某型号起重机抓斗结构设计【三维SW】【含CAD图纸+PDF图】
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某型号起重机抓斗结构设计 摘要：首先要对起重机抓斗进行自重分配，对抓斗的结构进行设计以及计s算，然后对抓斗进行受力分析，其次，对抓斗进行验算校核，最后根据设计参数对抓斗进行三维建模以及绘制二维工程图。 关键词：抓斗；参数；校核；三维建模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 录摘要Abstract目录1 绪论11.1 抓斗的概述11.2 抓斗的发展趋势21.2.1 国内起重机抓斗发展趋势21.2.2 国外起重机抓斗发展趋势31.3 抓斗的分类42 抓斗方案的确定82.1 抓斗的选用82.2 抓斗的维护82.3 抓斗的结构92.4 抓斗的工作原理93 抓斗的结构设计及计算113.1 抓斗的主要技术参数113.2 抓斗自重的确定113.2.1 抓斗抓取能力的影响因素113.2.2 抓斗的自重123.2.3 抓斗自重的分配123.2.4 颚板宽度133.2.5 抓斗的最大开度143.2.6 抓斗的其他几何参数153.2.7 抓斗颚板侧面形状153.2.8 滑轮组的倍率183.3 抓斗各部分的具体参数183.3.1 上承梁具体参数183.3.2 下承梁具体参数183.3.3 滑轮支撑体具体参数183.3.4 撑杆具体参数193.3.5 颚板具体参数193.3.6 滑轮193.4 抓斗的验算193.4.1 对抓取能力进行验算193.4.2 对颚板的强度进行校核203.4.3 颚板跟撑杆链接处连接轴的校核213.4.4 对连接螺栓M48强度校核213.4.5 对撑杆强度进行校核223.4.6 对滑轮组轴强度进行校核224 对零件三维建模234.1 SoidWorks软件的简介234.2 SolidWorks软件常用工具栏234.2.1 标准栏234.2.2 视图工具栏244.2.3 草图绘制工具栏244.2.4 特征绘制工具栏244.3 对抓斗实体进行三维建模244.3.1 上承梁建模254.3.2 下承梁建模274.3.3 撑杆建模284.3.4 垫圈建模294.3.5 滑轮建模304.3.6 颚板1建模314.3.7 颚板2建模334.3.8 滑轮装配体344.3.9 抓斗装配体354.4 对各零件绘制二维工程图354.4.1 撑杆二维工程图354.4.2 上承梁二维工程图364.4.3 下承梁二维工程图374.4.4 滑轮支撑体二维工程图374.4.5 垫圈二维工程图384.4.6 滑轮二维工程图394.4.7 颚板二维工程图394.4.8 抓斗二维工程图415 总结 42参考文献 43致谢 45VI1 绪论1.1 抓斗的概述抓斗，英文名叫grapple，俄文名叫 ；是对物料实施抓取和卸掉物料的一种吊具，抓取和卸掉物料一般是要靠它的左右两个合斗或者多个颚板的开合来实现的。一般情况下由多个颚板构成的抓斗也叫抓爪。它是起重机下的取物装置，用来装卸各种货物。在工作中经常被驾驶者在驾驶室内操纵抓斗来对物料进行抓取和开卸，并不需要别人的帮忙，是以工作效率高，通常在口岸、车站、矿山石厂、材料场等场合中被普遍大量的运用。一般情况下抓斗所有的动作都是由起重驱动的集中运行，但也有特殊情况例外，需要辅助人员来辅助机械来运作完成任务。虽然用一个重型机械的方式工作的方式与不连续输送各种缺点，但在更大或更复杂的材料堆场堆上，从船上卸下，无法扭转铁路车辆，和对于格外难抓取的物料，依然要使用抓斗。在江海联运运和铁路运载部门中，货船，铁路货车以及大型驳船在进行装卸作业和岸上仓的堆垛时，转运载物作业时要经常使用抓斗来实施的。比如，北京地铁8号线三期永定门外站的项目工程采用宝额GB60液压抓斗来进行抓取的，该抓斗减轻了劳动人员的压力，也实现了最大化的挖掘速度16。抓斗起重机的产生大大减少了劳作人员的疲劳强度，节约了辅助工作时间，大大提高了装卸效率，而且大大减少了工人的人身受到伤害的事故，提高了生产安全性。