剪式抓斗课件

剪式抓斗

剪式抓斗是一种应用广泛的工具，它巧妙地运用了剪刀原理。具体来说，它将两个颚板通过共用的中心铰点连接起来，颚板的端部设计为绳索式加力臂。这种独特的设计使得剪式抓斗在操作过程中能够灵活地完成开启和关闭动作。

在开启动作时，它依靠放松剪臂处滑轮组的钢丝绳，同时收紧支承绳来实现。而关闭动作则是通过收紧滑轮组的钢丝绳，利用杠杆原理实现增力，从而使颚板闭合抓取物料。值得注意的是，在闭合过程中，其闭合力矩会逐渐增加。这一特性使得剪式抓斗在抓取物料时具有很大的优势，能够做到干净不漏料。

由于剪式抓斗的这些优点，它在大型桥式卸船机上得到了广泛应用。在卸船作业中，能够高效、稳定地抓取物料，大大提高了工作效率，为散货装卸工作带来了极大的便利。总之，剪式抓斗凭借其独特的设计和出色的性能，在相关领域发挥着重要作用。20世纪60年代，美国、德国、荷兰等发达国家大力开展剪式抓斗的研究与改进工作。他们致力于让剪式抓斗具备更出色的性能，最终使得剪式抓斗拥有比长撑杆抓斗更强大的抓取能力，从而能够配备在大型桥式卸船机上。

与长撑杆深挖型抓斗相比，剪式抓斗对自重的依赖程度更低。在颚瓣闭合过程中，剪式抓斗的闭合力矩会不断增大，这一特性十分关键。因为闭合力矩增大有利于抓取更多的物料，意味着在同样的条件下，剪式抓斗能够抓取更大量的货物。

基于这一优势，剪式抓斗可以在保证足够强度的条件下，减轻自身重量。减轻自重的好处是实现较高的抓取比，也就是用相对较轻的抓斗抓取更多的物料，进而提高抓取性能。这对于提高散货装卸效率具有重要意义，能够为相关行业带来更高的经济效益。

这里展示的荷兰nemag剪式抓斗，就是剪式抓斗优秀性能的一个典型代表，它直观地体现了剪式抓斗在实际应用中的优势。

在国内码头散货装卸领域，抓斗一直是主要工具。经过多年发展，长撑杆抓斗受结构限制，装卸效率提升遭遇瓶颈。这就好比一辆车，原本的设计限制了它速度的进一步提升。

反观国外，在剪式抓斗的研究和使用上一直处于领先地位，不断优化其性能。而国内在剪式抓斗设计方面却停滞不前，与国外的差距逐渐拉大。

在这样的背景下，为了提升散货卸船效率，我们公司决定行动起来。针对目前港口2500t/h卸船机，对剪式抓斗进行研究和设计。这就像是在探索一条新的道路，希望通过我们的努力，让剪式抓斗在国内散货装卸中发挥更大的作用，打破长撑杆抓斗的效率瓶颈，为码头散货装卸带来新的活力。

这次来分析剪式抓斗的抓取能力。抓斗和起重机是柔性联结，当处于张开状态的抓斗落到物料堆后，收紧开闭绳，绳中张力经滑轮增力，使两臂靠近，促使物料进入颚瓣。

抓斗的抓取力来源多样，抓斗自重在重力作用下，能对物料产生一定压力，开闭绳张力是驱动抓斗闭合的直接力量，而滑轮增力则放大了这种力量，三者共同构成了抓取力。

在影响抓斗性能的参数方面，抓斗自重、夹臂长度、滑轮倍率等对抓取力影响显著。抓斗自重越大，抓斗闭合力越大；夹臂长度的变化会改变力臂，从而影响抓取力；滑轮倍率越高，增力效果越好，抓取力也越大。而抓斗宽度和张开度则直接决定了抓货量，也就是斗容。抓斗越宽、张开度越大，斗容也就越大。

了解这些参数的影响，有助于我们更深入把握剪式抓斗的工作原理，为后续设计和优化提供依据。

在分析63t剪式抓斗的抓取性能时，我们综合考虑了多种因素，采用计算机辅助设计进行三维建模。这种方法结合了散体力学基本理论与散体颗粒离散单元分析法，能够更精准地模拟抓斗的工作情况。

