1、第六章取 物 装 置目 录/CONTENTS 6.1 概述 6.2 吊钩与吊环 6.3 抓斗 6.4 夹钳 6.5 其他取物装置第1节 概 述第一节 概述概 述 起重机必须通过取物装置将起吊物品与起升机构联系起来，从而进行这些物品的装卸、吊运和安装等作业。对于取物装置主要有以下要求：1)提高生产率。减轻自重，缩短装卸时间。2)减轻体力劳动。尽量减少辅助人员数量，减轻装卸劳动强度。自动装卸的取物装置，如抓斗、起重电磁铁、真空吸盘等，不仅完全不需要装卸辅助人员，而且也大大缩短了装卸时间。3)安全作业。对于吊运的物品应当防止坠落或其他损伤，对于作业人员应防止发生人身伤亡事故。第一节 概述吊运成件物品
2、、散粒物品以及液体物品,应采用不同的取物装置。图图6-1吊钩、吊环、吊索吊钩、吊环、吊索图图6-2夹钳、托爪夹钳、托爪图图6-4盛桶盛桶图图6-3吊梁吊梁第一节 概述图图6-5起重电磁铁、真空吸盘、抓斗、料斗起重电磁铁、真空吸盘、抓斗、料斗第2节 吊钩与吊环第二节 吊钩与吊环吊钩与吊环 吊钩和吊环是起重机中应用最广泛的取物装置，通常与滑轮组的动滑轮组合成吊钩组，与起升机构的挠性构件联系在一起。一、吊钩 1 吊钩及吊钩组的构造 （1）吊钩的材料吊钩断裂可能导致重大的人身及设备事故，因此，吊钩的材料要求没有突然断裂的危险。目前吊钩广泛采用低碳钢。第二节 吊钩与吊环 中小起重量起重机吊钩的毛坯是采用
3、锻造方法成形的。大起重量的吊钩可采用钢板铆合，称为叠片式吊钩。通常锻造吊钩的材料为Q345qD、Q420qD、35CrMo、34Cr2Ni2Mo、30Cr2Ni2Mo 等优质低合金高强度结构钢或合金结构钢。对材料的要求为晶粒细度不大于5 国际单位，加入少量铝（铝的质量分数0.02%）以防止老化。叠片式吊钩由若干块厚度不小于20mm 的Q235、20 优质碳素钢或Q345 钢板铆接成一体。叠片式吊钩比锻造吊钩具有更大的安全性，一般不会因突然断裂而破坏，因为金属缺陷引起的断裂常局限于个别钢板，其余钢板仍然能够支持吊重。损坏的钢板可以更换，它不像锻造吊钩，一旦破坏就整体报废。但是叠片式吊钩自重较大，
4、因为它的截面形式不如锻造吊钩合理。第二节 吊钩与吊环 （2）吊钩的种类根据制造方法的不同，吊钩可分为锻造吊钩和叠片式吊钩；根据形状的不同，吊钩又可分为单钩和双钩，如图6-6 所示。单钩的优点是制造和使用比较方便。双钩的优点是相对质量小一些，因为它的受力情况比较有利。单钩用于较小的起重量。当起重量较大时，为了不使吊钩过重，多采用双钩。图图6-6吊钩的种类吊钩的种类a)锻造单钩b)锻造双钩c)叠片式单钩d)叠片式双钩第二节 吊钩与吊环 （3）吊钩的构造 单钩钩孔的尺寸根据系物绳或专用吊具的尺寸而定。标准吊钩的钩孔尺寸根据容纳系物绳的尺寸而定。吊钩钩身（弯曲部分）的截面形状有圆形、矩形、梯形、T 形
5、与工字形等，如图6-7 所示。从受力情况来看，工字形截面最合理，可以得到自重较轻的吊钩，它的缺点是锻造工艺复杂。目前最常用的吊钩截面是梯形和T 形，其受力情况比较合理，锻造加工比较容易。矩形截面只用于叠片式吊钩，其截面的承载能力未能充分利用，因而比较笨重。圆形截面只用于简易的小型吊钩。第二节 吊钩与吊环 小型吊钩通常采用管螺纹，这种螺纹制造方便，但应力集中严重，容易在螺纹处断裂。为了防止上述缺点，大型吊钩多采用梯形或锯齿形螺纹。为了更好地减轻应力集中，还可以采用圆螺纹。小型起重机的吊钩采用如图6-8所示的结构，它省去了尾部螺纹，减轻了应力集中。图6-7吊钩的截面形状图6-8不带螺纹的吊钩第二节
6、 吊钩与吊环 为了防止系物脱钩，有的吊钩装有闭锁装置（图6-9a）。轮船装卸用的吊钩通常制成图6-9b 所示的形状，凸出的鼻状部分是为了防止吊钩在起升时挂住舱口。叠片式吊钩的钩口通常有软钢垫块，垫块上方为圆弧形，以免损伤系物绳，下方与钩口紧密配合，使载荷均匀分配到各片上去。标准吊钩的规格和尺寸已经系列化。图6-9闭锁钩与鼻状钩第二节 吊钩与吊环 （4）吊钩组 吊钩组是指吊钩与滑轮组动滑轮的组合体。吊钩组有长型与短型两种，图6-10 所示。长型吊钩组采用普通的短吊钩（钩柄较短的吊钩），支承在吊钩横梁上，滑轮支承在单独的滑轮轴上，它的高度较大，使有效起升高度减小。短型吊钩组过去采用长吊钩，这种吊钩
