抓斗計算說明書

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(zhuǎn)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，具卸船設(shè)備一般為起重量3050t的抓斗橋式卸船機(jī)。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。只有長撐桿雙顆板抓斗在抓取各類散貨時具有良好的適應(yīng)性。近幾年國內(nèi)設(shè)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。謝謝朋友對我文章的賞識，有需要請聯(lián)系QQ：1074333415.我可以將壓縮包發(fā)給你11

2、1小1.1 抓斗的總體描述抓斗，工程機(jī)械用，安裝于吊車懸臂末端，用于抓挖土方或散裝物。由于其裝貨與卸貨過程完全是由起重機(jī)司機(jī)操縱并依靠機(jī)械的力量自動進(jìn)行，因而完全不用人工裝網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(jī)的裝卸效率取決于起重機(jī)的起重量與機(jī)構(gòu)的工作速度。經(jīng)濟(jì)性良好的裝卸作業(yè)，要求對起重機(jī)的起重量和其他裝備的驅(qū)動功率有一個絕佳的選擇。因為抓斗起重機(jī)的裝卸效率與抓斗的抓獲量密切相關(guān)，而且起重機(jī)的起重量又必須等于抓

3、斗的自重加上其抓獲量，所以設(shè)計的最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，即在考慮在使用抓斗的綜合經(jīng)濟(jì)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(jì)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(dāng)設(shè)計合理時，抓斗的使用壽命理應(yīng)與其結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度，也就是與其自重有關(guān)。抓斗起重機(jī)的起重量利用率可由抓斗抓取的散貨質(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。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(qiáng)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(jī)起重量的利用率。由

4、于起重機(jī)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(jī)的起重量，意味著抓都在抓取散貨的正常作業(yè)中，應(yīng)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(yīng)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(dá)到這個填充量。抓斗填充量不足，將使起重機(jī)的裝卸效率降低，而填充過量，則使起重機(jī)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(dá)到預(yù)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(guān)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

5、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(guān)系，迄今為止常常單獨或綜合采用下述三種方式進(jìn)行研究：（1）對于顆粒比較均勻分散性比較良好的細(xì)粒物料，例如砂子，糧食等，運用土力學(xué)理論對抓斗填充過程進(jìn)行分析處理。（2）運用模型抓斗進(jìn)行試驗研究。（3）運用原型抓斗進(jìn)行試驗研究。必須指出的是：即使在目前，為散貨起重機(jī)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(jì)還是應(yīng)該使用其他形式的抓斗；在裝卸哪些散貨時

6、，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。根據(jù)抓斗操作的特點，抓斗的形式基本上可分為雙純抓斗，單純抓斗與馬達(dá)抓斗三類。其中以雙純抓斗應(yīng)用最為廣泛，而其他兩類抓斗在港口裝卸作用中則應(yīng)用很少，因此下面主要介紹雙純抓斗。1.2 抓斗的結(jié)構(gòu)組成及工作原理雙純抓斗有左右對稱的兩個顆鏟，同顆鏟錢接的下承梁，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，稱為支持純，另一根繩索稱為開閉純，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

7、斗完成了一個工作循環(huán)，重新處于準(zhǔn)備抓貨的狀態(tài)。1.3 抓斗的抓貨過程張開狀態(tài)的抓斗降落到貨堆上以后，當(dāng)向上收緊開閉繩而支持純處于松弛狀態(tài)下，開閉純的張力則通過滑輪組的作用，使上下承梁互相接近，從而使顆鏟產(chǎn)生逐漸關(guān)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(guān)系。它們構(gòu)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）撐桿與顆鏟較接點位置的影響；（4）

8、最大張開度的影響；（5）顆鏟寬度的影響；（6）顆鏟幾何形狀的影響；（7）物料性質(zhì)的影（8）操作方法的影響。1.5 抓斗的設(shè)計計算任務(wù)抓斗主要由顆鏟，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(dǎo)向裝置，在下承梁裝有下滑輪。設(shè)計抓斗時，對其構(gòu)造上的考慮，應(yīng)保證抓斗各構(gòu)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顆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)生顆鏟彼此不密合的現(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(shè)計計算的任務(wù)在于：根

