计算说明书

1.概述80年代以来，我国相继建成了宝钢主、副原料码头，北仓港矿石中转码头以及多座大型火力发电厂煤炭卸货码头等一批现代化散货专用码头，其卸船设备一般为起重量30～50t的抓斗桥式卸船机。

国内现用的剪式抓斗有抓取比大的优点，但闭斗后外形尺寸太大；斜压式抓斗是一种不对称的长撑杆抓斗，它在抓货后，留下的不对称轨迹对后面的逐层抓取不利。

只有长撑杆双颚板抓斗在抓取各类散货时具有良好的适应性。

近几年国内设计制造的长撑杆抓斗已先后用于宝钢副原料码头，浙江北仓港电厂煤炭码头，广东某电厂及大连港甘井子煤场等地，使用性能良好。

1.1抓斗的总体描述抓斗，工程机械用，安装于吊车悬臂末端，用于抓挖土方或散装物。

由于其装货与卸货过程完全是由起重机司机操纵并依靠机械的力量自动进行，因而完全不用人工装网络与挂摘钩，避免了繁重的人力劳动，节省劳动力，同时也节省了辅助时间，大大提高了装卸效率。

因此，抓斗在港口装卸作业中起着十分重要的作用，得到了极其广泛的采用。

当给定散货装卸任务之后，也就是确定搬运散货的行程之后，抓斗起重机的装卸效率取决于起重机的起重量与机构的工作速度。

经济性良好的装卸作业，要求对起重机的起重量和其他装备的驱动功率有一个绝佳的选择。

因为抓斗起重机的装卸效率与抓斗的抓获量密切相关，而且起重机的起重量又必须等于抓斗的自重加上其抓获量，所以设计的最重要课题就是如何设计出自重尽可能小而抓获量尽可能多的抓斗，即在考虑在使用抓斗的综合经济效益前提下，尽可能使抓斗获得最大的填充率。

这里所说的综合经济效益是指在抓斗的允许使用寿命内，完成的散货装卸量的产值与抓斗本身的造价比而言。

当设计合理时，抓斗的使用寿命理应与其结构材料的强度，也就是与其自重有关。

抓斗起重机的起重量利用率可由抓斗抓取的散货质量与散货质量加抓斗的自重之比来量度，或者用抓斗的抓取能力系数来衡量抓斗的抓取性能。

针对需要装卸的散货种类，选择最佳的抓斗参数，精心满足抓斗的强度与刚度要求，即能获得满意的抓斗填充率，因而也就极大地提高了起重机起重量的利用率。

由于起重机的设备投资是抓斗设备投资的几十倍甚至上百倍，所以使用质量优良的抓斗为降低装卸成本提供了极大的可能性。

充分利用起重机的起重量，意味着抓都在抓取散货的正常作业中，应该以及小的上下偏差得到给定的填充量。

一个性能良好的抓斗，不仅应该具有一个很高的理论填充量，而且在实际使用中，确实也能够平均的达到这个填充量。

抓斗填充量不足，将使起重机的装卸效率降低，而填充过量，则使起重机超载。

在使用抓斗时，这些都是不希望的。

为了使抓斗抓取散伙时能够达到预期的填充量，首先必须掌握影响抓斗填充过程的所有影响因素的有关知识。

这些影响因素主要有：散货的影响因素（散货容量，散货粒度及颗粒形状，散货内摩擦角）；抓斗的影响因素（抓斗的自重及自重分配，抓斗闭合过程中闭合绳拉力的大小及变化，抓斗闭合速度，抓斗开度）。

为了揭示上述影响因素对抓斗填充量的影响程度以及他们之间的相互关系，迄今为止常常单独或综合采用下述三种方式进行研究：(1)对于颗粒比较均匀分散性比较良好的细粒物料，例如砂子，粮食等，运用土力学理论对抓斗填充过程进行分析处理。

（2）运用模型抓斗进行试验研究。

（3）运用原型抓斗进行试验研究。

必须指出的是：即使在目前，为散货起重机配备抓斗的主要依据是散货的容货时填充不足。

但是，如果考虑粒度的影响，则必须考虑下述问题：在同一类散货中，粒度增大到何种程度，是使用撑杆抓斗经济还是应该使用其他形式的抓斗；在装卸哪些散货时，为使抓斗充满而不必对抓斗自重提出要求，以致可以推荐采用轻金属制造的抓斗。

