1、1. 概 述 80年代以來，我國相繼建成了寶鋼主、副原料碼頭，北倉港礦石中轉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)代化散貨專用碼頭，其卸船設備一般為起重量3050t的抓斗橋式卸船機。國內(nèi)現(xiàn)用的剪式抓斗有抓取比大的優(yōu)點，但閉斗后外形尺寸太大；斜壓式抓斗是一種不對稱的長撐桿抓斗，它在抓貨后，留下的不對稱軌跡對后面的逐層抓取不利。只有長撐桿雙顎板抓斗在抓取各類散貨時具有良好的適應性。近幾年國內(nèi)設計制造的長撐桿抓斗已先后用于寶鋼副原料碼頭，浙江北倉港電廠煤炭碼頭，廣東某電廠及大連港甘井子煤場等地，使用性能良好。 1.1抓斗的總體描述抓斗，工程機械用，安裝于吊車懸臂末端，用于抓挖土方或散裝物。由

2、于其裝貨與卸貨過程完全是由起重機司機操縱并依靠機械的力量自動進行，因而完全不用人工裝網(wǎng)絡與掛摘鉤，避免了繁重的人力勞動，節(jié)省勞動力，同時也節(jié)省了輔助時間，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。 當給定散貨裝卸任務之后，也就是確定搬運散貨的行程之后，抓斗起重機的裝卸效率取決于起重機的起重量與機構的工作速度。經(jīng)濟性良好的裝卸作業(yè)，要求對起重機的起重量和其他裝備的驅動功率有一個絕佳的選擇。因為抓斗起重機的裝卸效率與抓斗的抓獲量密切相關，而且起重機的起重量又必須等于抓斗的自重加上其抓獲量，所以設計的最重要課題就是如何設計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)濟效益前提下，盡可能使抓斗獲得最大的填充率。這里所說的綜合經(jīng)濟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比而言。當設計合理時，抓斗的使用壽命理應與其結構材料的強度，也就是與其自重有關。 抓斗起重機的起重量利用率可由抓斗抓取的散貨質量與散貨質量加抓斗的自重之比來量度，或者用抓斗的抓取能力系數(shù)來衡量抓斗的抓取性能。針對需要裝卸的散貨種類，選擇最佳的抓斗參數(shù)，精心滿足抓斗的強度與剛度要求，即能獲得滿意的抓斗填充率，因而也就極大地提高了起重機起重量的利用率。由于起重機的設備投資是抓斗設備投資的幾十倍甚至上百倍，所以使用質量優(yōu)良的抓斗為降低裝卸

4、成本提供了極大的可能性。 充分利用起重機的起重量，意味著抓都在抓取散貨的正常作業(yè)中，應該以及小的上下偏差得到給定的填充量。一個性能良好的抓斗，不僅應該具有一個很高的理論填充量，而且在實際使用中，確實也能夠平均的達到這個填充量。抓斗填充量不足，將使起重機的裝卸效率降低，而填充過量，則使起重機超載。在使用抓斗時，這些都是不希望的。為了使抓斗抓取散伙時能夠達到預期的填充量，首先必須掌握影響抓斗填充過程的所有影響因素的有關知識。 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，抓斗閉合過程中閉合繩拉力的大小及變化，抓斗閉合速

5、度，抓斗開度）。 為了揭示上述影響因素對抓斗填充量的影響程度以及他們之間的相互關系，迄今為止常常單獨或綜合采用下述三種方式進行研究：(1)對于顆粒比較均勻分散性比較良好的細粒物料，例如砂子，糧食等，運用土力學理論對抓斗填充過程進行分析處理。（2）運用模型抓斗進行試驗研究。（3）運用原型抓斗進行試驗研究。必須指出的是：即使在目前，為散貨起重機配備抓斗的主要依據(jù)是散貨的容貨時填充不足。但是，如果考慮粒度的影響，則必須考慮下述問題：在同一類散貨中，粒度增大到何種程度，是使用撐桿抓斗經(jīng)濟還是應該使用其他形式的抓斗；在裝卸哪些散貨時，為使抓斗充滿而不必對抓斗自重提出要求，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，抓斗的形式基本上可分為雙繩抓斗，單繩抓斗與馬達抓斗三類。其中以雙繩抓斗應用最為廣泛，而其他兩類抓斗在港口裝卸作用中則應用很少，因此下面主要介紹雙繩抓斗。1.2抓斗的結構組成及工作原理雙繩抓斗有左右對稱的兩個顎鏟，同顎鏟鉸接的下承梁，撐桿和上承梁組成。整個抓斗掛在兩根繩索上，其中一根繩索直接固定在上承梁上，稱為支持繩，另一根繩索稱為開閉繩，它穿過上承梁，繞過下上承梁的滑輪后，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)過上述四個過程，抓斗完成了一個工作循環(huán)，重新處于準備抓貨的狀態(tài)。1.3抓斗的抓貨過程張開狀態(tài)