9、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，并具有良好的工作可靠性和工作性能。設(shè)計計算抓斗的原始數(shù)據(jù)有：所抓物料的物理和機(jī)械性質(zhì)（包括單位容積質(zhì)量，塊類大小，自然坡度較，潮濕度，堅實度及結(jié)塊性等）和配套起重機(jī)的有關(guān)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）0設(shè)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，選擇并確定顆鏟的側(cè)面形狀和尺寸，選擇確定開閉滑輪組倍率，選擇鋼絲純，確定抓斗總體結(jié)構(gòu)尺寸并繪制布置簡圖，確定抓斗自身質(zhì)量及其合理分配，驗算抓斗的抓取能力，抓斗主要構(gòu)件的強(qiáng)度驗算。其中抓斗主要構(gòu)件的

10、強(qiáng)度驗算包括撐桿的強(qiáng)度驗算和顆鏟的強(qiáng)度驗算。1.6 選用抓斗的基本原則首先在保證生產(chǎn)安全的條件下，充分利用起重設(shè)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(yīng)該采用不同的專用抓斗。較常用的有多顆鏟抓斗，振動抓斗，耙集抓斗。當(dāng)抓取大塊的礦石或金屬切屑時，雙顆鏟抓斗寬大的顆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，最好采用多顆鏟抓斗。對于難抓取的大塊礦石，巖石，為了加強(qiáng)顆鏟刃深入貨層的能力，可在顆鏟上裝置振動發(fā)生器。顆鏟在振動發(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

11、般抓的較滿。但是，當(dāng)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，適宜采用張開度大的耙集抓斗。2 .總體設(shè)計對于抓斗設(shè)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(zhì)的不同類型來選擇抓斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通常，根據(jù)抓取的物料性質(zhì)不同，將抓斗劃分為幾種類型，具劃分范圍如下：按被抓取物料的容重來分：r=1.2（靠3下者定位輕型；r=1.22（）3）-一定位中型；r=22.8t3定位重型；mr=2.8（）3上者一一定位特重型。2.1 確定抓斗的幾何容積V按給定的起重機(jī)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

12、質(zhì)量。式中：m斗一空抓斗質(zhì)量（t）r物料容重（t/m3）Q額一起重機(jī)的額定起重量（t）K'一系數(shù)，此式中取K'=0.4抓斗的幾何容積也可按照起重機(jī)給定的生產(chǎn)率根據(jù)下式計算：V（m3）。60r式中：p起重機(jī)的額定生產(chǎn)率；t一一抓斗完成一次工作循環(huán)的平均時間；可按給定的工作純速度，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(shè)抓斗抓取物料的體積等于抓斗的幾何容積，則：V=F挖B=y均LB式中：F挖一抓斗所抓取物料層的斷面積;y均一平均抓斗深度。又令：?=%,/='；'y則V=中BLLL里y=勺B中y'L3

13、,由此可得：抓斗的最大張開度式中：取系數(shù)中y=0.164，勺B=0.57,貝IJL=1134.9(m).0.570.164VT'b不y=490Qmm抓斗寬度B-+bL=0.574900=2793(mn)i2.3 選擇并確定顆鏟的側(cè)面形狀和尺寸顆鏟的側(cè)形應(yīng)與所抓物料的性質(zhì)相匹配。對于很松散的小顆粒物料,對于大中塊物料，宜采用底面平直的顆鏟。2.3.1 顆鏟的底倍角在此設(shè)計中取底倍角2=10°；2.3.2 顆鏟側(cè)板上緣與水平線夾角P:建議取為等于物料運動狀態(tài)的自然坡度角。此設(shè)計中取P=30二；2.3.3 顆鏟側(cè)板的面積顆鏟側(cè)板面積必須保證抓斗具有額定容積，由此求出一塊顆鏟側(cè)板的面

