（机械电子工程专业论文）城市窨井积水井清掏机原理样机的研究.pdf

哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 i 摘要 城市排水管道经常出现堵塞和不易清理的现象，给人民的生活带来许多 不便，影响了城市的市容市貌和其经济的发展，严重的是在汛期还会影响到 城市坊汛工作的顺利进行。排水管道作业属密闭空间作业，管道积水中有机 物的芬解和工业废水的排入会产生沼气、毒气等有毒气体积存，清理工作可 能会给工人带来生命危险，而且还有爆炸的隐患。 本课题来源于哈尔滨市科学技术局科技攻关项目。本文设计了城市窨井 ( 积水井) 清掏机原理样机，用于完成城市窨井底部淤泥的自动清掏工作， 以改变工人手工清掏工作环境恶劣和效率低下的现状，确保城市排水管道的 畅通。 首先，介绍了城市窨井清掏机的工作原理，研究和设计了抓斗、随车起 重机、油管卷筒、取力器组合的本体结构，确定了总体方案。 其次，分析了抓斗的工作环境、对象特征和工作指标，确定了抓斗各部 分的结构和抓斗工作所需动力。选择了伸缩臂式随车起重机的结构，并对其 加以改装。 再次，根据抓斗的实际工作情况和工作负载，设计了驱动抓斗工作的液 压系统，确定了液压系统的方案和原理图，并对液压系统中的各元部件进行 了选型。 最后，对抓斗闭合运动过程的动力学进行了仿真，获得了各部件的动力 学参数，验证抓斗设计的合理性。 关键词：窨井清掏；抓斗；仿真 哈尔滨1 ：程大学硕+ 学位论文 a b s t r a c t t h es e w e ri nt h eu r t 触s a n ds o d i m e n tt r a pi s h a r dt od e a n t h a lm a k e s m a n yc i f i z e n sf 醅ld i s c o m m o d i o u 髂s t h e ei sp o i s o n o u sg a sa n d 捌n a g e 陆e f o r e ，i ti sv e r yd a n g 啪璐f o rw o r k s t od e ni nt h eu r b 她s a n ds e d i m e n tt r a p 1 h e 娜b j e c ti s eo fh a r b i nm 旬o rs c i c ea n dt e c h l o g yp r o j e c t s t h e p r o t o t y p eo f & em a n s a n ds e d i m 吼tt r a pi si n 仃o d l l c e di nt h i sp a p e r rc a nc l e a n t h es a n ds e d i m 钮tt r a p 、i m o u tl a b o u r sw o r k i n gi nt h em a l c 伽d i t i o n a n di tc a n 船i s ep r o d u c t i “t y 舔w a l l t h e nt h es e w 髓c a nw o aw e l l f i r s t l t h e 叩觎m n gp r i n c i p l eo f1 l l b 姐s a n ds e d i m e n t 仃a pd 啪口i s i n e d u c e d b a s i n go nt h ed 韶i 印o f d a r e a l le ) 【c a v a t o r l 鲫y m o l i n t c dc 啪ea n d o f ft u b es p o o l ，t h eg e r a lo a m n go fl l r b a ns a n ds e d 岫t 唧d e 觚c ri s p 心s c l l 锄 s e c o n d l t h ew o r k 锄v i r o n m 钮t ，g r a b i n gd a ya n dw o r k i n gi n d e x o f d a m s h d l 黝v a t o ri sa n a l y s e d t h es t r u c t u