦值為：對(duì)r =0.81.2 ，W=200250N/cm； 對(duì)r =1.22 ，W=250300N/cm； 對(duì)r =23 ，W=300500N/cm。 B顎鏟的寬度（cm）。將代入的計(jì)算式中得：=361.7（N/cm) 300N/cm。故抓取能力滿(mǎn)足要求。若抓斗抓取能力不能滿(mǎn)足上述要求，則應(yīng)考慮重新調(diào)整抓斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)（例如適當(dāng)增大滑輪組倍率；增大抓斗自重；增大頭部，撐桿自重以及修正抓斗的一些幾何尺寸等），使其滿(mǎn)足要求。 另外，如果是根據(jù)所推薦的抓斗各部分質(zhì)量分配比例求得的各部分重量進(jìn)行驗(yàn)算，而抓斗各部分最后的實(shí)際重量與初始假定值出入太大時(shí)，需以抓斗個(gè)部分實(shí)際核算質(zhì)量再進(jìn)行驗(yàn)算。2.

21、9運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 從機(jī)構(gòu)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，可將四繩長(zhǎng)撐桿抓斗視作一個(gè)簡(jiǎn)單的平面機(jī)構(gòu)。如下圖所示： 圖2.6抓斗平面機(jī)構(gòu)圖自由度計(jì)算公式為：式中：桿件數(shù)量； 低副數(shù)量； 高副數(shù)量。其中，代入數(shù)據(jù)得：主要技術(shù)參數(shù)額定起重量16t物料容量抓斗容積11抓斗自重4000滑輪組倍率4滑輪底徑850mm鋼絲繩直徑40mm斗體側(cè)型長(zhǎng)4900mm斗體內(nèi)寬2793mm抓斗最大張開(kāi)度4700mm（內(nèi)側(cè)）抓斗閉合高度5316mm抓斗張開(kāi)高度5943mm鋼絲繩引出長(zhǎng)度6500mm鋼絲繩工作長(zhǎng)度16500mm2.10主要參數(shù)匯總 3.橫梁設(shè)計(jì)3.1滑輪組設(shè)計(jì) 滑輪組由若干個(gè)定滑輪和動(dòng)滑輪組成。定滑輪和動(dòng)滑輪分別組合，裝在夾套里。

22、根據(jù)功用，滑輪組可以分為省力滑輪組和增速滑輪組。 3.1.1工作滑輪的材料及結(jié)構(gòu)選擇 滑輪是起重機(jī)的常用零件之一。一般分為工作滑輪與平衡滑輪兩種?；喌牟牧隙嗖捎肏T15-33鑄鐵，其價(jià)格低廉，且對(duì)鋼絲繩的使用壽命有利，但其容易碰碎。工作比較繁忙的起重機(jī)以及抓斗閉合滑輪組的滑輪多用ZG35鑄鋼鑄造。此設(shè)計(jì)中滑輪的材料取為熱軋。 又因?yàn)榛喼睆酱笥?00mm，為大型滑輪，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為輪緣，帶肋板的輪輻和輪轂焊接而成。 3.1.2工作滑輪尺寸的選擇 3.1.2.1滑輪直徑滑輪直徑由下式確定：式中：按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑，； 鋼絲繩直徑，； 輪繩直徑比系數(shù)，與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)。 查

23、表，取，則，根據(jù)實(shí)際情況取 。 3.1.2.2計(jì)算輪轂寬度 通常式中：滑輪軸徑（mm）。代入數(shù)據(jù)： 3.1.2.3滑輪槽尺寸的選擇 各主要參數(shù)及其意義如下所示： 圖3.1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3.2滑輪圖圖中：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。計(jì)算得:D=850(mm),B=100(mm)， , 。故滑輪選為 3.1.3平衡滑輪的設(shè)計(jì)一臺(tái)抓斗上面有兩個(gè)平衡滑