14、積LV112F=1.97m)2B22.793'2.3.4 顆鏟側(cè)板形狀作圖宜采用圓弧形顆鏟F為：由于切削角很小,一塊顆鏟側(cè)板的側(cè)面積有梯形ABO'C與扇形CO,D兩塊面積組成?？梢宰銐蚓_地取o'c=r0;則F=匕=1(幾+r0)li+"。(9010),由梯形ABO'C中可求得幾何關(guān)系11=h1r02B2360tan；tan!：并將此式代入上式，并經(jīng)整理后得：hi=(tane+tanP)V。2(90巧十102丫B180-取d=10：p=30二，則,V2112hi=0.720.1310=0.720.131.92=1.893B:2.793式中：r0一顆鏟側(cè)

15、形作圖時，取r0=1.995m。容積越大，r0越大。對于圓弧形顆鏟側(cè)板也取大值。作顆鏟側(cè)形圖時，一般根據(jù)顆鏟側(cè)板形狀先選出圓弧半徑r0,再由上式求出h,及11值，然后根據(jù)這些尺寸便可按比例繪制出顆鏟側(cè)板的幾何形狀圖形，其作圖步驟如下：圖2.2抓斗側(cè)板形狀(1)在垂直線上取線段AB=%;(2)由A點引與水平線成白角的射線；(3)由B點引出與水平線成P角的射線；(4)在距AB直線為11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(shè)'為圓心，以O(shè)'E為半

16、徑作圓弧，便可繪制出抓斗的顆鏟側(cè)板的幾何圖形；(7)顆鏟較點O的位置尺寸h0由下式確定：h0=一2cos：2.4 確定開閉滑輪組倍率抓斗開閉滑輪組倍率m應(yīng)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(dāng)r=0.81.2時,取m=34;當(dāng)r=1.22.0時,取m=45;當(dāng)r=2.02.8時，取m=56;當(dāng)m=2.8以上時，取m=67。因為此設(shè)計中r=1,故取m=4.2.5 選擇鋼絲純抓斗在抓貨閉合終了并開始起開瞬間，開閉純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

17、取為：S1=S2=0.6（G斗+G貨）=0.6G（tf）式中：°貨一抓斗所抓取的貨物重量，單位為tf;G一起重機(jī)的額定起重量，單位為tf0S或S2分別為雙純抓斗的兩根鋼絲繩的張力。S1=S2=0.6G=0.61610310=9.6104（N）鋼絲繩是一種機(jī)械零件，它并非永遠(yuǎn)不會損壞，因此鋼絲繩的直徑應(yīng)該按照工作強(qiáng)度的基本原理來予以確定。也就是說，按照d繩=c,&選定鋼絲純的直徑，則鋼絲繩即能達(dá)到一個足夠的使用壽命。式中：d繩一鋼絲繩直徑（mm）；S一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(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲強(qiáng)度以及鋼絲純能否旋轉(zhuǎn)有關(guān)。此式中取

18、0=0.082,S=240000,WJd繩=c7s=0.082*V96000=25.41mm所以取d繩=2qmn）,故鋼絲純選為6M9-25-1770-I-光-右交。2.6 確定抓斗總體結(jié)構(gòu)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：I圖2.3抓斗閉合狀態(tài)圖抓斗的滑輪直徑取為D之18d繩,則取D=22d繩=22父25=550(mm；下承梁的滑輪中心距h3=0言，則取h3=£=275(mm；上下承梁滑輪的最小間距h2=100250(mm)則取h2=250(mm)；hmin=h2+D=100+550=600(mnp又計算得：hmax=1900(mm)撐桿與垂直線間

19、的夾角P,根據(jù)對現(xiàn)有抓斗分析，推薦為：當(dāng)撐桿與上承梁用雙較連接時,P=2328工當(dāng)撐桿與上承梁用單較連接時：P=25'35。；此設(shè)計中取P=30工圖示12可近似的取為：12=11+r0cosP,貝U12=280+1995父cos300=2007,取12=1990mm).h4=h6+(150200)(mm);其中h6由作圖決定。圖中h6=815(mm),貝Uh4=815+200=1015(mm)。上承梁兩錢點間的長度1橫：1橫=2(11+r0cosP)2(h0+h3+h2+D-h4)tanP(mm)代入數(shù)據(jù)計算得：1橫=625(mm)。2L一1塊撐桿長度1撐=-(mm),代入數(shù)據(jù)計算得1

