一种抓钢机抓斗的制作方法

本发明涉及起重机械领域，具体而言涉及一种抓钢机抓斗。

背景技术：

抓钢机是一种用来抓取钢料和钢材的机械，是由普通起重机特化改进而来的。抓钢机的大臂和小臂通称为“抓料臂”，长度较长，前端挂载着抓钢器，也被称为抓钳器，也叫桔瓣抓斗，它的主要用途是对废钢、钢材等各种物料进行抓取和装载作业。抓钢机抓斗是抓钢机抓取钢材的专用工具，通常由两个或多个可开合的颚板进行对合组成容料空间，转片在钢材上方打开，落至钢材堆中时转片关闭，钢材被抓取至容料空间中，卸料时，将抓斗吊至指定地点上方打开，物料散落在料堆上。

当前，抓斗按驱动方式分类可以分为机械抓斗和液压抓斗两种，机械抓斗本体未装设开合机构，一般借助绳索和连杆等外力来驱动，液压抓斗本体装设有开合机构，通用液压油缸作为驱动，由多个颚板成组组合的液压抓斗也被称为液压爪；按形状分类可以分成贝壳形抓斗和桔瓣形抓斗，前者是两块转片组成的，后者是三块或三块以上的颚板组成的，而抓钢机通常采用的是多瓣式抓斗，多瓣式抓斗能很好的用于钢厂的废钢抓取和垃圾处理场的大量垃圾抓取以及车辆回收中心进行汽车车体的分解和回收工作，但是多瓣式抓斗不能抓取除散料废钢外的成型长条钢材，通用性受到限制。