根据抓斗操作的特点，抓斗的形式基本上可分为双绳抓斗，单绳抓斗与马达抓斗三类。

其中以双绳抓斗应用最为广泛，而其他两类抓斗在港口装卸作用中则应用很少，因此下面主要介绍双绳抓斗。

1.2抓斗的结构组成及工作原理双绳抓斗有左右对称的两个颚铲，同颚铲铰接的下承梁，撑杆和上承梁组成。

整个抓斗挂在两根绳索上，其中一根绳索直接固定在上承梁上，称为支持绳，另一根绳索称为开闭绳，它穿过上承梁，绕过下上承梁的滑轮后，固定在上承梁或下承梁上。

抓斗的工作过程有：（1）空抓斗下降；（2）抓货；（3）带货抓斗提升；（4）卸货。

依次经过上述四个过程，抓斗完成了一个工作循环，重新处于准备抓货的状态。

1.3抓斗的抓货过程张开状态的抓斗降落到货堆上以后，当向上收紧开闭绳而支持绳处于松弛状态下，开闭绳的张力则通过滑轮组的作用，使上下承梁互相接近，从而使颚铲产生逐渐关闭的运动而抓货。

1.4抓斗的抓取能力与影响抓取能力的主要因素抓斗的抓取能力大小直接影响到抓斗工作的有效程度，它的大小主要取决于抓斗的下沉力与物料垂直方向的阻力以及抓斗的抓取力矩与物料的阻力矩之间的关系。

它们构成了抓获过程的主要矛盾。

影响抓斗抓取能力的因素有很多，其中主要的有以下几个方面：(1)抓斗自重及其合理分配的影响；（2）滑轮组倍率的影响；（3）撑杆与颚铲铰接点位置的影响；（4）最大张开度的影响；（5）颚铲宽度的影响；（6）颚铲几何形状的影响；（7）物料性质的影（8）操作方法的影响。

1.5抓斗的设计计算任务抓斗主要由颚铲，撑杆，上承梁和下承梁四个部分组成。

在头部一般还装有上滑轮以及开闭绳导向装置，在下承梁装有下滑轮。

设计抓斗时，对其构造上的考虑，应保证抓斗各构件只有一个相对自由度，以便使抓都在抓货过程中不致由于两颚铲刃口上遇到不同阻力时影响到他们的真确闭合；同时，也为了使已闭合的抓斗不会在起升过程中由于碰撞或其他原因而发生颚铲彼此不密合的现象。

为此，通常在撑杆与上承梁的连接处用同步约束装置将两撑杆连接起来，使撑杆与头部间只有一个相对自由度。

抓斗设计计算的任务在于：根据给定的原始数据，工作条件，确定抓斗的各主要参数，使之满足生产要求，并具有良好的工作可靠性和工作性能。

设计计算抓斗的原始数据有：所抓物料的物理和机械性质（包括单位容积质量，块类大小，自然坡度较，潮湿度，坚实度及结块性等）和配套起重机的有关数据（包括额定起重量，是用抓斗工作时的生产率，起升速度，最大起升高度及悬挂抓斗的钢丝绳分支数等)。

设计计算的步骤分为：确定抓斗的几何容积，确定抓斗的最大张开度及宽度，选择并确定颚铲的侧面形状和尺寸，选择确定开闭滑轮组倍率，选择钢丝绳，确定抓斗总体结构尺寸并绘制布置简图，确定抓斗自身质量及其合理分配，验算抓斗的抓取能力，抓斗主要构件的强度验算。