20、撐=3355(mm)。2sin-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：計算開閉純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：1繩=hmaxm+巫(m-1)+(15002000mm)(mm)2開閉純抽出長度：1繩=(hmaxhmin)m(mm)式中：m一開閉滑輪組倍率;hma,xhmin-一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：l繩=1900父5+土父850M4+1032=15870(mm),2由其他條件綜合?。簂繩=16500(mm)。一'._._,l繩=(1900-600)x5=6500(

21、mm)2.7 確定抓斗自身質(zhì)量及其合理分配抓斗的最小自身質(zhì)量根據(jù)保證抓斗具有足夠強(qiáng)度和剛度條件來確定，由給定的數(shù)據(jù)計算出叫=4000(kg)0求出抓斗質(zhì)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(zhì)量不超過0.43Q額(Q額為抓斗起重機(jī)的額定起重量)；當(dāng)物料的容重r>2.8時，抓斗的自身質(zhì)量可允許大于0.5Q額。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(yīng)的取為：顆鏟重量：G=0.45G斗；頭部重量：G2=0.22G斗；下承梁重量：G3=0.18G斗；撐桿重量：G4=0.15G斗。則相應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系亦如此，代入各個數(shù)據(jù)計算得：5=1800(kg)；0=88qk

22、g)；G=72Qkg);m4=600(kg)。由于有兩個斗體，則每個斗體的質(zhì)量=等=900(kg)0根據(jù)工作情況及條件，?。荷?2000(kg),m，=900(kg),m3=800(kg),m4=650(kg)。2.8 驗算抓斗的抓取能力驗算工況：根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推薦，采用抓斗閉合終了，支持純還未參加工作，僅由開閉純支持滿載抓斗的瞬間，作為抓取能力的驗算工況。此時，抓斗左半部分的受力情況如下圖所示：RtanBiR圖2.5抓斗受力狀態(tài)圖2oaoooooocoo-oooooooooo<-000000000-00000000/o0000000o凸oooooQy0000000行口o口OQ口boQ00

23、Oaeoo0一口口口口o/loooojooo0f%000H在顆鏟閉合過程中，作用于顆鏟上的阻力是相當(dāng)復(fù)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(shè)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：S2=G+G2+G3+G4+G貨=G4+6貨=6取上承梁為分離體，并對垂直軸投影，得:丁=干+爭+步叱3+啜取顆鏟為分離體，并對顆鏟與下承梁的錢點取力矩平衡方程式，求出抓取力Hi.TG2一號l3G4一H:14h0GiG傳12tan:h5-I32(T十衿4

24、式中：13顆鏟與抓取物料合成重心的坐標(biāo);其它符號同前。其中N4.92cos:2cos10=2.4qm),h5=i.am>,13=o.5qm)。代入數(shù)據(jù)得：S2=G=40000+1父9.7父103M10=137000：N),T=1，(41)x13700+090006100=2116(2N)。將S2=137000N,T=211625N代入H的計算式得2116256500-2.491.99tan30-1.8+1800019.7101065002116250.85=101041(N)則顆鏟切口單位長度上的抓取力為：WH=H_W式中：W物料單位長度切口上的阻力,推薦值為：對r=0.81.2,W=2

25、00250N/cm；對r=1.22,W=250300N/cm；對r=23,W=300500N/cmB顆鏟白寬度（cm）。將H=101041N,B=279.3cm代入Wh的計算式中得：Wh=361.7（N/cm）之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(yīng)考慮重新調(diào)整抓斗的結(jié)構(gòu)參數(shù)（例如適當(dāng)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(zhì)量分配比例求得的各部分重量進(jìn)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(zhì)量再進(jìn)行驗2.9 運動學(xué)分析從機(jī)構(gòu)學(xué)的觀

26、點出發(fā)，可將四繩長撐桿抓斗視作一個簡單的平面機(jī)構(gòu)。如下圖所示:圖2.6抓斗平面機(jī)構(gòu)圖自由度計算公式為：F=3N-2Pi-Ph式中：N桿件數(shù)量；P低副數(shù)量；Ph局副數(shù)量。其中N=4,R=5,Ph=1,代入數(shù)據(jù)得：F=3父42父51=12.10 主要參數(shù)匯總主要技術(shù)參數(shù)額走起重里16t物料容量1t/m3抓斗容積11m3抓斗自重4000kg滑輪組倍率14滑輪底徑8850mm鋼絲繩直徑440mm斗體側(cè)型長4900mm斗體內(nèi)寬2793mm抓斗最大張開度4700mm（內(nèi)側(cè)）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16500mm3 .橫梁設(shè)計3.1 滑輪組設(shè)計

