摘 要

在港口装卸作业中，抓斗是常用的散货装卸工具之一，具有结构简单、操作方便、稳定可靠等优点。随着技术的发展革新，抓斗的类型在不断创新，抓斗的应用领域也在不断扩大，对抓斗各方面的研究也不断深入。

本文以多瓣抓斗为研究对象，首先通过理论计算，得到了有关多瓣抓斗在抓取过程中的受力情况；随后，借助SolidWorks与EDEM软件完成了多瓣抓斗的三维建模和取料过程的仿真，并对仿真数据进行分析；在此基础上，希望通过比较得到理论计算与仿真数据的联系与差别。主要内容如下：

1. 介绍了几种常见抓斗，并对各自优缺点进行了比较，介绍了多瓣抓斗的工作过程，分析了抓斗的运动学原理，并借鉴已有经验对多瓣抓斗进行力学分析。
2. 借助SolidWorks完成对多瓣抓斗的零件建模、装配，并在动画中完成了抓斗完整的动作过程。
3. 借助EDEM软件，对多瓣抓斗的取料过程进行仿真，根据抓取物料的不同设置了两组仿真，对抓取过程中的斗体和齿间的受力情况进行着重分析，并将仿真结果与理论计算进行对比分析。

关键词：多瓣抓斗，三维建模，离散元仿真，抓取阻力

Abstract

In the port handling operation, the grab is one of the commonly used bulk loading and unloading tools, with the advantages of simple structure, convenient operation and reliable stability. With the development of the technology, the type of grab is constantly innovating, the application of the grab is expanding, and the research on the various aspects of the grab is getting further and further.

In this paper, the multi - flap grab is taken as the research object. Firstly, the force of the Orange Peel Grab in the crawling process is obtained through theoretical calculation. Then, with SolidWorks and EDEM software, the three-dimensional modeling of the Orange Peel Grab and the simulation of the reclaiming process were carried out, and the simulation data were analyzed. On this basis, we hope to get the connection and difference between theoretical calculation and simulation data by comparison. The main contents are as follows:

1. This paper introduces several common grapples, compares the advantages and disadvantages, introduces the working process of Orange Peel Grab, analyzes the kinematics principle of the grab, and draws lessons from the existing experience,
2. With SolidWorks to complete the Orange Peel Grab parts of the modeling, assembly, and in the animation to complete the complete action of the grab process.
3. With the aid of EDEM software, the recoil process of Orange Peel Grab is simulated, and two sets of simulations are set according to the different contents of the crawling materials. The stress of the bucket body and the teeth during the crawling process is analyzed emphatically,. And the simulation results are compared with the theoretical calculation.

Key Words：Orange Peel Grab；Three-dimensional modeling ；DEM Simulation；Grab resistance

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究意义及背景 1

1.2国内外相关研究现状 1

1.2.1散货抓斗的发展演化及多瓣抓斗的研究 2

1.2.2三维建模技术发展及SolidWorks在机械设计领域的应用 3

1.2.3EDEM仿真在工程领域的应用 3

1.3本文的研究路线和内容 4

第二章 多瓣抓斗的设计与计算 5

2.1多瓣抓斗的工作过程 5

2.1.1空斗下降 5

2.1.2抓取物料 6

2.1.3满斗提升 6

2.1.4开斗卸料 6

2.1.5抓取过程中开闭绳和支撑绳的受力情况 6

2.3绳索抓斗的的运动学原理 7

2.4多瓣抓斗抓的力学分析 8

2.5本章小结 10

第三章 基于SolidWorks的多瓣抓斗三维建模 11

3.1SolidWorks三维建模的基本方法 11

3.1.1自下而上的建模方法 11

3.1.2自上而下的建模方法 11

3.2两种建模方案的比较与选取 12

3.3多瓣抓斗的建模实例 12

3.3.1上承梁建模 13

3.4本章小结 16

第四章 基于EDEM的多瓣抓斗取料仿真 17

4.1离散元模型的导入与建立 17

4.1.1多瓣抓斗模型的建立 17

4.1.2颗粒物模型的建立 19

4.2抓取过程的仿真 20

4.2.1抓斗的运动设置 21

4.2.2颗粒工厂的设置 23

4.2.3几个关键问题的解决 24

4.3仿真结果分析 26

4.3.1两组仿真的对比 27

4.3.2大颗粒物料抓取过程斗体的研究 28

4.3.3大颗粒物料抓取过程斗尖的研究 34

4.4本章小结 36

第五章 经济性与环境影响分析 37

5.1经济性分析 37

5.2环境影响分析 37

第六章 总结与展望 39

6.1论文总结 39

6.2研究展望 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着工业的进步和商业贸易的发展，从上世纪中期，抓斗作为一种主要装卸设备，开始广泛的应用于各大码头的散货作业中，其中比较著名的，例如在上海港用于装卸煤炭的双绳长撑杆双鄂板抓斗。经过几十年的发展，抓斗的使用已经遍及国民经济的各个领域。在此期间，我国专家和技术人员通过大量的实验研究和严密的理论分析，结合丰富的制造和使用经验，不但提出了符合抓斗实际工作情况的设计计算方法，而且在改进结构、材料以及制造工艺等方面也做出了引人注目的成绩。

但是，从上世纪80年代开始，与我国水陆联运高速发展形成对比的是，抓斗的发展及其缓慢，与货物运输的散装化发展不相适应。当今，港口正朝着综合型、大型化方向发展，随之而来的是对提高港口装卸效率尤其是散货装卸效率的迫切需求。在曾经的一段时间里，抓斗的设计延续传统的思路方法，出现了越做越大，越做越重的现象，在有些时候，抓斗的自重已经远远超过起重量的一半，在浪费宝贵时间的同时浪费了大量的能源，使得装卸效率不升反降。因此，作为港口装卸作业的“手臂”，抓斗的抓取能力已经成为港口装卸系统的发展瓶颈^[1]。