摘 要

抓斗是广泛用于装卸散货的一种取物装置，凭借其简单灵巧的造型结构、可靠稳定的工作方式，仍然具有其它取物装置所无法比拟的优点。目前，抓斗在各国港口应用十分广泛，抓斗依旧是散货卸船的主要装备。随着当今港口逐步大型化的发展，我们对港口的装卸效率的要求越来越高，抓斗正逐渐成为我们整个装卸系统的瓶颈。为此，如何设计更为合理的抓斗形式，充分利用物料的流动特性完成卸料，成为当今我们抓斗设计的一大课题。

本文主要以三维建模软件SolidWorks和离散元软件EDEM为平台，以多瓣抓斗为研究对象，通过两个软件的协同使用，对抓斗在抓取流动性好的物料时的卸料过程做了仿真分析，着重分析对比了静态卸料和抛料卸料两种卸料方式，最终得出抛料卸料优于静态卸料，其卸料效率更高。主要内容如下：

1.对国内外抓斗的发展现状进行了调研，了解了抓斗的发展现状以及静态卸料、动态卸料和抛料卸料三种卸料方式的优缺点；

2.运用SolidWorks软件完成了抓斗的三维建模，从而对三维建模技术有了一定了解，可以熟练运用此技术去解决工程实际问题；

3.运用EDEM软件对抓斗的卸料过程进行了仿真分析，分别对静态卸料和抛料卸料两种方式进行了仿真，得到了两种卸料方式物料的运动曲线和落料区域，通过对两个卸料曲线和卸料时间的综合对比，得出对于流动性好的物料，抛料卸料优于静态卸料，只需通过合理规划卸料工艺，就可大幅提高港口装卸效率；同时，通过运用熟悉了EDEM软件，可以用它去解决实际问题。

关键词：抓斗；卸料；三维建模；离散元仿真

Abstract

Grab bucket is a kind of fetching device which is widely used for handling bulk cargo.With its simple and smart shape structure,reliable and stable working style,it has other advantages that other device can not match.At present, the grab is widely used in many countries,and the grab is still the main equipment for bulk cargo unloading.With the gradual development of the port,the efficiency of port loading and unloading becomes more and more demanding,and the grab is becoming the bottleneck of our entire loading and unloading system.Therefore,how to design a more reasonable form of grab and make full use of the flow characteristics of materials to complete unloading has become a major task of our clamshell design.

This paper mainly by three-dimensional modeling software SolidWorks and discrete element software EDEM as a platform to grab as the research object,through the coordinated use of two software to grab grab in the material with good fluidity when the unloading process simulation analysis,focuses on the comparative analysis of the static unloading and polishing material unloading two the discharge mode,finally obtains the polishing material discharging is better than that of static discharge,the discharge efficiency is higher. The main contents are as follows:

1.the development status of grab at home and abroad is investigated,and the development status of grab bucket,the advantages and disadvantages of three unloading methods,such as static unloading,dynamic unloading and throwing unloading,are discussed;

2.using SolidWorks software to complete the three-dimensional modeling of the grab,so as to have a certain understanding of the three-dimensional modeling technology,you can skillfully use this technology to solve practical engineering problems;

3.using EDEM software to grab unloading process are simulated and analyzed,respectively on the static discharge and the simulation of polishing material discharging in two ways,obtains two kinds of discharge mode of material motion curve and blanking area,through the two discharge curve and unloading time of the comprehensive comparison,draw for good fluidity of material,polishing material discharging is superior to static unloading,unloading technology only through reasonable planning,it can greatly improve the port efficiency;at the same time,through the use of familiar with EDEM software,you can use it to solve practical problems.