27、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。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(jié)構(gòu)選擇滑輪是起重機(jī)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(jī)以及抓斗閉合滑輪組的滑輪多用ZG35口鑄鋼鑄造。此設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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D0滑輪直徑由下式確定：D。一ed式中：Do按鋼絲繩中心計

28、算的滑輪直徑，mm;d鋼絲繩直徑，mm；e輪繩直徑比系數(shù),與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)。查表，取e=22.4,MDo>22.4x16=358.4(mm),根據(jù)實際情況取D°=360(mm)。3.1.2.2 計算輪轂寬度通常B=(0.50.8)d0(mm)2 2式中：d0滑輪軸徑(mm。代入數(shù)據(jù)：B=-d0=-父150=100(mm)3 33.1.2.3滑輪槽尺寸的選擇各主要參數(shù)及其意義如下所示：圖中：R-繩槽半徑；H槽的高度；W純槽寬度；m邊范；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

29、.2滑輪圖225(mm)。平衡滑輪的直徑取圖中：D滑輪直徑，mmD1滑輪外徑，mmB輪轂寬度，mmB1漲圈寬度，mmD2輪轂直徑。計算得:D=850(mm),D1=976(mm),B=100(mm),B1=10(mm),D2故滑輪選為LGS20850-225-1003.1.3 平衡滑輪的設(shè)計一臺抓斗上面有兩個平衡滑輪，他們成反對稱形式布置在軸的兩端為830mm寬度取140mm其材料選用ZG35口。3.1.4 滑輪組的設(shè)計省力滑輪組是最常用的滑輪組。在起升機(jī)構(gòu)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(shè)計要求，滑輪組設(shè)計為雙聯(lián)省力滑輪組，其

30、工作簡圖如下所示：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(yīng)當(dāng)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。止匕外，軸承之間采用滑輪擋板與間隔套固定。軸承的壽命計算公式為：Lh=-其中C=ff且P,60nlpfnfTc6M：Lh=10-ffmb。60n<fnfTJ式中：C基本額定動載荷計算值,N;P當(dāng)量動載荷，N;fh壽命因數(shù)；fn速度因數(shù)；fm力矩載荷因數(shù)；fd沖擊載荷因數(shù)；fT溫度因數(shù)。取預(yù)期計算壽命為40000h,轉(zhuǎn)速為1000h/min,則查機(jī)械設(shè)計手冊得:fh=3.72,

31、fm=1.5,fd=1.5,fn=0.36,fT=1。又因為此軸承為圓柱滾子軸承，所以取名=1%。代入以上數(shù)據(jù)得：10106/3.72父1.5M1.5節(jié)Lh=I=597849.6(h)>40000h60x100010.36x1)因為實際壽命大于預(yù)期計算壽命，故軸承工作可靠。3.3 軸的計算3.3.1 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?；喼g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(zhì)后表面淬火，式樣毛胚尺寸為25mm3.3.2 軸上零件

32、的結(jié)構(gòu)設(shè)置長撐桿雙顆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B。l144由tan=二144=0.162D+d繩850+40得：1=9.19式中：lc同一軸上相鄰兩?t輪中心的距離，mmD滑輪直徑，mmd閉合繩直徑，mm3.3.3 軸上載荷的確定當(dāng)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(jié)構(gòu)(在垂直方向)和傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生附加的動載荷，在考慮這種工況時進(jìn)行載荷組合，應(yīng)把起升載荷乘以起升動載系數(shù)=1.21.5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)中=1.5,貝UF=tpxmMl0=1.5M40Ml0=600(KN)由上

