液壓抓斗式礦井水倉清淤機

1、液壓抓斗式礦井水倉清淤機摘 要礦井水倉是煤礦安全生產(chǎn)，防止礦井水災的重要設(shè)施，水倉通常分隔為主倉和副倉，兩者輪換清理使用。隨著礦井開采深度增大和涌水量增多，水倉內(nèi)淤積了大量的淤煤，而水倉容積有限，故而必須定期清理。目前多數(shù)煤礦采用人工方式清理，工人們站在煤泥水中，用鐵鍬及桶刮等方法把煤泥清挖出來，再將煤泥運到附近巷道兩旁堆放，待煤泥晾干后再運送上地面，或是將煤泥直接裝入礦車中運送到地面。人工清挖不僅勞動強度大，作業(yè)效率低，而且清倉周期長，特別在雨水季節(jié)還可能會因水倉清理不及時而導致淹井事故。本文在對現(xiàn)有清倉方法和國內(nèi)生產(chǎn)或試制過的各種水倉清理設(shè)備進行分析研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合液壓傳動，抓斗起重機械

2、的結(jié)構(gòu)和工作原理介紹了一種用于清理煤礦水倉淤煤的新型水倉清理設(shè)備。該設(shè)備采用抓斗抓取提升淤煤的工作方式，抓斗的開合及提升全部通過液壓缸來實現(xiàn)，抓斗的前移后退及左右移動通過由馬達驅(qū)動的大小車行走機構(gòu)帶動車架來實現(xiàn)。該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、動力系統(tǒng)單一，便于安裝維護的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：礦井水倉 液壓抓斗 清淤設(shè)備 ABSTRACTWharf coal mine water is safe production, the mine flood prevention essential facilities, water stores are usually separated mainly warehous

3、es and stores of both the use of clean-up rotation. With the increased depth of mining and mine discharge more water stored in a large amount of silt deposition of coal, and the limited volume of water warehouse, therefore must be cleaned regularly. At present the majority of mine clearance using ar

4、tificial means, the workers stand in the water slime, and Yong Tieqiao barrel scraping, and other ways to slime-dug up, and then transported to the nearby roadway slime dumped on both sides, to be delivered later on dried slime Ground, or slime in the mine car loaded directly delivered to the ground

5、. Artificial dug not only labor-intensive, low operating efficiency, and the clearing and long cycle, particularly in the rain season also may be cleaning up water stores do not lead to timely and submerged wells accident. In this paper, the clearing of existing methods and a domestic production or

6、trial production of water equipment to clean up positions on the basis of analysis, the combination of hydraulic, mechanical grab lifting of the structure and working principle of introducing a coal mine for clean-up Coal Wharf silting of water a new water cleaning equipment warehouse. Grab the equi

7、pment used to crawl enhance the work of coal silt, grab the Open-and upgrade all through the hydraulic cylinders to achieve, grab the back and around moving forward by the size of the motor-driven vehicles driven cars run institutions - To achieve. The device is simple in structure, power system a s

8、ingle, easy installation and maintenance advantages.Keywords：Wharf mine water ；Hydraulic grab ；Dredging equipment1 概 述1.1起重機械的用途及工作特點起重機械主要用于裝卸和搬運物料，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要設(shè)備。它不僅廣泛應用于工廠、礦山、港口、車站、建筑工地、電站等生產(chǎn)領(lǐng)域，而且也應用到人們的生活領(lǐng)域。使用起重運輸機械，能減輕工人勞動強度，降低裝卸費用，減少貨物的破損，提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化和自動化不可缺少的機械設(shè)備。起重機械是以間歇、重復工作方式，通過起重吊鉤或其它吊具

9、的起升、下降，或升降與運移重物的機械設(shè)備。其工作特點具有周期性。在每一工作循環(huán)中，它的主要機構(gòu)作一次正向及反向運動，每次循環(huán)包括物品的裝載及卸載，搬運物品的工作行程和卸載后的空鉤回程，前后兩次裝載之間還有包括輔助準備時間在內(nèi)的短暫停歇。綜合起重機械的工作特點，從安全技術(shù)角度分析，可概括如下：起重機械通常具有龐大的結(jié)構(gòu)和比較復雜的機構(gòu)，能完成一個起升運動、一個或幾個水平運動。例如，橋式起重機能完成起升、大車運行和小車運行三個運動；門座起重機能完成起升、變幅、回轉(zhuǎn)和大車運行四個運動。作業(yè)過程中，常常是幾個不同方向的運動同時操作，技術(shù)難度較大 。 所吊運的重物多種多樣，載荷是變化的。有的重物重達幾百

10、噸乃至上千噸，有的物體長達幾十米，形狀很不規(guī)則，還有散粒、熱融狀態(tài)、易燃易爆危險物品等，使吊運過程復雜而危險。大多數(shù)起重機械，需要在較大的范圍內(nèi)運行，有的要裝設(shè)軌道和車輪（如塔吊、橋吊等），有的要裝設(shè)輪胎或履帶在地面上行走（如汽車吊、履帶吊等），還有的需要在鋼絲繩上行走（如客運、貨運架空索道），活動空間較大，一旦造成事故影響的面積也較大。有些起重機械，需要直接載運人員在導軌、平臺或鋼絲繩上做升降運動（如電梯、升降平臺等），其可靠性直接影響人身安全。暴露的、活動的零部件較多，且常與吊運作業(yè)人員直接接觸（如吊鉤、鋼絲繩等），潛在許多偶發(fā)的危險因素。作業(yè)環(huán)境復雜。從大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，到現(xiàn)代化港口、建