最近几年，随着科学技术的进一步发展，生产工艺的不断发展改进，以及我国工业建设规模的扩大，抓斗起重机也得到迅速发展，其功能范围也越来越大，不断地向智能化发展，设计要求也越来越高。随着社会的进一步发展，机械化生产逐渐代替了高强度的劳力生产，也代替了传统生产模式，最为普遍最为典型的工业机械生产使用的机械中起重机就是其中一种，它对减轻传统劳力人员的劳动强度，节省人力，使建设成本下降，生产质量提高，施工建设速率的加快对实现工程施工机械化起着举足轻重的作用。1.2 抓斗的发展趋势1.2.1 国内起重机抓斗发展趋势 抓斗往往装配在起重机中，因此抓斗的发展往往跟起重机的发展有着很大的关联。我国的工程起重机最先是在20世纪五六十年代开始着手研制，在七十年代末至八十年中引进和汲取国外经验来研制，九十年代以来我国开始独立研制发展成功。目前,整体吊装工程愈来愈广泛,这就要求起重吊装的起重能力，操作范围和高度也越来越大。目下当今，我国沿海地区许多专业大型吊装起重设备逐渐被大型移动式起重机为中心的吊装起重设备所取代，其中过去的吊装起重设备是结构简单的抱杆方式的设备，而现在越来越多的是高性能，灵活性更高，安全可靠性更高的起重设备。挖掘机的斗式设计受到技术上的限制，更多的是单功能、大容量、低程度的自动化机械抓取。近几年，在无数技术人员的不懈努力研究设计下，我国在抓斗领域上也取得了很大突破，如桥式起重机抓斗、抓斗式的压缩垃圾车、抓斗式地下连续墙成墙机、中国滑块式单索多瓣抓斗，天津港发明的新型镍矿抓斗，以及电动式抓斗机等123。近几年来，由于港口工程技术环境的不断改善和客户需求的不断增长，运输产业也是在不断的发展中，传统装卸业进行转型-抓斗助力，如：安庆市华鑫重工股份有限公司生产的液压抓斗，气动抓斗，称重计量抓斗，绳索多瓣抓斗，绳索平口抓斗，并且许多小公司在其下进行批发，很多小公司成为其代理。如今抓斗企业市场蓬勃发展，比较著名的大型企业有：山东神力起重机械有限公司，保定大力起重机械有限公司，太原市晋昌盛起重索具有限公司，无锡市协兴港口机械有限公司，山东亨展重工机械有限公司等。主要产品为海口，工厂，工程等各种起重机配套专用的抓斗等.目前我国大力推进节能减排，重工业污染程度大大降低，为了顺应这一号召，液压挖掘机率先采用国际先进的电液技术，根据系统的需求进行了压力和流量的匹配，实现最大里的节能减排.如果想要得到更广阔的发展空间，就需要顺应时代的潮流，让污染最小化让保护环境称为首要目标，然后进行该方面的改革创新从而成为最好的产品，目前的液压抓斗技术就是改革潮流中成功的案例之一111314。2016年是抓斗行业在发展过程中最为关键的一年，在工业生产技术每日不断的更新环境下有许多问题需解决：一方面，从外部宏观环境来说，影响行业发展的新政策、新法规都将不断出台。经济增长方式进行转变，节能减排的要求越来越严格以及通货膨胀，人民币不断的升值，人力资源成本也在持续的上升和都对抓斗行业的发展产生了深远的影响；另一方面，从企业的内部来看，企业决策者所必需面对和亟待解决的问题有公司各部门各员工的竞争、公司生产技术需要不断更新升级、出口市场愈来愈萎缩、产品销售市场越来越复杂等。我国起重机抓斗行业虽然与国外相比还有差距，但技术水平也有全新的突破。在设计上尤其是大吨位产品功能不够齐全，要逐步完善试验、研究体系为了确保产品性能的精确和可靠要尽量与国外公司配套接轨。总的来说国内企业都有其独特的核心技术，并不断创新，提升在同行业内的领先地位。并且都在努力研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。1.2.2 国外起重机抓斗发展趋势由于抓斗往往跟起重机一起进行作业，因此，抓斗的发展跟起重机息息相关。欧洲工业革命的最先开始使得欧洲成为工程起重机抓斗的发源地，欧洲由于经济水平高，高端人才集中，工业先进，因此欧洲生产的起重机一般代表轮式起重机的最高水平，比如利勃海尔、德马克，其中起重机抓斗生产基地的典型代表有特雷克斯起重机公司，贝尔特公司，加藤公司,PPM公司，卡特彼勒公司，森尼波根（）公司，林克-贝尔特（）公司等知名企业。