起重机抓斗结构设计设计与分析

更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219。完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计说明书起重机抓斗设计与分析学生姓名学号学院系名机械工程与自动化专业机械设计制造及其自动化指导老师年6月起重机抓斗结构设计设计与分析摘要起重机抓斗是起重机械必不可少的一部分，广泛用于港口、码头、车站货场、矿山等方面装载各种散货、原木、矿物、煤炭、砂石料、土方石等。起重机抓斗具有提高生产效率和提高生产安全性的特点。起重机抓斗种类繁多，在不同的场合有不同类型的抓斗，起重机抓斗功能分为空抓斗下降、抓货、满载抓斗上升和卸货。我国经济飞速发展的今天，抓斗在我国国民经济生产甲的使用范围将日益扩大，具有较好的经济效益，广阔的发展前景。在起重机抓斗结构设计与分析的过程中，通过收集相关资料，确定抓斗的设计方案，并对其进行结构设计计算，运用SOLIDWORKS绘制抓斗组成零件的三维模型，装配所设计的抓斗零件，并绘制二维工程图，然后运用SOLIDWORKS软件中的SIMULATION插件对所设计的抓斗进行有限元分析，判断抓斗的合理性，对所设计抓斗进一步修改，确定最终的抓斗结构。关键词计算，SOLIDWORKS，三围建模，装配，二维工程图，SIMULATION，有限元分析DESIGNANDANALYSISOFSTRUCTURALDESIGNOFGRABCRANEABSTRACTCRANEGRABISANESSENTIALPARTOFLIFTINGMACHINERY,WIDELYUSEDINPORTS,TERMINALS,STATIONSGARAGES,LOADINGVARIOUSASPECTSOFMININGANDOTHERBULKCARGO,TIMBER,MINERALS,COAL,SANDANDGRAVEL,EARTHSTONEGRABCRANEWITHINCREASEDPRODUCTIVITYANDIMPROVEDSAFETYINPRODUCTIONCHARACTERISTICSCRANEGRABVARIETY,ONDIFFERENTOCCASIONSHAVEDIFFERENTTYPESOFGRABS,CRANEGRABFUNCTIONINTOANEMPTYGRABDOWN,GRABTHEGOODS,LOADEDUPANDGRABUNLOADINGTHERAPIDDEVELOPMENTOFCHINASECONOMYTODAY,GRABTHENATIONALECONOMYWILLBETHEUSEOFPRODUCTIONAGROWING,WITHGOODECONOMIC,BROADPROSPECTSFORDEVELOPMENTINTHEPROCESSOFDESIGNANDANALYSISOFGRABCRANESTRUCTURE,THROUGHTHECOLLECTIONOFRELEVANTINFORMATION,DETERMINETHEDESIGNSCHEMEOFGRAB,ANDDESIGNTHESTRUCTUREOFTHECALCULATION,3DMODELUSINGSOLIDWORKSDRAWINGGRABCOMPONENTS,ASSEMBLYDESIGNOFGRABPARTS,AND2DENGINEERINGDRAWINGS,ANDTHENUSESOLIDWORKSSOFTWARETOTHESIMULATIONPLUGINFORTHEFINITEELEMENTANALYSISONTHEDESIGNOFGRAB,GRABTHERATIONALITYOFJUDGMENT,FURTHERMODIFICATIONSTOTHEDESIGNOFGRABBUCKETSTRUCTURE,DETERMINETHEFINALSTRUCTUREOFTHEGRABKEYWORDSCALCULATE,SOLIDWORKS,MEASUREMENTSMODELING,ASSEMBLY,TWODIMENSIONALENGINEERINGDRAWINGS,SIMULATION,FINITEELEMENTANALYSIS目录第1章前言111课题介绍112抓斗作业在国民生产中的作用113国内外抓斗发展