现有的钢料抓取特化的抓斗，不论是六瓣荷花抓斗还是电磁吸盘，都因为各自的缺点从而不受港口装卸欢迎。六瓣抓斗会因为某对转片夹到大块物料而妨碍到其他转片的闭合，使得小块物料漏出，装卸效率因此降低；而电磁吸盘又因为其较高的耗能导致效率低下。随着我国钢铁行业的快速发展，国内钢铁需求大大提升，使得港口装卸压力增加，这就对于高效多能的抓钢机抓斗有着迫切的需求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种抓钢机抓斗，本发明通过在颚板尖端处设计卷入闭合机构，改变颚板的结构形状调整其运动过程的受力状态，能够稳定抓取散状废钢或钢条，同时能够在移动物料的过程中保持抓斗平衡。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种抓钢机抓斗，其包括：支撑架，其上顶部设置有供钢丝绳穿过的连接结构；撑杆，包括对称设置的两个，其上端连接分别连接所述支撑架的左、右两端，其下端分别连接两个鄂板；所述鄂板，包括对称连接在所述两个撑杆下方的两个，每一个所述鄂板均分别包括连接部和抓取部，所述连接部和抓取部之间连接形成有向内的弯折，其中，所述连接部上端的内侧设置有鄂板连接孔，所述鄂板连接孔连接有吊环连接件，所述吊环连接件的上方连接有吊环，所述钢丝绳穿过所述吊环，连接所述吊环连接件，由所述吊环连接件连接两个所述鄂板，控制两个所述鄂板向上转动收拢或向下转动打开；所述连接部上端的外侧设置有鄂板连接圆柱，所述撑杆与所述鄂板连接圆柱连接，固定所述鄂板；转片，其包括4个，分别连接在所述两个鄂板的前后两端，各所述转片在所述鄂板打开的状态下，随所述鄂板向下转动而同步的向外旋转，在所述两个鄂板的前后两端形成用于供钢料进出的开口；各所述转片在所述鄂板收拢的状态下，随所述鄂板向上转动而同步的向内旋转，与各所述鄂板配合，封闭所述两个鄂板的前后两端，形成抓取钢料的封闭的抓斗空间，或夹持所述钢料中超出鄂板宽度的两端。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述连接结构包括：钢丝绳调节支架，其设置在所述支撑架的上顶部，所述支撑架在对应所述钢丝绳调节支架的下侧开设有供钢丝绳穿过的通孔；钢丝绳调节轴承，其包括平行的设置在所述钢丝绳调节支架上端的两个；钢丝绳调节滚轮，其包括至少两个，分别设置在各所述钢丝绳调节轴承上，所述钢丝绳穿过所述通孔从各所述钢丝绳调节滚轮之间穿过；所述钢丝绳由各所述钢丝绳调节滚轮支撑，保持垂直于所述支撑架，穿过所述支撑架连接至两个所述鄂板上的吊环连接件，向上收缩从而上拉所述鄂板使两个所述鄂板向上转动收拢，或向下放松从而下放所述鄂板使两个所述鄂板向下转动打开。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述鄂板的连接部的上端面还设置有由内向外延伸的至少两条加强筋，两条所述加强筋的内侧端部凸出于所述鄂板的内侧边缘，所述鄂板连接孔分别设置在两条所述加强筋的内侧端部。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述4个转片的上端设置有限位凸起，所述限位凸起的下表面抵接所述鄂板的连接部的上表面边缘。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，每一个所述撑杆均包括：撑杆主体，包括相互平行设置的两个，每一个所述撑杆主体均分别由两前板以及两侧板包围形成中空杆状结构，所述中空杆状结构的中间部分的宽度宽于两端，所述撑杆主体的两侧板以及两前板均选择为0.6cm厚度的板材；连接杆，包括长度相同的多个，其均匀的排布在两个所述撑杆主体之间，连接两个所述撑杆主体。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，每一个所述转片均分别包括：转片竖刃板，其外侧边缘贴合所述鄂板的连接部和抓取部，设置为向内弯曲的弧形；其内侧边缘设置为直线，在所述鄂板收拢的状态下，与同侧的另一个所述转片贴合，封闭所述鄂板；转片侧板，其设置在所述转片竖刃板的上端，接近所述转片竖刃板的外侧边缘，所述转片侧板的下表面贴近所述鄂板的连接部的外侧上端面，随所述鄂板的转动而同步转动；转片连接柱，其设置在所述转片竖刃板内侧的上部，向所述鄂板的连接部内侧伸出，与所述连接部转动连接，作为所述转片转动的轴心。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述鄂板连接圆柱采用15号优质碳素结构钢。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述鄂板外侧的鄂板连接圆柱还连接有开合绳，所述开合绳与所述钢丝绳配合：在所述开合绳下降、所述钢丝绳停止时，控制两个所述鄂板向外打开，下降至钢料上，所述转片随所述鄂板的外侧同步打开，在所述两个鄂板的前后两端形成用于供钢料进出的开口；在所述开合绳上升、所述钢丝绳停止时，控制两个所述鄂板向内收拢，抓取钢料，所述转片贴合并抵接在伸出所述鄂板前后两端部的钢料的侧壁表面，夹持伸出的所述钢料；在所述开合绳上升、所述钢丝绳上升时，控制两个所述鄂板向内收拢，起升所述钢料，所述转片保持对所述钢料的夹持；在所述开合绳下降、所述钢丝绳下降时，控制两个所述鄂板向外打开，卸载所述钢料，所述转片随所述鄂板的外侧同步打开，消除对所述钢料的夹持。

可选，上述的抓钢机抓斗，其中，所述开合绳与所述钢丝绳均选择为d-18×7-iwr-1570-10。

有益效果

本发明为解决现场钢材摆放和圆钢的直径大小不同的原因所造成的抓斗抓取钢料困难以及抓斗移动钢料过程中的不稳定的问题，提供一种可以稳定抓取散状废钢且能抓取钢条的抓斗。其在两撑杆下方相对的设置有两鄂板，两鄂板之间由吊环连接件并控制两者打开或关闭。本发明在鄂板的前后两端面分别设置转片，转片随鄂板向下转动而同步的向外旋转，在所述两个鄂板的前后两端形成用于供钢料进出的开口；或随鄂板向上转动而同步的向内旋转，与鄂板以及对侧的转片配合，封闭鄂板形成抓取钢料的封闭的抓斗空间，或夹持所述钢料中超出鄂板宽度的部位。由此，本发明抓取散状废钢时，转片受挤压打开减少抓取阻力，抓取完成后，转片落下并合在斗部防止物料漏出；而在抓取大块或者长条状钢材时，转片受挤压保持打开并抵接钢料。本发明能够稳定抓取散状废钢和钢。