11、筑工地、鐵路樞紐、旅游勝地，都有起重機械在運行；職業(yè)場所常常會遇有高溫、高壓、易燃易爆、輸電線路、強磁等危險因素，對設(shè)備和作業(yè)人員形成威脅。作業(yè)中常常需要多人配合，共同進行一個操作，要求指揮、捆扎、駕駛等作業(yè)人員配合熟練、動作協(xié)調(diào)、互相照應，作業(yè)人員應有處理現(xiàn)場緊急情況的能力。多個作業(yè)人員之間的密切配合，存在較大的難度。 上述諸多危險因素的存在，決定了起重傷害事故較多。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國每年起重傷害事故的因工死亡人數(shù)，占全部工企業(yè)因工死亡總?cè)藬?shù)的15%左右。為了保證起重機械的安全運行，國家將它列為特種設(shè)備加以特殊管理，許多企業(yè)都把管好起重設(shè)備作為安全生產(chǎn)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1.2起重機的發(fā)展趨

12、勢起重機的發(fā)展趨勢，將主要體現(xiàn)在如下幾個方面：大型化。 起重機的起重量將會越來越大，以滿足特殊工程的需要。輕量化。 將廣泛采用新材料和采用合理的結(jié)構(gòu)形式，以減輕設(shè)備自重。采用新的結(jié)構(gòu)形式，主要是在梁、臂的截面形式上下功夫，如汽車起重機吊臂采用八角形截面或帶有變形孔的伸縮臂；采用新的計算方法，如有限單元法與結(jié)構(gòu)力學的有機結(jié)合，并配合使用電子計算機，精確計算應力值，避免設(shè)計中的“肥梁胖柱”；采用新材料，起重機結(jié)構(gòu)件將越來越多地采用高強度鋼，零部件逐漸采用塑料，現(xiàn)在滑輪已經(jīng)采用鑄尼龍材料，緩沖器采用了聚氨脂材料，國外還有采用碳纖維強化塑料（比重是鋼的1/31/4，強度是鋼的35倍）代替起重機部分結(jié)構(gòu)

13、的趨勢。提高作業(yè)性能。 如提高運行速度，保證運行的準確性和平穩(wěn)性。多樣化。 將向同一設(shè)備可使用多種工作裝置的要求發(fā)展，擴大使用范圍。最優(yōu)化。 將普遍采用先進的設(shè)計計算方法，并配用電子計算機進行優(yōu)化設(shè)計，以選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。通用化。 力求提高系列產(chǎn)品零部件的通用率。液壓化。 主要體現(xiàn)在輪式起重機向全液壓傳動發(fā)展。安全化。 起重機械的可靠性、安全性和舒適性將成為評價設(shè)備的重要指標；特別是安全性，將作為評價先進性的頭等重要指標。例如，在安全防護裝置的配備、司機室的合理布置、以及減少振動和噪音等方面，都將作為制造廠家設(shè)計原則的一部分。1.3起重機械的組成和種類1.3.1起重機械的組成起重機械一般是由

14、工作結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)三部分組成的。工作機構(gòu)起重機械的工作機構(gòu)一般可概括為起升、運行、回轉(zhuǎn)和變幅四大機構(gòu)。起升機構(gòu)是升降重物的機構(gòu)。它是起重機械最主要的機構(gòu)，任何一種起重機械，都有這種機構(gòu)。有的起重機械不止一套起升機構(gòu)，升降重物能力最大的起升機構(gòu)叫主起升機構(gòu)，除主起升機構(gòu)以外的其它起升機構(gòu)叫副起升機構(gòu)。運行機構(gòu)是使起重機械或起重小車行走的機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)是使起重機械的回轉(zhuǎn)部分在水平面，繞回轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動的機構(gòu)。變副機構(gòu)是使起重機械臂架傾角變化，改變幅度的機構(gòu)。所謂幅度是指起重機械置于水平場地時，空載吊具垂直中心線至回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離。金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)是指起重機械的骨架，主要用

15、來支承工作結(jié)構(gòu)、承受自身的重力和作業(yè)時的外載荷。動力裝置和控制系統(tǒng)動力裝置是驅(qū)動起重機械運動的動力設(shè)備。它在很大程度上決定了起重機械的性能和構(gòu)造特點。起重機械的控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各種機構(gòu)的起動、調(diào)速、改向、制動和停止，都是通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1.3.2起重機械的種類根據(jù)起重機械構(gòu)造的特點、機構(gòu)的多少和服務(wù)范圍的不同，通常分為三類，即輕小起重設(shè)備、起重機、升降機。輕小起重設(shè)備 輕小起重設(shè)備是體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點、線為主的輕便起重機械，如千斤頂、手拉葫蘆、絞車和電動葫蘆等。起重機起重機是具有多種機構(gòu)的起重機械，掛在它的取物（吊具）上的重物，在空間除了能作