这些公司其产品技术水平高潮、性能高、可靠性高，产品遍布全世界。但是美国工程起重机要远远落后于欧洲的水平。美州地区和亚太地 区是它的主要产品销售地。随着第二次世界大战后的经济实力，轮式起重机的开发和生产起步较晚，但发展速度很快，在亚太市场非常流行；同时，日本通过收购的手段来采集信息来研究创新新技术，比如：日本多田野公司为了加快自身发展步伐从而通过收购德国的恩底盘公司来采集信息进行技术创新以至于公司全路面技术得到了迅速发展，其中40%的产品主要用于出口。起重机抓斗市场通常划分为欧洲市场，亚洲市场和北美市场，多品种，高标准和一机多用是国外起重机抓斗的主要特点。亚洲市场和北美市场主要以日本和美国为主，它们的主要产品特点是：主导地位被越野轮胎起重机所占用，其次为汽车起重机；生产系列多，以中吨位为主；追求产品的适应性，经济性，高可靠性。欧洲市场主要以德国为主，它们的主要产品特点是：主导地位被全路面起重机所占；以大吨位为主；技术水平最为先进；专业配套件多。八九十年代开始，国外多功能、大型化的随车起重机发展迅速，如今，世界年产量已达13万台左右，它的油缸工作速度比十年以前提高了一半以上，遥控装置也得到了广泛的应用。因此，今后部分小吨位流动式起重机的市场将会被随车起重机进一步侵占。总的来说，日本的产品技术性能与德国还是有相当大的差距，但其发展进步速度非常快，价格比德国更具有竞争力。1.3 抓斗的分类 1） 按照起重机抓斗工作特点来分类：一般分为双绳抓斗、单绳抓斗和电机抓斗，其中双绳抓斗是最常用的。 2） 按照抓斗形状来分类：一般可分为贝壳式抓斗和桔瓣抓斗，贝壳式抓斗是由两个完全相同的铲斗构成的，而桔瓣抓斗是由三个或三个以上的颚板所构成的。 贝壳式抓斗：在港口、车站、船埠、码头，矿山，采矿等方面对矿物、煤炭、砂石料、土石方等各种各样的物料进行装卸，也可用于岩土开挖、基坑开挖以及沟渠开挖、公路施工、铁轨铺设等工程中。 多瓣式抓斗：一般在钢铁厂抓取精炼废钢铁中使用、在垃圾处理场和建筑工地中抓取大批废料、分炼、装卸和搬运废物中使用，在汽车回收场解体精炼和回收汽车中使用，并且其中的斗齿是可以不断更换的，而且选用高硬度耐磨钢，从而改善了抓斗的使用寿命时间。 其中抓取和装卸各种规格的木材、原料、管道、圆桶等物体要用木材抓斗。3） 按照被抓取物料的聚集密度分类：一般可以分为轻型抓斗、中型抓斗和重型抓斗三大类；其中轻型一般用来抓取谷物等物料，中型抓取砂砾等物料，重型用来抓取铁矿石等物料。4） 按照抓斗颚板的数量个数来分类：一般可以分为双颚板抓斗和多颚板抓斗,其中双颚板抓斗是最常用的。对于多颚板抓斗来说一般用来抓取大型矿石，废铁废钢和其他材料，因为它多爪，并且有着尖锐的切齿，十分容易插入物料堆，因此可以得到很好的抓取效果。5） 按照抓斗的驱动模式来分类：一般可以分为机械式抓斗和液压式抓斗两大类。 液压式抓斗：液压挖掘机、液压起重塔是液压式抓斗在液压类专用设备使用中应用比较普遍的一种； 机械式抓斗：机械式抓斗自身没有开合结构设备，一般靠绳索或连杆外力来驱动，根据操作特点可以分为双绳抓斗和单绳抓斗，最常用的是双绳抓斗；6） 一般抓斗根据开闭方式分成三类：单绳抓斗、双绳抓斗和电机抓斗。一般双绳抓斗发展比较迅速，除了长撑杆抓斗和多颚板抓斗的正常使用，另外还有剪式抓斗、耙式抓斗和钳式抓斗等。 单绳抓斗单绳抓斗只有支撑绳，供其起落，而颚板的闭合必需由卸料机构配合完成。有多种多样的卸料机构，比如空中卸料跟触地卸料：卸料钟式和拉绳脱锁式在空中以卸荷作用完成卸料动作；触地卸料式有重锤偏心块式、中心导杆摇齿式和翻版式等卸料。优点：结构简单，易操作；缺点：单绳抓斗生产效率低，应用范围不广。 长撑杆抓斗长撑杆抓斗是抓斗的基本形式，属于双绳抓取斗的一种。它是由由颚板、上承梁、下承梁、支撑绳和闭合绳等五部分构成。闭合滑轮组的上、下滑轮分别安装在上、下承梁上。抓斗上的铰点采用滚动轴承及自动润滑套来减少磨损。优点：长撑杆抓斗抓取各种物料具有很好的适应性，且有较低的重力，被广泛应用于各种生产中。