史2131国外抓斗研究的发展史2132国内抓斗研究的发展史314抓斗设计及研究现状315抓斗的发展方向316本课题的现实意义4161任务及要求4162现实意义5第2章抓斗方案的确定621抓斗类型622抓斗的选用723抓斗方案的确定7231不同抓斗性能的比较7232方案的确定10第3章液压抓斗的结构设计计算1431总体方案确定14322刃口板厚度16323抓斗强度计算17324抓斗自重的分配1833抓斗液压系统的确定19第4章抓斗三维建模与绘图21第5章抓斗的有限元分析2551有限元分析软件介绍2552分析过程与结果25第6章总结31参考文献32致谢33第1章前言11课题介绍抓斗是广泛应用于装卸散货的一种取物装置（今年来还发展了许多用于装卸件货，例如木材、钢锭的抓具，广义上，他们也应被纳入在抓斗的范围内）。当给定散货装卸任务后，也就是确定搬运散货的行程之后，抓斗起重机的装卸效率取决于起重机的起重量和机构的工作速度，针对需要装卸的散货种类，选择最佳的抓斗参数，精心满足抓斗的强度与刚度要求，即能获得满意的抓斗充填率，因而也就极大地提高了起重机起重量的利用率，由于起重机的设备投资是抓斗设备投资的几十倍甚至是上百倍，所以使用质量优良的抓斗，为降低装卸成本提供了极大地可能性1。充分利用起重机的起重量，意味着抓斗在抓取散货的正常作业中，应该以极小的上、下偏差得到给定的充填量的5为宜。一个性能良好的抓斗，不仅应该具有一个很高的理论充填量，而且在实际使用中，确定也能够平均地达到这个充填量，抓斗充填量不足，将使起重机的装卸效率降低；而充填过量，将使起重机超载。在使用抓斗时，这些都是不希望看到的。为了使抓斗抓取散货时能够达到预期的充填量，则必须掌握影响抓斗充填过程中散货和抓斗的影响因素的相关知识。设计过程中，首先要确定总体的设计方案，然后各部件机构、尺寸及相互间的连接方式等，最后对部件中各零件进行校核3,6。12抓斗作业在国民生产中的作用随着起重机械的不断发展和在国民经济各部门的广泛应用，抓斗的应用也日益广泛。一般地说，用来抓取煤碳，矿石，土壤，粮食等散粒物料的自动取物装置就叫抓斗7。抓斗是一种优先考虑和应用最广的散货取物装置。它广泛用于海、河港口、车站、工厂企业、矿山工业、林场和木材加工工业。借助抓斗，各类起重机械能从仓库、船舶和铁路车辆中取出所装的散货，并卸到起重机械工作范围以内的任何工作地点。抓斗的全部动作由起重机司机集中操作，只在特殊情况下，才需要增补做辅助工作的作业人员。尽管配备抓斗的起重机械在工作方式上具有非连续输送的各种缺点，但在规模较大或堆料较杂的货场上，为了从船舶和不能翻转的铁路车厢中卸载，以及对于特别难抓取的物料，仍然要使用抓斗。在水上运输和铁路运输部门中，常常使用抓斗为货船，驳船和铁路货车进行装卸作业和岸上仓的堆垛，转载作业。例如，在上海港务局所属的各装卸区，转运的各种散粒物料几乎都是用抓斗进行装卸的13。各种抓斗中尤以煤炭抓斗应用的最为普遍，它不仅应用于场地转运，而且还成功地应用在船舶吊杠上以卸出船舱中的煤炭，从而大大减轻了工人的体力劳动，提高了劳动生产效率，降低了装卸成本。在大连港，主要用抓斗装卸铁矿石，铁矿粉，焦炭，食盐等物品，收到了良好的效果。在冶金，火力发电厂，焦化厂和机器制造部门中，广泛使用抓斗完成各类散物料堆场的储存转载工作。例如，在宝山钢铁公司和鞍山钢铁公司炼铁厂的储矿厂，炼钢厂的原料车间，化工厂的储煤厂，轧钢车间的废料槽等地方，都是采用抓斗来完成上述工作的。采掘工业中，使用抓斗进行井下作业和露天矿场的剥离，装车作业等，也显示了其独特的优点。在建筑工地上，也收到了良好的效果。目前，抓斗在国内外的使用范围正在日益扩大，而且针对不同的使用部门和抓取对象，类型也逐渐增多，专门化的趋势也随之明显。例如，长撑杆双颚板抓斗被广泛地应用于抓取一般的散粒物料，多颚板抓斗用于抓取矿石等比重大和粒度大的物料，耙集式抓斗用于清理货舱和车厢。实践经验表明，抓斗作业具有以下四个突出优点1免除了繁重的体力劳动，使装卸过程机械化。2生产效率高，装卸成本低。3充分发挥起重机械的效率。4减少辅助工人。可以肯定，在我国经济飞速发展的今天，抓斗在我国国民经济生产甲的使用范围将日益扩大，具有较好的经济效益，广阔的发展前景1,5。13国内外抓斗发展史131国外抓斗研究的发展史抓斗的最早出现，至少可以追溯到欧洲的文艺复兴时代。