具体来看，物料容重设定为2.5t/m³，这一参数反映了物料的重量特性，对抓斗的抓取能力有着重要影响。物料颗粒度取为20mm，不同的颗粒度会使物料的流动性和堆积状态有所不同，进而影响抓斗的抓取效果。

抓斗滑轮倍率为3，而国外剪式抓斗倍率为2。滑轮倍率的差异会影响抓斗的开闭力和工作效率，我们选择3的倍率是经过综合考量的，它能在保证足够抓取力的同时，提高抓斗的工作性能。

抓斗自重21t，自重是抓斗抓取力的重要组成部分，合适的自重能使抓斗在抓取物料时更加稳定和高效。通过对这些参数的精确设定和分析，我们能够更深入地了解63t剪式抓斗的抓取性能，为后续的设计和优化提供有力的依据。

在剪式抓斗抓取能力分析中，EDEM仿真模拟呈现出令人满意的结果。抓斗抓取物料达42.8t，而抓斗自重为21t，经计算抓取比达到2.04。这一数据意义重大，它表明抓斗的抓取性能相当出色。

抓取比高意味着在抓斗自重一定的情况下，能够抓取更多的物料，这对于提高散货卸船的效率至关重要。结合Matlab与EDEM的模拟结果来看，抓取量足够，完全能满足我们初始化的设计要求。这说明我们针对港口2500t/h卸船机所进行的剪式抓斗研究及设计是成功的，达到了预期的目标。

在此，要特别感谢上海海事大学王悦民教授及其团队的大力支持和协助。他们的专业知识和技术支持，为我们的研究和设计工作提供了坚实的保障，让我们能够顺利地完成剪式抓斗的设计，并取得良好的性能指标。第9页

我们针对2500t/h卸船机设计的63t剪式抓斗，各项参数紧密关联且经深思熟虑。起重量63t决定了抓斗的工作承载上限，是其核心性能指标，反映了抓斗在实际作业中能够稳定处理的最大货物量。

斗容16.8m³与物料比重2.5t/m³相互配合，斗容体现抓斗的容纳空间，结合物料比重，能精准计算出抓斗一次抓取的物料重量，从而评估其工作效率。物料堆积角30°对抓斗的抓取过程影响显著，合适的堆积角有助于物料顺利进入抓斗，提高抓取的顺畅性。

滑轮底径1000mm和滑轮倍率3共同影响着抓斗的动力传递和抓取力。滑轮底径大小影响着钢丝绳的缠绕和运行，而滑轮倍率则决定了开闭绳张力的放大倍数，进而增强抓斗的抓取能力。

钢丝绳直径φ53和闭合索行程13000mm、闭合绳长度30000mm，这些参数确保了抓斗的开闭动作稳定可靠。钢丝绳的粗细影响其强度和耐用性，而闭合索行程和闭合绳长度则直接关系到抓斗的开闭范围和灵活性。

抓斗自重21t和抓取比2.0是衡量抓斗性能的关键指标。抓斗自重合理控制，在保证足够强度的同时，可提高抓取比，使抓斗在抓取物料时更加高效。这些设计参数相互协调，共同保障了剪式抓斗在实际应用中的高性能表现。第10页

