颚式抓斗抢险设备研制与应用技术报告

1颚式抓斗抢险设备研制与应用技术报告第一章前言1.1研究背景论自由黄河安危，事关大局，人民治黄以来，彻底扭转了历史上“三年两决口”的局面，取得了黄河岁岁安澜的伟大成就，有力的保障了社会的稳定和经济的发展。努力做好今后的科技防汛工作，对于确保黄河安澜，起着重要的意义。黄河防洪工程是确保防汛安全的主要措施之一，这些工程常因洪水的冲刷和侵蚀造成水下基础变形而促使险情的发生，造成土基裂缝坍塌、根石走失以及坦石坍塌下蛰，严重时将造成跨坝，堤防决口，直接威胁到沿黄人民的安全。近年来，经过历年的调水调沙，河床下切，河势上提下挫不定，导致部分不靠河的防洪工程现在靠河，不出险的坝垛现在出险了，出险的种类多为根石下蛰。多年来，铅丝石笼固根法一直是黄河下游黄河防汛抢险的主要措施之一，对控制险情发展、主流冲刷、防止根石走失十分有效。但是，传统的装抛铅丝石笼工序多、速度慢、效率低，不利于快速控制险情。其最主要的因素在于靠人工抛投铅丝2石笼，多是就地取材，临时采用木棍做为抛投的工具。但在推抛铅丝石笼的过程中，容易破坏口石、坡石、坦石坡，而且在滚抛时其笼易爬在坡上或推不到位，费工费时不安全，达不到迅速控制险情的目的。严重制约着装抛铅丝石笼抢险速度。这种传统的抛投方法不但抛投位置不容易掌握，而且铅丝笼容易解体，砸坏口石、坦石坡等。汛后还要及时对原工程进行恢复，其费用高，而且坝体的整体性受到严重影响。1.2项目意义和预期成果我科研组在积累多年抢险经验的基础上，研制颚式抓斗来进行快速投抛铅丝石笼。该抓斗设计在挖掘机铲斗部位，配合挖掘机铲斗，在液压缸的作用下，利用杠杆原理将铅丝石笼牢牢抓住，旋转起重臂，绕过口石、坡石、坦石坡，准确无误的将铅丝石笼抛到所需位置。在我们实际的抢险工作中，推抛铅丝石笼劳动强度大，且对口石、坡石、坦石坡损害严重，极不利于工程管理的需要。该项目可以很好的解决上述问题，且投资小，使用安全，效率高，能达到及时控制险情的目的，且具有较好的推广前景。1.3研究路线和方法近年来，经过历年的调水调沙，河床下切，河势上提下挫不定，导致部分不靠河的防洪工程现在靠河，不出险的坝垛现在出险了，出险的种类多为根石下蛰。在没有根基的坝3垛上出现这种险情必须及时推笼固脚进行抢护，但传统的推抛铅丝石笼的方法的人工用木棍推笼。此方法不能投放自如，不能准确将抢险物体抛投入准确位置，工作效率低，而且石笼容易解体，推的过程中容易破坏口石、坦石等，影响抢险效果和工程的整体效果。费工费时不安全，达不到迅速控制险情的目的。为了快速控制险情，研制一种新型的抢险机械设备代替繁重的劳动力已是当务之急，我局科研组，组织技术人员对项目前期进行了研究，分析，列出技术方案，拟出草图进行论证。然后进行设备构件采购，完成样机制作，在防洪工程抢险中进行试验。设计是在挖掘机铲斗部位，安装一个可活动的扶抓，配合挖掘机铲斗，在原液压缸的作用下，利用杠杆原理将铅丝石笼牢牢抓住，旋转起重臂，绕过口石、坡石、坦石坡，准确无误的将铅丝石笼抛到所需位置。以达到降低4劳动强度，抢险速度快，效率高，真正实现现代快速抢险的目标。第二章颚式抓斗抢险设备国内外研究现状及评价目前，河南河务局其他单位也有研制抓斗的，但抓斗的样式有本质的区别，研制的抓斗上安装了一个不可活动的浮抓，其不能够收方自如，且抓斗铲物时容易破坏防汛原有料物，而且抛投的位置不容易掌握。综合网上查询与行为信息分析，铅丝石笼是防汛抢险抢护根石下蛰、根石走失的一个重要方法，应用比较广泛，而针对抛铅丝石笼的机具，未有文献报道，但类似颚式抓斗抢险设备的有矿用抓斗，它主要应用于煤场，而且单价较高，从样式结构来看，与颚式抓斗抢险设备大不相同，我行业无参考意义和适用价值。根据多年来的抢险经验，我科研人员有针对性的研制了颚式抓斗抢险设备，该设备投资小，易安装，安全可靠，效率高，抢险效果好，能够达到快速抢险的目的。目前，从网上查询及行业内信息得知，没有单位或厂家生产颚式抓斗。该机一旦问世，市场前景可观。