进一步的，本发明充分考虑到抓斗自重、维修方便性和修理成本，在优化普通单绳滑轮抓斗结构的同时，在其前后设计了四块转片，四块转片在开合和关闭时，抓斗可以分别抓取散状废钢和钢条。转片在抓取散状废钢时，转片受挤压打开减少抓取阻力，抓取完成后，转片落下并合在斗部防止物料漏出，抓取大块或者长条状钢材时，转片受挤压一直保持打开状态。本发明能够通过这种方式来稳定抓取散状废钢和钢条，并通过将抓斗吊环轴心方向设置成与抓斗开合方向垂直，来解决抓斗结构重心倾覆的问题。

为精确实现对转片的控制，保证抓取和卸载钢料过程稳定，本发明抓取时，通过滑架组和拉杆以及钢丝绳，各部位的相互联动，使抓斗可以顺利使其鄂板打开并落至物料堆上，由配重带着滑架组继续下落到下承梁上。由吊环连接件以及吊环所组成的滑架组下方的挂钩会挂进下承梁的挂环开口处，钢丝绳向上拉动滑架组使鄂板和转片共同构成的抓斗上升，同时钢丝绳通过滑架组运转使抓斗闭合。卸载时，满载抓斗通过起重机转移至卸载指定地点，钢丝绳向下带动滑架组使抓斗下降，同时钢丝绳继续下降使滑架组下方的挂钩脱离下承梁的挂环开口，抓斗在下承梁和斗部自重的作用下迅速打开。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的抓钢机抓斗示意图；

图2是本发明的抓钢机抓斗第二状态下的示意图；

图3是本发明的抓钢机抓斗的主视图；

图4是图3中f区域的局部放大图；

图5是本发明的抓钢机抓斗的侧视图

图6是图5中g区域的局部放大图；

图7是图5中h区域的局部放大图；

图8是本发明的抓钢机抓斗中撑杆结构的示意图；

图9是图8中e区域的截面图；

图10是本发明中抓钢机抓斗的颚板的侧面尺寸示意图；

图11是本发明中抓钢机抓斗的主要尺寸示意图；

图12是本发明中抓钢机抓斗取料至卸料过程的示意图；

图13是本发明中抓钢机抓斗抓取过程中的受力情况；

图14是本发明中抓钢机抓斗中用于连接各结构的铆钉受到的剪切力的示意图。

图中，1表示撑杆；2表示鄂板；3表示支撑架；4表示铆钉；5表示鄂板连接圆柱；6表示钢丝绳驱动端；7表示钢丝绳；8表示钢丝绳调节支架；9表示钢丝绳调节滚轮；10表示钢丝绳调节轴承；11表示吊环轴承；12表示吊环支架；13表示吊环；14表示吊环连接件；15表示鄂板连接孔；16表示转片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为根据本发明的一种抓钢机抓斗，其针对普通单绳抓斗，设计了四块片状侧板，可以在与普通抓斗一样抓取散状废钢的同时，也可以使四块片状侧板受挤压打开以抓取钢条。设计过程中，在结构确定后开始计算各尺寸，再通过三维软件建立三维模型，并将其主要受力部件导入ansys进行有限元分析，得出各部位的应力和形变，并据此对模型进行精修至满足要求。参考图1、图2以及图3所示，该抓钢机抓斗结构主要包括：

支撑架3，其上顶部设置有供钢丝绳7穿过的连接结构；

撑杆1，包括对称设置的两个，其上端连接分别连接所述支撑架3的左、右两端，其下端分别连接两个鄂板2；

所述鄂板2，包括对称连接在所述两个撑杆1下方的两个，每一个所述鄂板2均分别包括连接部和抓取部，所述连接部和抓取部之间连接形成有向内的弯折，其中，所述连接部上端的内侧设置有鄂板连接孔15，所述鄂板连接孔15连接有吊环连接件14，所述吊环连接件14的上方通过图7的方式连接有吊环13，吊环13由吊环支架12以及贯穿所述吊环支架12的吊环轴承11连接在所述吊环连接件14的上方，所述钢丝绳7穿过所述吊环，连接所述吊环连接件14，由所述吊环连接件14连接两个所述鄂板，控制两个所述鄂板向上转动收拢或向下转动打开；所述连接部上端的外侧设置有鄂板连接圆柱5，所述撑杆1与所述鄂板连接圆柱5连接，固定所述鄂板2；其中，鄂板连接圆柱5可选择采用15号优质碳素结构钢，以实现足够的机械强度，承载抓斗及其负荷；