7、的抓斗降落到貨堆上以后，當向上收緊開閉繩而支持繩處于松弛狀態(tài)下，開閉繩的張力則通過滑輪組的作用，使上下承梁互相接近，從而使顎鏟產(chǎn)生逐漸關閉的運動而抓貨。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系。它們構成了抓獲過程的主要矛盾。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）撐桿與顎鏟鉸接點位置的影響；（4）最大張開度的影響；（5）顎鏟寬度的影響；（6）顎鏟幾何形狀的影響；（7）物料性

8、質的影（8）操作方法的影響。1.5抓斗的設計計算任務抓斗主要由顎鏟，撐桿，上承梁和下承梁四個部分組成。在頭部一般還裝有上滑輪以及開閉繩導向裝置，在下承梁裝有下滑輪。設計抓斗時，對其構造上的考慮，應保證抓斗各構件只有一個相對自由度，以便使抓都在抓貨過程中不致由于兩顎鏟刃口上遇到不同阻力時影響到他們的真確閉合；同時，也為了使已閉合的抓斗不會在起升過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，使撐桿與頭部間只有一個相對自由度。抓斗設計計算的任務在于：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)，使之滿足生產(chǎn)要求，并具有良好的

9、工作可靠性和工作性能。設計計算抓斗的原始數(shù)據(jù)有：所抓物料的物理和機械性質（包括單位容積質量，塊類大小，自然坡度較，潮濕度，堅實度及結塊性等）和配套起重機的有關數(shù)據(jù)（包括額定起重量，是用抓斗工作時的生產(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)。設計計算的步驟分為：確定抓斗的幾何容積，確定抓斗的最大張開度及寬度，選擇并確定顎鏟的側面形狀和尺寸，選擇確定開閉滑輪組倍率，選擇鋼絲繩，確定抓斗總體結構尺寸并繪制布置簡圖，確定抓斗自身質量及其合理分配，驗算抓斗的抓取能力，抓斗主要構件的強度驗算。其中抓斗主要構件的強度驗算包括撐桿的強度驗算和顎鏟的強度驗算。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專用抓斗 對于不同的貨種，應該采用不同的專用抓斗。較常用的有多顎鏟抓斗，振動抓斗，耙集抓斗。當抓取大塊的礦石或金屬切屑時，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法插入貨層，這時，最好采用多顎鏟抓斗。對于難抓取的大塊礦石，巖石，為了加強顎鏟刃深入貨層的能力，可在顎鏟上裝置振動發(fā)生器。顎鏟在振動發(fā)生器的作用下，作前后左右振動，覓縫插刃，促使鏟刃深入貨層。普通長撐桿雙繩抓斗，在交大的貨堆上作業(yè)時，一般抓的較滿。但是，當貨層變薄時，抓貨量就顯著下降，而且可能使船艙底板受到損壞。這時

11、，適宜采用張開度大的耙集抓斗。2. 總體設計對于抓斗設計來說，為要保證得到良好的抓取性能，必須根據(jù)物料性質的不同類型來選擇抓斗的結構參數(shù)。通常，根據(jù)抓取的物料性質不同，將抓斗劃分為幾種類型，其劃分范圍如下：按被抓取物料的容重來分：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量。式中：m斗空抓斗質量（t） r物料容重(t/m3) Q額起重機的額定起重量（t） K'系數(shù)，此式中取K'=0.4抓斗的幾何容

12、積也可按照起重機給定的生產(chǎn)率根據(jù)下式計算：。式中：p起重機的額定生產(chǎn)率； t抓斗完成一次工作循環(huán)的平均時間；可按給定的工作繩速度，抓斗平均運行距離 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度L及寬度B 設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：抓斗的最大張開度式中：取系數(shù)，則抓斗寬度2.3選擇并確定顎鏟的側面形狀和尺寸顎鏟的側形應與所抓物料的性質相匹配。對于很松散的小顆粒物料，宜采用圓弧形顎鏟。對于大中塊物料，宜采用底面平直的顎鏟。2.3.1顎鏟的底倍角在此設計中取底倍角；2.3.2顎鏟