当时，意大利著名的艺术家兼科学家达芬奇LEONARDODAVINCI14521519曾经设计出一艘装有抓斗的挖泥船而阐述抓斗性能的第一篇论文似乎应该是德国的普范尔PFAHL于1912年发表的“自动抓斗中力的分配与抓取”。在这篇文章里，普范尔叙述了影响抓斗抓取性能的各项因素及其影响关系，并提出了确定这些因素的方法和取值范围。后来，ANIMNERA,PTROBIN和NIEMANN等人研究了抓斗的工作过程及受力情况补充了普范尔的理论，初步完成了抓斗的理论分析工作。但是，由于他们的理论不大符合抓斗抓取过程中发生的实际现象，因而除了使人们在设计抓斗时能够稍有依据地选取几个结构参数外，事先对抓斗的实际工作过程中将遇到的抓取阻力是不清楚的，以致常常达不到预期的效果。在这种情况下，人们只能依靠实际使用抓斗的经验，不断地改进抓斗的结构来满足自己的要求。第二次世界大战以后，有关抓斗的理论仍未形成，继续研究抓取过程中发生的现象，以建立符合实际的抓取阻力计算方法的区仍在进行。先后出现的有苏联的从能量观点计算抓取阻力的方法，以及BATAY6EP的抓取阻力计算方法等。这些方法，有的着重于工程应用，有的侧重理论探讨，各有特点。同时，在德国，北美，法国，日本等工业发达的国家，也进行了研究工作，取得了一定的研究成果。他们非常重视实际应用方面的研究，这是值得提倡的20,21。132国内抓斗研究的发展史抓斗在我国较大规模地应用于散货装卸作业，可以追溯到50年代中期，例如当时在上海港使用3T与5T船舶吊杆，配各双绳长撑杆双颗板抓斗，从船舱内卸出煤炭，使用法国制造的8T履带起重机瑙台斯，配备抓斗，在堆场上转运煤炭，在大连港使用抓斗装卸粮食等散货，在鞍钢等大型冶金企业内，使用抓斗转运矿石等，都取得了显著的效果10。14抓斗设计及研究现状目前据资料显示，由于抓斗仅仅是作为起重机械的一个金属工具，因而没有对它进行研究的专门机构。在各个高校的研究中也较少涉及，只有在一些生产起重吊具的厂家，以及各港口、码头中，对抓斗有所研究，如美国的BRADLEY公司，HAYWARD,NY公司，德国的DEMAG公司，PEINER公司，日本的真砂株式会社等。但由于抓斗抓取的物流种类繁多，性质各异，抓斗工作的场合也有很大的不同，因此对抓斗的标准化及规范化也带来一定的难度。对于设计规范，各国都没有统一，在美国有美国国家标准局的ASME3020设计规范，在德国各个厂家也有各自的参考数据。在我国，目前还没有类似的国家标准。并且关于这些国内外设计规范及标准的制订较少有研究论文及资料的介绍。在为数不多的抓斗研究学者中，在国际上以前苏联及德国学者居多，如德国的PFAHL,DIETRICH,WILKINSON，以及前苏联的BATAYBEP,NTIKPTNKOP等21。15抓斗的发展方向工业发达国家如，法国、德国、美国、俄罗斯、日本在这方面比较先进，用运新的工艺，新的技术，所以新的先进抓斗也就不断出现。从20世纪后期开始，抓斗的发展向大型化、微型化、多功能化，专用化和自动化的方向发展。1）开发多品种、多功能、高质量及高效率的抓斗。为满足市政建设和农田建设的需要，国外发展了斗容量在025M以下的抓斗，把其安装在微型挖掘机，最小的斗容3量仅在001M。与此同时，还发展专门用途的特种抓斗，如水下专用和水陆两用抓斗3等。2）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作，这样就必须开发能够在不同功率和压力下工作的抓斗。3）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于抓斗的强度研究方面，促进了产品的优质高效率和竞争力。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，并创立了预测产品失效和更新的的理论。日本研制了可靠性住处处理系统。在上述基础理论的指导下，借助于大量试验，缩短了新产品的研究周期，加速了抓斗更新换代的进程，并提高其可靠性和耐久性。4）迅速拓展电子化、自动化技术的应用。20世纪70年代，为了节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，改善驾驶员工作条件，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。