剪式抓斗由多个基本部件构成，每个部件都在抓斗的运行中发挥着关键作用。

内斗体作为抓斗的重要组成部分，直接与物料接触，其设计和结构决定了抓斗抓取物料的效率和效果。合理的内斗体设计能够使物料更顺畅地进入抓斗，提高抓取量。

外斗体则起到保护和支撑内斗体的作用，同时也参与到抓斗的整体力学结构中。外斗体与内斗体相互配合，共同完成物料的抓取和卸载过程。

主铰点销轴是连接抓斗各部分的关键枢纽，它使得抓斗的各部件能够灵活转动，实现抓斗的开闭动作。主铰点销轴的质量和性能直接影响抓斗的稳定性和可靠性。

支持链条为抓斗提供了必要的支撑和拉力，保证抓斗在工作过程中能够承受一定的重量和外力。支持链条的强度和耐久性对于抓斗的正常运行至关重要。

上吊架则负责将抓斗与起重机连接起来，起到传递力量的作用。上吊架的设计需要考虑到与起重机的适配性以及抓斗在运行过程中的稳定性。

这些基本部件相互协作，共同构成了剪式抓斗的完整结构，确保了抓斗能够高效、稳定地完成散货装卸任务。第11页

前面我们分析了剪式抓斗的抓取能力，也了解了它的一些设计参数和基本部件。现在进入到剪式抓斗结构设计中内斗瓣的三维设计部分。

内斗瓣的三维设计至关重要，它直接影响着抓斗的抓取效率和性能。通过三维设计，我们能精准地呈现内斗瓣的形状、尺寸和结构，模拟其在实际工作中的状态。这样可以提前发现潜在问题，优化设计方案，避免在实际制造和使用过程中出现不必要的麻烦。

精准的内斗瓣三维设计能确保抓斗与物料的接触更加合理，提高抓取力，进而提升抓斗的工作效率。同时，还能根据不同的工作场景和物料特性，对设计进行灵活调整，使抓斗的性能达到最佳。所以，内斗瓣的三维设计是剪式抓斗结构设计中不可或缺的重要环节。第12页

在剪式抓斗的结构设计里，外斗瓣的三维设计至关重要。前面我们已经了解了抓斗的抓取能力分析、设计参数以及内斗瓣的三维设计等内容。外斗瓣作为剪式抓斗的关键部件，其三维设计直接影响着抓斗的整体性能。

外斗瓣的三维设计需要综合考虑多个因素。它要与内斗瓣相配合，以实现高效的抓取功能。从力学角度来看，合理的外斗瓣设计能够更好地分散抓取物料时产生的压力，提高抓斗的使用寿命。同时，外斗瓣的形状和尺寸也会影响抓斗的斗容，进而影响抓取量。

在设计过程中，我们可能会运用先进的计算机辅助设计技术，结合散体力学基本理论和散体颗粒离散单元分析法，对不同的设计方案进行模拟和分析。通过不断优化外斗瓣的设计，使其在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能地提高抓取性能和工作效率。

只有做好外斗瓣的三维设计，才能确保剪式抓斗在实际应用中发挥出最佳的性能，满足各种工作场景的需求。第13页2015年，我公司与宁波舟山港股份有限公司达成合作，签订联合开发协议，共同开启了针对宁波舟山港2500t/h卸船机剪式抓斗的设计与研发工作。双方对该剪式抓斗从前期的调研、设计、计算、校核，到制作，再到后期的测试、使用等一系列环节，都达成了比较一致的意见。这一合作体现了双方对该项目的高度重视和共同努力，为剪式抓斗的顺利研发奠定了坚实基础。

到了2016年1月，剪式抓斗正式开始上机测试使用。这标志着前期的设计研发工作取得了阶段性成果，进入了实际验证阶段。通过上机测试，我们可以检验剪式抓斗在实际工作中的性能和效果，发现可能存在的问题并及时进行改进和优化，从而确保其能够满足实际生产的需求，为港口的卸船作业提供更高效、更可靠的设备支持。第14页

剪式抓斗的试制与试用是整个研发过程中的关键环节。2015年，公司与宁波舟山港股份有限公司签订联合开发协议，开启了针对宁波舟山港2500t/h卸船机剪式抓斗的设计与研发工作。双方对该剪式抓斗的前期调研、设计、计算、校核、制作以及后期的测试、使用都达成了比较一致的意见。

到了2016年1月，剪式抓斗开始上机测试使用。这标志着前期的设计和研发成果进入了实际验证阶段。通过实际的试用，我们可以检验剪式抓斗在实际工作中的性能和效果，发现可能存在的问题，并及时进行改进和优化。

试制和试用的过程不仅是对产品的检验，也是对整个研发团队能力的考验。在这个过程中，团队需要不断地调整和完善设计，以确保剪式抓斗能够满足实际工作的需求。同时，试用的结果也将为后续的产品推广和应用提供重要的依据。第15页

