摘 要

抓斗是一种结构简单，工作可靠稳定的散货装卸设备，在散货抓取方面具有其他取物设备无法比拟的优点。抓斗广泛地应用于各国港口码头，作为主要的散货卸船设备。近几年来，随着港口的发展，抓斗的发展越来越快，抓取量也越来越大，而随着抓斗抓取量的提升，抓斗在越造越大的同时，也是越造越重，极大地浪费了起升机械的起重量和能源资源。为此，如何在保证安全的前提下充分利用起升机械的额定起重量，优化抓斗的设计结构，减轻抓斗自重，提高抓取比，已成为现如今抓斗设计研究的主要方向。

本文以斗容为13.5m³的四绳双瓣抓斗为研究对象，使用三维建模软件SolidWorks对抓斗进行建模，并根据抓斗实际作业工况，对抓斗的取料过程进行EDEM仿真，在此基础上完成对抓斗的充填量和挖掘阻力的分析。本文主要内容包括以下三个方面：

1. 应用传统理论知识进行抓斗力学特性分析，推导出抓斗在挖取过程中所受挖掘阻力的函数表达式；
2. 使用SolidWorks建立抓斗各部件的三维模型，并进行虚拟装配；
3. 使用用EDEM软件对抓斗挖取物料过程进行仿真，并根据仿真结果分析抓斗的充填量和抓斗在整个挖掘物料过程中的受力变化。

论文结果表明：理论计算与仿真结果相符，仿真真实可信。虽然仿真所用物料颗粒与实际存在一定差异，但是运用相似原理对仿真结果进行分析，仍然可以得到抓斗在挖取过程中各部件所受阻力变化，据此调整抓斗的设计结构，以减轻抓斗自重，提高抓取比。

关键词：双瓣抓斗；三维建模；取料；EDEM仿真

Abstract

Grapple is a simple structure, reliable and stable bulk cargo handling equipment, with other take-off equipment can not go beyond the advantages. Grabs are widely used in national port terminals as the main bulk cargo ship unloading equipment. In recent years, with the development of the port, the development of grappling faster and faster, more and more grasping the amount, and with the grab grab the amount of lifting, grappling in the bigger and bigger, but also The more and more heavy, greatly wasted the lifting machinery from the weight and energy resources. For this reason, how to make full use of the lifting capacity of the lifting machinery under the premise of ensuring safety, optimize the design structure of the grab, reduce the grapple weight, improve the grasping ratio, has become the main direction of the present grapple design research.

In this dissertation, the four-rope double-bucket grab with 13.5m3 is used as the object of study. The three-dimensional modeling software SolidWorks is used to model the grab, and EDEM simulation of the grabbing process is carried out according to the actual operating conditions , On this basis to complete the filling of the grab filling and mining resistance analysis. The main contents of this dissertation include the following three aspects:

(1) Using the traditional theoretical knowledge to analyze the mechanical properties of the grab, the function expression of the grab resistance in the process of excavation is deduced.

(2) the use of SolidWorks to build the three parts of the grappling model, and virtual assembly;

(3) The EDEM software was used to simulate the process of grabbing the material, and the loading of the grab and the force change of the grab in the process of mining the material were analyzed according to the simulation results.

The results show that the theoretical calculation is in good agreement with the simulation results. Although the simulation of the material used in the material and the actual existence of a certain difference, but the use of similar principles to analyze the simulation results, can still get the grab in the process of digging parts of the resistance changes, according to adjust the design of the grab structure to reduce the grasp Bucket weight, improve the crawl ratio.

Key Words: Double-pit grab, three-dimensional modeling, reclaiming, EDEM simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1论文研究的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究的主要内容 2

第2章 抓斗的设计计算 4

2.1物料特征和工况选取 4

2.1.1物料特征 4

2.1.2工况选取 4

2.2抓斗挖掘物料过程中的受力分析 4

2.3抓取阻力 5

2.3.1刃口切入阻力 5

2.3.2推压阻力 7

2.3.3摩擦阻力 7

2.3.4阻力计算结果 8

2.4 本章小结 8

第3章 基于solidworks的抓斗三维建模 10

3.1软件介绍 10

3.2双瓣抓斗三维建模与虚拟装配 11

3.3本章小结 12

第4章 基于EDEM的抓斗取料过程仿真 13

4.1离散单元法 13

4.1.1离散单元法简介 13

4.1.2离散元仿真原理 13

4.1.3离散单元法工程应用软件EDEM 16

4.2双瓣抓斗挖掘物料过程的仿真 16

4.2.1双瓣抓斗三维模型的导入 16

4.2.2仿真参数设置 17

4.2.3物料抓取过程仿真 20

4.3仿真结果分析 21

4.3.1取料过程分析 21

4.3.2挖掘阻力分析 23

4.4本章小结 35

第5章 环境影响与经济性分析 36

5.1环境影响分析 36

5.2经济性分析 36

第6章 总结与展望 37

6.1课题总结 37

6.2工作展望 37

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1论文研究的目的及意义

抓斗是一种结构简单，工作可靠的散货物料装卸设备，凭借其独特的性能仍然活跃于各国港口码头，是散货卸船的主要设备。

全球化依然是当今世界发展的主旋律，世界范围内经济的持续发展使得各国之间的贸易近年来空前繁荣，尤其是在远洋运输行业，散装运输在总的货物运输中所占的比重越来越大。据统计，每年全球各港口的散货物料装卸总量高达数十亿立方，而散货运输船舶也是随着发展越来越巨型化。当今港口为了吸引更多更大的散货运输船舶也在朝着逐步大型化的方向发展，为了提高港口的装卸效率，港口上作业的抓斗起升机械也正向大型化方向发展，而抓斗的发展却不能满足港口工作的要求，在起升机械越造越大的同时，抓斗也也造越大，但却越越大越重，这就大大地占用了起重机械的额定起重量，极大的浪费了宝贵的能源资源，也严重降低了抓斗起升机械的工作效率。对于抓斗来说，传统的设计方法具有一定的盲目性和不准确性，设计师们为了满足抓斗工作的强度，去一味的增加抓斗的板材厚度，这就造成了抓斗在越造越大的同时也越造越重。所以抓斗机构设计的正确合理与否直接决定了抓斗起升机械的工作能力与能耗。因此，正确有效地分析抓斗机构的工作过程是保证抓斗取料技术性能的关键技术。

在抓斗工作过程中，物料被挖掘、提升、倾卸的运动规律，物料与抓斗装置的相互作用及物料之间的相互作用是较为复杂的。离散单元法(DEM)为抓斗挖取过程的研究提供了有效的分析手段。离散单元法的理论基础是牛顿运动定律、赫兹接触理论和散体力学理论，该方法将散粒体划分为离散单元的集合，结合颗粒体间不同的力学本构关系建立出每个单元的运动方程，利用动态松弛法进行迭代求解，得到不同颗粒体间力和位移的关系，进而求得散粒体的整体运动状态。