随着对挖掘机的工作效率、节能环保、操作轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了机电一体化在抓斗上的应用，并使其各种性能有了质的飞跃。20世纪80年代，以微电子技术为核心的高新技术，特别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子控制技术在抓斗上应用和推广，并已成为抓斗现代化的重要标志2。16本课题的现实意义161任务及要求题目起重机抓斗结构设计与分析起重量Q2T额物料容重R2T/M起升速度V16M/MIN升运行速度V45M/MIN运起升高度H20M162现实意义本课题的研究具有广阔的应用前景和推广价值，通过对抓斗抓取货物力学性质的研究，以抓斗的抓取过程作为实用背景，通过理论分析与实验研究，探讨其抓取阻力，取料的填充量等计算方法和计算模型，进而提出抓斗的设计方法与准则。在深入的理论与实验研究的基础上，开发效率更高，能耗更省，综合性能更优的抓斗设备与技术15。运用SOLIDWORKS实现抓斗的三维建摸，虚拟装配，三维运动仿真，零件干涉检测，零件强度校核等，这样产品研发就层次分明，形象直观，易于操作。第2章抓斗方案的确定21抓斗类型按形状分类按形状主要课分为贝形抓斗和秸秆抓斗，前者由连个完整的铲斗组成，后者由三个或三个以上的颚板组成。常见的抓斗类型如下贝型抓斗适用于港口、码头、车站货场、矿山等方面装载各种散货、矿物、煤炭、砂石料、土石方等，也可适用于土石方开挖、基础以及沟渠开挖、公路建设、铁路铺设等工程中。多瓣式抓斗适用于钢厂的废钢抓取、分炼和回收工作，斗齿可更换，并且采用高硬度耐磨钢，从而确保使用寿命长；瓣壳可根据不同的工作环境选择全闭合式瓣壳，半闭合式瓣壳，宽边瓣壳和窄边瓣壳。木材抓斗主要用于各种规格的原木、木材、管道、圆桶等物体的抓取和装卸，可以单根抓取也可多根抓取，配合塔吊，门机等起重机使用。适用于原木堆场、码头卸货等场合。秸秆抓斗是一种专门为秸秆发电厂开发的物料搬运设备，主要进行秸秆捆的卸料、堆垛储存、投料工作。工作级别高，适应电厂秸秆仓工作环境潮湿、粉尘大、使用频繁、不间断工作的需求。按驱动方式分类按驱动方式可分为液压抓斗和机械抓斗两大类。液压式抓斗液压式抓斗本身装有开合结构，一般用液压油缸驱动，由多个颚板组成的液压抓斗也叫液压爪。液压抓斗在液压类专用设备中应用比较广泛，如液压挖掘机、液压起重塔。挖掘机专用液压抓斗适用场合1建筑地基的基坑挖掘、深坑挖掘及泥、沙、煤、碎石的装载。2特别适用于沟或受限制的空间的一侧进行挖掘和装卸。3适用于船舶、火车、汽车的装卸。机械式抓斗机械式抓斗本身没有装配开合结构，通常由绳索或连杆外力驱动，按操作特点可分为双绳抓斗和单绳抓斗，最长用的是双绳抓斗。双绳抓斗有支撑绳和开闭绳，分别绕在支持机构和开闭机构的卷筒上。双绳抓斗工作可靠，操作简便，生产率高，应用广泛。采用两组双绳后就成为四绳抓斗，工作工程与双绳抓斗相同。单绳抓斗支撑绳和开闭绳用同一根钢丝绳。通过特殊锁扣装置使钢丝绳轮流起到支持和开闭的作用。单绳抓斗的卷绕机构较简单，但生产率低，大量装卸作业时很少采用。遥控抓斗遥控抓斗是一种配在单卷筒起重机下的取物装置，用于装卸矿粉、煤炭、粮食、化肥、工业盐、氧化铝等各种散货。无线遥控抓斗巧妙地将无线遥控技术和最简单的液压技术综合应用在抓斗上，使抓斗有了独特性能4。22抓斗的选用首先根据起重机来选抓斗动力形式。根据抓斗的定义抓斗是起重机下的取物装置，所以即使最先进的抓斗，也离不开起重机而独立完成工作。反之再先进、再大吨位的起重机也离不开抓斗而有生产效率。所以，什么样的起重机就赢配什么样的抓斗，配错了就不能用，配大了超载也不能用。其次根据装卸的货种来选抓斗结构形式。根据抓斗的定义抓斗是用于装卸各种货物。所以装卸什么样的货物，就应配与之相应的抓斗。配错了不是效率低了，就是不能用。例如需要装卸的货种是煤炭，就配轻型的双瓣抓斗，如果配重型的双瓣矿抓斗，装卸效率至少低了50【11】。23抓斗方案的确定231不同抓斗性能的比较剪式抓斗按照日常应用的剪刀原理而设计成的简易结构型式。可以使抓斗的中心铰轴不必承受扭矩的作用，因而得到一个尺寸紧凑和便于修理的抓斗。剪式抓斗在闭合过程中，闭合绳行程短，抓取力矩逐渐增大，抓取能力系数大，增加了小时工作循环次数。