16、升降運動以外，還能作水平移動。取物裝置是指吊取、抓取、吸取、夾取、托取或用其它方法吊運貨物的裝置，如吊鉤、抓斗、電磁吸盤（起重電磁鐵）、夾鉗等。起重機按構(gòu)造特點，分為橋架型起重機、臂架型起重機和纜索型起重機。橋架型起重機是取物裝置掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機。其特點是具有一個橋架式的金屬結(jié)構(gòu)。這類起重機依靠起升機構(gòu)和在水平面內(nèi)兩個相互垂直方向移動的運行機構(gòu)，能在長方形場地及其上空作業(yè)。屬于這類的起重機有橋式起重機、門式起重機和半門式起重機。它們適合在車間、倉庫、露天堆場等處作貨物的裝卸運輸工作。 臂架型起重機是取物裝置懸掛在臂架頂端或可沿臂架運行的起重小車上的起重機。其特點

17、是具有一個臂架式的金屬結(jié)構(gòu)。這類起重機有起升機構(gòu)，一般還有回轉(zhuǎn)和變幅機構(gòu)。依靠這些機構(gòu)的配合，能在圓形場地及其上空作業(yè)。有些還有運行機構(gòu)，這樣就構(gòu)成了常見的各種可以運行的臂架型起重機。它們具有很好的機動性，特別適合作露天裝卸及安裝工作。屬于這類的起重機如塔式起重機、汽車起重機等。 纜索型起重機是掛有取物裝置的起重小車沿架空承載索運行的起重機。這類起重機常用于林場、山區(qū)、水庫、礦山、水電站等處。升降機升降機是重物或取物裝置只能沿導軌升降的起重機械，如電梯、高爐上料機、礦井升降機等。1.4液壓抓斗清倉機的基本構(gòu)成液壓抓斗清倉機主要是由液壓抓斗、大車車架，小車車架，大車行走機構(gòu)、小車行走機構(gòu)、液壓提

18、升裝置、軌道、液壓泵站，液壓控制閥等構(gòu)成。液壓抓斗機構(gòu)抓斗機構(gòu)采用液壓缸水平布置的方式來實現(xiàn)抓斗雙顎開合，并通過反雙曲柄機構(gòu)來實現(xiàn)雙顎都的同步張開和閉合。大小車行走機構(gòu)大小車行走機構(gòu)均采用銷軌齒輪傳動方式，由液壓馬達帶動軌齒輪轉(zhuǎn)動通過與銷軌的不斷嚙合實現(xiàn)車架行走。液壓提升機構(gòu)提升機構(gòu)用來實現(xiàn)抓斗及物料的升降，是起重機上最重要和最基本的機構(gòu)。本設(shè)計提升機構(gòu)采用起重小車機構(gòu)。起重小車由小車車架、液壓起升四連桿機構(gòu)組成。大小車車架車架由型鋼組合焊接而成，分別支撐在四個車輪上，車架上的運行機構(gòu)帶動車輪沿軌道運行，以實現(xiàn)在跨間寬度方向不同位置的物料裝運。2 液壓抓斗清倉機設(shè)計任務(wù)書2.1設(shè)計參數(shù)水倉截面

19、3m2.5m，長度100m，生產(chǎn)能力15m3/h物料容重：參考表3-2煤泥容重取1.25 t/m3額定提升能力Q=3噸運煤泥礦車：長2800mm 寬1240mm 高1150mm2.2工作條件工作地點為煤礦井下水倉，采用交流電。2.3設(shè)計原則為保證清淤機安全正常工作，清淤機本身應具備三個基本條件：1）金屬結(jié)構(gòu)和機械零部件應具有足夠的強度、剛度和抗彎曲能力；2）整機具備必要的抗傾覆穩(wěn)定性；3）原動機具備滿足作業(yè)性能要求的功率，制動裝置提供必要的制動轉(zhuǎn)矩。3 抓斗的設(shè)計3.1抓斗的設(shè)計因素 抓斗是一種裝卸散料物品的自動取物裝置，廣泛用于裝卸散貨的一種取物裝置（近年來還發(fā)展了許多用于裝卸件貨，例如木材

20、、鋼錠等的抓具，廣義上，它們也應被納入在抓斗得的范圍之內(nèi)）。特別應該強調(diào)的是抓斗不是獨立使用的，而是作為起重機械的一種工作機構(gòu)使用的機具。當給定散貨裝卸任務(wù)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(gòu)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應該裝備的驅(qū)動功率有一個最佳的選擇。因為抓斗起重機的裝卸效率與抓斗的抓取貨量密切相關(guān)，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，所以對設(shè)計者提出的重要課題就是如何設(shè)計出自重盡可能小，而抓獲量盡可能多的抓斗，亦即在考慮使用抓斗的綜合經(jīng)濟效益前提下，盡量使抓斗能獲得更大的填充率，這里所說的綜合經(jīng)濟