24、輪，他們成反對(duì)稱(chēng)形式布置在軸的兩端。平衡滑輪的直徑取為830mm，寬度取140mm。其材料選用ZG35。 3.1.4滑輪組的設(shè)計(jì)省力滑輪組是最常用的滑輪組。在起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中，采用省力滑輪組，即可在鋼絲繩繞入卷同時(shí)，以較小的拉力，吊起重量很大的貨物。故按設(shè)計(jì)要求，滑輪組設(shè)計(jì)為雙聯(lián)省力滑輪組，其工作簡(jiǎn)圖如下所示： 圖3.3滑輪組工作簡(jiǎn)圖3.2軸承的選擇固定及壽命計(jì)算為了提高滑輪的傳動(dòng)效率，改善使用條件，所以選擇滾動(dòng)軸承支撐于滑輪固定的心軸上，此外，應(yīng)當(dāng)考慮軸承的潤(rùn)滑與防塵要求。綜合以上計(jì)算，故軸承選取NNF5030，采用氈圈油封。此外，軸承之間采用滑輪擋板與間隔套固定。軸承的壽命計(jì)算公

25、式為：，其中，則：。式中： C基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N； P當(dāng)量動(dòng)載荷，N； 壽命因數(shù)； 速度因數(shù)； 力矩載荷因數(shù)； 沖擊載荷因數(shù)； 溫度因數(shù)。取預(yù)期計(jì)算壽命為40000h，轉(zhuǎn)速為1000h/min,則查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：。又因?yàn)榇溯S承為圓柱滾子軸承，所以取。代入以上數(shù)據(jù)得：因?yàn)閷?shí)際壽命大于預(yù)期計(jì)算壽命，故軸承工作可靠。3.3 軸的計(jì)算 3.2.1滑輪軸上零件的布置及軸的材料此軸為滑輪軸，且其只受彎矩而不受扭矩，故其為固定心軸。平衡滑輪在軸上開(kāi)出鍵槽，以平鍵連接。滑輪之間以間隔套固定。軸承之間以滑輪擋板與間隔套固定。此軸工作時(shí)承受較大的載荷，但所受沖擊較小，故可選用42CrMo調(diào)質(zhì)后表面淬火，式

26、樣毛胚尺寸為25mm。 3.2.2軸上零件的結(jié)構(gòu)設(shè)置 長(zhǎng)撐桿雙顎板抓斗的閉合增力可用上、下承梁的滑輪軸交叉布置實(shí)現(xiàn)，下承梁上的滑輪軸相對(duì)于上承梁的滑輪軸傾斜角為。由 得：式中：同一軸上相鄰兩滑輪中心的距離，mm； 滑輪直徑，mm； 閉合繩直徑，mm。 3.2.3軸上載荷的確定當(dāng)重物突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，重物其取物裝置等將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)（在垂直方向）和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷，在考慮這種工況時(shí)進(jìn)行載荷組合，應(yīng)把起升載荷乘以起升動(dòng)載系數(shù) 下圖為下承梁的受力圖： 圖3.4上撐桿受力簡(jiǎn)圖取動(dòng)載系數(shù)，則由上圖的受力分析，根據(jù)平衡情況列方程得：因?yàn)?,3,4,5為工作滑輪組，且分布對(duì)稱(chēng)，則；滑輪1和6為平衡

27、滑輪，且分布對(duì)稱(chēng)，故其所受力的大小為；由上知：。剪力圖和彎矩圖如下所示： 圖3.5上撐桿的剪力圖和彎矩圖 3.2.4軸的強(qiáng)度校核 軸上中間截面所受的彎矩最大，則中間界面上的彎曲應(yīng)力為：軸的強(qiáng)度條件為：所以軸的強(qiáng)度符合條件。 3.2.5軸的剛度校核 當(dāng)有外力作用時(shí)，軸會(huì)發(fā)生彎曲和扭曲變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。因此，在設(shè)計(jì)有剛度要求的軸時(shí)，必須進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。軸的彎曲剛度以撓度或偏角來(lái)度量。軸的剛度校核計(jì)算通常是計(jì)算出軸在受載時(shí)的變形量，并控制其不大于允許值。軸的受力分析及變形情況如下圖所示： 圖3.5軸的受力分析及變形情況則上承梁