保证抓斗充满。张开度和覆盖面积较大，稳定性好，制造工作量大大减少。由于剪式抓斗最终闭合的力矩很大，故与耙集式抓斗相比，在抓取流动性好的散货时，密闭性能显著变好。应用剪式抓斗装卸粘性散货，当满载抓斗张开，散货尚未全部卸出而停留在一个额板的内侧时，抓斗能够对由此引起的歪斜稍作调整。还值得一提的是与所有其他型式的散货抓斗相比，剪式抓斗上的铰点明显减少，因而大大减少了维护保养的工作量。不过也应该看到，剪式抓斗在闭合状态下具有较大的结构高度，把剪式抓斗用于桥式卸船机和用于装卸内河船舶时，对此应该给予足够的重视【8】。图21剪式抓斗反剪式抓斗与现有的抓斗结构形式相比，反剪式抓斗具有以下明显特点抓取系数高，反剪式抓斗开关斗时间短，使抓斗每小时循环次数增加，生产率提高。反剪式抓斗的中心铰受力大为改善。反剪式抓斗自重利用程度高。张开时覆盖面积大，有利于清舱【12】。1横梁；2中心铰轴；3内斗壁；4外斗壁；5增力滑轮组；6颚板图22反剪式抓斗钳式抓斗具有抓取系数高，循环时间短，清舱效果好等特点，而且它结构简单，受力较为合理，制造容易，成本较低，抓斗闭合后总高度较小，即使在内河港口也能使用【8】。1横梁；2中心铰轴；3内斗壁；4外斗壁；5增力滑轮组；6颚板图23钳式抓斗半剪式抓斗具有很好的抓取能力，抓取比根据物料的特性可达到目115118。半剪式抓斗因为滑轮倍率小，闭合钢丝绳短，使每一循环作业周期缩短，效率提高。该抓斗采取了新颖的无外伸导轨的顶杆偏心块式启动机构。它仅在开启时受载，从而使安全作业性得到了提高。抓斗的结构简单。由于省去了下承梁，省去或简化了上承粱，减轻了自重【15】。1启闭机构；2上承梁；3动撑杆；4滑车；5静撑杆；6分段剪臂；7斗体图24半剪式抓斗扭矩抓斗结沟简单，较为理想的闭合特性。具有深挖的特性。能适应多种物料的装卸【8】。1左斗壁；2大、小卷筒；3支撑绳；4提升绳；5传动链；6右斗壁图25扭矩抓斗232方案的确定（1）制定开发任务书抓斗是重型机械的一种取物装置，主要用来就地装卸大量散粒物料，用于河口、港口、车站、矿山、林场等处。目前使用的一些抓斗还不能完全满足装卸要求，长撑杆双颚瓣抓斗虽然应用广泛，但由于其具有闭合结束时闭合力呈减小趋势的致命弱点，影响抓取效果。其他类型的抓斗虽有使用，但不很普遍，也存在各自的缺点，故市场上希望有一种装卸效率高、作业快、功能全、适用广的散货抓斗。我从设计方法学和创造学的角度出发，通过对抓斗的功能分析，确定可变元素，列出形态矩阵表，组合出多种抓斗原理方案，在评价优择，从而得到符合设计要求的原理方案。在分析调查的基础上，运用缺点列举法、实现希望法等创造技法，制定抓斗开发设计任务表见表21。表21抓斗开发设计任务书要求内容1功能方面1）抓取性能好，有较大的抓取力2）装卸效率高3）装卸性能好，空中任意位置颚瓣可闭合、打开4）闭合性能好，能防散漏5）适用范围广，即可住小颗粒物料，也可抓取大颗粒物料2结构方面1）结构新颖2）结构简单、紧凑3材料方面1）材料耐磨性能好2）价格便宜4人机工程方面操作方便，造型美观5经济、使用安全等方面1）尽量能在各种起重机、挖掘机上配套使用2）维护、安装方便，工作可靠，使用安全3）总成本低廉（2）抓斗功能结构的确定总功能抓取功能容料功能升降功能卸放功能安全功能颚板启开颚板闭合加压功能支撑容料自锁功能上升功能下降功能停顿功能颚板开启防散漏过载保护自锁功能（3）不同抓斗方案的提出按设计方法学理论，如果一种作用效应能实现两个或两个以上的分功能或功能元，则机构将大大简化，运用反求工程设计方法，确定抓斗可变元素能实现职称、容料和启闭运动的原理机构和能完成启闭运动、加压、自锁的动力装置（即动力源形式）。其中颚板启闭结构简图如图26所示【9】。图26颚板启闭结构简图其动力源形式可分为绳索滑轮、电力机械（螺杆传动和齿轮传动）、液压、气压四种形式。以上任意两个元素组合就能形成某一种抓斗的工作原理方案，理论上可以组合出5X525种原理方案。剩下的工作就是对这些抓斗进行评价，进而找到最符合要求的抓斗。方案可行性评价方案评价过程是一个方案优化过程，希望所设计的方案能最好的体现设计任务书的要求，并将缺点消除在萌芽状态，为此，从矩阵表中抽象出的评价准则为A抓取力大，适应难抓物料B可在空中任意位置启闭C装卸效率高D技术先进E结构易实现F经济性好，安全可靠研究这些可行性方案，发现为了实现装卸效率高，动力源形式选择液压。