33、圖的受力分析，根據(jù)平衡情況列方程得：FiF2F3F4F5F6=FaFb因為2,3,4,5為工作滑輪組，且分布對稱，貝UF2=F3=F4=F5=F=600(KN);滑輪1和6為平衡滑輪，且分布對稱，故其所受力的大小為F1=F6=F=300(KN);2由上知：Fa=Fb=1500(KN)。剪力圖和彎矩圖如下所示：5口口口口1500SOO宅矩目圖3.5上撐桿的剪力圖和彎矩圖357003.3.4 軸的強(qiáng)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(yīng)力為:一一一_33657001033二d32一一一_3一一36570010332二1503=110.37(MPa)軸的強(qiáng)度條件為：c-=110.37

34、MPa一卜1=三二型=186MPa55所以軸的強(qiáng)度符合條件。3.3.5 軸的剛度校核當(dāng)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?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。因此，在設(shè)計有剛度要求的軸時，必須進(jìn)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d4644=2.49100.15二64則上承梁的最大擾度為：223222322232,二F60.071(l-0.071)F50.215(l-0.215),F40.359(l-0

35、.359)9、3lEI9.3lEI9.3lEI+F30.503(0.8622-0.5032)32+F20.647(0.8622-0.6472)32+F10.791(0.8622-0.7912/293lEI93lEI9、.3lEI=1.9110.6214.6814.6610.161.351。“_-3=5.33810(m)3.4 結(jié)構(gòu)形式及計算3.4.1 拉板的計算取b=1211mm,d=340mm,6=20mm,圖形如下所示:拉板上有軸孔的水平截面為危險截面，水平截面的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉力為：Q：j6002.4，s345二t=jr=0.04(Mpa)_七=202.9(MPa)2(b-d)(、)2(1

36、211-340)201.71.7式中：<應(yīng)力集中系數(shù)；所以此設(shè)計拉板符合要求。3.4.2 純端固定所示:固定鋼絲純純端常常采用鍥套，鍥套可裝在上承梁或下承梁上。其形式如下圖圖3.7繩端固定方式3.5 鍵的選擇及強(qiáng)度校核鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的周向固定或軸向滑動的導(dǎo)向。3.5.1 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(yīng)根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇；此處，選擇平鍵進(jìn)行連接。鍵的尺寸則按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和強(qiáng)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bxh按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長度

37、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(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度系列。根據(jù)上述要求，查機(jī)械設(shè)計手冊取L=197mm,b=50mm,h=28mm。3.5.2 鍵的強(qiáng)度校核平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。3滑鍵連接的強(qiáng)度條件為：二p=絲0<!-p1pkldp式中：T傳遞白轉(zhuǎn)矩，Nm；k鍵與輪轂鍵才©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，

38、mm；M鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力，MPa。取l=197mm,h=28mm,則k=%=14mm。d,15010又d=150mm,F=300KN,所以T=F巴=300父103.將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度計算公式得：二-p=紅二“=22250010=108£(MPa)Jp】=120MPapkld14197150pM=22500(Nm)22所以，鍵工作可靠。3.6 銷軸的選擇及強(qiáng)度計算銷軸用于兩零件的較接處，構(gòu)成較鏈連接。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(jié)構(gòu)特點按經(jīng)驗或規(guī)范確定,必要時再按剪切和擠壓強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計算。3.6.

39、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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其表面硬度達(dá)到HRC5260。3.6.2 銷軸的強(qiáng)度校核銷軸的受力簡圖如下所示：圖3.9銷軸的受力分析F:一2三p2d4先按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核，剪切強(qiáng)度符合要求，需滿足此式：，6005(mm)。其中：f=600_=750(KN),d為銷軸的直徑，其值為d=16043則將數(shù)據(jù)代入公式得：.=一50-0V=9.33(MPa)：二=90MPa2二160p4所以剪切強(qiáng)度符合要求。其次，按擠壓條件進(jìn)行校核，此時，需要滿足：Op=£wgppbdp此式中：b連桿頭尺寸(如上圖所示)，mm；d銷