r eo ft r i p p i ej i b 咖ei sc h o o s c d a n dr e f i t c d t l l i r d l y ， a c c o r d i n gt o t h ew o r k i n gs i t u a t i o no ft h ed a m s c ne x c a v a t o r ， h y d r a u l i cp r e s s u r es y s t e mi sd e s i 鲥m d u d i n g s c ：h e m a t i c & a g r a m a n dp a r t so f t h eh y d r a u l i c 胛s u r es y s t e ma r ea l s 0s d e c t c d f m a l l y t h ec l o s e dm o v e m 锄t o f t h ed a m s d l 黝v a t o ri ss 证m l a t e dt h r o u g h d y n a m i c s , a c c o r d i n gt ow h i c ：h d y n a m i cp a 均m e c e 侣o fe 、旧叮p a r t sa r ea t t a i n c d t h c r e f o r e , “i sp r o v et h a tt h ed 铭i g no f d a m s d le x c a v a t o ri sr e a s o n a b l e k e yw o r d s ：s a n ds e d i m 髓tt r a pc l e a n i n g ；d a r n s h e l l 黝v a t o r ；s i m u l a 吐o n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：生! i z 至 e t 期：2 一7 年岁月7日 哈尔滨工稃人学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的来源目的和意义 课题来源于哈尔滨市科技攻关项目。 城市排水管道经常出现堵塞和不易清理的现象，给人民的生活带来许多 不便，影响了城市的市容市貌和其经济的发展，严重的是在汛期还会影响到 城市防汛工作的顺利进行。用5 人及相应工具，每天可通1 米直径管道1 0 0 米左右，效率低下【”。排水管道作业属密闭空间作业，管道积水中有机物的 分解和工业废水的排入会产生沼气、毒气等有毒气体积存，清理工作可能会 给工人带来生命危险，而且还有爆炸的隐患【2 】。2 0 0 1 年1 0 月3 0 日下午，安 徽滁州发生下水道连环爆炸事件；2 0 0 2 年1 0 月9 日成都6 0 米长下水管道发 生爆炸事件；泸州市江阳区南城下水道发生连续火灾爆炸事件，长达1 8 公 里，形成6 2 个爆炸点，一人死亡，2 1 人轻伤，直接经济损失上百万元p 】；这 些事件改变了人们的看法，对于当今现代化城市排水管网的堵塞还存在着不 易预见的潜在危险。可见，城市排水管网的畅通在某种程度上确保了城市的 安全。尽管这项工作与城市的经济和人民的生活息息相关，但是这一领域的 相关技术、实用设备却比较落后。 图1 1 缓车清淤示意图 1 污水2 淤泥3 缓车4 窨井5 钢丝绳6 淤泥 哈尔滨工程大学硕十学位论文 目前我国各地普遍使用的方法是缓车清淤法。先用”片穿过管道，t t 片穿过管段后，将钢丝绳系在一台绞车上，清通工具另一端通过钢丝绳系在 另一台绞车上，然后利用绞车来回往复绞动钢丝绳，带动清通工具将淤泥刮 到下游积水井里或提出井外，积水井里的淤泥用人工清掏，从而疏通管道【4 】。 2 0 0 4 年中国市政工程协会等四家单位在北京农展馆联合主办了“中国市 政工程及城市路桥建设技术设备展览”。在摆放大型设备的室外展场，仅有数 得过来的几家厂家，而且也不是国内外建设机械制造行业的领头企业。在室 内展馆，也没有见到国内建设机械行业大企业的踪影，国外一些机构的办事 处或代理商则是占了几个展位，但却是以悬挂图片展板或发放资料的形式宣 传产品。