13、側板上緣與水平線夾角： 建議取為等于物料運動狀態(tài)的自然坡度角。此設計中??； 2.3.3顎鏟側板的面積顎鏟側板面積必須保證抓斗具有額定容積，由此求出一塊顎鏟側板的面積F為： ； 2.3.4顎鏟側板形狀作圖 一塊顎鏟側板的側面積有梯形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中可求得幾何關系并將此式代入上式，并經(jīng)整理后得：取，則式中：顎鏟側形作圖時，取=1.995m。容積越大，越大。對于圓弧形顎鏟側板也取大值。作顎鏟側形圖時，一般根據(jù)顎鏟側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板的幾何

14、形狀圖形，其作圖步驟如下： 圖2.2抓斗側板形狀（1） 在垂直線上取線段AB=；（2） 由A點引與水平線成角的射線；（3） 由B點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'點和C點，則交點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則為圓弧的實際半徑；（6） 以O'為圓心，以O'E為半徑作圓弧，便可繪制出抓斗的顎鏟側板的幾何圖形；（7） 顎鏟鉸點O的位置尺寸由下式確定：2.4確定開閉滑輪組倍率抓斗開閉滑輪組倍率m應根據(jù)物料的容重r或抓斗的工作類型來選擇，一般情況為： 當r=0.81.2

15、時，取m=34； 當r=1.22.0時，取m=45； 當r=2.02.8時，取m=56； 當m=2.8以上時，取m=67。因為此設計中r=1,故取m=4.2.5選擇鋼絲繩抓斗在抓貨閉合終了并開始起升瞬間，開閉繩有可能承受滿載抓斗的全部重量以及其動載所引起的最大作用力，但考慮到最大作用力作用時間很短，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算。通常，鋼絲繩的計算載荷可取為：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。鋼絲繩是一種機械零件，它并非永遠不會損壞，因此鋼絲繩的直徑應該按照工作強度的基本原理來予以確定。也就

16、是說，按照選定鋼絲繩的直徑，則鋼絲繩即能達到一個足夠的使用壽命。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)。由試驗和實驗經(jīng)驗來定，并且與起升機構工作級別和鋼絲強度以 及鋼絲繩能否旋轉有關。 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確定抓斗總體結構尺寸并繪制布置簡圖（閉合狀態(tài)和張開狀態(tài)）閉合狀態(tài)的抓斗簡圖如下所示： 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?。簧舷鲁辛夯喌淖钚￠g距則??；又計算得：撐桿與垂直線間的夾角，根據(jù)對現(xiàn)有抓斗分析，推薦為：當撐桿與

17、上承梁用雙鉸連接時，；當撐桿與上承梁用單鉸連接時：；此設計中取。圖示可近似的取為：，則，?。黄渲杏勺鲌D決定。圖中，則。上承梁兩鉸點間的長度：代入數(shù)據(jù)計算得：。撐桿長度，代入數(shù)據(jù)計算得。上述尺寸確定后便可按比例繪制出抓斗閉合狀態(tài)圖與張開狀態(tài)圖。抓斗張開狀態(tài)的簡圖如下所示： 圖2.4抓斗張開狀態(tài)圖 計算開閉繩長度及其在抓斗閉合時的抽出長度，它們分別為：開閉繩長度：開閉繩抽出長度：式中：m開閉滑輪組倍率； 分別為上下承梁滑輪間的最大與最小距離。將各個數(shù)據(jù)代入鋼絲繩長度計算式中得：，由其他條件綜合取：。 2.7確定抓斗自身質量及其合理分配 抓斗的最小自身質量根據(jù)保證抓斗具有足夠強度和剛度條件來確定，由