缺点：颚板在抓斗紧闭过程中，闭合扭矩逐渐减小，这与抓斗作业要求相左，是以用长撑杆抓斗抓取大块度散料时，填充率十分明显有所不及。 耙集式抓斗耙集式抓斗同样属于双绳抓斗的一种，它的是由上承梁、下承梁、颚板、撑杆和滑轮组等五部分构成。当开闭绳松开、支撑绳拉紧受力时，撑杆撑开颚板，抓斗张开到物料附近进行抓取物料。优点：耙集式抓斗的开度大，颚板在紧闭过程当中其刃口轨迹与水平直线十分相似，有很好的耙集性能，适宜于分层抓取散物，以及淸舱底作业等。缺点：它的弊端是在紧闭状态时，重心比较高，容易倾斜。另外，颚板铰点与刃口之间的间隔比较大，抓斗的切入性能不好。 剪式抓斗剪式抓斗是一种叉铰结构，它是根据铰剪原理来设计完成的。由平衡架（或称均衡架）、前臂、颚板、中心铰轴和滑轮组构成。剪式抓斗的抓取能力比较大，分外适用于大容量的矿石，又因为选采用了较小的闭合滑轮组倍率，所以开闭绳行程较短，缩短了抓斗的合拢时间，提高了装卸效率，剪式抓斗在最大开度下的覆盖面积，耙集性能同样在它身上可以体现出来，并且抓取深度比较匀称。剪式抓斗在悬空状态下的颚板的启闭，其刃口在水平面上几乎成一直线挪移，能够向材料堆开闭斗靠拢，减少卸料时的尘土排尘。优点：剪式型抓斗的最大特点是斗式封闭的时候，当开采扭矩逐渐增大时3，抓斗合拢时达到最大值，并确保抓斗有较高的填充率。 钳式抓斗钳式抓斗的结构包括一字横梁、中心铰轴，内斗壁、外斗壁、颚板和增力滑轮组。优点：钳式抓斗的性能也很好的体现了耙集性能，耙集式抓斗的结构比钳式抓斗的结构复杂，钳式抓斗抓取能力比耙集式抓斗的抓取能力大，从抓斗合拢早期到停止时闭合时比较大，所以抓斗的填充率很高。与长撑杆抓斗进行对照试验表明，钳式抓斗的卸载效率比长撑杆高44.7%左右，而且其自重轻，结构简单，重心低。 缺点：操作笨重，不方便。 多颚板抓斗抓斗的颚板数超过2个的被称为多颚板抓斗。颚板的头部是铰链在甲板下或浮动，杆铰链点作为一个支点，颚板绕着它，可以实现抓斗的开闭运动。该颚板的数量越多，则颚板的宽度越窄，颚板伸开后容易插入堆料口中，适合装和卸散装矿石和废钢铁材料等物料。挠性结构和刚性结构是多颚板抓斗最常用的两种结构，脑型结构的特证是下滑轮组的各个滑轮分别装配在一块颚板的头部，开闭绳挨次绕过各个滑轮，如此颚板的开闭量各不相同，便于抓取形状不规则的大块物料。刚性多颚板抓斗的颚板与下承梁铰接在一起，跟着下横梁的起落，每块颚板闭合或张开量相同。这类结构在抓取不规则的物料时，颚板闭合很容易不严实，有的颚板不受力。近年来，多采用液压多颚板抓斗抓取，不是用撑杆而是用液压缸。 马达抓斗 马达抓斗用自身机械动力和传动机构来伸合抓斗，实现抓取和卸载物料作用，能够配置在任何一种吊钩起重机上工作，只要在起重机上安装一个与吊钩卷筒保持同步的电缆卷筒就可作业。马达抓斗可以在任意位置上开启和关闭斗，而且开闭斗的动作可以配合升降运动，所以装卸效率要比单绳抓斗高。但自重大，高重心，电机容易过载，必需有可靠的过载保护装置。电动机械传动和液压传动是马达抓斗最常用的两种结构形式。 扭矩抓斗 通过扭转力矩来进行抓取物料堆的抓斗；优点：结构简单，封闭性比较理想。挖掘的特点是可以大深度的挖掘。能适应各种物料的装卸。 2 抓斗方案的确定2.1 抓斗的选用第一按照起重机来选取抓斗动力的形式。根据抓斗的定义：抓斗是配置在起重机下的取物机构件，所以即使是最先进的抓斗，也离不开起重机自己单独完成工作。反之离开抓斗再先进、再大吨位的卸船机也不会有生产效率。是以什么样的起重机应该用什么样的抓取，配置错误的不能用，用大的超负荷也不能用。比方：起重机起升卷筒是单个的，要配用机械抓斗，只可配单索抓斗，假如配了四索抓斗，抓斗就不能工作了；另一个例子：起重机的额定起重量是25t，要配抓斗，只能配抓斗自重+持有货物重量=25t，配大了起重机会超载，这是不安全的。第二按照装卸的货种来选抓斗结构形式。根据抓斗的定义：抓斗是用来装卸各种散料货物。那么装卸什么样的货物，就应该选取相应的抓斗来匹配。配错了不是效率低下，就是不能用了。比如：需要装卸的货种是煤炭，要配轻型的双瓣抓斗，假如配重型的双瓣矿抓斗，装卸效率则最起码低了50%。