前面我们了解了剪式抓斗从设计研发到上机测试使用的过程，接下来，让我们通过一段使用视频，更加直观地感受剪式抓斗在实际工作中的表现。这段视频将展示剪式抓斗在宁波舟山港2500t/h卸船机上的运行情况，能让我们清晰看到它的工作流程和效率。

在视频中，我们可以观察到剪式抓斗如何精准地抓取货物，它的内斗瓣和外斗瓣配合默契，主铰点销轴、支持链条、上吊架等部件协同运作，确保抓斗稳定且高效地工作。通过实际的操作画面，我们能更深刻理解剪式抓斗结构设计的合理性和优势。

同时，结合之前提到的设计数据、实测数据等内容，对比剪式抓斗和长撑杆抓斗在抓取比、润滑维护量、平均抓货量等方面的差异，我们能从这段视频中更清晰地看到剪式抓斗在实际应用中带来的显著效果，比如抓取比更高意味着能抓取更多货物，维护量降低能节省成本和时间，平均抓货量增加能提高卸船机的工作效率等。第16页

在剪式抓斗的研发与应用过程中，设计数据里的抓斗参数比较至关重要。它是衡量抓斗性能的关键依据，能为我们全面评估剪式抓斗的优势与潜力提供有力支持。

从前面的内容可知，我们对剪式抓斗进行了全面的设计、试制和试用。而抓斗参数比较作为设计数据的一部分，就像是一把精准的尺子，能让我们清晰地看到剪式抓斗在各项指标上的表现。通过与其他类型抓斗对比参数，我们可以明确剪式抓斗在抓取比、润滑维护量、平均抓货量以及卸船机效率提升等方面的具体优势。

比如，后续实测数据显示剪式抓斗抓取比平均为1.85，长撑杆抓斗平均抓取比在1.42，相比大了0.43，这一优势很可能在抓斗参数比较的设计阶段就有所体现。所以，抓斗参数比较不仅是对设计成果的一种量化呈现，更是我们进一步优化剪式抓斗性能、提高工作效率的重要参考。第17页

在抓斗性能对比中，抓取比是衡量抓斗工作效率的关键指标。此次实测数据显示，剪式抓斗抓取比平均达到1.85，而长撑杆抓斗平均抓取比为1.42，剪式抓斗相比长撑杆抓斗大了0.43，这一数据表明剪式抓斗具有较大优势。

从实际应用角度看，抓取比大意味着剪式抓斗在相同条件下能够抓取更多的货物。这对于提升卸船机的工作效率至关重要，能在单位时间内完成更多的货物卸载任务，从而提高整个码头的运营效率。

此外，抓取比的提升也反映出剪式抓斗在设计上的科学性和合理性。它能够更有效地利用自身结构和力学原理，将更多的货物抓取到抓斗内，减少了无效的抓取动作，降低了能源消耗。

综合来看，剪式抓斗在抓取比方面的优势，使其在实际应用中具有更高的工作效率和更低的运营成本，是一种值得推广和应用的抓斗类型。2目录剪式抓斗的定义……………….….……………3剪式抓斗的优点…………………..……………4剪式抓斗的开发目的…………..………………5剪式抓斗抓取能力分析………...……………6-8剪式抓斗的结构设计……….9-12剪式抓斗的试制、试用…………………..13-15设计数据比较…………………16实测数据比较…….….……17-20剪式抓斗的优越性…………….….…………..21结束语…………22

剪式抓斗是利用剪刀的原

理，把两个颚板靠共用的中心铰点连接，颚板的端部为绳索式加力臂，剪式抓斗开启动作依靠放松剪臂处滑轮组的钢丝绳，收紧支承绳来完成，关闭动作依靠收紧滑轮组的钢丝绳，利用杠杆原理增力，使颚板闭合抓取物料，其闭合力矩随着闭台过程逐渐增加，抓取物料时干净不漏料，多用在大型桥式卸船机上。剪式抓斗的定义3