28、的最大擾度為：3.4結(jié)構(gòu)形式及計(jì)算 3.4.1拉板的計(jì)算取b=1211mm,d=340mm,，圖形如下所示： 圖3.6拉板拉板上有軸孔的水平截面為危險(xiǎn)截面，水平截面的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉力為：式中：應(yīng)力集中系數(shù)； 所以此設(shè)計(jì)拉板符合要求。 3.4.2繩端固定 固定鋼絲繩繩端常常采用鍥套，鍥套可裝在上承梁或下承梁上。其形式如下圖 所示：圖3.7繩端固定方式3.5鍵的選擇及強(qiáng)度校核鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。 3.4.1鍵的選擇鍵的選擇包括類(lèi)型選擇和尺寸選擇兩個(gè)方面。鍵的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來(lái)選擇

29、；此處，選擇平鍵進(jìn)行連接。鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)度要求來(lái)確定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長(zhǎng)度L。鍵的截面尺寸按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長(zhǎng)度L一般可按輪轂的長(zhǎng)度而定，即鍵長(zhǎng)等于或略短于輪轂的長(zhǎng)度，所選定的鍵長(zhǎng)亦應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。根據(jù)上述要求，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取L=197mm，b=50mm,h=28mm。 3.4.2鍵的強(qiáng)度校核平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，連接中各零件的受力情況如下圖所示： 圖3.8零件的受力分析對(duì)于采用常見(jiàn)的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵連接，其主要失效形式是工作面被壓潰。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。滑鍵連接的強(qiáng)度條件為：式中：T傳遞的轉(zhuǎn)矩，； k

30、鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm； l鍵的工作長(zhǎng)度，mm； d軸的直徑，mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力，。取。又d=150mm,F=300KN，所以將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度計(jì)算公式得：所以，鍵工作可靠。3.6銷(xiāo)軸的選擇及強(qiáng)度計(jì)算銷(xiāo)軸用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈連接。銷(xiāo)軸通常用開(kāi)口銷(xiāo)鎖定，工作可靠，拆卸方便。連接銷(xiāo)的類(lèi)型可根據(jù)工作要求選定，其尺寸可根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按經(jīng)驗(yàn)或規(guī)范確定，必要時(shí)再按剪切和擠壓強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算。 3.5.1銷(xiāo)軸的選擇根據(jù)連接特點(diǎn)及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，取銷(xiāo)軸的直徑d=160mm，長(zhǎng)度取為250mm，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其表面硬度達(dá)到HRC5

31、260。 3.5.2銷(xiāo)軸的強(qiáng)度校核銷(xiāo)軸的受力簡(jiǎn)圖如下所示： 圖3.9銷(xiāo)軸的受力分析先按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核，剪切強(qiáng)度符合要求，需滿(mǎn)足此式：其中：，d為銷(xiāo)軸的直徑，其值為d=160（mm）。則將數(shù)據(jù)代入公式得：所以剪切強(qiáng)度符合要求。其次，按擠壓條件進(jìn)行校核，此時(shí)，需要滿(mǎn)足：此式中：b連桿頭尺寸（如上圖所示），mm； d銷(xiāo)軸直徑，mm； F大小同上式，為750KN。取b=3d=480(mm)，則將數(shù)據(jù)代入上式得：。所以，擠壓強(qiáng)度亦滿(mǎn)足要求。3.7上橫梁的設(shè)計(jì)以上部分為下橫梁的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度檢驗(yàn)，上橫梁的設(shè)計(jì)與下橫梁的設(shè)計(jì)相同，不再贅述。除此，因?yàn)橄聶M梁與上橫梁結(jié)構(gòu)及材料相同，且上橫梁所受載荷小于下橫梁的載