再比如：需要装卸的货种是煤炭，要配双瓣抓斗，要是配上齿型的木材抓斗，就应了我国一句俗语，用竹筐去取水，是徒劳的。不能用。 2.2 抓斗的维护 根据研究相关数据可知磨料磨损是抓斗应用中经常见到的故障，依据相关数据剖析可以发现在抓斗失效形式中,梢抽磨损而丧失工作性能的大约占40%，约30%是因为斗体刃磨损而丧失工作性能的，并且其中有30%是因为皮带轮磨损和其他零件损坏而丧失工作性能的。因而可知，提高抓斗使用寿命的重要途径是提高抓斗销轴与轴套的抗磨性和提高斗体刃口抗磨性这两种方式。影响材料磨损的因素有外部因素及内部因素。外部因素包括负载、滑动速度、磨料硬度和几何形状等。内部因素包括材料的化学成份、碳化物的类型、微观组织等。外部因素显而易见，这里不详细的叙述。为了提高抓斗的使用寿命，要针对抓斗各磨损部位的差别，选用不同的耐磨材料，并且辅之不同的加工工艺，从而尽大可能的提高抓斗的使用寿命。2.3 抓斗的结构按照本设计的要求，结合当前的使用频繁的抓斗，选取长撑杆双绳抓斗进行设计建模。长撑杆双绳抓斗是抓斗的基本型式，由颚板，下承梁，撑杆，上承梁，开闭绳以及闭合滑轮组组成。滑轮组的倍率通常为26倍。图 12.4 抓斗的工作原理 本次设计的长撑杆双绳抓斗起重机主体是由起升机构和运行机构构成。起升机构主包 括电动机、卷筒、减速器三个部分。电动机选用交流异步线绕式YZRR系列电动机，减速器选用同轴减速器。电动机通电后旋转，动力从电机输出轴的转矩通过轴联接到齿轮箱，齿轮箱三减速器达到传动比，齿轮箱带动滚筒旋转，使绕着卷筒上的钢丝绳也跟着旋转，同时钢丝绳把转动转变为上下方向的移动。钢丝绳通过滑轮组块驱动带动抓斗，使抓斗完成下降、张开、抓料、闭合、卸料等一系列动作，从而完成整个工作过程。1） 两条开闭绳同时以同速度下降，使开斗下降到物料堆上；2） 合斗取物，两条开闭绳同时上升预订高度，迫使物料装入颚板；3） 满载升斗，两绳同时同速上升到预定高度；4） 打开斗卸料，同时两绳同样速度下降，这样使颚板由于重量和材料的重量而卸下。3 抓斗的结构设计及计算3.1 抓斗的主要技术参数 为了便于设计和选用，抓取钢铁等散物可以按抓取物料容（r2.6t/m3），采用长撑杆双绳抓斗。本次设计内容所采用的的抓斗起重机额定起重量为8t，所抓取物料的容重为3.2 t/m3。3.2 抓斗自重的确定3.2.1 抓斗抓取能力的影响因素抓斗自重不仅是抓斗产生抓取力矩的来源,也是确保抓斗具有一定强度和刚度。一个影响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 =QGd 公式1 Q 为起重机的起重量（t） Gd 为抓斗自重（t）抓斗的评价指标是用抓斗起重的起重量利用率来表示的：g= 公式2 公式3 公式4 D 称为抓斗的抓取能力系数。 通过对影响抓取能力的因素的研究影表明主要有两方面影响因素：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B等因素；其次是抓斗自身的几何尺寸和结构形式，如抓斗的最大开度LM、颚板的宽度B、颚板的底背角S和抓斗自重Gd等。3.2.2 抓斗的自重研究表明影响抓取能力的重要因素是抓斗的自重。由于其自重大，在垂直压力下抓取散装物料时，抓取体积也多，抢斗设计必须保证有足够的重量。经实践表明，抓斗的自重、颚板宽度与最大开度的比值以及颚板底背角和散料计算粒度对抓取能力有很大的影响。抓斗自重可以由以下公式表示：Gd=K1*Q 公式5 其中：Q 为抓斗起重机额定起重量（t）。 K1为抓斗自重系数，可由表3.2.2.1得出：散料容重（t/）0.630.81.01.251.62.02.53.2抓斗自重系数0.4340.4290.4260.4200.4130.4100.4050.400表3.2.2.1 抓斗自重系数表 本次设计主要内容为抓取大型特重型物料，根据常用散料特性表可以得出，煤炭的散料容重为 3.2t/m3，抓斗额定轻重重量为5t，则抓斗自重： Gd=K1*Q=0.48t=3.2t3.2.3 抓斗自重的分配 抓斗各部分的重量分配对抓斗的抓取能力有很大影响。