21、效益系指抓斗的允許使用壽命內(nèi)，完成的算或總裝卸量的產(chǎn)值與抓斗本身的造價相比而言。當設(shè)計合理時，抓斗的使用壽命理應與其結(jié)構(gòu)材料的強度，也就是與其自重有關(guān)。抓斗起重機的起重量利用率可由抓斗抓取的散貨質(zhì)量（有效質(zhì)量）與散貨質(zhì)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。抓斗起重機的起重量利用率或稱抓斗的抓取能力 =mFmG+mF 抓斗的抓取能力系數(shù) K=mFmG 式中：mF抓斗的物料填充量，T mG抓斗的自重，T3.1.1物料的物理與機械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

22、利用率。由于起重機的設(shè)備投資是抓斗設(shè)備投資的幾十倍甚至上百倍，所以使用質(zhì)量優(yōu)良的抓斗，為降低裝卸成本提供了極大的可能性。充分利用起重機的起重量，意味著抓斗在抓取散貨的正常作業(yè)中，應該以極小的上、下偏差得到給定的填充量（上、下偏差一般取給定填充量的5%為宜）。一個性能良好的抓斗，不僅應該具有一個很高的理論充填量，而且在實際使用中，確實也能夠平均地達到這個充填量。抓斗充填量不足，將使起重機的裝卸效率降低；而充填過量，則將使起重機超載。在使用抓斗時，這些都是不希望的。為了使抓斗抓取散貨時能夠達到預期的填充量，首先必須掌握影響抓斗充填過程的所有影響因素的有關(guān)知識。這些影響因素主要有：物料的影響因素：物

23、料容重、物料粒度及顆粒形狀、松散程度、粘度大小等；按物料的容重將抓斗分成四種類型，便于設(shè)計選用。對于各種不同類型的抓斗，應選取相應的參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式。中型、重型及特重型抓斗在抓取塊粒大于60毫米或較堅硬的物料時，硬制成帶齒的。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)是散貨的容重，而很少估計到散貨的粒度。這樣做的結(jié)果往往使得抓斗在抓取同類的細粒散貨時，充填過量；而在抓取同類的大顆粒散貨時，充填不足。但是，如果考慮粒度的影響，則首先必須考慮下述問題；在同一類散貨中，力度增大至何種程度，是使用長撐桿抓斗經(jīng)濟，還是應該用其他形式的抓斗。3.1.2抓斗自重抓斗的影響因素：抓斗的自重及自重分

24、配、抓斗閉合過程中閉合繩拉力的大?。ㄩ]合抓斗液壓缸的推力大小）及變化、抓斗閉合速度、顎板側(cè)形及背角、抓斗開度及顎板寬度抓斗的自重G按下式計算并使抓斗的實際重量盡可能接近G： G=K0G0式中 K0自重修正系數(shù)(表3-2)，對馬達、(電動葫蘆)抓斗，表列K0值要除12 。保證抓斗有足夠強度和剛度的必要自重，可由下面經(jīng)驗公式確定：GG必=VT0D0BL(噸)式中T0抓斗材料系數(shù) 對碳鋼 T0=1.5 對低合金鋼 TO=1.2 這里取T0=1.2 D0物料塊粒系數(shù)： 小塊粒 D0=0.8 塊粒在100毫米以下 D0=1.0 塊粒大于100毫米 D0=1.2這里取D0=0.8 L顎板最大開度，可由下式

25、計算L=3V12 B顎板寬度，可用下式計算B=1L （ 1顎板寬度B與最大開度L之比值， 1=0.450.55，對大塊或較堅實的物料取較小值，反之，取大值； 2=yL=0.1450.165, y平均抓取深度，對大塊或較堅實的物料取小值，反之，取大值)表3-1抓斗自重修正系數(shù)K0抓斗自重分配：表3-2 抓斗自重分配系數(shù)k3.1.3抓斗開閉與升降液壓缸壓力液壓缸的工作壓力與抓取能力成正比關(guān)系，壓力過大會使整個系統(tǒng)失穩(wěn)，過小會造成抓取力不足。3.1.4抓斗顎板的幾何形狀應滿足下面要求：物料向斗內(nèi)填充時阻力要小而填充率要大；卸料時要有良好的倒空性；抓斗裝滿開料堆時，液壓缸的動力載荷要小。實踐證明，只有

26、當顎板的形狀與物料的物理和機械性能相適應時才能得到較好的抓取效果。對于小塊粒（60毫米）與中塊粒（60100毫米）以及難以抓取的物料，宜用半圓形和橢圓形的顎板，它常用于輕型抓斗上；對于大塊粒（100毫米）以及難以抓取的物料，宜用直線-圓弧形的顎板，它常用于中性或重型抓斗上。圖3-1 顎板形狀A）半圓形 b）橢圓形 c）直線-圓弧形顎板后角：對于干燥物料取1013；對潮濕物料取1215，以減少抓取時的抽空作用；對半圓或橢圓形顎板取0。抓斗的抓取量隨著顎板的張開度和切口上的切入力的增大而增大。減小顎板寬度可增大切入力，但顎板過窄將使抓斗重心太高，容易傾倒，一般可取B/L=0.420.7（多數(shù)取0.