转片16，其包括4个，分别连接在所述两个鄂板2的前后两端，各所述转片16在所述鄂板2打开的状态下，随所述鄂板2向下转动而同步的向外旋转，在所述两个鄂板2的前后两端形成用于供钢料进出的开口；各所述转片16在所述鄂板2收拢的状态下，随所述鄂板2向上转动而同步的向内旋转，与各所述鄂板2配合，封闭所述两个鄂板2的前后两端，形成抓取钢料的封闭的抓斗空间，或夹持所述钢料中超出鄂板2宽度的两端。所述4个转片16的上端设置有限位凸起，所述限位凸起的下表面抵接所述鄂板2的连接部的上表面边缘。

考虑到，抓斗抓取性能受抓斗自重、颚板尺寸、鄂板开关速度和本体下落速度等各项数据的影响因此需要对上述抓斗结构进行如下的优化设计

以2.7t，1.5m³抓斗为设计本体

可得物料比重

初步设定抓斗自重mg，根据设定抓斗自重mg计算抓斗自重在各部分的分配：

式中：mg、mi—抓斗及其相应部分质量；

—抓斗自重分配系数。

表1抓斗自重分配系数

由表1可得单绳抓斗各部分质量。

基于上述计算结果，对颚板进行如下设计：

参考图4所示的局部图，上述鄂板2的连接部的上端面还设置有由内向外延伸的至少两条相互平行的加强筋，两条所述加强筋的内侧端部凸出于所述鄂板2的内侧边缘，所述鄂板连接孔15分别设置在两条所述加强筋的内侧端部，通过型号为36x150和36x170的铆钉连接所述吊环连接件14。

其中，抓斗颚板形状应满足：物料进入抓斗内部时受到的阻力要小，容量要大；卸载物料时物料能快速从抓斗中倾斜而下；抓斗刚开始提升时，钢丝绳的动力荷载要小。参考图10所示的抓斗颚板侧面的示意图，计算抓斗颚板侧面积：

式中：s1—abh面积；

s2—bcgh面积；

s3—cdfg面积；

v—抓斗容积；

e—鄂板宽度。

斗体宽度计算公式：

e＝θd(3-3)

式中：e—鄂板宽度；

d—抓斗最大开度，取值为2.3m；

θ—鄂板宽度/抓斗最大开度，取为0.50。

由公式3-3得e

又根据公式3-2得s(m²)

使2(s1+s2+s3)＝s(m²),计算可得：图10中各段尺寸：lbh、lcg、ldf

于是确定抓斗闭合宽度为c＝2lcg。

设竖刃板质量为m41，侧板质量为m42，横刃板质量为m43，底板质量为m44，肋板质量为m45，钢管质量为m46。

斗体自重在各部分的分配：

m4i＝k4im4(3-4)

式中：m4、m4i—斗体及相应部分质量；

k4i—斗体质量分配系数，其相应值如表2：

表2斗体质量分配系数k4i

其中侧板和竖刃板的尺寸和重量参数用于设计转片本体。

由表2中数据并应用公式3-4得：

横刃板：m43＝k43×m4(kg)

底板：m44＝k44×m4(kg)

肋板：m45＝k45×m4(kg)

钢管：m46＝k46×m4(kg)

取横刃板宽度与抓斗闭合宽度比为μ43＝0.15，故横刃板宽度取

则横刃板厚度：

式中：t43—横刃板厚度；

m43—横刃板质量；

ρ—材料密度；

l43—横刃板宽度；

e—鄂板宽度。

底板厚度的确定：

故底板厚度计算公式如下：

式中：t44—底板厚度；

m44—底板重量；

ρ—材料密度；

l43—横刃板宽度；

e—鄂板宽度。

肋板厚度的确定：

式中：t45—肋板厚度；

m45—肋板重量；

ρ—材料密度；

s45—肋板面积。

肋板面积s45与颚板侧面积s比取0.75，此处取钢管内径尺寸的确定：

式中：r—钢管外径尺寸；

r—钢管内径尺寸；

m46—钢管重量；

ρ—材料密度；

e—颚板宽度，本处取r＝0.10(m)。

抓斗主要尺寸的分配：

主要尺寸分配系数见表3：

表3抓斗主要尺寸分配系数ki

由表3可得图11中所标记的各个尺寸为：

颚板最大开度时高度：

撑杆下部宽度：f＝e×k3(m)