抓斗各部分重量分配可以根据以下公式来分配： Gdi=k2*Gd 公式6 其中：Gdi为抓斗各部分自重（t）； K2 为抓斗自重分配系数。表3.2.3.1 抓斗自重分配系数鄂板上承梁下承梁撑杆0.450.210.180.16 颚板自重： Gd1=0.453.2t=1.44t ； 公式7 上承梁： Gd2=0.213.2t=0.672t ； 公式8 下承梁： Gd3=0.183.2t=0.576t ； 公式9 撑杆： Gd4=0.163.2t=0.512t ； 公式103.2.4 颚板宽度将颚板的宽度增加可以对应的增加抓斗张开后的覆盖区域,并且在满足抓斗充填量的前提下,相应地减少了对抓斗闭合时挖掘物料的深度,也降低了抓取阻力。 颚板宽度B可由下式计算： 公式11 其中：Vd 抓斗容积（m3） 公式12 其中： 为抓斗抓取量； 为散料容积； 为颚板宽度系数，由起重机设计手册98表3.2.4.1可选取K3=1.186表3.2.4.1 颚板宽度系数K3散料容量（t/）0.630.801.001.251.602.002.503.20颚板宽度系数1.51.421.421.341.341.341.261.186 根据起重机设计手册表3.2.4.1选取K3=1.186 公式13 颚板宽度 公式143.2.5 抓斗的最大开度 抓斗的最大开度由下式计算： 公式15 其中：K4抓斗最大开度系数，由表3.2.5.11510选取表3.2.5.1 抓斗最大开度系数散物容重（t/）0.630.801.001.251.602.002.503.20抓斗最大开度系数1.7741.9241.9242.0862.1942.2502.3792.516 因此取K4=2.516 公式163.2.6 抓斗的其他几何参数 1） 根据上述计算，对颚板的宽度B和最大开度得出结果后，可以得出抓斗其他几何参数。 抓斗张开的覆盖面积 A=B*Lm=1.3582.88=3,911m2 公式17 2） 抓斗在抓取过程中的平均挖掘深度 公式18 3） 抓斗挖掘深度系数 公式19 4） 抓斗颚板宽度B与最大开度之比 公式203.2.7 抓斗颚板侧面形状 抓斗颚板侧面积为 公式21 其中Vd给定的抓斗容积（m3） 日常生活中我们用作图法来测算颚板侧面积，并与上式算出的F相比，如果不相等可调整Nb，直到与F相等。（如图3.2.7所示：） 图3.2.7.1 抓斗侧面图表 3.2.7.2抓斗颚板侧形系数KNB散货密度（容重）0.630.801.001.251.602.002.503.20抓斗颚板侧形系数0.7960.8400.8400.8850.9300.9540.9791.004 由上述图表可以知道： 其中： s为抓斗颚板底背角； B为散货自然坡角； 为抓斗颚板侧背角； 为颚板闭合后，斗内物料最多滑移角。 取=25，=13，=56，=22.7，=35 所算的F与理论值相差很小，故取=1.28m3.2.8 滑轮组的倍率双绳抓斗的滑轮组倍率推荐值如表3.2.8。 表3.2.8抓斗闭合滑轮组倍率 轻型抓斗中型抓斗重型抓斗特重型抓斗滑轮组倍率2334566 取滑轮组倍率m=6。3.3 抓斗各部分的具体参数3.3.1 上承梁具体参数 上承梁一般是由一个长方体来切割拉伸而成的，同时上承梁也要装配一个滑轮。采用正视图，参数具体如下： 长：1000mm； 宽：800mm；高：700mm； 切槽宽:150mm；高：500mm；距边缘处：80mm；中心孔直径：100mm。3.3.2 下承梁具体参数 颚板跟下承梁链接，在下承梁上表面与滑轮支撑体装配，用螺栓固定。具体参数如下： 长：1200mm；宽：1000mm；高：300mm。3.3.3 滑轮支撑体具体参数 滑轮支撑体装配在下承梁上表面，用来支撑滑轮，其具体参数如下：底板尺寸长：1000mn；宽：800mm；高：100mm。 板上两支撑件相距为：150mm；支撑件外缘半径：90mm ； 支撑件上轴心圆直径：100mm；支撑体上绳索固定件长：160mm；宽：50mm；高：80mm；外缘半径：80mm；中心孔直径：100mm。 