18、給定的數(shù)據(jù)計算出。求出抓斗質量后也即得到抓斗重量G斗。 一般用途的四繩抓斗，抓斗自身質量不超過0.43(為抓斗起重機的額定起重量）；當物料的容重r>2.8時，抓斗的自身質量可允許大于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，相應的取為： 顎鏟重量：； 頭部重量：； 下承梁重量：；撐桿重量：。則相應的質量關系亦如此，代入各個數(shù)據(jù)計算得：；。由于有兩個斗體，則每個斗體的質量。 根據(jù)工作情況及條件，?。?，。2.8驗算抓斗的抓取能力 驗算工況：根據(jù)有關文獻推薦，采用抓斗閉合終了，支持繩還未參加工作，僅由開閉繩支持滿載抓斗的瞬間，作為抓取能力的驗算工況。此時，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)圖在顎鏟閉合過程中，作用于顎鏟上的阻力是相當復雜的，為了簡化計算起見，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，合阻力呈水平方向，與圖示的抓取力H相平衡。設計要求抓取力需大于或等于物料阻力。在上述工況時，其物料阻力取大值。參看上圖，取抓斗整體對垂直軸投影平衡方程式：取上承梁為分離體，并對垂直軸投影，得：取顎鏟為分離體，并對顎鏟與下承梁的鉸點取力矩平衡方程式，求出抓取力H：式中：顎鏟與抓取物料合成重心的坐標； 其它符號同前。其中，。代入數(shù)據(jù)得：， 。 將代入H的計算式得：則顎鏟切口單位長度上的抓取力為：式中：W物料單位長度切口上

20、的阻力， 推薦值為：對r =0.81.2 ，W=200250N/cm； 對r =1.22 ，W=250300N/cm； 對r =23 ，W=300500N/cm。 B顎鏟的寬度（cm）。將代入的計算式中得：=361.7（N/cm) 300N/cm。故抓取能力滿足要求。若抓斗抓取能力不能滿足上述要求，則應考慮重新調(diào)整抓斗的結構參數(shù)（例如適當增大滑輪組倍率；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），使其滿足要求。 另外，如果是根據(jù)所推薦的抓斗各部分質量分配比例求得的各部分重量進行驗算，而抓斗各部分最后的實際重量與初始假定值出入太大時，需以抓斗個部分實際核算質量再進行驗算。2.

21、9運動學分析 從機構學的觀點出發(fā)，可將四繩長撐桿抓斗視作一個簡單的平面機構。如下圖所示： 圖2.6抓斗平面機構圖自由度計算公式為：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斗體側型長4900mm斗體內(nèi)寬2793mm抓斗最大張開度4700mm（內(nèi)側）抓斗閉合高度5316mm抓斗張開高度5943mm鋼絲繩引出長度6500mm鋼絲繩工作長度16500mm2.10主要參數(shù)匯總 3.橫梁設計3.1滑輪組設計 滑輪組由若干個定滑輪和動滑輪組成。定滑輪和動滑輪分別組合，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構選擇 滑輪是起重機的常用零件之一。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，其價格低廉，且對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以及抓斗閉合滑輪組的滑輪多用ZG35鑄鋼鑄造。此設計中滑輪的材料取為熱軋。 又因為滑輪直徑大于800mm，為大型滑輪，故其結構設計為輪緣，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：按鋼絲繩中心計算的滑輪直徑，； 鋼絲繩直徑，； 輪繩直徑比系數(shù)，與機構工作級別和鋼絲繩結構有關。 查

23、表，取，則，根據(jù)實際情況取 。 3.1.2.2計算輪轂寬度 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。計算得:D=850(mm),B=100(mm)， , 。故滑輪選為 3.1.3平衡滑輪的設計一臺抓斗上面有兩個平衡滑

24、輪，他們成反對稱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滑輪組的設計省力滑輪組是最常用的滑輪組。在起升機構的鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中，采用省力滑輪組，即可在鋼絲繩繞入卷同時，以較小的拉力，吊起重量很大的貨物。故按設計要求，滑輪組設計為雙聯(lián)省力滑輪組，其工作簡圖如下所示： 圖3.3滑輪組工作簡圖3.2軸承的選擇固定及壽命計算為了提高滑輪的傳動效率，改善使用條件，所以選擇滾動軸承支撐于滑輪固定的心軸上，此外，應當考慮軸承的潤滑與防塵要求。綜合以上計算，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。軸承的壽命計算公

25、式為：，其中，則：。式中： C基本額定動載荷計算值，N； P當量動載荷，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)。取預期計算壽命為40000h，轉速為1000h/min,則查機械設計手冊得：。又因為此軸承為圓柱滾子軸承，所以取。代入以上數(shù)據(jù)得：因為實際壽命大于預期計算壽命，故軸承工作可靠。3.3 軸的計算 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。此軸工作時承受較大的載荷，但所受沖擊較小，故可選用42CrMo調(diào)質后表面淬火，式