32、荷，下橫梁強(qiáng)度符合條件。因此，下橫梁的強(qiáng)度亦符合使用要求。4.頭部設(shè)計(jì)4.1滑輪組設(shè)計(jì) 滑輪組設(shè)計(jì)同橫梁設(shè)計(jì)部分的滑輪組設(shè)計(jì)，這里不再贅述。4.2焊縫計(jì)算為了保證焊縫焊透，當(dāng)手工焊時(shí)，板厚超過(guò)6毫米；當(dāng)自動(dòng)焊時(shí)，板厚超過(guò)8毫米；一般均應(yīng)在焊接板邊開(kāi)坡口。對(duì)焊接縫如果能保證焊縫金屬在全長(zhǎng)范圍內(nèi)與母材等強(qiáng)度，則焊縫可以不必進(jìn)行強(qiáng)度校核，否則應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。即使是與母材等強(qiáng)度的對(duì)接焊縫，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免布置在危險(xiǎn)截面上。滾筒箱是焊接在頭部上的，需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。其受力簡(jiǎn)圖如下所示： 圖4.1焊縫的受力簡(jiǎn)圖進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)需要滿(mǎn)足：式中：N作用于連接的軸心力； 焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)未采用引弧板施焊時(shí)，

33、取每條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度減去； 采用引弧板時(shí)，取焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度。 焊縫的許用應(yīng)力； 焊縫厚度。其中，。代入數(shù)據(jù)得：。所以，焊接強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4.3撐桿鉸計(jì)算頭部和撐桿是通過(guò)銷(xiāo)軸連接在一起的，故需對(duì)連接銷(xiāo)軸（撐桿銷(xiāo)軸）進(jìn)行計(jì)算。取其直徑為140mm，材料選用42CrMo，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其硬度達(dá)到HB241286。此外，需要對(duì)銷(xiāo)軸進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。銷(xiāo)軸的受力簡(jiǎn)圖如下所示： 圖4.2銷(xiāo)軸的受力分析先按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核，剪切強(qiáng)度符合要求，需滿(mǎn)足此式：其中：F為撐桿在鉸接處所受的力，大小為，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：d為銷(xiāo)軸的直徑，其值為d=140（mm）。則將數(shù)據(jù)代入公式得：所以剪切強(qiáng)度符合要求。其次，按擠壓條件

34、進(jìn)行校核，此時(shí)，需要滿(mǎn)足：此式中：b連桿頭尺寸（如上圖所示），mm； d銷(xiāo)軸直徑，mm； F大小同上式，為411971.25N。取b=3d=420(mm)，則將數(shù)據(jù)代入上式得：。4.4平衡梁與導(dǎo)繩輥的設(shè)計(jì) 4.4.1平衡梁的設(shè)計(jì) 平衡梁主要由主梁板和加強(qiáng)板組成，其主視圖如下所示： 圖4.3平衡梁的主視圖其次，所有板不得有任何缺陷，過(guò)渡處均需要磨圓，材料選用16Mn。 4.4.2導(dǎo)繩輥的設(shè)計(jì) 根據(jù)工作條件及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選用井字型導(dǎo)繩輥。 4.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.5.1拉板的計(jì)算 此處的拉板設(shè)計(jì)方法亦同于橫梁部分的拉板設(shè)計(jì)，不再贅述。5.撐桿設(shè)計(jì)5.1強(qiáng)度計(jì)算 5.1.1由穩(wěn)定性條件驗(yàn)算撐桿截面按開(kāi)閉繩

35、最大張力作用時(shí)引起的載荷計(jì)算。當(dāng)支持繩未參加工作，僅由開(kāi)閉繩支持滿(mǎn)載抓斗的瞬間時(shí)，開(kāi)閉繩的張力最大，其值為：。此時(shí)抓斗撐桿承受的作用力也最大。如前述，每根撐桿在與上承梁連接處承受的垂直方向作用力為（每側(cè)有兩根撐桿），力T用公式：計(jì)算。5.1.1.1按強(qiáng)度條件驗(yàn)算按強(qiáng)度條件驗(yàn)算時(shí)需要滿(mǎn)足式中：T撐桿在上承梁接觸處所受的垂直方向的力，N； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)； F撐桿截面面積； k安全系數(shù)。其中，取k=1.5,則。查表得，將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式得：所以，強(qiáng)度條件符合要求。5.1.1.2按耐久性驗(yàn)算按耐久性進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，需要滿(mǎn)足此式：。此式中，、F和k的意義及大小均同于上式。將以上數(shù)據(jù)代