7、组的滑轮直接装在吊钩横梁上，总高度会大大减小，但它只能用于双倍率滑轮组。短型吊钩组只用于较小的起重量。图6-10吊钩组a)长型b)短型第二节 吊钩与吊环 对于吊钩通常需验算它的几个危险截面、尾部螺纹以及吊挂装置的几个部件的强度。（1）钩身强度的验算吊钩钩身的强度计算若采用直梁偏心弯曲的方法，则误差较大，目前多用曲梁弯曲理论计算。这种计算方法是按最大应力不超过材料的屈服极限为准则进行的。它与一般机械零件如轴、齿轮等，一旦最大应力超过屈服极限就会产生永久变形，不能继续使用的情况不同。2 吊钩的计算第二节 吊钩与吊环1)单钩。图6-12 所示为一个单钩的计算简图，需验算1-2 与3-4 两个截面的强
8、度。图6-12单钩计算简图第二节 吊钩与吊环 1-2 截面。载荷为偏心拉力，即吊重PQ，偏心距为a/2+e1，因而它同时承受弯曲力矩M=PQ（a/2+e1），e1 为截面重心距最大应力边缘的距离。由于在截面1-2 附近截面重心轴线弯曲得很厉害，按直梁计算其弯曲应力误差很大，因而应按曲梁计算。应力分布如图6-12b 所示。截面内缘1 点应力为最大拉应力1，截面外缘2 点的应力为最大压应力2，它们的计算公式为第二节 吊钩与吊环式中?动力系数；PQ对于吊钩指额定起重量PQRC；A1-2 截面的面积；KB依曲梁截面形状而定的系数；e1截面重心至内缘距离；e2截面重心至外缘距离。其中 对于梯形截面，有式
9、中,第二节 吊钩与吊环对于矩形截面，将式（6-4）中b=B 代入，有对于圆形和椭圆形截面，有第二节 吊钩与吊环 3-4 截面。最危险的受力情况是当两系物绳倾角增大为max时，则第二节 吊钩与吊环式中A3-4 截面的面积；KB3-4 截面的形状系数。由于3-4 截面处有强烈磨损，应力应按报废时的截面尺寸计算。当截面高度磨损达5%时，应考虑报废更换。第二节 吊钩与吊环 2)双钩。图6-13 所示为一个双钩的计算简图。一般也是验算两个危险截面的受力情况，即1-2 截面与3-4 截面。危险载荷则都是最大倾角max的系物绳张力P图6-13双钩的计算简图第二节 吊钩与吊环 1-2 截面。最大正应力为第二节
10、 吊钩与吊环 3-4 截面。应力计算与单钩完全相同。即 3)吊钩的许用应力为 式中,n=1 3(一般用途),n=2 5（用于吊运熔融金属）。第二节 吊钩与吊环（2）尾部螺纹部分的强度验算1)螺纹尾部的拉应力为式中A螺纹根部截面面积;d1螺纹根部直径;许用应力，=s/n，通常取n=4。第二节 吊钩与吊环 2)螺母高度验算。螺母的高度主要由螺纹间的挤压应力决定。挤压应力的计算公式为式中Z螺纹的圈数；H螺母的螺纹高度；P螺纹的螺距;d螺纹的大径；d2螺母的小径；j许用挤压应力。由于压力在各圈螺纹间分布很不均匀，挤压应力应取较低的许用值，对于Q235 材料的螺母和20 钢的吊钩，j=s/n，通常取n=
11、5。在一般情况下，H(1 1.5)d，由此计算的挤压应力是比较低的。第二节 吊钩与吊环 （3）吊钩横梁的计算吊钩横梁（图6-14）中间部分应按弯曲强度进行验算。即式中W吊钩的横梁中间部分断面的截面系数。关于吊钩横梁的轴颈,通常按平均挤压应力计算。即图6-14吊钩横梁计算第二节 吊钩与吊环 （3）吊钩夹板的验算吊钩夹板（图6-15）主要进行有孔断面抗拉强度的验算。即式中j应力集中系数，其值可按图6-16 所示的曲线 选取。图6-16应力集中系数j图6-15吊钩夹板计算轴的平均挤压应力的计算公式为第二节 吊钩与吊环 我国起重吊钩的标准化工作已经实现了与国际标准的接轨，已实施的起重吊钩相关的国家标准
12、包括起重吊钩的规格、材料和制作技术要求等。吊钩的起重量及牌号见表6-1。3 标准吊钩表6-1吊钩的起重量（GB/T 10051.12010）注：机构工作级别低于M3 的按M3 考虑。第二节 吊钩与吊环 吊钩的强度等级按材料的力学性能分为五个强度等级，见表6-2。表6-2吊钩的强度等级（GB/T 10051.12010）注：1 尽量避免采用括号内的强度等级。2 冲击功试验应在-20下进行,括号中所给的冲击吸收功值仅供参考。第二节 吊钩与吊环 吊钩专用的材料见表6-3。表6-3吊钩专用材料的牌号（GB/T 10051.12010）注：当采用JB/T 6396 中规定的原材料，直径大于250mm 时
13、：推荐材料中Alt 的质量分数0.020%，或用其 他形式证明材料中的氮被固化；冲击功试验温度为-20时，ISO 纵向试样的冲击功27J。选择标准起重吊钩需根据吊钩的强度等级、机构工作级别及起重量来选择标准吊钩的钩号。第二节 吊钩与吊环 起重量极大的货物采用吊环起吊，它比吊钩的自重轻。在吊运一般货物时，系物绳难以穿过吊环的孔，这是它极少应用的原因。根据构造形式的不同，吊环可分为铰接吊环（图6-17）和整体吊环（图6-18）。下面简单介绍它们的计算内容。图6-17铰接吊环的计算二、吊环图6-18整体吊环的计算第二节 吊钩与吊环 铰接吊环的计算如图6-17 所示。两拉杆按拉力计算，拉杆的拉应力为
