摘 要

在过去的几十年里，经济的高速发展对港口的散货吞吐效率也提出了越来越高的要求，促使港口机械向高速化、自动化、大型化等方向发展，但作为散货装卸的主要工属具——抓斗并未在发展中收获质的突破。

根据抓斗实际作业中遇到的问题，通过不断的实践和改进，我国在双颚板抓斗方面出现了不少的创新，但对多颚板抓斗的设计研究较少涉及。

本文对抓斗的发展情况进行了调研，选取起重量为25t的四索多瓣抓斗进行研究，应用SolidWorks对其零部件建模并完成总体装配，为后续的EDEM和ANSYS提供了实体模型，成功提取EDEM仿真中抓斗抓取过程的受力情况，最后进行有限元计算完成了斗瓣结构在不同工况下的强度分析，并简单阐明了以提高抓取比为目的对抓斗进行优化设计的关键点。

关键词：多瓣抓斗，三维建模，EDEM仿真，有限元

Abstract

In the past few decades，the rapid development of the economy has made higher requirements to bulk-cargo throughput efficiency of ports,which promote the port machinery to High speed,automationand large-scale,but as the main handling tool for bulk cargo-- grab did not gain a qualitative breakthrough in the development .

According to the problems encountered in the actual operation of the grab, through continuous practice and improve,there are a lot of innovation in the double jaw grab in our country,but less involved in the design of multi-flap grab.

My dissertation investigates the development of grapples,select four rope multi-flap grab whose lifting weight is 25t to research.Modeling with SolidWorks,successfully extract the force of the grab in EDEM simulation to complete the grab's strength analysis by the finite element method.At last,simply clarify the key point to optimal design the grab bucket.

Keywords:Multi-flap grab;3D modeling;EDEM simulation;FEA

目录

第1章绪论 1

1.1 课题的背景和意义 1

1.1.1抓斗的介绍 1

1.1.2抓斗抓取阻力理论背景 2

1.1.3课题研究的意义 3

1.2 国内外研究发展现状 4

1.3 论文的主要研究内容 5

第2章抓斗的三维设计 6

2.1 抓斗的结构及主要技术参数 6

2.1.1抓斗的结构 6

2.1.2主要技术参数 6

2.2 基于SolidWorks的三维建模 7

2.2.1SolidWorks简介 7

2.2.2三维建模思路 8

2.2.3抓斗的零部件建模 9

2.2.4抓斗的总体装配 11

第3章 EDEM散粒物料仿真 13

3.1 离散元素法的应用 13

3.2 EDEM仿真模型的建立 13

3.3 EDEM仿真中力的提取 15

第4章抓斗的受力分析及有限元分析 18

4.1 抓斗的受力分析 18

4.1.1抓斗的抓取阻力 18

4.1.2抓取阻力的计算方法 19

4.2 抓斗的有限元分析 20

4.2.1有限单元法的发展 20

4.2.2ANSYS Workbench 21

4.2.3有限元分析过程 22

第5章环境影响及经济性分析 32

5.1 环境影响 32

5.2 经济性分析 32

第6章全文总结 33

6.1 工作成果 33

6.2 研究展望 33

参考文献 34

致谢 36

第1章绪论

1.1 课题的背景和意义

1.1.1抓斗的介绍

虽然国内外港口散货连续卸船机的类型在不断增加，但是散货装卸始终离不开抓斗的广泛使用。这是因为抓斗本身具有制造容易、价格低廉，生产效率适中、操作简易、可靠耐用、保养维修简单，一机多用等不可替代的优点^[1]。

抓斗是随散货运输的不断发展而出现的一种取物装置，通过颚板的开闭来自行抓取和卸出散料。其装卸物料的动作由司机在司机室内操纵，生产效率较高。主要用于装卸大宗散粒，特殊形式的抓斗也可用来装卸原木、铝锭、生铁块等物料，普遍应用于港口、煤场、矿山和建筑工地。

抓斗的形式有很多，绳索式抓斗（机械式）和动力式抓斗是通过抓斗开闭驱动方式的不同进行的分类，绳索式抓斗又分为单绳抓斗、双绳抓斗和四绳抓斗，动力式包含电动、液压等形式；双颚板抓斗和多颚板抓斗依据的是抓斗的颚板数目，双颚板抓斗又分为撑杆式、耙集式、剪式、钳式(或反剪式)、扭矩式等形式；粮食抓斗、煤抓斗、矿石抓斗、圆木抓斗等类型是通过抓取物料的不同进行的分类；根据抓取物料的容积密度还可对抓斗进行轻重型号的分类，货物的容重小则选轻型抓斗， 容重大的则选重型抓斗，例如：焦炭、谷物等货物应选用特轻型抓斗，盐、化肥等应选用轻型抓斗，黄砂、矾土矿等应选用中型抓斗，一般的矿粉、矿石等应选用重型抓斗，生铁、磁铁矿等应选用特重型抓斗^[2]。

抓斗从形状看有贝形、矩形、桔瓣等外观，由多个颚板组成的抓斗（即多瓣抓斗）也叫抓爪，最常用的为六块颚板。多颚板抓斗适用于一般双颚板抓斗不易插入的物料，例如装卸大块废石及废铁等。

多瓣抓斗可以分为刚性多颚板抓斗和挠性多颚板抓斗两种结构^[3]。

刚性多颚板抓斗，六块颚板都与下横梁铰接在一起。在抓取物料时，每块颚板的张开度是相同的，但其受力各不相同。当抓取大块不规则物料时，可能出现有的颚板不受力情况。但其构造简单，是目前应用较多的多颚板抓斗形式。

挠性多颚板抓斗，下滑轮组的每个滑轮分别装设在每块颚板的头部，开闭绳依次绕过。抓斗闭合时，各颚板的开闭程度可各不相同，但各颚板的受力是完全相同的。这种多颚板抓斗对于不规则的大块物料及钢铁，具有良好的抓取效果^[4]。

刚性结构与挠性（柔性）结构，即斗瓣的同步与异步。以下为斗瓣同步与否的抓斗产品举例：