液压传动的抓斗具有明显的优势功率密度大，结构紧凑，重量轻，调速性能好，运转平稳、可靠，能自行润滑，易实现复杂控制。对于抓斗设计，要求抓取能力强，重量轻，结构紧凑，经济性好，维护方便。通过分析比较，权衡主次，选择液压传动作为控制动力源较优。经过筛选，剩三种方案，将这三种方案大概构思，画出其简图分别如图27、图28、图29所示。图27组合为液压双颚板或多颚板抓斗，需两个或两个以上液压缸。图28组合为液压长撑杆双颚板或多颚板抓斗，只需一个液压缸。图29组合为液压剪式抓斗，两个液压缸【14】。图27液压双颚板抓斗图28液压长撑杆双颚板抓斗图29液压剪式抓斗通过以上分析，经过评价、筛选确定了这三种抓斗原理方案。对这三种方案，可以对照设计任务书作进一步定性分析（见表22）。表22性能比较表抓取性能闭合性能适用范围液压缸行程结构复杂程度图27好差一般较小较复杂图28好好广较小简单图29好好一般大一般（4）方案确定从表22中得出，图27能较好的满足设计要求，其不足是结构稍复杂；图28无法防止散漏着至关重要的性能要求；图29液压缸行程达，这在技术上很难实现，故最后确定图28为最佳方案。第3章液压抓斗的结构设计计算31总体方案确定本设计的12M单轨液压抓斗主要由液压油缸、斗（颚板）、链接立柱等零配件组成，使抓斗实现下降、张开、抓料、闭合、卸料等一些列动作。本设计的液压抓斗涉及的基本参数有起重量是指正常工作时被提升的额定载荷（包括抓斗）。设计中的起重量是2T。起升速度和运行速度依据工作条件、生产要求决定，设计中起升速度为16M/MIN，运行速度为45M/MIN。起升高度依据工作需要确定，设计中起升高度为20M。32抓斗计算321抓斗的几何尺寸抓斗结构简图如图31所示图31抓斗结构简图抓斗的额定容量V12M抓取物料的容重R2T/M1抓斗的最大开度L（2325）3VL必须适宜，若过大，会影响抓取深度。L24242550MM3V321取L2500MM（2）抓斗的侧面积及侧面的几何形状测形面积F（）TANTANBVFKWBNEJBBNBBJASINSINCO令MCOIB（）（则MBJN（1MCOS）E故MSIN（1MCOS）SINM1MCOSTANTANBVFBSB颚板测形半长KBNBVF又斗宽BKK为抓斗颚板宽度系数B3F故抓斗闭合后颚板测形半长为BKBNB523FVV为抓斗充填容积；K为抓斗颚板测形系数FN则K084013576MMBNB523F4213颚板宽度BK1421509MMFV3抓斗最大开度下的覆盖面积AB2L1509M25M37725G抓斗闭合过程中挖掘深度FF389MMA13FV72为抓斗覆盖面积系数抓斗平均挖掘深度F与最大开度2L之比01902L2FLAK211092473为挖掘深度系数L2F322刃口板厚度刃口板厚度按下式计算5毫米3RV式中物料粒度系数对小颗粒0012（米3/吨）对于大颗粒0014（米3/吨）对于本抓斗001762M1762MM5MM3RV30145满足要求。取为20MM，切口厚度，按表31确定；（03075），尺寸符号见图，10所以6MM15MM。0表31双绳抓斗的VLB及值0G01额定容积V米3中型抓斗的基本重量（吨）0G颚板最大开度L（米）斗部宽度B（米）切口厚度（厘米）102505081012515058101451923527161852124265275060907100751250916101811201018202530403136424965285303234381221132251352414251527165101520781452052504148557560163018362245245020323抓斗强度计算（1）颚板强度计算计算假设假设三边固定，一边是自由的颚板，其中央是危险截面，单位长度弯矩为MPB/8202PRCCHH5006001100MM220MM则应力6727N/MMWM682BP2CR43B231048903）（选用材料ZGM13查表得294N/MMNSN2147N/MMNS294，合格。（2）撑杆强度当闭合终了瞬间，撑杆所受载荷最大，撑杆材料采用45号钢。