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液壓低位原木抓具是液壓起重臂的取物裝置，它經(jīng)常承受超載和沖擊。目前低位原木抓具多采用單板或工字型抓爪，長期使用后常出現(xiàn)較大的塑性變形和金屬裂紋，嚴(yán)重影響抓具的正常作業(yè)。為此需要改用箱型抓爪，提高了抓爪的抗彎和抗扭能力，同時用有限元分析方法進(jìn)行了強(qiáng)度分析和樣機(jī)實測驗證及改進(jìn)設(shè)計，該抓具樣機(jī)某廠制造，經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)和測試，證明抓具抓取性能良好。
液壓低位原木抓具(以下簡稱抓具)的閉合運(yùn)動是由水平設(shè)置的閉合油缸為動力，通過左右抓爪，同步桿和抓具頭部組成的四桿機(jī)構(gòu)將動力傳遞到抓爪端部，抓具抓取原木時在爪端的反作用力就是抓爪的外載荷。按照抓具的工況條件和工作位置的改變，外載荷也隨之變化，通常抓具正常抓取原木時，由抓具閉合所產(chǎn)生的外載荷較小，只有當(dāng)抓爪被卡住，并閉合油缸達(dá)到最大推力時，才產(chǎn)生抓爪最大外載荷，因而抓具的計算工況有下列四種。見圖抱木正載工況，原木位于抓腔內(nèi)爪端與抓具頭部或另一爪根之間，油缸推力達(dá)到最大，爪端的反作用力為其內(nèi)腔曲線的法線方向，(2)卡木正載工況(工況)，左右抓爪的端部夾在原木直徑的平面上，油缸推力達(dá)到最大，爪端的反作用力為水平方向，(3)抱木偏載工況(工況)，抓具在1工況受力最大位置。(4)卡木偏載工況(N工況)，抓具在1工況受力最大位置，抓爪是一個空間剛架結(jié)構(gòu)，根據(jù)其載荷對稱，結(jié)構(gòu)基本對稱的特點(diǎn)，故可按平面問題處理，其計算模型見圖，計算載荷在第一工況時，F(xiàn)為91.4 ，F(xiàn)x為-5292 ，在第二工況時，F(xiàn)為1954.1，F(xiàn)y為-1055.2(單位：N)。
將抓爪結(jié)構(gòu)離散化時作以下處理：(1)將兩側(cè)腹板合并成一塊平面板，并離散成三角形單元，其厚度隨腹板而定。(2)上，下蓋板，腹板間加強(qiáng)筋離散成桿單元，其截面隨蓋板或加強(qiáng)筋的截面而變化。桿單元設(shè)在兩相鄰節(jié)點(diǎn)之間，它與三角形單元的一個邊重合，三角形單元與桿單元用節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起，它們的節(jié)點(diǎn)位移是協(xié)調(diào)的。這種混合單元的計算模型比較符合箱型結(jié)構(gòu)的實際受力情況，今采用位移法以矩陣形式列出三角形單元和桿單元的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式，如式。式中: {R}為三角形單元節(jié)點(diǎn)力列陣，{b}為三角形單元節(jié)點(diǎn)位移列陣，k為三角形單元的剛度矩陣，Rg為桿單元節(jié)點(diǎn)力列陣，為桿單元節(jié)點(diǎn)位移列陣，Ckg為桿單元的剛度矩陣。在每個節(jié)點(diǎn)的x軸與Y軸方面建立節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)荷載的平衡方程式，將這些方程式集合起來。式中：Agr為桿單元的截面積。
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