27、450.55）。如圖所示，為一重量G=30kg及顎板寬度B=270mm的抓斗模型在不同開度L時抓取曲線與抓取量Q料。可以看出，在開度L=570870mm范圍內(nèi)，增加最大開度L可以提高抓取能力；當開度過大時，L=8701115mm,抓取深度減小，抓取能力也減小，在顎板閉合過程的后一階段內(nèi)，由于顎板閉合阻力的增加，使顎板浮在物料表面上進行閉合，因而效果不大。圖3-2 抓斗最大開度L對抓取量的影響一般來說，只有當抓斗的閉合能力足以克服閉合過程中的阻力，以保證抓取顎板開度范圍內(nèi)所包含的物料時，增加顎板最大開度才是有效的?；蛘弋旑€板切口不能開始閉合時有足夠的插入深度時，增加開度才能較有效地提高抓斗的裝滿

28、率。通過使用抓斗起重可以免除繁重的人工勞動，提高勞動生產(chǎn)率。按動力方式有單繩抓斗，雙繩抓斗，馬達抓斗，液壓抓斗等。本文采用液壓抓斗方式。3.2抓斗的機構(gòu)原理3.2.1抓斗的工作原理抓斗的作業(yè)過程有4個動作，見下圖：圖3-3 抓斗抓取物料工作循環(huán)過程 a)空抓斗下降 b)抓貨 c)滿載抓斗上升 d)卸貨3.2.2抓斗的分類 抓斗根據(jù)抓取物料塊粒的大小、松散程度、容重以及粘度大小等，可分五種類型（見表）。中型、重型及特重型抓斗在抓取塊粒大于60mm或較堅實的物料時，應制成帶齒的顎板。 物料容重(噸/米3) 特輕型，重型2.02.8 ，特重型2.8 表3-3按物料 容重劃分的抓斗類型 抓斗起重機的抓

29、些效率與抓斗的抓取量及起重機的工作循環(huán)時間有關(guān)。在起重機起重量已定的情況下，抓斗的抓取量取決于理論抓取量與抓斗自重之比的比值以及抓斗的充填率，即理論抓取量的百分比利用率。由于表示抓斗特性的抓斗自重獨語充填率以及抓斗實際容積的利用率具有決定性的影響，所以不能像對待其他吊具那樣，為了有利于提高有效重量的比例而任意減小抓斗的自重。故而在設(shè)計抓斗時，設(shè)計者們較多的致力于追求實際效益的最佳值，而不值得為獲取有效重量的理論最大值耗費精力。影響起重機裝卸效率的第二個重要因素工作循環(huán)時間，可以通過提高過左速度和縮短工作行程得到最佳的效果。目前，大型高效卸船設(shè)備特別是橋式抓斗卸船機和帶斗門座起重機正沿著上述兩條

30、途徑提高其裝卸效率，其中關(guān)鍵的問題是卸船設(shè)備的設(shè)計方案必須和抓斗協(xié)調(diào)配套。抓斗本身除了保持原有的抓貨過程外，尚應完成有限的垂直與水平輸送過程，直到盡可能地移近卸料點為止，為進一步輸送物料的任務(wù)則由連續(xù)輸送設(shè)備承擔。正是由于上述的要求，才使得抓斗的主要任務(wù)不僅僅限于原定的抓取散貨，研制適合于散貨充填過程和具有良好受力特性的抓斗結(jié)構(gòu)型式乃是一項極為重要的的課題。不同的散貨之間存在的差異很大，但又有相互聯(lián)系的各種性質(zhì)，這些散貨一般包括石灰粉、煤炭、砂礫、石塊、礦石、廢鋼鐵、垃圾等，他們在容重、粒度、粒形、硬度、內(nèi)摩擦性質(zhì)、附著性等方面顯示出很大的差異，其中一部分是影響抓斗切入阻力的重要參數(shù)?？梢姡?/p>

31、設(shè)計抓斗時，一方面必須考慮使抓斗如何適應上述不同的散貨，另一方面也必須考慮使抓斗如何適應不同類型的起重機，例如正確地選擇抓斗的抓獲量與抓斗自重、幾何尺寸以及顎板形狀，使物料在抓取過程中能夠形成良好的充填，以便盡可能充分利用起重機的額定起重量而不致欠載或超載。至于對難以抓取的大塊物料，根據(jù)抓斗目前的發(fā)展水平，還不能收到盡如人意的效果。抓斗的工作循環(huán)時間取決于：（1）抓斗起升（下降）行程及起升（下降）速度。（2）小車運行行程及運行速度。（3）抓斗開斗（閉斗）時，液壓缸行程。（4）起升（下降）加速度（減速度）及相應的加速（減速）距離。抓斗額定閉斗（開斗）速度按抓斗機構(gòu)分析及其結(jié)構(gòu)：下圖所示的液壓抓斗

32、由顎板、橫梁、頭部、使抓斗正常開合液壓缸以及聯(lián)動桿。圖3-4 液壓抓斗機構(gòu)3.2.3平面機構(gòu)分析常見結(jié)構(gòu)有下面三種，分析如圖所示：圖3-5 抓斗平面機構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)一由平面機構(gòu)自由度公式:W=3n-2P2-P1=36-28=2可見機構(gòu)存在兩個自由度，因此須采用兩個同步原動件實現(xiàn)機構(gòu)的運動一致性。式中 n平面機構(gòu)中活動桿件數(shù)目；P1點接觸或線接觸運動副（髙副）數(shù)目； P2面接觸運動副（低副）數(shù)目。圖3-6 抓斗平面機構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)二W=3n-2P2-P1=35-27=1該結(jié)構(gòu)為反向雙曲柄機構(gòu)，自由度為1，圖3-7 抓斗平面機構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)三 W=3n-2P2-P1=35-27=13.3抓斗的設(shè)計計算3.3.