3.3.4 撑杆具体参数 撑杆用来链接上承梁与颚板，并且起支撑作用，跟颚板的张闭合一块运动。撑杆必须保持其稳定性。其具体参数如下：撑杆轴孔中心距：2800mm；宽：100mm；连接处厚：150mm；外圆半径：100mm。 3.3.5 颚板具体参数 颚板是采用钢板焊接形成的 颚板具体参数如下颚板与撑杆链接处各板块厚：200mm；轴孔直径：100mm；颚板壳体厚：800mm；壳体边缘厚：10mm；长：2000mm。3.3.6 滑轮 滑轮整体厚：120mm；最外圆直径：200mm；轴心圆内径：100mm； 垫片内径为：100mm；外径：150mm；厚：15mm。 3.4 抓斗的验算3.4.1 对抓取能力进行验算 确定抓斗的主要参数后，我们可以用一下公式来进行验算： G1 =Gd*K*e* 公式22 可以得出抓斗的填充量G1 1.52m 3 ，抓斗自重系数K1算出的抓斗填充量为 1.5m3 两者近似相等。3.4.2 对颚板的强度进行校核 颚板呈开口式结构的，底边有刃口部分，受力比较大因此要加强强度，韧度。 颚板按受到的载荷均匀来算，刃口部分进行单独验算，其弯曲力矩计算公式由一下公式来计算： 公式23式中 K0-为系数，按颚板底板长度比A/B， 由表3.4.2.1选取。 q0为底板上的均布压力， 按下式计算： K7为物料分布不均匀系数，取K7=1.2 公式24 表3.4.2.1A/B0.50.60.70.80.9K00.060.0740.0880.0970.107A/B1.01.11.21.31.4K00.1120.120.1260.1320.133 由A/B=1.1查表得K0=0.12 颚板底板的弯曲强度校核：=19354MPa=200MPa 公式25 式中 为底板厚度； 为 许用应力，材料Q235 =200MPa 校核结果：此抓斗符合强度要求。3.4.3 颚板跟撑杆链接处连接轴的校核 由于颚板跟撑杆链接处比较复杂，我们只对满载的情况下进行校核。此时颚板受自身重力、物料质量以及颚板轴上的力。 颚板质量为：1.44t；物料质量为：3.2 t；轴直径为：100mm。 可以得出剪切应力为 = 29.14MPa 公式26 因此轴采用45钢，它的许用切应力为=335MPa 因此，颚板与下承梁连接轴满足强度要求。 3.4.4 对连接螺栓M48强度校核 各链接处都采用螺栓M48，所以我们仅需分析其中一个螺栓链接受力处。螺栓的材料为45钢。 当抓斗空载的时候，支撑绳的拉力为G=3.2t 由受力平衡定理可以得出 4Fcos=G 公式27 F= 29N 因为轴直径为 d= 100mm 所以剪切应力为： = 0.415MPa=335MPa 公式28 因此，螺栓M48满足强度要求。3.4.5 对撑杆强度进行校核 撑杆受力跟螺栓受力相等，即F=29N 撑杆的横截面积为A=1.358m2 所以它的截切应力 = 21.35MP 335MP 公式29 因此，撑杆强度也满足要求3.4.6 对滑轮组轴强度进行校核 在本设计中我们所选用的滑轮组倍率为6，轴上所受到的最大力为满载时的，即F= *5*104=41.67KN 公式30所以剪切应力为= 250.02 MP 335MP 4 对零件三维建模4.1 SoidWorks软件的简介 SolidWorSolks软件公式成立于1993年，总部位于马萨诸。世界上第一个面对Windows开发的三维CAD产品是solidworks软件，随着技术的不断发展创新使的越来越符合社会应用中的发展潮流和趋势，在国际上越来越得到广泛的应用。SolidWorks软件出色的表现已经成为华尔街青睐的对象612。SolidWorks软件具备强大的实体建模功能，本节介绍SolidWorks软件的界面管理与建模过程。4.2 SolidWorks软件常用工具栏4.2.1 标准栏 如图4.2.1.1所示，这是工具栏的一部分；选择文件用来新建零件，装配体，工程图，选择编辑用来编辑零件设计表抗弯系数等如图4.2.1.2；图4.2.1.1图4.2.1.24.2.2 视图工具栏 选择视图可以更改SolidWorks选项的设定，设置基准面，基准线，点等。