14、对于下部横梁按曲梁理论计算。它承受起重量?PQ 引起的弯曲作用及拉杆水平分力引起的弯曲和压缩作用。应用曲梁理论计算1-2 截面的应力为1 铰接吊环的计算第二节 吊钩与吊环 整体吊环是把拉杆和下部横梁作为一个整体锻造而成的，因此各截面的内力应按三次超静定刚架计算。为了简化计算，其粗略的计算公式为（参看图6-18）2 整体吊环的计算 简单计算拉杆所受弯矩为 拉杆所受拉力为 所以第二节 吊钩与吊环 拉杆所受拉力为 所以式中W1下部横梁截面的截面系数；W2拉杆断面的截面系数；A拉杆截面的面积。第3节 抓 斗第三节 抓斗抓斗 抓斗是一种自动的取物装置，它的抓取与卸料动作由起重机司机操纵，不需要辅助人员协
15、助，因而避免了繁重的人力劳动，同时也节省了辅助时间，大大提高了装卸生产率。典型抓斗的构造如图6-19 和图6-20 所示。抓斗主要用于装卸大量的散粒物料，也有用于抓取圆木的抓斗（图6-21）。抓斗广泛应用于矿山、冶金厂、港口、车站、煤场及其他散粒物料仓库。一、抓斗的种类及工作原理1 概述第三节 抓斗 抓斗的缺点是自重大,设计抓斗时应努力减轻它的自重,在这方面尚需进行许多研究工作。抓斗起重机的起重量是抓斗载荷与抓取物料自重之和。即 PQ=PQNA+PQPL (6-34)图6-19双绳抓斗图6-20四绳抓斗图6-21圆木抓斗第三节 抓斗式中PQ抓斗起重机的额定起升载荷（PQRC）；PQNA抓斗自重
16、载荷；PQPL抓取物料自重载荷。在水中抓取物料的抓斗，例如疏浚用的泥抓斗，因为有真空吸力的作用，应适当增大起重机的起重量，通常 PQ1.3（PQNA+PQPL）第三节 抓斗 根据抓取物料的不同，抓斗可分为矿石抓斗、煤抓斗、粮食抓斗等。但通用的抓斗则根据抓取物料的密度 分为轻型抓斗(2.6t/m3）。根据抓斗开闭方式不同可分为单绳抓斗（图6-22）、双绳抓斗（图6-19）及马达抓斗（图6-23）。最常用的是双绳抓斗，它需要配备专门的双卷筒绞车,其生产率高。单绳抓斗可以用于普通单卷筒绞车，但结构与操作复杂，生产率低，用于兼运成件物品及散粒物品的起重机。马达抓斗不需要专门的双卷筒绞车,自身带有闭合机
17、构,但需附属的电缆卷筒,它的特点是抓取能力大。2 抓斗的种类第三节 抓斗 根据颚板数目的不同，抓斗可分为双颚板抓斗和多颚板抓斗（或多爪抓斗，图6-24）。多颚板抓斗颚板数为三个以上，多数选为六个。采用多颚板抓斗装卸大块矿石及废钢铁可以获得较好的效果。图6-22单绳抓斗图6-23马达抓斗图6-24多爪抓斗第三节 抓斗 双绳抓斗由头部、撑杆、颚板及横梁组成。双绳抓斗的抓取及卸料动作是利用两个卷筒（起升卷筒和闭合卷筒）及两根钢丝绳（起升绳与闭合绳）来操纵的。起升绳系在抓斗的头部，闭合绳以滑轮组的形式绕于头部和横梁之间,倍率通常为2 6。抓斗颚板挖入料堆，抓取物料。当抓斗完全闭合时，立即开动起升卷筒，
18、这时起升卷筒与闭合卷筒共同旋转（图6-25c），将满载抓斗提升到适当高度。当抓斗移动到卸料位置时，向下降方向开动闭合卷筒（图6-25d），起升卷筒停止不动，抓斗张开卸料。总之，当起升绳与闭合绳速度相同时，抓斗就保持一定的开闭程度起升或下降；当起升绳与闭合绳速度不同时，抓斗就开闭。其动作见表6-4。3 双绳抓斗工作原理第三节 抓斗 双绳抓斗的起升绳与闭合绳常常成双布置，这样使得抓斗工作时更为稳定，同时钢丝绳较细，可使卷筒与滑轮直径减小，这时共有四根绳，称为四绳抓斗。图6-25双绳抓斗的工作原理表6-4双绳抓斗的开闭升降第三节 抓斗 单绳抓斗用于只有一个起升卷筒的普通起重机上。单绳抓斗由头部、撑杆
19、、颚板及横梁组成。它的开闭动作基本上与双绳抓斗相同，只是这里只有一根钢丝绳,它应当轮流担负起升绳与闭合绳的任务。任务的转换是通过特殊的锁扣装置来实现的。锁扣的不同结构产生有多种多样的单绳抓斗。例如，依靠卸料钟卸料的单绳抓斗；依靠操纵绳卸料的单绳抓斗；依靠抓斗落到料堆上，然后进行卸料的单绳抓斗等。下面以最后一种形式为例说明单绳抓斗的工作原理。4 单绳抓斗的工作原理第三节 抓斗 图6-26 所示为依靠抓斗落在料堆上，然后进行卸料的单绳抓斗的工作原理图。从结构上看，这个抓斗只有闭合绳，没有起升绳，因而它只能进行抓取与闭合状况下的升降动作。为了达到开斗卸料的目的，在闭合绳的某一适当位置上固定了一个球体