33、1設(shè)計抓斗的原始數(shù)據(jù)額定抓斗起重機的生產(chǎn)率P=15t/h，抓斗機額定起重量：Q=3t煤泥容重=1.25 t/m3，可提升高度1.5m設(shè)單次抓取量為Q料=0.8t，則每個工作循環(huán)所需時間為T=3.2分鐘抓斗開閉液壓缸的推力，所抓取物料的物理機械性質(zhì)（容重、塊度大小、自然坡度角、堅實程度、結(jié)塊性等）。需要確定的是抓斗幾何尺寸和重量等。3.3.2抓斗幾何尺寸的確定1 抓斗自重：G=QK0KG=30.751.20.420.8(噸) 額定容積：額定容積按下式計算得：V=Pt60=153.2601.25=0.64m3由公式：V=Q額（1-KG）KB可得額定起重量Q額Q額=V（1-KG）K1=0.64（1-

34、0.42）0.921.5=1.799噸式中KG=GQ額(G抓斗自重)抓斗自重系數(shù)表3-4 抓斗自重系數(shù)KG物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20抓斗自重系數(shù)KG0.4340.480.4290.4260.4200.4160.4100.4080.400K1實壓系數(shù)對特輕、輕型抓斗 K1=0.90.95；對中型抓斗 K1=0.951.0；對重型及特重型抓斗 K1=1.0取K1=0.92； 顎板最大開度:最大開度L按下式計算：L=3V12=30.640.550.165=1.918m 式中系數(shù)：1=BL=0.450.55，對于大塊或較堅實物料取小值，反之，取大值

35、； 2=yL=0.1450.165，對于大塊或較堅實物料取小值，反之，取大值；y為平均抓取深度。3-4 抓斗最大開度系數(shù)KL物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20抓斗最大開度系數(shù)KL1.7741.9241.9242.0862.1942.2502.3792.516 顎板寬度:顎板寬度B按下式計算 B=KB3V=1L=0.551.918=1.055m減小顎板寬度B可以增大顎板切口處單位長度上的切削力，并能保證顎板切口在開始插入物料時有較大的插入深度。但是顎板過窄會使抓斗重心抬高，有翻倒的可能。另外抓斗兩側(cè)壁的阻力較大，因而也會降低抓取能力。對塊度大及堅實的

36、物料宜采用較窄的顎板，對于松散物料宜采用較寬的顎板。表3-5 顎板寬度系數(shù)kB物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20顎板寬度系數(shù)kB1.51.421.421.341.341.341.261.186 顎板側(cè)面積及幾何形狀為了保證抓斗給定的額定容積V，則一塊顎板應有的側(cè)面積為 F=V2B=0.6421.055=0.303m2顎板側(cè)形半長ll=kSVB=kS3VkB=0.88530.641.34=0.659m表3-6 顎板側(cè)形系數(shù)KS物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20顎板側(cè)形系數(shù)KS0.7960.8400.840

37、0.8850.9300.9540.9791.004顎板側(cè)面型圖中由ABCDEFA側(cè)面積構(gòu)成的容積為理想堆積容積，由BCDEFB側(cè)面積構(gòu)成的容積為實際堆積容積，抓斗的側(cè)面積按后者計算。參看下圖，通常用作圖法確定圖示陰影部分的面積，并使該面積等于一塊顎板側(cè)面積F。若不相等，通過改變尺寸l使之相等。圖3-8 顎板則面幾何形狀a）圓底顎板 b)平地顎板式中KH顎板深度系數(shù)，與物理容重有關(guān)，近似的取表3-7 挖掘深度系數(shù)KH物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20挖掘深度系數(shù)KH0.2120.1900.1900.1720.1550.1420.1400.133根據(jù)對

38、不同形狀的顎板進行的試驗推薦；對于細粒且內(nèi)摩擦系數(shù)較小的物料宜采用圓底顎板的抓斗；對于大中塊且內(nèi)摩擦系數(shù)較大的物料宜采用平底抓斗，使物料在斗內(nèi)作平移運動，以減小內(nèi)摩擦阻力。顎板刃口的后角：對于干燥物料=1013；對于潮濕物料=1215，以減少抓取時的抽空作用；對于圓底顎板，在刃口處應有一段較短的直線段，具有一定的后角。圖中尺寸為： h=ltan=0.659tan24=0.293m h1=13h2=130.461=0.154m h2=ltan=0.659tan35=0.461m式中 角度（閉合平面內(nèi)撐桿假想傾斜角，通常圖中的DE線與撐桿中心線相垂直）：對于特輕型、輕型抓斗 =2435 對于中型以