36、入耐久性演算公式得：。 所以，撐桿的耐久性也符合要求。 5.1.2剛度驗(yàn)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(jìn)行剛度校核。 5.1.3縱向壓縮與彎曲同時(shí)作用的應(yīng)力此時(shí)，撐桿應(yīng)該滿(mǎn)足以下條件：此式中T和F的大小及意義與強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式中的符號(hào)相同，即：。又因?yàn)槊扛鶕螚U在與上承梁連接處承受的垂直方向作用力為，撐桿的有效長(zhǎng)度l=3355mm,所以，撐桿的最大彎矩?？箯澖孛嫦禂?shù)W必大于，將以上數(shù)據(jù)代入縱向壓縮與彎曲條件公式得：。所以當(dāng)縱向壓縮與彎曲同時(shí)作用時(shí)，撐桿的強(qiáng)度亦符合要求。5.2撐桿鉸與軸套驗(yàn)算 5.2.1撐桿鉸驗(yàn)算撐桿是通過(guò)銷(xiāo)軸與斗體進(jìn)行連接，此處銷(xiāo)軸直徑為16

37、0毫米，大于撐桿與頭部連接處的銷(xiāo)軸直徑，且這兩處銷(xiāo)軸的材料及熱處理方法相同，故銷(xiāo)軸許用應(yīng)力相同，與此同時(shí)，兩處受力情況基本相同，頭部連接處的銷(xiāo)軸滿(mǎn)足要求，故此處的連接也一定滿(mǎn)足要求。 5.2.2軸套驗(yàn)算此軸套內(nèi)徑為140mm，外徑為160mm，寬度為250mm，其技術(shù)要求為給油P值應(yīng)能達(dá)到500；徑向載荷65噸條件下工作壽命應(yīng)達(dá)10000小時(shí)；扣除自潤(rùn)滑油孔面積后，應(yīng)能達(dá)到第一個(gè)條件得要求。結(jié)合撐桿的其它部分及工作條件，此軸套符合要求。 6.斗體設(shè)計(jì)6.1水平刃口板厚度 顎鏟切口的厚度，根據(jù)保證顎鏟具有足夠的剛度條件來(lái)確定，其經(jīng)驗(yàn)公式為： 式中：w物料的塊粒系數(shù)。對(duì)于小塊粒物料??；對(duì)于大塊粒物

38、料取 ； r物料的容重。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： ，圓整得，即水平刃口板厚度為40mm。6.2斗底板厚度底板的厚度，一般取為，則取。即底板厚度為12mm。圖6.1簡(jiǎn)支梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖6.3水平刃口板寬度在切口上應(yīng)有耐磨的電焊敷焊層。切口的寬度b，按簡(jiǎn)支梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖求得，并以一塊顎鏟所受的等效集中載荷作用于梁的中部，根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件，可求出切口的寬度為： 式中：切口的計(jì)算厚度。如果切口有敷焊層以及加筋，計(jì)算厚度可取為： 強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力。其中代入其他數(shù)據(jù)得： ，根據(jù)工作情況取：b=284mm。6.4大筋裙板 6.4.1受力分析 大筋裙板的受力分析如下圖所示： 圖6.2大筋裙板的受力分析則豎直方向的受力大小

39、為： 6.4.2強(qiáng)度驗(yàn)算當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，需要滿(mǎn)足以下條件：。此式中：，l=530mm,。將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度驗(yàn)算公式得：。所以，大筋裙板的強(qiáng)度符合條件。6.5主筋板強(qiáng)度驗(yàn)算 主筋板受力分析如下圖所示： 圖6.5主筋板的受力分析主筋板強(qiáng)度需要滿(mǎn)足：其中將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度驗(yàn)算公式得： 所以，主筋板的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 結(jié)論從今年的二月份我開(kāi)始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，時(shí)至今日，設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使我受益匪淺。 二月中旬，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來(lái)，是：40t四索雙顎板長(zhǎng)撐桿礦石抓斗。當(dāng)題目定下來(lái)的時(shí)候，我便立刻著手資料的收集工作，當(dāng)時(shí)面對(duì)浩瀚的書(shū)海真是有些