40、軸直徑，mm；F大小同上式，為750KN0取b=3d=480(mm),則將數(shù)據(jù)代入上式得:_375010480160=9.77(MPa)p)-120MPa所以，擠壓強(qiáng)度亦滿足要求3.7上橫梁的設(shè)計以上部分為下橫梁的設(shè)計及強(qiáng)度檢驗，上橫梁的設(shè)計與下橫梁的設(shè)計相同，不再贅述。除此，因為下橫梁與上橫梁結(jié)構(gòu)及材料相同，且上橫梁所受載荷小于下橫梁的載荷，下橫梁強(qiáng)度符合條件。因此，下橫梁的強(qiáng)度亦符合使用要求。4 .頭部設(shè)計4.1 滑輪組設(shè)計滑輪組設(shè)計同橫梁設(shè)計部分的滑輪組設(shè)計，這里不再贅述。4.2 焊縫計算為了保證焊縫焊透，當(dāng)手工焊時，板厚超過6毫米；當(dāng)自動焊時，板厚超過8毫米;股均應(yīng)在焊接板邊開坡口。對

41、焊接縫如果能保證焊縫金屬在全長范圍內(nèi)與母材等強(qiáng)度，則焊縫可以不必進(jìn)行強(qiáng)度校核，否則應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計算。即使是與母材等強(qiáng)度的對接焊縫，設(shè)計時應(yīng)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(qiáng)度進(jìn)行驗算。其受力簡圖如下所示：L圖4.1焊縫的受力簡圖進(jìn)行強(qiáng)度驗算時需要滿足：入=-th1lf式中：N作用于連接的軸心力；If焊縫的計算長度，當(dāng)未采用引弧板施焊時，取每條焊縫的實際長度lfs減去2$;采用引弧板時，取焊縫的實際長度。th1焊縫的許用應(yīng)力；二焊縫厚度04其中，N=4010；584510=279225(N),每=18mm,lf=339mm,kh】=k】=203MPa0代入數(shù)據(jù)得：%=27

42、9225=45.76(MPa)瓦。所以，焊接強(qiáng)度滿足要求。339184.3 撐桿錢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(jìn)行計算。取其直徑為140mm,材料選用42CrMo,需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其硬度達(dá)到HB241286。此外，需要對銷軸進(jìn)行強(qiáng)度驗算。銷軸的受力簡圖如下所示:a=(L5L7)d8=(，0-3.5)d圖4.2銷軸的受力分析先按剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核，剪切強(qiáng)度符合要求，需滿足此式:其中：f為撐桿在較接處所受的力,大小為t=+4k”+g2+"代入數(shù)據(jù)計算得：F=1(5-1)401043520025370=411971.25(N)4.2d為銷軸的直徑，其值

43、為d=140(mm)則將數(shù)據(jù)代入公式得:411971.252-二140224=13.38(MPa):二，=90MPa所以剪切強(qiáng)度符合要求。其次，按擠壓條件進(jìn)行校核，此時，需要滿足：。=上£修pbdp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：411971.251仃d=7.01(MPa)<匕口=120MPa。p420140p4.4 平衡梁與導(dǎo)繩輾的設(shè)計4.4.1 平衡梁的設(shè)計平衡梁主要由主梁板和加強(qiáng)板組成，其主視圖如下所示:-F二二+圖4.3平衡梁的主視圖其次，所有板不得有任何缺

44、陷，過渡處均需要磨圓，材料選用4.4.2導(dǎo)純輾的設(shè)計根據(jù)工作條件及實際經(jīng)驗，選用井字型導(dǎo)純輾。4.5結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5.1拉板的計算此處的拉板設(shè)計方法亦同于橫梁部分的拉板設(shè)計，不再贅述。二二716Mn。5 .撐桿設(shè)計5.1 強(qiáng)度計算5.1.1 由穩(wěn)定性條件驗算撐桿截面按開閉純最大張力作用時引起的載荷計算。當(dāng)支持純未參加工作，僅由開閉純支持滿載抓斗的瞬間時，開閉繩的張力最大，其值為：32max=2G。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二(每側(cè)有兩根撐桿)，力T用公式：T=S2(m"+9+21月十62十色222422計算。5.1.1.1 按