国外参展厂商为什么不把机器设备实物带来昵? 主要由于是一台大 型设备从国外运来参展，是非常麻烦的事，一台几百万的设备如果在展会上 卖不出去，会带来更大的麻烦和经济损失。 由此可见，随着我国发展速度的加快，城市给排水设施，尤其是以前不被 人们重视的排水设施所暴露出的问题越来越突出，我国在这个应用领域进行 一些实用的、价格相对合理的自动化机械装置的研究是十分必要的。一些权 威人士认为，这一领域将成为我国经济增长的新亮点，不但具有广阔的应用 前景，而且还可以带来一定的社会效益和经济效益。 我们就是针对我国排水管道疏通设备相对落后的实际问题，开发一种用 于窨井( 积水井) 淤泥清掏机，用以改变工人手工清掏工作环境恶劣和效率 低下的现状，确保城市排水管道的畅通。排水管道清理装置的研究包括机械 工程、水下作业、自动控制等技术，对于实现我市乃至全国城市排水管道清 理工作的自动化，填补这一行业领域自动工作装置的空白，建设现代化城市 具有重要意义。 1 2 窨井清淤技术的分类和特点 窨井清淤主要采用两种方式：一高压吸泥二机械清掏 2 哈尔滨= 程大学硕士学位论文 图1 2 压缩机吸泥 图1 3 真空泵吸泥 高压吸泥系统有两种方式：一压缩机吸泥，二真空泵吸泥。图1 2 为压 缩空气吸泥，由空气压缩机、吸泥头组成。吸泥头实际是一种喷射泵，由于 压缩空气流量、压力及喷射泵背压均可提高，因而吸泥量大，抽吸高度及输 送距离也较大。图1 3 为柴油机驱动正排量罗茨真空泵，在泥箱中形成真空， 吸入并分离污泥，连续空气流经过吸入管可吸上下水道内的干湿污物【5 1 。 脱水过滤器 脱水过滤器，它是由不锈钢制成的具有5 0 0 微米的过滤能力，这种自洁 型的过滤器不仅能把水从污泥中分离出来，还可以把污物留在容器罐里【6 】。 3 哈尔滨工稃大学硕十学位论文 液压马达带动过滤器在4 5 度的角度 = 左右旋转，把污物留在容器罐里。 图1 4 脱水过滤器 机械清掏式主要是使用伸缩式随车起重机和抓斗组合形式，抓吊安装在 随车起重机的钢丝绳上，完成升降，抓斗的开闭由液压油缸驱动，抓取窨井 底淤泥。 图1 5 抓斗式清淤车 1 3 管道疏通的国内外发展状况 国外清淤主要采用高压吸泥方式，国内高压吸泥方式和机械清掏并存。 1 3 1 国外管道疏通的发展状况 国外现主要采用高压吸泥技术进行下水管道的清淤。美国6 0 年代就开始 4 哈尔滨一l ：羊早大学硕十学位论文 研制管道自动疏通车，意大利，德国，新加坡，英国，加拿大也采用这种方 式，英国h a r b e n 公司吸泥车配用的真空泵，当真空度为0 0 4 5 m p a 时，排气 量为1 0 0 0 m 3 h ；0 0 1 m p a 时，排气量1 2 7 0 i n 3 h ，吸泥管直径l o o m m 7 。以意大 利卡拉雷斯和美国v a t o r 为例介绍。 意大利卡拉雷斯下水道污泥清洗车，由一个圆柱形的污泥罐和两个扁矩 形的水罐组成，污泥罐在中间，水罐在两侧。污泥罐用不锈钢制作，罐体密 封性好，能经受住作业时产生的强大负压。携带的高压喷水装置和真空吸污 装置，能将深达8 米最深达1 5 米内堵塞的地下管道疏通。 图1 6 意大利卡拉雷斯清污车 图1 7 美国v a t o r 疏通车 美国v a c t o r 疏通车采用双级离心式压缩机，排气量为o 2 2 6 n 1 3 m i n ，配 带柴油机功率1 l o ( 1 5 0 h p ) ，由1 根可作上下左右摆动的吸管、4 个共装水 11 吨的水箱、6 根吸污管、1 个7 6 5 立方米容量的污泥斗和1 8 3 米长的高压 。 5 哈尔滨i ：程大学硕十学位论文 冲水管构成。这些设备可以伸到地下3 0 米作业，长长的“鼻子”可以“拐弯 抹角”到1 2 0 多米深的管道中清污和排污，半小时能吸淤泥7 立方米【8 1 。 1 3 2 国内管道疏通的发展状况 国内产品采用高压吸泥和机械清掏两种式，高压吸泥设备性能和国外产 品有差距，机械清掏式产品较多。 中联重科中标牌 z l j 5 1 5 0 g y h 下水道疏通车真空吸污系统采用单独副发动机驱动，采用美 国技术制造的水环真空泵，真空度高，工作噪声小唧，主要性能： 真空泵最大流量 1 5 6 0m 3 h 有效吸程 4 5m 污水罐有效容积 4m 3 吸污管管径 1 2 5 棚 图i 8 中联重科疏通车 粤海牌淤泥抓斗车 粤海牌淤泥抓斗车抓取深度为7 l o m ，每次抓取量可达0 1 0 5 m 3 。