39、上抓斗 =2226物料自然坡度角可近似取為： 對于特輕、輕型抓斗 =3035 對于中型以上抓斗 =2530對于重型及特重型抓斗 =25抓斗最大開度下的覆蓋面積：A=B2L=KBKL3V2=1.342.08630.642=2.076m2抓斗在抓取過程中的平均挖掘深度：H=VA=VKBKL3V2=0.641.342.08630.642=0.308m抓斗顎板寬度B與最大開度L之比：=BL=KBKL表3-8 系數(shù)物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20系數(shù)0.8010.7380.7380.6430.6110.5960.5300.471刃口板厚度：刃口板厚度按下式

40、計算：=3V=0.0121.2530.64103=12.93mm5mm式中物料粒度系數(shù) 對于小塊粒 =0.012 對于大塊粒 =0.014切口厚度1=10mm3.3.4閉斗能力的驗算圖3-9抓斗受力圖在顎板閉合過程中，作用于顎板上的阻力是很復雜的，它由作用于顎板切口上的阻力、物料對顎板內(nèi)外表面的摩擦阻力、壓縮物料的阻力以及物料內(nèi)摩擦阻力等所構(gòu)成。刃口切入阻力：仔細分析各種挖掘工具切入物料時遇到的切入阻力，不難發(fā)現(xiàn)，切入阻力值與切入工具的幾何參數(shù)及物料的物理性質(zhì)密切相關(guān)，屬于切入工具的幾何參數(shù)為：刃口形狀、刃口寬度、刃口厚度、刃口楔角、刃口傾角以及刃口裝齒的影像等。屬于物料的物理性質(zhì)為：物料粒度

41、、顆粒形狀及表面狀況、物料密度、內(nèi)摩擦角等?？梢?，影響切入阻力的因素很多。這樣，切入阻力可先表達為：F=f（f，d，B，h，v，s，k，） 式中：f刃口形狀影響系數(shù)； d刃口厚度 B刃口寬度 h刃口切入深度 刃口傾角 v刃口切入速度 s物料計算粒度 k物料顆粒形狀系數(shù) 物料密度 物料內(nèi)摩擦角通過試驗，可以測定出抓斗抓取阻力在顎板刃口上的分量切入阻力矩，并得出下述結(jié)論：在抓取大塊物料時，作用于顎板刃口上的切入阻力急劇增大，其數(shù)量級約達抓取總阻力矩的80%90%。相反，在抓取細粒的物料時，物料與顎板壁之間的摩擦力引起的摩擦阻力矩分量、顎板推壓物料以及進入兩顎板內(nèi)的物料相互間的推壓引起的推壓阻力矩分

42、量、抬升進入兩顎板內(nèi)的物料引起的阻力矩等占據(jù)了抓取總阻力矩的大部分，而顎板刃口上的切入阻力下降為總阻力矩的大約1/3。刃口切入阻力計算： 顎板刃口切入阻力由水平刃口切入阻力和側(cè)向刃口切入阻力組成，該項阻力可按下式計算Fe=0.14e0.019Sk1.26-1+0.2110-3e0.0175SB-900+1.2110-3e0.0145Sh-300=0.14e0.01921.11.261.25-1+0.2110-3e0.017521000-900+1.2110-3e0.01452500-300=0.169+0.022+0.249=0.44N式中：s物料計算粒度，這里取s=2mm； k物料顆粒形狀系

43、數(shù)，這里取k=1.1 B顎板寬度，B=1000mm h顎板切入深度，取h=500mm 推壓阻力的計算：推壓阻力是進入顎板內(nèi)的散貨沿顎板或物料楔滑移面滑動時的阻力，它與抓斗閉合過程中顎板底板的平面運動有關(guān)。如設(shè)抓斗完全張開時，顎板底板相對于物料平面的初始傾角為H =90；抓斗閉合后，顎板底板相對物料平面的傾角為K。那么可以假定：對應于傾角H，阻力R=R開；對應于傾角K，阻力R=R閉，且在抓斗閉合過程中，阻力R按線性規(guī)律增加。表3-9 與物料密度相對應的物料自然坡角B物料容重（t/m3）0.630.81.01.251.602.002.503.20物料自然坡角B（）454040353027.5252

44、2.5抓斗開始閉合時，顎板底板像刮板一樣的工作，因而進入顎板內(nèi)的料楔沿滑移面移動。此時阻力R由以下兩部分組成。R始=R1+2R2式中：R1重量為Q的物料沿滑移面向上移動的水平阻力 R2料楔兩個側(cè)面與料堆剩余物料之間的摩擦阻力。R1=tan+=Bh22tan（+）tan R2=Etan=2k33cot3tan則：R始=R1+R2=Bh22tan（+）tan+3tanh3tan3圖3-10 開始閉斗時受力圖1-物料滑移面 2-抓斗顎板式中：料楔滑移角，=45-2=22.7 物料的內(nèi)摩擦角當顎板閉合終了時，阻力R=R閉。該阻力系由重量為Q的滑動物料楔沿著滑移面向上移動的阻力R1和顎板內(nèi)側(cè)壁在散貨被動