70120N/MMR4411041M2）（闭S4891032）（30，2500撑杆的内力T4866NCOSR03COS25141F0040005M9732N/MMFT641058截面最小惯性矩JMIN46D84IM202ININF92018MINIL查“金属结构”得稳定性系数0197则0197（70120）13792364N/MM由9732，知撑杆强度满足要求。324抓斗自重的分配抓斗各部分重量尽可能按表31的比值分配。表31抓斗各主要部分的重量与抓斗自重之比值颚板头部下横梁撑杆抓斗种类1GA2A3GA4A马达抓斗0360380350385014015011双绳抓斗04204402022021023013015对于本抓斗，取为0421A0421GA得11341G取为0222A0222GA得05942G取为0213A0213GA得05673G取为0154A0154GA得04054G33抓斗液压系统的确定液压系统主要有电动机、油泵、换向阀、压力控制阀等组成。根据液压油循环流动方式可将液压系统分为开式液压回路和半闭式液压回路。因为抓斗启闭有快速开启，低速闭合的要求，本系统采用半闭式液压回路。由上章计算设计液压油路及电机功率，电动机功率为380V，50HZ，220KW；液压泵油压为20MPA；抓斗闭合时间为380V，50HZ，17S。抓斗作业时，液压系统是半封闭式的，系统中的液压油只在管路中循环，不返回油箱。仅仅在系统的油压不在设定范围时从油箱中吸入或回流少量液压油。抓斗停止工作，电动机也停止转动，它能耗低，油液温升小。如图32半闭式电动液压散货抓斗液压系统。在这个液压系统中，抓斗的开闭动作由他的电机旋转方向控制。电动机停止转动，抓斗的开闭动作也停止。因此可实现抓斗在任意位置启闭。在这个液压系统中，抓斗的开闭动作由他的电机旋转方向控制。电动机停止转动，抓斗的开闭动作也停止。因此可实现抓斗在任意位置启闭【19】。图32半闭式电动液压散货抓斗液压系统（1）抓斗开启电动机M通电转动，液压泵P通过阀SV3从油箱抽取油液（根据需要），并通过油管P2,单向阀RV2油管B进入油管的无杆腔KS，有杆腔KSS的液压油经过管A和可调液控单向阀SV1流回B管，进入无杆腔KS，使抓斗快速开启。管路P2中的液压由压力控制阀DV2设定。关闭电动机，单向阀RV1、RV2和可调液控单向阀SV2自动锁定，防止抓斗斗体自动关闭。（2）抓斗关闭电动机反向旋转，液压泵P通过阀SV3（根据需要）将油液从油箱中抽出，经油管P1,单向阀RV1进入油箱的有杆腔KSS无杆腔KS中的液压油从油管B、液控可调单向阀SV2、过滤器返回油箱。最高工作压力控制阀DV1和DV2根据工作要求设定最高工作压力值，当油压超过此值后，DV1、DV2开启，经油管R，向油箱T泄荷。当电动机保持抓斗关闭所需的压力超过一定时间后，DV1中的自动线路断路器启动，使液压油返回油箱。如果油箱与有杆腔压力降低到预制压力以下1015，DV1的自动线路断路器重新启动，止回阀关闭，保持抓斗关闭所需的压力。这样可以防止电动机长时间工作，油温升高。第4章抓斗三维建模与绘图（1）斗颚的绘制先建立草图画出斗颚的左侧或右侧端面，以画好的一端创建基准平面，镜像出另一端画出两端面的链接部位（底板和背部挡板），再以创建好的基准平面创建一个草图画背部挡板上的链接部位，拉伸出连接部位的形状，再次镜像出另一连接部位，以连接部位的的左端创建草图画圆拉伸出中间通孔，镜像出另一连接部位的通孔（如图41）。图41斗颚（2）液压缸的绘制画图步骤创建草图画出矩形长板，以矩形长板上侧为平面创建草图，通过拉伸画出液压缸部位，通过镜像画出出另一半，再以矩形长板下侧为平面创建草图，通过拉伸和镜像画出四个连接部位（如图42）。图42液压缸（3）连杆的绘制画图步骤创建草图画出顶端，以顶端的侧面为基准平面镜像出另一端，两端中间拉伸连接，以画好的顶端底面为平面创建圆柱形草图，拉伸出圆柱部分，在创建好的基准平面上再建立草图画底端，拉伸底端中间通孔，底端棱边加圆角（如图43）。图43连杆（4）长撑杆的绘制画图步骤创建草图，画出一矩形长板，以版的侧面创建一个草图拉伸出一个矩形连杆，以矩形长板的正上方面的横纵向为两个基准平面，镜像出另外三个矩形连杆，以连杆的侧面创建草图，在连杆底端拉伸出圆柱再求差即可画出通孔，再镜像出另外三个通孔（如图44）。图44长撑杆总装图如图45所示图45装配图二维图展示图46第5章抓斗的有限元分析51有限元分析软件介绍SOLIDWORKSSIMULATION是一个与SOLIDWORKS完全集成的设计分析系统。