20、，在抓斗头部装一个钢叉，卸料时（图6-26d），先将抓斗落在料堆上，放下钢丝绳，使球体卡在钢叉中，然后将钢丝绳提升，进行卸料。这时钢丝绳与头部结合，变为起升绳。球体以下部分的钢丝绳是松弛的，允许颚板张开。卸料完毕后，抓斗仍然能以张开状况进行垂直与水平运动。下一次抓取物料时，将张开的抓斗落于物料上（图6-26a），只要钢丝绳偏过一边，让球体从钢叉中脱出，然后将钢丝绳提升（图6-26b），即可进行抓取物料，直到抓斗完全闭合，这时钢丝绳又起闭合绳作用。钢丝绳继续上升（图6-26c），使满载抓斗闭合上升。当抓斗水平位移并落到卸料堆上之后，又放下钢丝绳，重复卸料、抓取循环。第三节 抓斗 上述抓斗在使钢丝
21、绳偏过一边，让球体从钢叉中脱出的过程中，需要有辅助人员帮助。否则，要求司机有很高的操作技能，掌握钢丝绳摆动情况，才能运用自如。图6-26单绳抓斗的工作原理第三节 抓斗 图6-27 所示为一种不需要辅助人员帮助的单绳抓斗的构造简图。这个抓斗似乎只有闭合绳，没有起升绳，下横梁制成两部分，由挂钩实行两者的分与合。抓取物料时，张开的抓斗落于物料之上，横梁上部落下，挂钩将它钩住，钢丝绳即作为闭合绳上升，抓取物料（图6-27a）。卸料时，只将抓斗落于物料堆上，继续松绳，挂钩被弹簧张力拉开，横梁上部脱开上升到顶，这时钢丝绳仍作为起升绳卸去物料（图6-27b），卸完情况如图6-27c 所示。图6-27单绳抓斗
22、第三节 抓斗 马达抓斗本身带有闭合机构，它的样式繁多，我国主要采用图6-23 所示的形式,其原理是把标准电动葫芦装到抓斗上作为开闭机构。马达抓斗可以看做将闭合卷筒移到抓斗本身上去，由于马达抓斗在闭合时不再像双绳抓斗那样受闭合绳向上的拉力，抓斗自重全部都起挖掘作用，因而抓取能力大，最适用于抓取矿石等难抓的物料。近年来随着液压传动技术的发展，越来越广泛地采用液压抓斗，其优点是结构紧凑。图6-28 所示为一种液压抓斗的简图。5 马达抓斗的工作原理图6-28液压抓斗第三节 抓斗二、双绳（四绳）抓斗的构造 双绳（四绳）抓斗是最常用的抓斗，它的构造与工作原理是其他类型抓斗的基础，本书将对其进行比较详细的讨
23、论。图6-19 所示为双绳抓斗的构造简图。如前所述，抓斗由头部、撑杆、颚板及横梁四部分组成，在头部装有上滑轮及闭合导向装置，在横梁上装有下滑轮。第三节 抓斗二、双绳（四绳）抓斗的构造 双绳（四绳）抓斗是最常用的抓斗，它的构造与工作原理是其他类型抓斗的基础，本书将对其进行比较详细的讨论。图6-19 所示为双绳抓斗的构造简图。如前所述，抓斗由头部、撑杆、颚板及横梁四部分组成，在头部装有上滑轮及闭合导向装置，在横梁上装有下滑轮。第三节 抓斗 如果将撑杆与头部按图6-29a 所示简单地铰接起来，头部就没有稳定的位置，因为它构成了一个四连杆机构，具有一个自由度。为使头部稳定，应消除该自由度。图6-29b
24、 所示为采用低副连杆来消除该自由度。图6-29c 所示为采用高副啮合来消除该自由度。也可将销钉插入长孔中，如图6-29d 所示。还可采用将一个铰点固定的方法来消除该自由度，如图6-29e 所示，但其缺点是此固点铰点处与撑杆受弯矩作用，并使得头部也略有偏斜。1 撑杆与头部的连接图6-29撑杆与头部的连接第三节 抓斗 颚板与横梁的连接和撑杆与头部的连接一样，如果简单地把两个颚板与横梁铰接起来，就有闭合不佳的可能性（图6-30a），这时也多了一个自由度。通常采用两个扇形齿轮来消除该自由度（图6-30b），这样将两个颚板联系起来，能保证它们严密闭合。简单地消除多个自由度的方法就是把两个铰点合为一个铰点
25、,与剪刀的形式相同（图6-30c）。2 颚板与横梁的连接图6-30颚板与横梁的连接第三节 抓斗 上、下滑轮的轴如果布置成平行的，那就要求上、下滑轮的轴不能距离太近，否则钢丝绳就会产生较大的偏斜角，导致钢丝绳的磨损加剧。较好的方法是把下滑轮偏斜一个角度，使钢丝绳在上升和下降的过程中都不产生较大的偏斜，如图6-31 所示。3 头部（上）滑轮及下横梁滑轮的布置第三节 抓斗 双绳抓斗常制成四绳形式，即两根起升绳和两根闭合绳。为使两根绳的张力相等，常采用均衡滑轮和均衡杠杆，如图6-32 所示。4 四绳式钢丝绳的平衡图6-31闭合滑轮的布置图6-32均衡杠杆第三节 抓斗 闭合绳穿过头部时应有良好的导路以减