45、強(qiáng)度條件驗算按強(qiáng)度條件驗算時需要滿足二-=工：二=11壓:Fk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(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)；F撐桿截面面積；k安全系數(shù)。其中，T=-(5-1)401043520025370=823942.5(N)2_22s345F=2父(12父296+12M260)=13344(mm),卜=一=203(MPa)n1.7取k=1.5，則k1=堊=135.3(MPa)。1.5查表得中=0.635,將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度條件驗算公式得：823942.50.63513344=97.2(MPa)】壓所以，強(qiáng)度條件符合要求5.1.1.2按耐久性驗算按耐久性進(jìn)行驗算時,需要滿足此

46、式：S2此式中T=2M823942.5=549295(N),中、F和k的意義及大小均同于上式。將以上數(shù)據(jù)代3入耐久性演算公式得：;-549295=64.8(MPa)卜卜。0.63513344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(yīng)力，因此所選出的撐桿具有足夠的剛度，所以不必進(jìn)行剛度校核。5.1.3縱向壓縮與彎曲同時作用的應(yīng)力此時，撐桿應(yīng)該滿足以下條件：:-FW此式中T和F的大小及意義與強(qiáng)度條件驗算公式中的符號相同，即：_2_F=13344(mm),T=823942.5(N)0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%=411971.25(N),撐桿的有效

47、長度l=3355mm,所以，撐桿白最大彎矩M=%l=411971.25m3.355=1.38m106(N，m)。.22抗彎截面系數(shù)W必大于皿=也父4=12-296父4=700928,將以上數(shù)據(jù)代入縱向壓縮66匕市曲攵八八t陽TM411971.251.38106與號曲條件公式得：仃5=+=+=32.85(MPa)匕。F以當(dāng)縱向壓縮與彎曲同時作用時，撐桿的強(qiáng)度亦符合要求。5.2撐桿較與軸套驗算5.2.1 撐桿校驗算撐桿是通過銷軸與斗體進(jìn)行連接，此處銷軸直徑為160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(yīng)力相同，與此同時，兩處受

48、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外彳全為160mm寬度為250mm其技術(shù)要求為給油P值應(yīng)能達(dá)到500kgf/cm2;徑向載荷65噸條件下工作壽命應(yīng)達(dá)10000小時；扣除自潤滑油孔410面積后,應(yīng)能達(dá)到第一個條件得要求。結(jié)合撐桿的其它部分及工作條件，此軸套符合要求。6.斗體設(shè)計6.1 水平刃口板厚度顆鏟切口的厚度6,根據(jù)保證顆鏟具有足夠的剛度條件來確定，其經(jīng)驗公式為:6=wr3W(m)式中：w物料的塊粒系數(shù)。對于小塊粒物料取w=0.0012(mZ);對于大塊粒物料取w=0.0014r物料的容重。代入數(shù)據(jù)計算得：6=0

49、.0014M2.5晨強(qiáng)7=0.0467(m)=46.7(mm),圓整得6=40(mm),即水平刃口板厚度為40mm。6.2 斗底板厚度底板的厚度31一般取為a=(0.30.75»,則取自=0.3$=0.3M40=12(mm)。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(yīng)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，并以一塊顆鏟所受的等效集中載荷%作用于梁的中部，根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件，可求出切口的寬度為：3BG8、.計2式中：6計切口的計算厚度。如果切口有敷焊層以及加筋，計算厚度可取為：6計=(1.752.5941強(qiáng)度計算的許用應(yīng)力。其中5計=

50、25=2乂40=80(mm)代入其他數(shù)據(jù)得：4b>-：6=0.167(m)=167(mm),根據(jù)工作情況?。篵=284mm88010345106.4 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:則豎直方向的受力大小為：V氏一吧二陋29=63.84(KN)44446.4.2 強(qiáng)度驗算當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度驗算時，需要滿足以下條件：仃=Rh，wk】。(l-dy)、此式中：R=63.84(KN),l=530mm,dy=240mm,6=20mm。將以上數(shù)據(jù)代入強(qiáng)度驗算公式得:6.384104.i345仃=11.01(MPa)<k=203MPa。(530-240)201.7所以，大筋裙板的強(qiáng)度符合條件6.5 主筋板強(qiáng)度驗算主筋板受力分析如下圖所示:主筋板強(qiáng)度需要滿足：:-二MN：二WA其中M=旦a-G3：a=3001445-29761.51445=9.22104(Nm)4444PH.G3,一30029.67N=-sin一si