SOLIDWORKSSIMULATION提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。SOLIDWORKSSIMULATION凭借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。SOLIDWORKSSIMULATION提供了多种捆绑包，可满足您的分析需要。SOLIDWORKSSIMULATION节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间16。SOLIDWORKSSIMULATIONPRESS为SOLIDWORKS用户提供了一个容易使用的初步应力分析工具。SIMULATIONPRESS通过在计算机上测试您的设计而取代昂贵并费时的实地测试可帮助您降低成本及上市时间。例如，您可能要检查向水龙头施加的力的效果。SIMULATIONPRESS仿真设计周期，并提供应力结果。它还会显示水龙头的临界区域以及各区域的安全级别。根据这些结果，您可以加强不安全区域，并去掉超安全标准设计区域的材料。SIMULATIONPRESS使用的仿真技术与SOLIDWORKSSIMULATION用来进行应力分析的技术相同。SOLIDWORKSSIMULATION的产品系列可提供更多的高级仿真功能。SIMULATIONPRESS的向导界面采用了所有SIMULATION界面的内容，可一步步指导您指定夹具、载荷、材料，进行分析和查看结果18。结果的准确度取决于夹具、载荷和材料属性。要使结果有效，指定的材料属性必须准确描述零件材料，夹具与载荷也必须准确描述零件的工作条件。SIMULATIONPRESS支持对单实体的分析。但它不支持装配体、多实体零件或曲面实体17。52分析过程与结果应用SIMULATION分析问题时，通常有3个基本步骤1、前处理；2、求解；3、后处理。其中前处理包括模型处理、定义分析类型、添加材料属性、施加载荷、网格划分。后处理主要是对结果进行分析。下面将逐一进行介绍。（1）模型处理在分析之前，我们需要对模型进行相应的简化与处理，以满足网格划分的要求。这种修改包括特征消隐、理想化或清除等方法。利用这些处理可简化网格，保证网格顺利划分（如图51）。图51斗颚（2）新建算例要生成算例，请右键单击SIMULATIONANALYSISMANAGER树中的顶部图标，然后单击“算例”。按照名称、网格类型、分析类型和属性定义算例。图52新建算例（3）添加材料属性在右击SIMULATIONANALYSISMANAGER树中“实体”/“壳体”中定义材料，打开对话框，可从SOLIDWORKS、SIMULATION材料库中选取，用户还可自定义（如图53）图53选择材料（4）定义约束和载荷用户可通过“载荷与约束”添加所需的载荷与约束形式，SIMULATION提供了丰富的载荷与约束形式（如图54）。图54定义约束和载荷（5）网格划分用户根据需要选择合适网格大小与精度，进行网格划分（如图55）。图55额板网格划分图（6）求解、后处理运行完成后，“结果“文件夹将出现应力、应变、位移图解，用户还可根据需要添加其他图解，如安全系数图解等。额板应力分析（如图56）图56额板应力分析图额板位移分析（如图57）图57额板位移分析图额板应变分析（如图58）图58额板应变分析图从以上仿真结果可以得出一下结论经分析所设计的抓斗的应力在许用应力范围之内，颚板中间靠底部位的位移变化较大，斗颚的应变较小，综上该抓斗设计合理。第6章总结随着毕业日子的到来，毕业设计也到了尾声。经过几个月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有接受任务以前觉得毕业设计知识对这四年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。这次毕业设计要求对抓斗的设计与分析，非常切合我们所学专业的实际，是一次非常好的演练机会。尽管我们对专业知识的掌握还不够透彻，我们仍然希望通过自己的努力完成毕业设计并希望有所突破。下面就对我这次毕业设计的过程做个简单的小结第一，课题分析。在接到毕业设计题目后，我认真翻阅了指导教师提供的资料，对课题进行了深刻的分析，并向老师请教