车厢 额定装载质量3 t 。操作时可用手柄，还可配备有线，无线等控制装置【加l 。 主要技术参数： 抓斗容积0 1 0 5 ( o 0 6 5 ) m 3 6 哈尔滨i ：稃大学硕十学位论文 起升质量( 最大半径) 起重机最大作业高度 最大作业半径 变幅角度 回转角度 3 5 0k g 6 5 0 0 硼 6m o 一6 0 。 2 7 0 。 图1 9 粤海牌淤泥抓斗车 淮安苏通市政机械有限公司 一。 图1 1 0 苏通抓斗车 主要技术参数： 抓斗容积0035 m 3 起重机作业深度8 m 回转角度 2 0 0 。 山东德顺企业集团污泥提升自卸车 哈尔滨r 程大学硕士学位论文 主要参数： 最大挖掘深度 机架旋转角度 滑臂深出长度 抓斗容积 每次工作循环时间 1 5 2 5m 1 0 ，偏向于粉质轻粘土，湿粘土容重在l t m 3 i 4 t m 3 之间，考虑窨井下的环境含有腐烂的有机物，取中间值1 2 t m 3 ， 2 5 1 。 粒度为o 1 5 岫，属细粒，i 级散料2 6 1 。淤泥学性质强度低、压缩性大、渗 透性, j 、 2 7 1 。 3 4 抓斗选型 图3 1 窨井状态 抓斗的选型决定了抓斗的工作特性，需要考虑抓取对象的物理特性、工 作环境、作业空间、工作效率、制造工艺要求要求等因素【勰】。 考虑淤泥的含水率高，结构松散，塑性小和井底有少量砖头等杂物的水 下形式，选择双颚板液压抓斗。双颚板抓斗结构简单，加工方便，闭合曲线 短，闭合性能好，液压抓斗采用作直线运动的液压缸，结构简单可靠口9 】。抓 2 0 哈尔滨1 ：稃人学硕十学位论文 斗的开闭利用油缸上下截面积的不同，可以实现张开力矩小，闭合力矩大的 特点，符合抓取过程中阻力逐渐增大的特性【。 3 5 抓斗受力分析 图3 2 液压抓斗结构图 z 茂川0 l 。 d z b 礴雾 a 图3 3 颚板底板转动b 角后示意图 抓斗在抓取物料时，颚板作即平动又转动的平面运动【3 n 。其平动可视为 挡土墙的平移，其转动一方面使料楔滑移面相对于水平面的位置不断抬升， 2 1 哈尔滨t 程人学硕十学位论文 另一面使滑移面的形状更加趋于平面。底板由垂直于物料平面的位置转动口 角后，料楔的位置如图3 3 。 倾斜的颚板底板与铅垂线之间的夹角为口，料楔a a b c 与滑移面a b 的剪 应力( 摩擦力) 为t ；正应力为吒；料楔a a b c 与斗底a c 的正应力为0 - 2 ； 料楔a a b c 的体积为矾。当料楔处于极限平衡状态时： x = 。；吒三与c o s 一吒s i 盎8s i n e - 吒留意c o s 口= o c 3 一， 础吒南s i n m 他卵竹卿h 锄盎s i n 占( 3 _ 2 ) + 吒南0 0 s 红。 式中a r = a t g q , o 。 由式( 3 - 1 ) ： 吒- o ( 1 + t g q , o c t g o ) = o ( 3 - 3 ) 由式( 3 - 2 ) ： a 2 t g p - o , ( t g p + c t g o ) - a ( t 9 9 , o - c t 9 0 1 = 0 ( 3 - 4 ) 由式( 3 3 ) ： 吒2 百面v 鬲2 万 代入式( 3 4 ) 得： 吼咿q c 邵+ 一芈篆乎= 。 仔s ， 而 哈尔滨r 稃人学硕士学位论文 上一c t g o 1 - c t g ( o o c t g o 而t g g o - 面c t g o = 急= 矗= 面1 - c t g 面q 。o c t g o = 删+ l + 增魄p l + l _ 啦p 堡堕竺丝c 卿b + c f g 口 ” 。 c t g o oc t g q o 则 吒 增+ 以g ( + p ) = q ( 增+ c l 譬p ) 而 1 t 9 9 + c t g o 吒硇面篱丽 一：=-一 氇侈+ “g ( + 目) 堕堡曼。! ! ! ! 