45、壓力作用下與滑動料楔側(cè)面的摩擦力R2兩者做組成。即R閉=R1+R2 R終=R1+R2=Qtan+1+232tanVBBtantan2tan+=0.829.8103tan301+232tan150.321.11.1=2803.1N 式中：經(jīng)驗系數(shù)。與散貨計算粒度s有關(guān)，可按下面給出值選定；散貨計算粒度s（mm）22050100200大于200值123456顎板閉合后，顎板底板與水平面的夾角，=15；顎板底板與散貨之間的摩擦角，=15；Q顎板閉合后，進入顎板內(nèi)的物料重量；V抓斗的充填容積；圖3-11 閉斗終了時受力圖摩擦阻力摩擦阻力系指顎板兩側(cè)壁外表面在料堆散體被動壓力作用下產(chǎn)生的摩擦阻力。R摩=

46、h33cot2sinsinsintan=1.250.533cot222.7sin22.7sin15sin90tan15=0.0527652.31.490.268=158.9N式中：物料密度，這里煤泥密度取=1.25； 顎板閉合后料楔最后滑移角，這里取=22.7； 顎板閉合后，顎板底板與水平面的夾角，=15； 側(cè)顎板切口與水平面的夾角，這里取=90； 顎板底板與散貨之間的摩擦角，這里取=15；抓斗的抓取能力抓斗閉合終了時物料作用在顎板的水平阻力顎板自重相對頭部與顎板鉸接點為軸心所產(chǎn)生的力矩M為最大工作阻力矩。因此液壓缸推力必須大于這個阻力矩所產(chǎn)生的推力。即M閉=F推rM阻M阻=Fer+R摩r+R

47、終r+Q+G2gr1=0.440.41+2803.10.41+158.90.41+8009.80.11998.6 Nm則抓斗兩顎上橫梁所承受的最小推力：F推2M阻r=21998.60.1526648 N底板彎曲強度校核： =MW=K1q0B2026式中0底板厚度 許用應力，對于C3或A3鋼顎板鉸點的位置可由下述條件決定，當抓斗在最大開度時，顎板底部刃口在垂直方向，以使刃口順利插入物料。3.3.5抓斗的安全檢查 抓斗應每天檢查一次,特別是工作繁重的抓斗液壓缸,更應進行認真檢查。對達到報廢標準的部件要及時報廢。 要檢查螺栓、螺帽的緊固情況及損壞情況； 要檢查刃口的磨損情況，刃口不應歪斜，不應有裂紋

48、； 要保持良好的潤滑狀態(tài)； 抓斗閉合時，兩水平刃和垂直刃口的錯位差及斗口接觸處間隙不得大于3mm，最大間隙處的長度不大于200mm； 抓斗張開時，斗口不平行差不得超過20mm； 抓斗起升后，斗口對稱中線及抓斗垂直中心線，無論在抓斗張開或閉合時，都應在同一垂直平面內(nèi)，其偏差不得超過20mm。 4 小車起升機構(gòu)和運行機構(gòu)的計算已知數(shù)據(jù)：最大起重量：3t，起升高度：1.5m， 起升速度：10m/min；小車運行速度：15m/min；工作級別：A5；小車質(zhì)量估計=3t。小車運行機構(gòu)：利用等級T5，載荷情況L3，工作級別M64.1升降機構(gòu)計算4.1.1確定升降結(jié)構(gòu)傳動方案采用兩個垂直布置的液壓缸帶動四連

49、桿機構(gòu)，實現(xiàn)抓斗的升降。圖4-1 抓斗升降機構(gòu)4.2小車運行機構(gòu)計算表4-1小車軌距和小車輪距起重量（t）5101520/530/550/10小車軌距（mm）140020002000200025002500小車輪距（mm）中級110014001700240027003300重級1500180020002400270033004.2.1確定機構(gòu)傳動方案傳動方案采用齒輪銷軌式無鏈牽引機構(gòu)，動力源通過驅(qū)動馬達經(jīng)齒軌輪與鋪設(shè)在軌道上的銷排式齒軌相嚙合而使抓斗機移動。銷軌有圓柱銷焊接齒軌和齒形鑄造齒軌兩種。銷軌由兩側(cè)板固定和夾住，齒軌輪不會脫軌，剛性也好。銷軌式嚙合副的齒廓曲線常采用擺線齒輪圓柱銷齒軌、

50、漸開線齒輪漸開線柱銷齒軌兩種。這兩種嚙合原理與漸開線齒輪的嚙合計算方法相同，能實現(xiàn)共軛傳動，但有各自特點。此方案結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于維護。4.2.2選擇車輪與軌道并驗算其強度車輪最大輪壓：小車質(zhì)量估計G=3000Kg，假定輪壓均布： P =（Q+ G）=（3000+3000）9.8=14700 N 車輪最小輪壓： P= G=30009.8=7350N 初選車輪： 當運行速度60 m/min 時，=11.6，工作級別為輕級時，車輪直徑D=250mm ，軌道型號為12 kg/m （P11）的許用輪壓為30.9KN14.7KN 。根據(jù)GB4628-84規(guī)定，直徑系列為D=250、315、400、500、630，故初選直徑D=250mm。強度驗算：按照車輪和軌道為線接觸及點接觸兩種情況驗算車輪接觸強度，車輪踏面疲勞計算載荷： P=12250 N 車輪材料，取ZG340-640，=640 MPa , =340 MPa 線接觸局部擠