第三章颚式抓斗抢险设备方案设计3.1工作原理该项目利用鳄鱼嘴吞服食物的原理，结合当前防汛抢险机械化所需。科研组经过反复研究论证，在原有挖掘机的抓5斗处安装一个可以活动的扶抓，就像人的大手抓物体一样，牢牢的将抢险料物抓住，然后抛到工程所需的位置。其主要技术原理是，当铲斗挖掘时，吊耳把动力传给动力臂，动力臂经输入吊耳，带动主骨架相对于铲斗，作相对运动，铲斗与抓齿闭合，包裹住抢险料物，抛投至工程出险部位。即设计在原挖掘机铲斗部位，安装一个可活动的扶抓，配合挖掘机铲斗，在原液压缸的作用下，利用杠杆原理将铅丝石笼牢牢抓住，旋转起重臂，绕过口石、坡石、坦石坡，准确无误的将铅丝石笼抛到所需位置。以达到降低劳动强度，抢险速度快，效率高，真正实现现代化快速抢险的目标。抓斗受力分析图：挖掘机动力为10t，动力臂长30cm。其阻力臂长为10cm。根据（动力×动力臂=阻力×阻力臂）的技术原理，计算出抓起最大重量为30t。63.2总体方案设计3.1方案论证根据原挖掘机抓斗，抓齿分别采用120cm、130cm、140cm进行比选，经过试验选定130cm与原抓斗最为适合。抓齿的弧度、主骨架选择，主骨架长1.5m，直径30cm，采用管壁厚20mm的锰钢，其强度大，抓齿厚度3cm，弧度160度。经过反复试验，确定抓齿弧度160度对保证受力面积，又能发挥最大力矩。3.2设备主要设计参数性能指标1.主骨架长1.5m，壁厚20mm；2.抓齿长130cm，抓齿间距30cm；3.加固架为ø6锰钢，壁厚1cm，长度150cm；4.主骨架与加固架间距为40cm，加固板厚50mm吊耳插销ø30mm；5.最大开度2.1米6.抓物最高度1.5米7.最大夹力10T8.最大提升力30T固定吊耳动力输入吊耳动力输入吊耳抓齿固定插销骨架吊板主骨架加固板73.3主要特点颚式抓斗抢险设备的研制成功，标志着机械化抢险步伐向前推进了一大步，从繁重的人工抢险中解体出来。从而为抢险争取时间，实现了抢早、抢险小的目的。该设备具有操作简单，使用方便，抢险速度快，抛投料物及时准确，收放自如，不破坏原工程的特点。机械化抢险是在当前急需解决的难题，为了使抢险达到安全、有效、快速的目的，研制了颚式抓斗抢险设备，其主要利用了原挖掘机的斗的臂，在其斗部安装一个可以活动的扶抓，像人的手抓物体一样，达到抢险物体投放自如、准确、及时、快速的目的。颚式抓斗抢险设备主要靠原挖掘机液压缸的作用下，完成料物的抓、抛、投作业，重点解决了人工抢险劳动强度大，抛投不准确，不及时，人工抛投不安全的因素等重要问题。“颚式抓斗抢险设备”主要由抓斗配合挖掘机工作，加工方便，具有相应的尺寸和规格，便于随时组装。为机械化抢险添了砖加了瓦。有力的推动科技治黄进步。第四章颚式抓斗抢险设备的研制过程本项目的研制缘自于2008年的一次防汛抢险演练，使用的其他单位研制的抛笼器具，一个挖掘机斗部安装了一个扶抓，不能联动，铲斗放开了，但辅抓无法把石笼准确的投放，几吨重的石笼全靠一根辅抓支撑，容易造成石笼解体，并不能投放到位，石坡容易破坏。我们于2009年构思出了8一个比较完整的方案，确立了技术目标：一是要达到抛石器投放自如；二是不能破坏原有工程的整体性；三是不增加任何的液压动力件；四是成本要低，易于推广。1.研制时间该项目自2010年3月17日——7月2日研制完成。2.研制经过选做模型试验——比选确定基本参数——选料——下料——研制——攻关——试验——成品。3.主要组成颚式抓斗抢险设备主要材料为锰钢。其组成主要有抓齿、加固架、主骨架、骨架吊板、固定销轴、固定吊耳、动力输出吊耳、动力臂、加固板、吊耳插销、输入吊耳等组成。该抓斗主要是先焊接成一个扶抓好，然后用销钉与原挖掘机抓斗进行固定。4.各主要部件的功能抓齿总成的主要作用是配合挖掘机铲斗夹紧抢险料物。主要采用锰钢焊接而成。动力输出臂主要功能是传送动力，使抓齿抓物。抓齿的主要作用是负责抓抛抢险料物。固定销轴的主要功能是承受抓齿的总重量，作为力的支持点。5.