堕! ) c o s , a s i n ( o o + 口1 l = - - - - - ，- - - - s i n f l s i n ( 够o + 口) + c o s c o s ( + 口) c o s s i n ( o o + 口) c o s ( q , 0 + o - p ) ：c o s 口s i n ( o o + o ) - f l + ：一f 1 。 c o s ( v o + 口一) ( 3 - 6 ) = c o s p s i n ( 9 0 + o - f l c o ) e o 趴s f l + + e f o s ( q j o + o - f 1 ) s i n , o _ c o s i 识十p l - - - - c 0 9 2 , a t g ( 妒o + o - p ) + c o s p s i n p = c o s 2 , a t g ( q , o + 口一) + 卵】 则 c r 2 = qc o s 2 所智( + o - f f ) + t g 3 ( t g f l + c t g o ) ( 3 7 ) 2 3 哈尔滨i ：程人学硕十学侍论文 求应力0 - 2 的极值： 芳2 q 耐嘧杀确( 泓剥一击 啪似咖卵 ) ( 3 - 8 ) 卿啦口= 翥筹 留( + 口一) + 留= ：；i ；s i i n j ( i 仍f o i + 丽e ) d 口o 2 - - a lc o s 2 砜拓t 等一 业co舞s(9等】0c o s p + 口一) 。 代入c o s ( 口一) = c o s ( 口+ 饰一) 一 = c o s ( o + 够。一) c o s + s i n ( o + 弼。一) s i n 则d d o p - 22 磊百i a 历tc o = s 歹两而 s i n 曰c o s ( + 口一) c o s + s i n 8 s i n ( + o - p ) s i n 移o - s i n e c o s ( 9 0 + 口一p ) c o s 9 0 一c o s o c o s ( 够0 + 目一p ) s i n 儡o 】 =cos三；三e-+兰g!cos【p+(口+一卢)】o-，)sin 0 2 ( 2 。、。 。o 。7 1 = 二；i i ：j i ：i ：壁- _ ! ! ! ! ) 璺s i l n 百c o s ( 2 目+ 一) 】c o s 2 ( p + 口一。o “1 仅当式中 即 c o s ( 2 0 + g o 一) = o 2 0 + 仍o - p = 9 0 。时： ( 3 - 9 ) 哈尔滨工程大学硕十学位论文 兰垒：0 d o 则料楔滑移角口：4 5 。一鱼盟。 摩擦阻力和推压阻力的计算 完全张开的抓斗放置于料堆上，插入料堆。颚板底板在连杆推力的作用下 开始闭合，在物料中的料楔出现滑移面的瞬间，物料的抗剪强度达到最大值 【3 2 】。此时，料楔对颚板底板产生的阻力为r o 。 r = 砭+ 2 砭 ( 3 1 0 ) 式中 砭一重量为q 0 的料楔沿滑移面向上移动的水平阻力： 砭一料楔两个侧面与料堆剩余物料之间的摩擦阻力。 砭= q t g ( e o + ) = q o t g ( 4 5 。+ 要) ( 3 1 1 ) 3 图3 4 垂直插入料堆的颚板底板 卜料楔滑移面2 一抓斗颚板3 一颚板底板 式中 岛一颚板垂直于料堆表面时，料楔的滑移角；一般取岛= 4 5 。一导 吼一物料的内摩擦角 哈尔滨一 稃人学硕十学位论文 q = 竽c f g 口 式中h o 一颚板底板在料堆中的初始插入深度。 ( 3 - 1 2 ) 移动料楔的水平推力即颚板底板上料楔的被动压力： 属= 瓦留 ( 3 1 3 ) 式中e 一料楔侧面上作用着的总的被动压力。 由土力学理论，作用在h d x 元素面积上的被动土压力为： 郇= 等f 9 2 ( 4 s 。+ 警肛等c 幽办= 护出 乓= 考f 觑= r - ：笠，c t 9 3 岛 1 4 ) 砭= 乓= 磬c f 9 3 岛锄 ，= h o c t 9 0 0 ( 3 - 1 5 ) 图3 5 颚板底板位置 颚板底板由垂直于水平面的位置转动p 角，此时，底板与水平面的倾角 由a 。= 9 0 。变为吒= ( 9 0 。一) 1 3 3 l 。