26、轻磨损。可采用耐磨材料制成的导筒,更好的方法是采用导辊，如图6-33 所示。5 闭合绳的导路图6-33导辊第三节 抓斗 颚板是由钢板制成的，为增强刚性，其边缘用厚钢板进行加强。刃口最好用ZGMn13 高锰钢制成，通过热处理使它得到奥氏体组织，具有高的韧性与耐磨性。热处理时加热到1060 1100，水中骤冷。用于抓取小颗粒松散材料时，刃口板也可用65Mn 制成，淬火后硬度达到55 60HRC。抓取粮食的抓斗,有时为了避免泄漏,刃口制成搭接形式的（图6-34a、b）以及采用密封垫的形式（图6-34c）。6 颚板图6-34搭接的刃口第三节 抓斗 抓斗的撑杆是受压杆件，因此应有足够大的截面尺寸。由于撑
27、杆的自重对于抓取性能是比较有利的，因此通常采用实心圆钢或方钢制成，在力求减轻自重的前提下，也可以采用厚壁管或由两块角钢或槽钢焊接成方管。7 撑杆第三节 抓斗 抓斗抓取物料是一个过程,它包括了抓斗无穷多的位置，各部分的受力情况是不同的，视物料的性质及抓取情况而定。图6-35 所示为双绳抓斗抓取过程中一个位置的受力情况。根据整体受力平衡,得 PQNA-2PRy-S2=0 (6-35)式中PRy物料作用于一个颚板上的垂直分力;S2闭合绳拉力。这里是把物料作用于抓斗的力看做一个总的合力来考虑的。1 抓斗在抓取过程中的受力三、抓斗的受力分析图6-35抓斗的受力分析第三节 抓斗第三节 抓斗 S2、PRy、
28、PP 及M 四个未知量可由式（6-35）式（6-38）解得。但关系PRy=f（M）的形状是随物料的性质及抓取情况而定的。因此，一般来说要确定S2、PRy 的大小是比较困难的。不少研究者通过补充提出附加条件从而解出S2、PRy，但与实际情况不一定完全相符。由式（6-35）式（6-38）虽然不能求出S2 的大小，但对于抓斗抓取能力却提供了丰富的情况。抓斗的抓取能力是靠自重PG 产生的，但实际上PRy 才是直接影响抓取量多少的主要因素。由式（6-35）可知 2PRy=PQNA-S2第三节 抓斗 这就是说，抓取压力等于抓斗自重减去闭合绳的张力。为了提高抓斗的抓取能力，应尽量减小S2，为此采用了滑轮组。
29、滑轮组的倍率m越大，S2 越小，抓取能力则越大。单绳抓斗在抓取过程中的受力情况与双绳抓斗一样。马达抓斗则不同，由于它在闭合时不像双绳抓斗那样受闭合绳向上的拉力，故2PRy=PQNA，因而其抓取能力较大。第三节 抓斗 分析抓斗起升时的受力情况，需要知道起升绳张力S1 及闭合绳张力S2。当采用双电动机分别驱动起升时，起升绳与闭合绳的张力相等。即 PQPL是抓取物料的自重。这时抓斗各部分的受力都较轻。然而在起吊之初，起升绳未及时张紧，闭合绳所受最大张力为 S1=0 S2=PQPL+PQNA 在这种情况下，抓斗各部分的受力是比较严重的，设计时需要知道它的大小。2 抓斗起升时的受力情况（图6-36）图6
30、-36抓斗起升时 的受力情况第三节 抓斗撑杆的撑力PP 为假定两颚板间的夹紧力FZ 集中在刃口处。即式中B抓斗宽度；H抓斗中央的物料高度；物料的密度；抓斗的内摩擦角。第三节 抓斗 如前所述，抓斗抓取物料的能力是靠抓斗的自重产生的。抓斗的抓取过程与钳工铲刮过程相似，铲刮时如果压力大，刮削量就大。同样，如果抓斗抓取时的垂直压力大，则抓取量也大。这里的垂直压力就是2PRy（2PRy=PQNA-S2）,因此,抓斗的自重PQNA是影响抓斗抓取能力的主要因素。四、影响抓斗抓取能力的因素1 抓斗自重的影响第三节 抓斗 设计抓斗时必须保证有足够的自重，不同的物料需要不同的抓斗自重。现有的抓斗如果要抓取更重、更
31、难抓的物料，则可以在抓斗上附加重物。一般来说，抓斗的质量与抓取的物料质量相近。即 mNAV式中mNA抓斗质量;V物料体积。抓斗各部分的自重对于抓取能力的影响是不同的。理论与实践都指出:头部与撑杆的自重最有效，颚板次之，加大横梁自重效果最差，颚板自重在铰点附近部位也同头部与撑杆一样，是最有效的，因为它们都有强烈促进抓斗闭合的作用，在设计时应力求把自重分配到最有利于提高抓取能力的部分上去。第三节 抓斗 双绳抓斗的自重分配见表6-5。自重分配对于抓取能力的影响，在滑轮组倍率较小时比较明显，随着滑轮组倍率的增加，其影响越来越小。对于马达抓斗，其抓取能力完全由抓斗总自重决定，自重的分配对于抓取能力无任何