其中抓斗主要构件的强度验算包括撑杆的强度验算和颚铲的强度验算。

1.6选用抓斗的基本原则首先在保证生产安全的条件下，充分利用起重设备的允许起重量。

其次，在工作允许的情况下，尽量选用抓取性能较高的抓斗。

1.7专用抓斗对于不同的货种，应该采用不同的专用抓斗。

较常用的有多颚铲抓斗，振动抓斗，耙集抓斗。

当抓取大块的矿石或金属切屑时，双颚铲抓斗宽大的颚铲刃常因直接碰上物块或延绵的切屑而无法插入货层，这时，最好采用多颚铲抓斗。

对于难抓取的大块矿石，岩石，为了加强颚铲刃深入货层的能力，可在颚铲上装置振动发生器。

颚铲在振动发生器的作用下，作前后左右振动，觅缝插刃，促使铲刃深入货层。

普通长撑杆双绳抓斗，在交大的货堆上作业时，一般抓的较满。

但是，当货层变薄时，抓货量就显著下降，而且可能使船舱底板受到损坏。

这时，适宜采用张开度大的耙集抓斗。

2.总体设计对于抓斗设计来说，为要保证得到良好的抓取性能，必须根据物料性质的不同类型来选择抓斗的结构参数。

通常，根据抓取的物料性质不同，将抓斗划分为几种类型，其划分范围 如下：按被抓取物料的容重来分：()32.1mtr =以下者——定位轻型；()32~2.1mt r =——定位中型； ()38.2~2mt r =——定位重型； ()38.2mt r =以上者——定位特重型。

2.1确定抓斗的几何容积V按给定的起重机额定起重量Q 额与物料的容重r ，根据下式确定所需抓斗的几何容积V)(7.95.21)4.01(40)'K -1(3m r K Q r K m Q V =⨯-⨯==-=额斗额）（式中：m 斗—空抓斗质量（t ） r —物料容重(t/m 3)Q 额——起重机的额定起重量（t ） K'—系数，此式中去K'=0.4抓斗的几何容积也可按照起重机给定的生产率根据下式计算：)(603m rpt V =。

式中：p ——起重机的额定生产率；t ——抓斗完成一次工作循环的平均时间；可按给定的工作绳速度，抓斗平均运行距离 和抓斗平均升降高度等求出。

r ——所抓物料的容重。

由以上计算知抓斗的容积为37.9m V =，在计算出容积后，需要验算在该抓斗容积下，满载抓斗的总质量是否超过起重机的额定起重量。

要求满足下式：额额货斗总Q Kr Q m m m )1~9.0(V 'K ≤⋅+⋅=+=式中：m 总——满载抓斗的总质量，它包括抓斗自身质量与抓货物的质 m 货——抓斗所抓货物质量；而额总Q 40404.015.27.9==⨯+⨯=m所以，满载抓斗的总量没有超过起重机的额定起重量，满足要求。

2.2确定抓斗的最大张开度L 及宽度B设抓斗抓取物料的体积等于抓斗的几何容积，则：B L B ⋅⋅=⋅=均挖y FV式中：挖F —抓斗所抓取物料层的断面积； 均y —平均抓斗深度。

又令：y B y L B ψ=ψ=L ,均则3L L L L V y B y B ⋅ψ⋅ψ=ψ⋅⋅⋅⋅ψ=，由此可得：抓斗的最大张开度3yB VL ψ⋅ψ=式中：取系数57.0,164.0=ψ=ψB y ，则)(4700)(7.4164.057.07.93mm m L ==⨯=抓斗宽度)(2700470057.0mm L B B =⨯=⋅ψ=2.3选择并确定颚铲的侧面形状和尺寸颚铲的侧形应与所抓物料的性质相匹配。

对于很松散的小颗粒物料，宜采用圆弧形颚铲。

对于大中块物料，宜采用底面平直的颚铲。

2.3.1颚铲的底倍角在此设计中取底倍角 10=∂； 2.3.2颚铲侧板上缘与水平线夹角ρ：建议取为等于物料运动状态的自然坡度角。

此设计中取 30=ρ；图2.12.3.3颚铲侧板的面积颚铲侧板面积必须保证抓斗具有额定容积，由此求出一块颚铲侧板的面积F 为：)(8.17.227.922m BV F =⨯==；2.3.4颚铲侧板形状作图一块颚铲侧板的侧面积有梯形ABO'C 与扇形CO'D 两块面积组成。

由于切削角∂很小，可以足够精确地取0'r C O =； 则360)90()(21220101ρπ-++==r l r h BV F ，由梯形ABO'C 中可求得几何关系βtan tan 011+∂-=r h l并将此式代入上式，并经整理后得：20201180)90()tan (tan r r B V h +⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+∂=ρπβ 取 30,10==∂ρ，则)(766.1995.113.07.27.972.013.072.02201m r BV h =⨯+⨯=+=式中：0r —颚铲侧形作图时，取0r =1.995m 。