由上面的推导结果，料楔滑移面的滑移角也 随之变为口= ( 4 5 。一堡) ，料楔沿滑移面移动的水平阻力砭为： 2 6 哈尔滨t 稃大学硕七学位论文 疋= q f g ( 4 5 0 一学 = q t g ( 4 5 。+ 学) ( 3 - 1 6 ) 式中q _ 图3 6 中料楔a a b e 的重量： 在此情况下，料楔包沿颚板底板向上移动，料楔移动的水平阻力形为： 形= 幺t g ( a , + 懿) ( 3 1 7 ) 移l 鱼 ： 哈孝 r ： 否 l q 邮髑 a h x 图3 6 颚板由垂直水平料面位置转动b 角后的位置 式中包一图3 6 中料楔a a c d 的重量 程一料楔与颚板底板间的摩擦角。 当疋 形时，料楔a c d 沿颚板底板移动： e = 彰时，料楔a c d 开始沿滑移面移动，滑移面不再发展，料楔 a b c 开始沿颚板底板移动。 当料楔a c d 开始沿颚板底板移动，则料楔aa c d 的滑移面即行消失推 动料楔a a b c 的阻力w l 也称推压阻力： 嘭= 形+ 2 嘭 ( 3 - 2 8 ) 哈尔滨工程大学硕七学位论文 式中形一重量为q 的料楔a c d 沿颚板底板移动时的水平阻力 嘭一颚板内侧壁上散货被动压力引起的水平摩擦阻力。 图3 7 颚板位置 当颚板完全闭合后，反= ；口。= a k ；h , = 以，则： = 学帆 咧= q 。t g ( a k + 弦) 畋= e t g 试 由图3 8 ，元素面积y 出上物料的被动压力： 图3 8 颚板位置示意图 ( 3 1 9 ) ( 3 - 2 0 ) 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 p = ? y z zc t 9 2 岛出= 考x 2 f 9 2 q 哟2 岛出 e = 考咖心岛f m = r c t g a ：t 9 2 岛譬 ( 3 埘) 嘭= 考c t g a ：t 9 2 岛等留弦= q 3 且b c t 9 2 岛酬 取= 哌+ 2 哌= t g ( a i + 簖) ( 1 + 瓦) 舯 = 詈鲁丽舞丽 ( 3 2 2 ) ( 3 2 3 ) ( 3 - 2 4 ) 颚板在闭合过程中各相应位置的摩擦阻力和推压阻力通过上述方法算。 此外，还要考虑颚板两侧外表面受到散货被动压力作用而产生的摩擦阻力。 如图3 9 所示，把颚板侧板承受散料压力的面积用过刃口之铅垂线分为两个 三角形。与前面计算过的被动压力e 相似，总的被动压力为e 。与e 2 之和，故 摩擦阻力为： 图3 9 颚板侧板位置 哈尔滨 ：稃人学硕十学付论文 r 4 = 2 ( e l + e 2 ) t g q , 。o ；譬咏2 0 0 ( c t g a x + c t g l ) t g 础 ( 3 2 5 ) 经整理： 也= 譬c t 9 2 岛盂蠹耐 令e = r a 9 2 0 0s i n 善留簖 ( 3 2 6 ) f j 则墨：e 乓( 3 - 2 7 ) s e a a ，s l n 以 最大负载状态 当抓斗闭合瞬问，受到的摩擦阻力和推压阻力最大，这时连杆受力最大 。故分析闭合瞬间受力状态。因为抓斗是对称结构，故取一半分析。 开始抓取瞬间： 颚板内侧受水平推压阻力r o = 4 0 7 7 8n ： 两外侧颚板受水平摩擦阻力r 4 _ 3 5 7 7n ，总受力4 4 3 5 5n 最终闭合瞬间： 颚板内侧受水平推压阻力w k = 3 3 0 5 5 4n ： 闭合时两外侧颚板受水平摩擦阻力凡= 1 3 7 4 3 5n ，总受力r = 4 6 7 9 8 9n h r 图3 1 0 颚板受力分析简图 3 0 哈尔滨i 。稃人学硕士学 = 论文 这时连杆给颚板的力矩m ： m l = n x h 阻力给颚板的力矩m 2 ： m 2 = r x h m 和m 。大小相等，方向相反。 连杆和活塞杆受力，如图3 1 1 所示： n ：s x c o s 3 5 。 2 经过计算，n = 2 4 4 4 2 8 6n ， s = 5 9 6 8 9 5 2n 。 