如图4.2.2为视图工具栏：用来确定视图的方向，显示一对话框来选择标准或用户定义的视图。图4.2.24.2.3 草图绘制工具栏 选择基准面后便可进行画图，画图工具栏如图4.2.3：图4.2.34.2.4 特征绘制工具栏 草图绘制后需要进行特征建模，对草图进行拉伸旋转扫描镜像切除等得到实体。特征如图4.2.4:图4.2.44.3 对抓斗实体进行三维建模学习SolidWorks软件之后我们可以对本课题设计的抓斗进行三维建模，根据各零件设计的参数绘制草图，根据各零件实体进行建模，然后将得到的各零件进行装配，最后简称是否装配正确。4.3.1 上承梁建模 根据设计参数首先绘制形然后对长方形进行拉伸如图4.3.1.1，然后选前视基准面根据设计参数在两端切割两个矩形槽如图4.3.1.2，再然后拉伸切割圆柱孔如图4.3.1.3，最后在上承梁的上端绘制绳索的固定装置，所建三维模型如图4.3.1.4。图4.3.1.1图4.3.1.2图4.3.1.3图4.3.1.44.3.2 下承梁建模首先根据设计尺寸绘制草图长方形，对其进行拉伸成长方体，如图4.3.2.1，其次，根据计算尺寸进行拉伸切除圆柱孔，所建三维模型如下4.3.2.2： 图4.3.2.1图4.3.2.24.3.3 撑杆建模 首先绘制长方形草图对其进行凸台拉伸成为长方体，如图4.3.3.1，然后进行拉伸凸台外缘和切除孔，三维模型如图4.3.3.2。图4.3.3.1图4.3.3.24.3.4 垫圈建模 首先绘制同心圆草图，如图4.3.4.1，然后对其进行凸台拉伸，得到挡圈三维模型，如图4.3.4.2。图4.3.4.1 图4.3.4.24.3.5 滑轮建模 根据设计参数首先绘制草图，将其拉伸成为圆柱体，如图4.3.5.1，然后绘制同心圆拉伸切除成同心圆轴孔，如图4.3.5.2，其次绘制动滑轮三维建模如图4.3.5.1。图4.3.5.1图4.3.5.2图4.3.5.34.3.6 颚板1建模 颚板结构十分复杂，首先根据侧视图绘制多边形将其拉伸成为多边立方体，如图4.3.6.1，然后进行抽壳如图4.3.6.2，然后在两端加入撑杆固定装置，如图4.3.6.3，最后修改各部分详细尺寸，对其进行拉伸切除成为所需颚板模型，其三维模型如图4.3.6.4。图4.3.6.1图4.3.6.2图4.3.6.3图4.3.6.44.3.7 颚板2建模 颚板2建模跟颚板1建模方法一样，在建模过程中尺寸有所不同，其三维模型如图4.3.7。图4.3.74.3.8 滑轮装配体 各零件模型建立好后，需要装配零件。首先将垫圈与滑轮装配在一起即滑轮组装配体，如图4.3.8.1，将以上装配体与滑轮支撑体，下承梁相配合，如图4.3.8.2。图4.3.8.1图4.3.8.24.3.9 抓斗装配体 将各零件严密地进行相互配合，给予合理的约束关系，在装配结束后进行干涉检查，确保其尺寸合理，装配正确，最后进行运动的仿真与分析。三维模型如图4.3.9。图4.3.94.4 对各零件绘制二维工程图 根据各零件三维模型图利用Solidworks软件导出二维工程图，其各零件二维工程与具体详细尺寸见图纸，以下是各零件所导二维工程图：4.4.1 撑杆二维工程图 将撑杆三维零件图导入Solidworks软件中将其导出二维工程图如下4.4.1：图4.4.14.4.2 上承梁二维工程图 将上承梁三维零件图导入Solidworks软件中将其导出二维工程图如4.4.2：图4.4.24.4.3 下承梁二维工程图 将下承梁三维零件图导入Solidworks软件中将其导出二维工程图如下4.4.3。图4.4.34.4.4 滑轮支撑体二维工程图 将滑轮支撑体三维零件图导入Solidworks软件中将其导出二维工程图如4.4.4。图4.4.44.4.5 垫圈二维工程图 将垫圈三维零件图导入Solidworks软件中将其导出二维工程图如4.4.5。图4.4.54.4.6 滑轮
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