26、樣毛胚尺寸為25mm。 3.2.2軸上零件的結構設置 長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現(xiàn)，下承梁上的滑輪軸相對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軸上載荷的確定當重物突然離地起升或下降制動時，重物其取物裝置等將對鋼結構（在垂直方向）和傳動機構產(chǎn)生附加的動載荷，在考慮這種工況時進行載荷組合，應把起升載荷乘以起升動載系數(shù) 下圖為下承梁的受力圖： 圖3.4上撐桿受力簡圖取動載系數(shù)，則由上圖的受力分析，根據(jù)平衡情況列方程得：因為2,3,4,5為工作滑輪組，且分布對稱，則；滑輪1和6為平衡

27、滑輪，且分布對稱，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力為：軸的強度條件為：所以軸的強度符合條件。 3.2.5軸的剛度校核 當有外力作用時，軸會發(fā)生彎曲和扭曲變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。因此，在設計有剛度要求的軸時，必須進行剛度的校核計算。軸的彎曲剛度以撓度或偏角來度量。軸的剛度校核計算通常是計算出軸在受載時的變形量，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結構形式及計算 3.4.1拉板的計算取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截面，水平截面的內(nèi)側孔邊最大拉力為：式中：應力集中系數(shù)； 所以此設計拉板符合要求。 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鍵的選擇及強度校核鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的周向固定或軸向滑動的導向。 3.4.1鍵的選擇鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應根據(jù)連接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇

29、；此處，選擇平鍵進行連接。鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來確定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸與長度L。鍵的截面尺寸按軸的直徑由標準中選定。鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度，所選定的鍵長亦應符合標準規(guī)定的長度系列。根據(jù)上述要求，查機械設計手冊取L=197mm，b=50mm,h=28mm。 3.4.2鍵的強度校核平鍵連接傳遞轉矩時，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于采用常見的材料組合和按標準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力進行強度校核計算?；I連接的強度條件為：式中：T傳遞的轉矩，； 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鍵的工作長度，mm； d軸的直徑，mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應力，。取。又d=150mm,F=300KN，所以將以上數(shù)據(jù)代入強度計算公式得：所以，鍵工作可靠。3.6銷軸的選擇及強度計算銷軸用于兩零件的鉸接處，構成鉸鏈連接。銷軸通常用開口銷鎖定，工作可靠，拆卸方便。連接銷的類型可根據(jù)工作要求選定，其尺寸可根據(jù)連接的結構特點按經(jīng)驗或規(guī)范確定，必要時再按剪切和擠壓強度條件進行校核計算。 3.5.1銷軸的選擇根據(jù)連接特點及實際工作經(jīng)驗，取銷軸的直徑d=160mm，長度取為250mm，并進行調(diào)質處理，使其表面硬度達到HRC5

31、260。 3.5.2銷軸的強度校核銷軸的受力簡圖如下所示： 圖3.9銷軸的受力分析先按剪切強度進行校核，剪切強度符合要求，需滿足此式：其中：，d為銷軸的直徑，其值為d=160（mm）。則將數(shù)據(jù)代入公式得：所以剪切強度符合要求。其次，按擠壓條件進行校核，此時，需要滿足：此式中：b連桿頭尺寸（如上圖所示），mm； d銷軸直徑，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，擠壓強度亦滿足要求。3.7上橫梁的設計以上部分為下橫梁的設計及強度檢驗，上橫梁的設計與下橫梁的設計相同，不再贅述。除此，因為下橫梁與上橫梁結構及材料相同，且上橫梁所受載荷小于下橫梁的載

32、荷，下橫梁強度符合條件。因此，下橫梁的強度亦符合使用要求。4.頭部設計4.1滑輪組設計 滑輪組設計同橫梁設計部分的滑輪組設計，這里不再贅述。4.2焊縫計算為了保證焊縫焊透，當手工焊時，板厚超過6毫米；當自動焊時，板厚超過8毫米；一般均應在焊接板邊開坡口。對焊接縫如果能保證焊縫金屬在全長范圍內(nèi)與母材等強度，則焊縫可以不必進行強度校核，否則應進行強度計算。即使是與母材等強度的對接焊縫，設計時應盡量避免布置在危險截面上。滾筒箱是焊接在頭部上的，需要對其強度進行驗算。其受力簡圖如下所示： 圖4.1焊縫的受力簡圖進行強度驗算時需要滿足：式中：N作用于連接的軸心力； 焊縫的計算長度，當未采用引弧板施焊時，