3 6 抓斗结构计算 图3 1 1 连杆、活塞杆受力简图 ( 3 - 2 8 ) ( 3 2 9 ) ( 3 3 0 ) 1 额定容积v d 要求每8 小时工作量6 m 3 完成一个工作循环约2 分钟【3 5 1 ，淤泥容重1 2 哈尔滨r 程人学硕十学位论文 t 一 v d 。茜m 3 式中p - 抓斗起重机的生产率( t h ) ，p = 2 专至； f 一一次工作循环的平均时间( 分) ，t = 2 分钟； y 一物料容重( t r e ) 。 虼= o 0 2 5m 3 2 颚板宽度b b = k ，矿m 式中 巧一颚板宽度系数由表3 2 选取。 表3 2 颚板宽度系数& ( 3 3 1 ) ( 3 - 3 2 ) ( 3 3 3 ) 容重( t 7 m 3 ) o 6 3o 8 01 o o1 2 5l6 02 o o 2 5 0 k 3 1 51 4 21 4 21 3 41 3 41 3 4 1 2 6 曰= 0 3 9 3 米 3 抓斗最大开度厶 l i = k t m 式中蜀一颚板宽度系数由表3 2 选取 表3 3 抓斗最大开度系数k ( 3 - 3 4 ) 哈尔滨l ：程人学硕士学位论文 容重( t m 3 ) o 6 30 8 01 o o1 2 51 6 02 0 02 5 0 1 ( 4 1 7 7 4 1 9 2 41 9 2 4 2 0 8 62 1 9 4 2 2 5 0 2 3 7 9 l = 0 6 1 1m 4 抓斗其它几何参数 1 抓斗张开的覆盖面积a a = 口k = k 3 x k f l j v d 2 a = 0 2 4 0m s 2 平均挖掘深度h ：丘： 匕一 a k 3 k 4 y ： a = 0 1 0 4m 3 挖掘深度系数k 。 墨2 i h2 去 k s = 0 1 7 2 式中蚝一颚板宽度系数也可由表3 3 选取 表3 4 挖掘深度系数k 。 ( 3 - 3 5 ) ( 3 - 3 6 ) ( 3 - 3 7 ) 容重( t 一) o 6 3o 8 01 o o1 2 51 6 02 0 02 5 0 l ( 5 0 2 1 20 1 9 00 1 9 0o 1 7 2o 1 5 50 1 4 20 1 4 0 哈尔滨i ：程大学硕十学位论文 4 抓斗颚板宽度b 与最大开度k 之比 bk 。 l 矿= 一= _ 二 j l m x 式中缈也可由表3 4 选取 表3 5 系数沙 ( 3 3 8 ) 容重( t m 3 ) o 6 30 8 01 o o1 2 51 6 0 2 o o 2 5 0 i 矿0 8 0 10 7 3 80 7 3 80 6 4 3o 6 1 1 0 5 9 8 0 5 3 0 5 颚板侧面形状 颚板侧面的形状应满足下面要求：物料向内填充时阻力要小而充填率要 高；卸料时要有良好的倒空性；抓斗装满离开物料堆时，钢丝绳的动力载荷 要小【3 6 1 。 颚板底背角q 对干燥物料取i 0 。1 3 。，对潮湿物料取1 2 4 1 5 4 ，为 获得较大的容积和较好的抓取性能，口。取1 5 。，bo 取3 5 4 ，p 取3 5 。 、 、 习八 图3 1 2 颚板侧面形状 3 4 哈尔滨1 + 稃人学硕士学伊论文 6 颚板侧面积f f ：丘 | | i = z t a n 屁 红= 如 如= f t a a p 颚板侧形半长，可由下式计算： 。延呱箍 表3 6 p o 和p ( 3 - 3 9 ) ( 3 4 0 ) ( 3 4 1 ) 轻型抓斗中型抓斗重、特型抓斗 b 。2 4 。3 5 。 2 2 。2 6 。2 2 。2 6 0 p3 0 0 3 5 。 2 5 。3 0 。2 5 。 式中k 可由表3 7 选取 表3 7 颚板侧形系数l ( 6 ， 容重( t i 寸) o 6 3o 8 01 o o1 2 51 6 02 o o2 5 0 l ( 8 0 7 9 60 8 4 00 8 4 00 8 8 50 9 3 00 9 5 40 9 7 9 7 抓斗填充量计算 哈尔滨下程大学硕十学位论文 g t = g a k f q ” 式中g 一抓斗内物料充填量 k 和q 可由表3 8 选取 s 一物料粒度 g d 一保证抓斗有足够强度、刚度的自重 g d ：，嚣d o _ b 式中t o - 抓斗材料系数： 对碳钢 对低合金钢 d o 一物料块粒系数： 小块粒小于6 0 毫米 块粒在6 0 和1 0 0 毫米之间 块粒大于1 0 0 毫米 表3 8 系数k 和q t 0 = 1 5 t 0 ：1 2 d o = o 8 d o = 1 0 d 0 = 1 2 ( 3 - 4 3 ) 抓斗型式 q ，( 。)