20世纪60年代，美国、德国、荷兰等发达国家加大力度对

剪式抓斗的研究及改进，使

其具有比长撑杆抓斗更好的

抓取能力，配备在大型桥式

卸船机上。剪式抓斗对自重

的依赖程度比长撑杆深挖型

抓斗要小，其颚瓣闭合过程

中闭合力矩越来越大，有利

于抓取更多物料，所以能在

保证足够强度的条件下，减

轻抓斗自重以实现较高抓取

比，提高其抓取性能。

右图为荷兰nemag剪式抓斗剪式抓斗的优点4

国内码头散货装卸的主要工具是抓斗，通过这些年的快速发展，长撑杆抓斗因为结构的限制，在装卸效率上很难进一步得到提高。国外对剪式抓斗的研究及使用一直处于领先地位，国内的剪式抓斗的设计却一直停滞不前。在这一前提下，为了进一步提高散货卸船的效率，我公司针对目前港口2500t/h卸船机，对剪式抓斗进行了研究及设计。剪式抓斗的开发目的5剪式抓斗抓取能力分析

抓斗和起重机之间是柔性联结的。当呈张开状态的抓斗落到物料堆上后，收紧开闭绳，绳中的张力通过滑轮增力后，使两臂互相接近，

颚瓣在闭合过程中，促使物料进入颚瓣，其中抓取力是由抓斗自重、开闭绳张力、及其在滑轮上产生的增力等产生的。抓斗自重、夹臂长度、滑轮倍率等抓斗参数对抓取力有比较明显的影响，而抓斗宽度，张开度等抓斗参数则直接影响抓货量，即斗容。6

综合考虑以上因素，采用计算机进行辅助设计三维建模，利用散体力学基本理论与散体颗粒离散单元分析法相结合，分析了63t剪式抓斗的

抓取性能。

物料容重为2.5t/m3

物料颗粒度取为20mm

抓斗滑轮倍率为3（国外剪

式抓斗倍率为2）

抓斗自重21t。剪式抓斗抓取能力分析7

EDEM仿真模拟抓斗抓取物料42.8t，抓斗自重21t，抓取比为2.04，因此根据Matlab与EDEM模拟结果，抓取量足够，抓取比高，抓取性能好，满足初始化的设计要求。

在此感谢上海海事大学王悦民教授及其团队的大力支持和协助！剪式抓斗抓取能力分析8

针对2500t/h卸船机63t剪式抓斗的设计参数

起重量：63t

斗容：16.8m³

物料比重：2.5t/m³

物料堆积角：30

°

滑轮底径：1000mm

滑轮倍率：3

钢丝绳直径：φ53

闭合索行程：13000mm

闭合绳长度：30000mm

抓斗自重：21t

抓取比：2.0剪式抓斗的结构设计9

内斗体

外斗体

主铰点销轴

支持链条

上吊架剪式抓斗的基本部件剪式抓斗的结构设计

内斗瓣的三维设计：11剪式抓斗的结构设计

外斗瓣的三维设计：12剪式抓斗的试制、试用

2015年，我公司与宁波舟山港股份有限公司签订联合开发协议，开始了针对宁波舟山港2500t/h卸船机剪式抓斗的设计与研发，对该剪式抓斗的前期调研、设计、计算、校核、制作以及后期的测试、使用都达成了比较一致的意见。

2016年1月，剪式抓斗开始上机测试使用。13剪式抓斗的试制、试用14剪式抓斗的试制、试用剪式抓斗的使用视频15序号项目63t四索双瓣长撑杆抓斗63t四索剪式抓斗备注1起重量63t63t2最大斗容15.5立方16.8立方多1.3立方3自重25.8t21.0t自重减轻4最大抓取量37.2t42t每斗多抓4.8t5抓取比1.442抓取比增大6闭合索行程13.98米12.0米闭合时间短设计数据：抓斗参数比较16时间船名矿种名比重剪式抓斗（自重23.6t）长撑杆抓斗（自重25.2t）净重（t）斗容(m³)抓取比净重（t）斗容(m³)抓取比2017.4.13海之恋人巴西精粉2.245.7217.21.9439.2218.91.572017.3.30莱克瑟斯巴西粉2.6538.8817.21.6535.7814.91.422017.3.25勇敢者MAC粉246.3217.21.9631.7618.91.26实测数据：抓取比比较

剪式抓斗抓取比平均1.85,长撑杆抓斗平均抓取比在1.42,相比大了0