Key Words：Grab bucket;discharge;3D modeling;DEM

目 录

摘要 1

Abstract 2

第1章 绪论 1

1.1 论文研究的背景及意义 1

1.2 对象概述 1

1.2.1 抓斗 1

1.2.2 离散元素法 1

1.2.3 三维建模 2

1.3 抓斗发展现状分析 2

1.4 本文研究的主要内容和技术路线 3

第2章 设计计算 5

2.1 抓斗的结构形式 5

2.2 抓斗主要技术参数 6

2.2.1抓斗自重 6

2.2.2 颚板闭合后容积 6

2.2.3 颚板尺寸 7

2.3 抓取阻力 7

2.3.1 水平刃口的切入阻力 8

2.3.2 侧向刃口切入阻力 8

2.3.3 物料对颚板面的摩擦力及滑移阻力 8

2.3.4 物料的推压阻力 9

2.4 本章小结 9

第3章 基于SolidWorks的抓斗三维建模 10

3.1 SolidWorks软件的简介 10

3.2 建模方法简介 10

3.3 抓斗建模简介 11

3.4 本章小结 13

第4章 基于EDEM的抓斗卸料过程仿真 14

4.1 EDEM简介 14

4.2 抓斗卸料过程仿真 14

4.2.1 卸料方法简介 14

4.2.2 仿真参数设置 14

4.2.2 仿真过程的描述 19

4.2.3 落料轨迹显示 19

4.3 仿真结果分析 20

4.4 本章小结 21

第5章 环境影响及经济性分析 22

5.1 环境影响分析 22

5.2 经济性分析 22

第6章 总结与展望 23

6.1 全文总结 23

6.2 工作展望 23

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 论文研究的背景及意义

抓斗是广泛用于装卸散货的一种取物装置,凭借其简单灵巧的造型结构、可靠稳定的工作方式，仍然具有其它取物装置所无法比拟的优点。目前，抓斗在各国港口应用十分广泛，抓斗依旧是散货卸船的主要装备。随着当今港口逐步大型化的发展，我们对港口的装卸效率的要求越来越高，抓斗正逐渐成为我们整个装卸系统的瓶颈。为此，如何设计更为合理的抓斗形式，充分利用物料的流动特性完成卸料，成为当今我们抓斗设计的一大课题。

当抓斗开始成为整个装卸系统的瓶颈时，做为抓斗领域研究人员，我们所要做的工作便是，不断得对抓斗及其装卸工艺进行设计改进，使其的各项参数能够得到优化，从而能够适宜船舶日益向着大型化，装卸效率要求不断提高的现代码头的需求；同时，也应该对前沿的科学技术多做熟悉，将其运用到抓斗的设计工作中去，从而能够更经济、更快捷得设计出满足现代码头需求的新型抓斗。

通过对多瓣抓斗调研、建模以及仿真，可以了解我国抓斗卸船机的发展现状，了解我国在抓斗卸船机领域的成就以及存在的问题，然后不断得去改进；同时，通过SolidWorks三维建模软件和EDEM离散元软件的配合使用对抓斗的卸料过程进行研究，对以后此方面的研究以及两技术的配合应用具有一定的指导意义，有利于港口对各方面技术的优化改进；最后，通过这次论文的研究，能够使我们了解到工程设计方面比较前沿的技术，并将其融入到抓斗卸船机的研究设计中去，使抓斗的性能、抓卸料技术能够得到进一步优化，从而能够更加适应现代港口的需求。

1.2 对象概述

1.2.1 抓斗

抓斗是一种靠颚板的打开与关闭而自行抓取散货物料的装置，目前广泛应用于港口散货物料的装卸工作中。其抓卸料动作均由司机在操作室内操纵，生产效率很高。抓斗主要用于装卸大宗散货物料，有些特殊形式抓斗也用于抓取圆木，铁块等，广泛应用于码头、矿山。煤场等地。

1.2.2 离散元素法

离散元素法是一种分析求解复杂离散系统的运动规律和力学特性的数值方法^[1]，其所运用的物理含义和数学概念与有限元法和边界元法类似，通过建立固体颗粒系统的参数化模型，对颗粒的行为进行模拟和分析，提供了一个可以解决涉及流体、颗粒、结构等众多综合复杂问题的平台，已经成为集产品设计、优化改进和过程分析等于一体的强大工具。其核心思想为牛顿第二定律和网格划分，该方法认为离散个体组成系统，个体间具有相互接触和脱离，拥有相互运动、接触力和能量的传递，提供了求解散体力学、微观力学等问题的数值方法。它是继有限元、计算力体动力学之后，又一应用于解决运动规律和动力学参数的数值方法。