32、影响。表6-5双绳抓斗的自重分配第三节 抓斗 增大闭合滑轮组的倍率m 可以降低闭合绳在抓取过程中的张力S2，使挖掘压力PRy 增大,从而提高抓斗的抓取能力。对于同样的抓取自重，如果增大滑轮组的倍率，可以减轻抓斗的自重。增大滑轮组倍率的不良后果是增加了闭合时间与闭合绳的行程，同时使钢丝绳的磨损加剧。表6-6 列出了双绳抓斗常用的闭合滑轮组倍率。表6-6双绳抓斗闭合滑轮组的倍率m2 闭合滑轮组倍率m 的影响 单绳抓斗由于闭合行程受到限制，常取较小的滑轮组倍率，通常m=2 3；四绳抓斗为不使滑轮数量过多，也取较小的倍率。第三节 抓斗 图6-37 所示为一个模型抓斗在不同最大开度L时的抓取曲线与抓取量
33、。由图6-37 可以看出，在某一限度内增大开度L 可以提高抓取能力，当开度过大时，抓取深度急剧降低，抓取能力反而减小。这时在抓斗闭合的后阶段，由于已抓取的物料所产生的阻力增加，使闭合绳张力S2 急剧增大，甚至将抓斗提起，使刃口离开料堆，反而吐出了原先已经刮集的物料，只有当料堆很薄时才适于采用开度很大的抓斗。收集舱底剩余物料的耙集式抓斗的一个特点就是开度很大。图6-37最大开度L 对抓取量的影响3 抓斗最大开度L 的影响第三节 抓斗 物料的密度、块度与内摩擦因数对于抓斗的抓取量有很大的影响。密度大、块度大与内摩擦因数大的物料是最难抓取的，因而抓取量最低。一方面原因是由于这种物料阻碍抓斗的刃口向深
34、处挖掘，另一方面由于闭合过程中阻力也大，使闭合绳张力S2 增大，从而降低挖掘压力PRy，使抓取深度减小。如前所述，对于难抓取的物料，即密度大、块度大或内摩擦因数大的物料，例如大块矿石，应当采用重的抓斗，并且选用较大的滑轮组倍率；对于容易抓取的物料，例如粮食，则采用自重较轻、滑轮组倍率较小的抓斗。4 物料性质的影响第三节 抓斗 根据对不同的抓斗进行的试验，推荐对于细粒的、内摩擦因数小的物料采用圆底抓斗（图6-38a）。对于大、中块及内摩擦因数大的物料采用平底抓斗（图6-38b），因为对于这种物料应尽量减少其在抓取过程中的内部运动，以减少抓取阻力。颚板刃口的后角通常取为=10 15。后角太小，颚板
35、背部会与物料相碰，阻碍抓斗向深处插入；后角太大，闭合阻力增加，导致抓取能力降低。对于干燥物料，取较小值；对于潮湿物料，取较大值，以减少抓取过程中的抽空作用。图6-38抓斗颚板形状5 颚板形状的影响第三节 抓斗 宽度较窄的抓斗可以较容易地插入物料。但窄抓斗两侧壁的阻力相对来说较大，因而太窄的抓斗也使抓取能力降低。确定抓斗宽度B 或=B/L 的原则是：对于块度大的物料及坚实的料堆，应取较小值；对于松散物料，宜取较大值，一般取=0.45 0.55，也有研究人员建议可以尝试将 值增大到0.7 0.75。6 颚板宽度B 或=B/L 的影响第三节 抓斗 一般来说，闭合速度提高，物料的阻力增大，从而使抓取量
36、减小。这主要是因为物料空隙中空气的逸出导致阻力增大，此外也由物料的惯性力增大以及抽空现象影响增大等原因所致。对于一般的松散物料来说，若颚板几何尺寸合理，则在通常的闭合速度范围内，闭合速度对于抓取能力无显著的影响。7 闭合速度的影响第三节 抓斗 将抓斗以高速落于料堆上，可以帮助抓斗插入物料，从而提高抓取能力。但这种作用只是对于抓斗不易插入的物料才有显著的效果，例如大块物料、坚实的料堆以及结有坚实硬壳的料堆。对于松散物料，抛掷速度对于抓取能力影响不大，虽然在最初阶段抓取得较多，但在后一阶段刃口又向上退出，使得抓取量增加甚少。8 抛掷速度的影响第三节 抓斗 设计抓斗的原始数据是：抓斗的额定容积V 与
37、所抓取物料的物理机械性能（密度、块度大小、自然坡角、坚实程度、结块性等）。需要确定的是：各部分的尺寸及抓斗的自重。前面讲过，抓斗的缺点是自重大。因此，在设计抓斗时既要保证抓斗具有良好的抓取性能，又要保证抓斗各部分有足够的强度和刚度，同时要尽量减轻抓斗的自重，这对于提高起重机的有效自重和降低能量消耗是大有益处的。五、双绳抓斗的计算第三节 抓斗 1)抓斗的最大开度L。由于抓斗的额定容积V 为已知，则L 的计算公式为对于难抓取的物料取较大值，易抓取的物料取较小值。2)抓斗的宽度B。其计算公式为 B=L (6-42)=0.45 0.55（或0.75）,大块物料与坚实物料取较小值，松散物料取较大值。3)
38、抓斗的侧面面积A 及侧面几何形状。抓斗的侧面面积A 的计算公式为1 抓斗几何尺寸的设计第三节 抓斗 根据A 及物料的性质确定抓斗的侧面几何形状。这时应使侧板上缘的倾斜角度大致与物料在运动状况下的自然坡角相等，通常为30 35，如图6-39 所示。颚板铰点O 的位置可由下述条件确定：在最大开度时，颚板的切口应在垂直方向，以便切口顺利地插入物料，如图6-40 所示。图6-40颚板铰点O 与最大 开度L图6-39抓斗的侧面积 这时l 的计算公式为 为了保证正确的开斗位置，应装设适当的挡止装置。第三节 抓斗 4)滑轮直径D。滑轮的直径可根据钢丝绳的直径确定，即D18d 或D=25d。闭合绳绕过滑轮的次