闭合高度：

具体参考图5以及图6所示，上述结构中，所述支撑架3顶部所设置的连接结构包括：

钢丝绳调节支架8，其设置在所述支撑架3的上顶部，所述支撑架3在对应所述钢丝绳调节支架8的下侧开设有供钢丝绳7穿过的通孔；

钢丝绳调节轴承10，其包括平行的设置在所述钢丝绳调节支架8上端的两个；

钢丝绳调节滚轮9，其包括至少两个，分别设置在各所述钢丝绳调节轴承10上，所述钢丝绳7穿过所述通孔从各所述钢丝绳调节滚轮9之间穿过；

所述钢丝绳7由各所述钢丝绳调节滚轮9支撑，保持垂直于所述支撑架3，穿过所述支撑架3连接至两个所述鄂板2上的吊环连接件14，向上收缩从而上拉所述鄂板2使两个所述鄂板向上转动收拢，或向下放松从而下放所述鄂板2使两个所述鄂板向下转动打开。

图8以及图9所示，为上述抓钢机抓斗中所述撑杆1的示意图。每一个所述撑杆1均包括：

撑杆主体，包括相互平行设置的两个，每一个所述撑杆主体均分别由两前板以及两侧板包围形成图9所示的中空杆状结构，所述中空杆状结构的中间部分的宽度宽于两端，所述撑杆主体的两侧板以及两前板均选择为0.6cm厚度的板材；

连接杆，包括长度相同的多个，其均匀的排布在两个所述撑杆主体之间，连接两个所述撑杆主体。

其中，为方便实现对抓钢机抓斗的控制，所述的所述鄂板外侧的鄂板连接圆柱5还可进一步连接有开合绳，所述开合绳与所述钢丝绳7配合，实现图12a至d所示的取料和卸料过程：

抓斗打开(图a)落至物料堆上时，所述开合绳下降、所述钢丝绳7停止，控制两个所述鄂板向外打开，下降至钢料上，所述转片16随所述鄂板的外侧同步打开，在所述两个鄂板2的前后两端形成用于供钢料进出的开口；

在所述开合绳向上提升时，所述钢丝绳7停止时，闭合卷筒(图b)启动，控制两个所述鄂板向内收拢，并通过抓斗的本体自重，使抓斗颚板插入物料堆中，开始抓取钢料，所述转片16贴合并抵接在伸出所述鄂板前后两端部的钢料的侧壁表面，夹持伸出的所述钢料；

抓斗关闭完全时，将起升卷筒迅速进行开启，所述开合绳上升，此时，起升和闭合卷筒进行同步转动，所述钢丝绳7上升时，控制两个所述鄂板向内收拢，起升所述钢料，所述转片16保持对所述钢料的夹持；

在所述开合绳下降、所述钢丝绳7下降时，将装满物料的抓斗升降至指定位置。起重机将抓斗移至指定装卸地点时，开始下降的同时将闭合卷筒开启(图d)，起升卷筒还是保持静止，不需开启，抓斗受闭合卷筒引导打开，物料从抓斗中倾卸下来。此时配合两个所述鄂板向外打开，卸载所述钢料，所述转片16随所述鄂板的外侧同步打开，消除对所述钢料的夹持。

为保证上述撑杆结构稳定，对其尺寸参数按照如下方式进行设计：

由表1并应用公式3-1可得撑杆部分总重量m1(t)，因此单根撑杆部分重量为

撑杆自重在各部分的分配：

设侧板重量为m11，前板重量为m12、连接杆重量为m13。

撑杆自重在各部分的分配情况按下式进行：

m1i＝ki×m′1

式中：m′1、m1i—撑杆及其相应部分质量；

k1i—撑杆质量分配系数，见表4：

表4撑杆质量分配系数

由表4可得撑杆各部分质量：

侧板：m11＝k11×m′1(kg)；

前板：m12＝k12×m′1(kg)；

连接杆：m13＝k13×m′1(kg)。

由表3计算得撑杆尺寸：

h＝k4×a(m)

下面确定撑杆中截面和端截面的宽度和高度。

各截面的宽度和高度按式可得：

wi＝kwi×h(3-5)