应用范围9颚式抓斗抢险设备主要应用于控导工程根石走失、根石下蛰、坦石坍塌用于抛笼、抛枕固根。颚式抓斗可抓铅丝石笼、柳石枕、大块石、土工袋等抢险料物。（正在焊接）（基本框架图形）10第五章生产试验及效果分析5.1生产试验2010年6月1日，“颚式抓斗抢险设备”已进入了生产试验阶段，第一阶段生产抓齿总成考虑到抛笼器的结构。首先，做个模型，分别用180度、160度、130度，三个不同的弧度进行试验，弧度为180度时，其摩擦力太小，不能抓物体，130度时，其摩擦力过大，不易抛料，抓料容积变小，160度时，既有摩擦力，抓料容积相当，抛料时不受影响。最终确定用45号锰钢作为主骨架材料，采用160度的弧度做一个抓齿，最得了最佳效果。抓齿长度的选择，是根据平时所绑的铅丝笼体积大多在2m3左右，结合挖掘机原本斗容的大小和齿长，确定抓齿采用3cm厚的合金钢，长度选择为130cm，并采用立体下料焊接，以增加抓齿的强度。动力输出与杆位置，我们采用了从挖掘机的性能，结构，便于拆装为原则，动力经过动力臂传到主骨架吊耳。把吊耳的长度控制在30cm，能最大的利用铲斗与输出动力，从而改变了力的方向，达到收合自如的目的。2010年6月10日，将焊接好的抓斗分别抓钢铁轮和油筒进行了试验。112010年6月21日，大留寺控导工程26坝出坦石坍塌险情，出险体积100m3，50个铅丝石笼，险情由我局抢险队采用颚式抢险设备进行抢护，首先安装好了5个石笼，然后用颚式抢险设备集中投放。每次用时2分钟，10分钟把5只笼全部投放到位，效果独特，达到快、准、稳，石笼不解体，不破坏原口石、坦石。这次试验未出现问题。进一步证明了12机械化抢险的急需。证明了它是一种实用性很强的抛笼器具，具有使用灵活、收放自如、操作简单，不单独增加动力，节省能源，工作效率明显提高，具有较高的应用价值。5.2功效分析1.经济效益机械抛铅丝笼与人工抛投铅丝笼进行了对比分析：人工抛笼费用机械抛笼费用人工抛一个笼需要人工6个，每个人每天工资70元6*70=420每台机械每小时耗油10升，每天工作8个小时6.1*10*8=488元每天可完成的工作量2个笼/小时*8=16个每天可完成的工作量30个笼/小时*8=240个抛一个笼的费用420/16=26.3元每抛一个笼的费用488/240=2.03元。损坏坦石坡、口石等后期恢复费用（按一个笼宽度计算）3m*7m=21m2，21m2*16元/m2=336元。可节约坦石坡、口石等恢复费用336元与人工抛投相比，每抛一个铅丝石笼可节约投资24.27元。同时节约了抢险后工程恢复的费用。由此可见，使用该抛笼器抛笼，与人工相比，控制险情的速度可提高15倍，为抢险争取了最佳时机，每抛一个石笼节约投资24.27元。减少了后期恢复的工序，确保了工程完整。2.社会效益13黄河是华夏民族的母亲河，黄河堤坝的安全将关系着千千万万的生命，关系着国计民生，确保堤坝安全，是我国长治久安的重要保证。使用“颚式抓斗抢险设备”完成堤坝抢险，可以达到抢早、抢小，快速遏制险情的目的，有力的推动机械化抢险的步伐。对确保黄河工程安全提供了有力保障，保障了沿堤人民群众生命财产安全。社会效益显著。5.3暴露的问题及解决方案该项目在实施的过程中，各级领导都极为重视，科研人员夜以继日，经过反复钻研，反复试验，从机械学、动力科学的角度出发，最终以杠杆为中心开展课题论证，总结出一套科学合理的研发思路，其宗旨为少花钱，多办事，经济适用，高效节能，逐步扭转人工抛笼所带来的弊端。但是，在试制的过程中也出现了一些问题，例如：动力臂的材质、在调试过程中，夹提力超过30t，动力臂就会出现变形现象，经几番试验认定，动力臂材质强度不够，但在更换淬火材质的情况下，这一现象得到排除，最终达到理想的效果。再比如，张合度，从骨架吊板的长度到动力输出吊耳的方向、位置，从动力臂的长度到动力输入吊耳的方向，包括插销直径的大小都会影响抓齿的张合度，可谓动一发而牵动全身。总之，实践是检验真理的唯一标准，虽然在试制过程中暴露出了一些