39、数较多，为了延长钢丝绳的寿命，常选用较大的滑轮，最大的直径可达D=25d。在抓斗闭合的情况下，上、下滑轮中心应保证足够的距离，通常约为1.6D。5)撑杆铰点的位置。从提高抓取能力的角度出发，撑杆铰点的位置应使抓斗在开闭两种情况下滑轮中心距的变动量l 最大（图6-41），因为这样可以使闭合绳闭合期间的平均张力S2P最小（抓取功W 一定的条件下），有利于提高抓取能力，其功能原理为 WS2Pml （6-45）第三节 抓斗 根据上述原则，在允许的情况下，最好将下铰点按图6-42a 所示的方式布置，这样有可能减轻抓斗的自重，或采用较小的倍率。其缺点是抓斗的轮廓尺寸可能过大，对用于车厢或船舱时，可能出现在
40、闭合过程中发生铰耳碰撞车厢或舱壁的危险情况（图6-43），此时铰点按图6-42b 所示的方式布置为宜。图6-42撑杆下铰点图6-41滑轮开闭的位置图6-43铰耳碰壁的危险第三节 抓斗 4)滑轮直径D。滑轮的直径可根据钢丝绳的直径确定，即D18d 或D=25d。闭合绳绕过滑轮的次数较多，为了延长钢丝绳的寿命，常选用较大的滑轮，最大的直径可达D=25d。在抓斗闭合的情况下，上、下滑轮中心应保证足够的距离，通常约为1.6D。5)撑杆铰点的位置。从提高抓取能力的角度出发，撑杆铰点的位置应使抓斗在开闭两种情况下滑轮中心距的变动量l 最大（图6-41），因为这样可以使闭合绳闭合期间的平均张力S2P最小（抓
41、取功W 一定的条件下），有利于提高抓取能力，其功能原理为 WS2Pml （6-45）第三节 抓斗 抓斗抓取能力的设计主要包括抓斗自重及闭合滑轮组倍率的确定。而准确地确定抓斗自重及闭合滑轮组的倍率是一个复杂的问题，主要通过实践来解决。保证抓斗达到所需抓取能力的自重的粗略计算公式为 mNA=KV=KvKlKmVmG0 (6-46)式中Kv根据抓斗的名义容积确定的系数；较大抓斗的Kv 值较小（阻力较 小），Kv 的数值可通过实测得出，当前可以根据已有的资料选取，其数值列于表6-7；Kl根据物料的性质、块度及料堆的坚实程度确定的系数，其值见表6-8；Km依据闭合滑轮组倍率确定的系数，其值见表6-9；m
42、G0根据强度条件确定的抓斗质量，它可以根据强度设计得出，或根据经验确定。2 抓斗抓取能力的设计第三节 抓斗 Km 的计算公式为表6-7Kv 的数值表6-8Kl 的数值第三节 抓斗 马达抓斗在抓取物料的过程中由于没有闭合绳将抓斗向上提起，因而S2=0，这相当于m=的双绳抓斗。如果要求抓斗质量最小，可先确定mG0，然后由式（6-46）和式（6-47）计算滑轮组倍率。表6-9Km 的数值第三节 抓斗 双绳抓斗的起升绳与闭合绳在工作过程各阶段中所承受的载荷是不同的。钢丝绳载荷的变化与起升绞车的形式有关。近代抓斗起重机的起升卷筒与闭合卷筒多采用两台相同的起升绞车来驱动。采用这种两个卷筒独立驱动的绞车，能
43、使载荷在起升过程中自动地均匀分布在起升绳与闭合绳上。这种方式的缺点是开着的空抓斗升降时有自动闭合的趋势。有的抓斗起重机采用行星减速器来驱动两个卷筒，一台电动机同时驱动两个卷筒，专管升降；另一台电动机给闭合绳以附加速度，专管开闭。这时由于起升卷筒与闭合卷筒在升降过程中保持同步，消除了自动开闭的问题。但随之而来的缺点是丧失了自动均衡的作用，只有通过司机的熟练技巧和调整闭合绞车制动器来使起升绳与闭合绳的载荷大致均衡。3 钢丝绳的计算第三节 抓斗 (1)颚板的强度计算颚板是受力分布载荷的板，三边支承，一边自由，如图6-46 所示。最危险的部位在刃口中央，因此，刃口部分的强度应适当加强，其厚度可近似按均
44、布载荷p 作用下的简支梁计算，刃口中央单位长度的弯曲力矩M 为4 抓斗的强度计算图6-46颚板强度计算简图式中，p=?C。刃口中央弯曲应力 为第三节 抓斗 实际上由于刃口边缘有支持力矩以及其他原因，其应力比计算值略低。但考虑到在抓取过程中受力情况较复杂，故取较大的安全系数。（2）其他部分的强度计算抓斗其他部分如滑轮轴、撑杆、销轴等,在满斗起升时承载最大，应按式（6-48）所确定的最大闭合绳张力S2 进行计算，此时许用应力=0.65s。第三节 抓斗 1)短撑杆式抓斗（图6-47）。这种抓斗的特点是颚板的闭合压力大，常用于冶金工厂抓取矿石等。2)耙集式抓斗（图6-48）。这种抓斗具有较大的开度，适