式中：wi—撑杆各截面的高度；

h—撑杆长度；

kwi—撑杆各截面宽高分配系数。

由公式3-5得表5：

表5撑杆各截面宽高分配系数

由表5可得撑杆各截面的宽度和高度：

中截面宽度较宽为：w1＝kw1×h(m)

中截面高度：w2＝kw2×h(m)

端截面宽度较窄为：w3＝kw3×h(m)

端截面高度：w4＝kw4×h(m)。

撑杆侧壁厚度可取相等值t3＝t4＝t7＝t8＝t21，前半壁厚度取相等值t1＝t2＝t5＝t6＝t22。

由图3可得各个尺寸参数间的关系，并由此可得：

侧板厚度：

则t3＝t4＝t7＝t8＝t21(m)，

前板厚度：

则t1＝t2＝t5＝t6＝t22(m)，

故撑杆截面厚度取t可取0.006(m)。

为保证所述开合绳与所述钢丝绳7的强度，其均可选择由d-18×7-iwr-1570-10型号的钢丝实现。

在更为具体的实现方式下，本发明所提供的每一个所述转片16均分别包括：

转片竖刃板，其外侧边缘贴合所述鄂板2的连接部和抓取部，设置为向内弯曲的弧形；其内侧边缘设置为直线，在所述鄂板2收拢的状态下，与同侧的另一个所述转片16贴合，封闭所述鄂板2；

转片侧板，其设置在所述转片竖刃板的上端，接近所述转片竖刃板的外侧边缘，所述转片侧板的下表面贴近所述鄂板2的连接部的外侧上端面，随所述鄂板2的转动而同步转动；

转片连接柱，其设置在所述转片竖刃板内侧的上部，向所述鄂板2的连接部内侧伸出，与所述连接部转动连接，作为所述转片16转动的轴心。

其中，由表2中数据并应用公式3-4得：

转片竖刃板：m41＝k41×m4(kg)

转片侧板：m42＝k42×m4(kg)

取转片竖刃板宽度l41＝l43(m)。

则转片竖刃板厚度：

式中：

t41—转片竖刃板厚度；

m41—转片竖刃板重量；

l41—转片竖刃板宽度；

ρ—材料密度，此处ρ＝7850(kg/m³)。

转片侧板厚度：

分别对抓斗各部分受力分析以确定其需要的材料强度。

抓斗在抓取过程中的受力情况：

抓斗抓取物料是一个过程，过程中每个部分都有不同的配合情况，处于不同的配合情况时，它的每个部分的受力也都不同，具体的情况和手里分析视物料特性和抓取情况决定。抓斗开始抓取落至物料堆上时的受力图如图13所示。

根据总体平衡，得

mgg-s2-ry＝0

式中：

mg—抓斗自重；

s1—提升绳拉力；

s2—开合绳拉力；

rx—料堆施加的水平分力；

ry—料堆施加的垂直分力.

抓斗起升时的受力情况：

需要知道抓斗起升过程中的提升绳张力及开合绳张力。当电机运转开始提升时，张力s1＝s2,即是抓取物料的重量。此时，抓斗的各部位受力较为轻。但是提升初始阶段，提升绳不能迅速收紧，暂时还是处于松弛状态，此时的开合绳张力处于使抓斗完全闭合的最大张力。

(mg+mf)g-s1-s2＝0这种情形下，抓斗各部分的受力都是较严重的，因此在对抓斗进行基于强度和刚度的结构分析时只考虑抓斗抓完物料后刚要起升时的受力情况。

设抓斗刚上升时：v＝0→v＝0.5m/s

a＝0.5m/s²

钢丝绳拉力t＝(mg+mf)g+(mg+mf)a(kn)(3-6)

查起重机设计手册得公称直径为10mm的钢丝绳满足要求

钢丝绳横截面的正应力：

通过查取起重机械造型设计典范及生产常用数据实用手册可知，钢丝绳的安全系数n＝5～5.5，取n＝5.5，则许用应力[σ]＝n×σ(mpa)。

查取材料选择钢丝绳型号为d-18×7-iwr-1570-10。

由式3-6可知撑杆承受最大拉力t(kn)

则每个撑杆中每根结构钢所受到的拉力t′(kn)