i ( 6 g 。( t ) k q ( c m ) ” 窄型 1 5 1 7 l0 9 7 20 2 2 1 i r = o 3 5 标准型 1 52 0 61 1 0 o 2 6 v ：0 4 5 宽型 1 53 6 31 8 4o 3 2 v = 0 5 5 哈尔滨一i ：程人学硕十学位论文 妒= o 6 4 3 ，需另行计算，系数k 和q 随1 l r 和ns 变化的近似表达式为【3 7 1 ： k = 6 2 - 0 8 3 缈2 + o 2 1 如) + 0 4 g = g y 4 + c 2 y 2 + g ( 3 - 4 4 ) ( 3 - 4 5 ) 式中 q 4 = - 2 1 x 1 0 3 ( o ) 2 ( q - 1 1 3 。) 2 + o 0 8 3 c l = 0 5 5 5 ( c m ) 2 j q = 0 3 2 ( e r a ) 2 c 3 = o 1 7 3 ( c m ) 2 经过计算k = 3 7 3 3 q = 0 4 g = 1 2 0 0 2 5 1 5 0 8 0 6 4 3 = 0 0 2 3t g t = o 0 2 3 x 3 7 3 3 x e 4 4 厕= 0 0 2 0t 抓斗自重是影响抓取能力的重要因素。自重大，抓斗的垂直压力大，抓 斗初始插入深度大，抓取的物料多。通常抓斗自重与所抓取的物料质量相近， 实践证明增加上承梁和撑杆的质量最为有效，在下承梁增加质量，对抓取能 力影响甚微，抓斗各部分重量按下式计算： g d z = k 2 g d ( 3 4 6 ) 颚板上承梁下承梁撑杆 k 2 o 4 50 2 10 1 8o 1 6 8 颚板强度验算 哈尔滨1 ：程大学硕七学位论文 颚板是开口箱形结构，底边为刃口，适当加强。颚板近似按均布载荷作 用下的简支梁计算，刃口中部单位长度的弯曲力矩为： m b = 懿吼b 2 ( 3 4 7 ) 式中 蚝一系数，按颚板底板长度比a b ，由表3 1 0 选取按； 吼一底板上的均布压力，按下式计算： q 。：墨盟( 3 - 4 8 ) q 。2 蜀赫 墨一物料分布不均匀系数，取蜀：1 2 。 c 图3 1 3 颚板强度计算简图 吼= = 2 0 0 6 5 8 6n m 2 m b = 2 2 8 6 7 n 颚板底板强度的弯曲强度校核： 盯= 等= 踹6 印】 ( 3 - 4 9 ) w 髹 。 式中磊一底板厚度，先取5 m m ，材料取q 2 3 5 ； 【盯卜许用应力，材料0 2 3 s 1 口 = l o o m p a ；1 6 m n o = 1 4 0 m p a 3 8 1 。 哈尔滨一i ：稃人学硕十学位论文 a = 5 4 8 8 m p a 盯】 颚板侧板厚度点按经验公式计算： 磊= ( o 8 0 8 5 ) 6 0 磊= 4 r a m 表3 1 0 系数l ( o a bo 5o 6o 7o 8o 91 0 1 21 42 o l ( 0 0 0 60 0 7 40 0 8 80 0 9 70 1 0 7 0 1 1 20 1 2o 1 2 60 1 3 3 刃口板厚度占 艿= c o y 5 r a m ( 3 5 1 ) 式中国一物料粒度系数： 对小块粒 a m o 0 1 2m 3 t 对大块粒 a m o 0 1 41 1 1 3 t 万= o 0 0 4 8m取艿= 5 m 9 初始插入深度计算 抓斗张开放置淤泥表面时，由于自重的作用，抓斗颚板插入淤泥内部， 在淤泥阻力的作用下静止，这时获得抓斗颚板的初始插入深度，这时的淤泥 阻力和抓斗的自重相等。 切入阻力e e = o 1 4 e ”5 1 2 6 ( 1 ) + o 2 1 1 0 - 3 p 0 0 ”( b - 9 0 0 ) + 1 2 1 1 0 。3 扩“椰5 ( h - 3 0 0 ) 式中 e 一刃口总切入阻力 ( 3 - 5 2 ) 哈尔滨下程人学硕士学位论文 一物料颗粒形状系数，由表3 1