33、取每條焊縫的實際長度減去； 采用引弧板時，取焊縫的實際長度。 焊縫的許用應力； 焊縫厚度。其中，。代入數(shù)據(jù)得：。所以，焊接強度滿足要求。4.3撐桿鉸計算頭部和撐桿是通過銷軸連接在一起的，故需對連接銷軸（撐桿銷軸）進行計算。取其直徑為140mm，材料選用42CrMo，需要進行調(diào)質處理，使其硬度達到HB241286。此外，需要對銷軸進行強度驗算。銷軸的受力簡圖如下所示： 圖4.2銷軸的受力分析先按剪切強度進行校核，剪切強度符合要求，需滿足此式：其中：F為撐桿在鉸接處所受的力，大小為，代入數(shù)據(jù)計算得：d為銷軸的直徑，其值為d=140（mm）。則將數(shù)據(jù)代入公式得：所以剪切強度符合要求。其次，按擠壓條件

34、進行校核，此時，需要滿足：此式中：b連桿頭尺寸（如上圖所示），mm； d銷軸直徑，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平衡梁與導繩輥的設計 4.4.1平衡梁的設計 平衡梁主要由主梁板和加強板組成，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，過渡處均需要磨圓，材料選用16Mn。 4.4.2導繩輥的設計 根據(jù)工作條件及實際經(jīng)驗，選用井字型導繩輥。 4.5結構設計 4.5.1拉板的計算 此處的拉板設計方法亦同于橫梁部分的拉板設計，不再贅述。5.撐桿設計5.1強度計算 5.1.1由穩(wěn)定性條件驗算撐桿截面按開閉繩

35、最大張力作用時引起的載荷計算。當支持繩未參加工作，僅由開閉繩支持滿載抓斗的瞬間時，開閉繩的張力最大，其值為：。此時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（每側有兩根撐桿），力T用公式：計算。5.1.1.1按強度條件驗算按強度條件驗算時需要滿足式中：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)代入強度條件驗算公式得：所以，強度條件符合要求。5.1.1.2按耐久性驗算按耐久性進行驗算時，需要滿足此式：。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剛度驗算由于采用較低的許用應力，因此所選出的撐桿具有足夠的剛度，所以不必進行剛度校核。 5.1.3縱向壓縮與彎曲同時作用的應力此時，撐桿應該滿足以下條件：此式中T和F的大小及意義與強度條件驗算公式中的符號相同，即：。又因為每根撐桿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：。所以當縱向壓縮與彎曲同時作用時，撐桿的強度亦符合要求。5.2撐桿鉸與軸套驗算 5.2.1撐桿鉸驗算撐桿是通過銷軸與斗體進行連接，此處銷軸直徑為16

37、0毫米，大于撐桿與頭部連接處的銷軸直徑，且這兩處銷軸的材料及熱處理方法相同，故銷軸許用應力相同，與此同時，兩處受力情況基本相同，頭部連接處的銷軸滿足要求，故此處的連接也一定滿足要求。 5.2.2軸套驗算此軸套內(nèi)徑為140mm，外徑為160mm，寬度為250mm，其技術要求為給油P值應能達到500；徑向載荷65噸條件下工作壽命應達10000小時；扣除自潤滑油孔面積后，應能達到第一個條件得要求。結合撐桿的其它部分及工作條件，此軸套符合要求。 6.斗體設計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確定，其經(jīng)驗公式為： 式中：w物料的塊粒系數(shù)。對于小塊粒物料??；對于大塊粒物

38、料取 ； r物料的容重。代入數(shù)據(jù)計算得： ，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簡支梁的計算簡圖6.3水平刃口板寬度在切口上應有耐磨的電焊敷焊層。切口的寬度b，按簡支梁的計算簡圖求得，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)彎曲強度條件，可求出切口的寬度為： 式中：切口的計算厚度。如果切口有敷焊層以及加筋，計算厚度可取為： 強度計算的許用應力。其中代入其他數(shù)據(jù)得： ，根據(jù)工作情況?。篵=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強度驗算當進行強度驗算時，需要滿足以下條件：。此式中：，l=530mm,。將以上數(shù)據(jù)代入強度驗算公式得：。所以，大筋裙板的強度符合條件。6.5主筋板強度驗算 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度需要滿足：其中將以上數(shù)據(jù)代入強度驗算公式得： 所以，主筋板的強度滿足要求。 結論從今年的二月份我開始了我的畢業(yè)設計工作，時至今日，設計已經(jīng)完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設計過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，感慨萬千，在這次畢業(yè)設計的過程中，使我受益匪淺。 二月中旬，在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是：40t四索雙顎板長撐桿礦石抓斗。當題目定下來的時候，我便立刻著手資料的收集工作，當時面對浩瀚的書海真是有些