45、用于抓取堆集薄层的物料，耙集式抓斗的抓取能力也比较大，多用于船舶卸货。它的缺点是开度大，不适于一般用途。六、双绳抓斗的其他型式1 闭合机构不同的双颚板抓斗图6-47短撑杆式抓斗 图6-48耙集式抓斗1颚板2支持绳组3横梁4开闭绳组5头部6撑杆第三节 抓斗 3)剪式抓斗（图6-49）。它的特点是颚板的闭合力逐渐增大，在闭合终了时最大，适于L 增大的抓斗。为了减少闭合绳的磨损，将闭合绳直接由闭合滑轮引入（图6-50），这样不仅减少了摩擦损失，而且还增大了闭合力矩（S2a）。在起重机的起升高度允许时，这样做是非常有利的。4)不对称抓斗（图6-51）。这种抓斗的特点是增大了两滑轮闭合时的运动距离，从而
46、增强了颚板的闭合力。图6-49剪式抓斗图6-50闭合绳直接绕入的剪式抓斗图6-51不对称抓斗第三节 抓斗 如果颚板数目为三个以上，则刃口成尖形的爪状，这种抓斗通常又称为多爪抓斗。爪尖角度360n，n 为爪数，最常见的是n=6。多颚板抓斗适于抓取一般双颚板抓斗不易插入的物料。采用多颚板抓斗装卸大块矿石及废钢等物料可以得到较好的效果。图6-24 所示为刚性多颚板抓斗（n=6）,前主要采用这种构造简单的刚性多颚板抓斗。图 6-52 所示为挠性连接的多颚板抓斗。这种抓斗可以多爪同时抓持不规则形状的特大块物品。图6-52挠性连接的多颚板抓斗第4节 夹钳第四节 夹钳夹钳 夹钳是利用钳口闭合力及其摩擦力来实
47、现成件物品吊装的取物装置，具有操作机构的夹钳可以像抓斗一样，完全免除辅助体力劳动，缩短装卸工作的辅助时间，从而大大提高生产率。但简单夹钳有时仍需要一些辅助劳动。一、概述图图6-53板坯夹钳板坯夹钳第四节 夹钳 图6-54 所示为一种简单的杠杆夹钳。此夹钳夹持物品的能力是依靠夹钳钳口的法向压力FN 所产生的摩擦力FF 来实现的,即2FF=PQ（此处取PQPL），而法向压力FN 是由链条拉力PS 通过杠杆产生的。因此，链条拉力PS 为(忽略夹钳自重)法向压力FN 可以由一个钳体绕铰点的力矩方程为平衡条件求得。即 PSa+FFb=FNc (6-54)联立式（6-53）和式（6-54）可得二、杠杆夹钳
48、1 简单杠杆夹钳第四节 夹钳 杠杆夹钳能够起吊物品的基本条件是FF FN。即图6-54杠杆夹钳 式中，为钳口与物品间的摩擦因数，其值见表6-10。对于木材，钳口制成尖刃，这时摩擦因数可大大提高。第四节 夹钳表6-10摩擦因数 夹钳的尺寸应根据夹持基本条件来确定。因此，由式（6-55）和式（6-56）可得夹钳尺寸的夹持条件为第四节 夹钳 图6-55司机操纵的自动夹钳1撑杆2、4销钉3挡块 上述普通的杠杆夹钳如配上图6-55 所示的闭锁机构就可以由司机操纵它的开闭，不需要辅助人员协助。它的工作原理是：撑杆1 铰接在一个钳臂上，在另一钳臂上有一销钉2，撑杆上有一斜槽，在夹持物品之前，司机将夹钳下降，
49、使夹钳自动张开，并使销钉略滑过槽口。当司机提升夹钳时，夹钳开始闭合，但维持张开状态，以便夹取物品。在夹持物品时，需要销钉不滑入斜槽，为此在撑杆斜槽处装有铰接的摆动挡块3，销钉4 限制它的最低位置。当司机将夹钳放到要夹取的物品上后，大幅度地落下夹钳，使销钉又滑过挡块，这时挡块落下，遮住了斜槽。当司机提升夹钳时，销钉由挡块下方滑过斜槽，不再阻止夹钳闭合。第四节 夹钳 图6-56可操纵的自动夹钳1小钩2挡止器3锥形套4链条5夹钳 图6-56 所示为司机操纵的夹钳。吊取物品前，小钩1 下降至挡止器2 与锥形套3 之间，提起时钩于挡止器上，链条4 松弛，夹钳5 松弛。夹钳放于物品孔中，小钩随吊钩下降至锥
50、形套下方，然后起升吊钩，锥形套防止小钩钩住挡止器，滑过挡止器后继续上升，链条张紧，夹钳夹取物品，吊运至目的地。第四节 夹钳 图6-57开度可调的杠杆夹钳 从式（6-57）可以看出，夹持条件是由物品的尺寸2b 确定的。对于尺寸变化范围较大的物品，夹钳常制成可以调整的形式。图6-57 所示为一种可以调节开度的杠杆夹钳。第四节 夹钳图6-58均热炉冶金夹钳 1头部2横梁 3钳体 冶金起重机的夹钳也是一种杠杆夹钳。图6-58 所示为起重机（均热炉起重机）夹钳简图。(1)夹钳的三种状态1)升降。2)开闭。3)夹紧。2 冶金起重机夹钳第四节 夹钳图6-59夹钳的受力情况 (2)受力分析夹钳的受力情况(忽略