抓斗撑杆采用箱型截面厚度t＝6mm，其中的连接杆最小厚度，由图8可知撑杆截面厚度t＝6mm。

上述结构中，连接各部件的铆钉，其可选择型号为36x150和36x170，设每个铆钉受到均匀的剪切力，则每根铆钉受到的剪切力如图14。

铆钉杆与孔壁的挤压强度条件为：p(kn)

式中：p—挤压力；

σjy—挤压应力；

ajy—有效挤压面积。

铆钉杆的剪切强度条件为：

式中：q—剪切力；

τ—切应力；

a—剪切面积。

由于铆钉与铰制孔用螺栓连接相似，此处以挤压强度为准进行校核。在动荷载作用下取安全系数s＝1.5，则许用挤压应力为[σjy]＝σjy×s(mpa)。

铆钉上面主要受到往复交变剪切力。15号钢优质碳素结构钢的特性优点是其塑性和韧性都较高，但是其缺点也明显，其强度和硬度都较低，其特性使得它的锻造和焊接及冷冲压性能表现都较好，冷塑性变形加工表现效果也很好。由于其性能和加工表现效果，常被用来制造韧性高和低负荷的零件和渗碳件，故选材料为15号优质碳素结构钢。

而对于鄂板与转片：

鄂板受到装载物施加的力，约似面均布载荷，鄂板等同于一个悬臂梁，可用悬臂梁的分析方式来进行受力分析，为了加强鄂板的强度，会在鄂板侧面设计有加强筋，这样就能保证鄂板在弯矩和剪切力的作用下满足使用要求，因此在满足尺寸设计要求时，鄂板就不需做分析，查表选hd400钢为制造材料，而斗体与转片连接的圆柱处因受到转片重量的向下的拉力，故在此需做定性分析。

计算连接圆柱与转片间的挤压及剪切强度条件：

连接圆柱与转片的挤压强度条件为：

pyz(kn)

式中：pyz—连接圆柱与转片的挤压力；

σyz—连接圆柱与转片的挤压应力；

ayz—连接圆柱与转片间的有效挤压面积，连接圆柱直径为50mm。

连接圆柱的剪切强度条件为：

qyz＝pyz(kn)

式中：qyz—剪切力；

τyz—切应力；

ay—剪切面积。

取安全系数s＝1.5，则许用挤压应力为[σyz]＝σyz×s(mpa)。

由于连接圆柱形状简单，受力较小，因此采用15号钢优质碳素结构钢。

由于力的作用是相互的，转片的连接孔处也受到了等同转片重的力，故在应力分析中在连接孔处施加1.386kn的力。

由此，本发明基于普通单绳滑轮抓斗进行局部结构优化，通过设计转片使抓斗可以抓取两类不同形状物料。通过参考实体和翻阅书籍确定抓斗基本部件和结构并观察抓斗运动时的动作，通过对抓斗本体的结构分析和运动受力分析得到所需的尺寸数据并根据受力情况选择适合的制造材料，由尺寸参数得到建模依据，再通过三维软件建立满足设计要求的三维模型，对各零件进行局部应力和形变分析，观察应力和形变是否均在安全范围内并根据情况进行结构修正，确定各零件之后，分析各零件间的配合关系并依此组装装配体，最后参考实体运动对装配体进行运动仿真，确定设计的运动动作。

在建立钢丝绳、撑杆和铆钉的三维模型后，因三者在抓斗本体中承担着主要受力，对钢丝绳两端施加拉力进行应力和形变分析，确定其能承受住抓斗本体自重，对撑杆铆钉安装孔处施加拉力，确认其受力在最大承受范围内，对铆钉的杆部分施加挤压力，确定其满足应力要求。最后对结构优化建立的转片进行应力分析，确认其孔位外边能承受转片本体的自重且不发生断裂，并对安装转片的短杆进行应力分析，确定其也能承受转片本体自重且形变量满足要求，在满足要求后才能保证抓斗能正常进行工作。通过一系列的分析计算和优化以及运动情况后，确定了它的可行性，转片在抓取散状废钢时，转片受挤压打开减少抓取阻力，抓取完成后，转片落下并合在斗部防止物料漏出，抓取大块或者长条状钢材时，转片受挤压一直保持打开状态，以维持抓斗稳定。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。