倾翻机构力能参数计算
用ProE制图软件计算转炉倾翻力矩
用Pro/E 制图软件计算转炉倾翻力矩摘 要：转炉倾翻力矩计算有多种方式，本文采用三维制图软件Pro/E 对转炉任一倾动角度下的炉液进行实体动态建模分析，通过系统数据自动生成进行力矩计算，简化传统力矩计算方式的工作量并提高计算精度。
关键词：转炉；Pro-E 制图软件；实体建模；倾翻力矩；Calculation of Converter Tilting Torque by Pro/ELiu jialian 1 Li peizhen 21. Engineering College of Linyi Normal University, Linyi, 2760052.Jigang Group Co, Ltd, Jinan, 250100 Abstract: There are many method for calculation of converter tilting torque. In this article, using Pro / E to analysis the modeling of furnace at any angle, obtain the date and calculate the tilting torque, simplify the traditional method of calculation, improve the accuracy of the date.Keyword: converter; pro/E; virtual prototype, tilting torque1引言济钢第一炼钢厂4×25t 转炉原设计最大出钢量为28t ，最大倾翻力矩为84 m t ⋅。
通过近几年的不断扩容改造，实际最大出钢量已达到42t,为满足生产工艺的要求，需对转炉继续进行扩容改造，最大出钢量达到50t 。
改造前转炉有效容积为26.5m3左右,炉容比为0.54Nm3/t ，受炉容比过小影响，单炉出钢量限制在42吨左右, 在保证转炉支撑基础和托圈倾动等机构不变情况下对转炉进行改造，将炉身外径由原φ4200mm 增加为φ4280mm （相应炉壳与托圈间隙由目前100mm 缩小为60mm ）；炉身长度向下延长200mm ，同时炉底高度缩短200mm ，同步对炉壳三点支撑销轴及销轴座、炉底销座进行了提高强度的改造。
铰接式轮胎装载机倾翻载荷的计算方法
依据之一 # 介绍了铰接式轮胎装载机倾翻载荷的计算方法 " 为方便计算 " 将装载机划分为前车及后车
两 部 分 "两 个 部 分 的 划 分 以 铰 接 中 心 为 界 限 "具 体 的 步 骤 为 & 首 先 估 算 前 车 及 后 车 的 质 量 及 重 心 位 置 " 然后对整机操作质量及车架对直状态的倾翻载荷进行计算 " 最后计 算 车 架 最 大 偏 转 状 态 下 的 倾
工程机械的动力性能 $ 尤其是在高速情况下 $ 离合器卸油特性直接影响到离合器能否彻底分离 % 建立了
离合器充放油的数学模型 $ 采用 ./01/2 中 34561478 进行了仿真 $ 对不同转速下的离合器工作性能进行了
!!!!!!"
换挡离合器是工程机械变速器的重要组成部 件 % 由换挡控制阀控制各换挡离合器的工作 $实现工 程机械的换挡操作 % 换挡离合器动力学仿真模型的 准确与否直接影响到整个换挡离合器匹配控制技术 的研究 % 以往建立的换挡离合器仿真模型忽略了卸 压孔的影响 $ 并将离合器的分离过程简化成一个瞬 间完成的过程 % 实际上当换挡离合器工作在高转速
计算时忽略前车及后车重心相对于纵向基准面的 偏距 " 另外 # 整机倾翻载荷的计算与重心高度无关 $ 因此 $ 本项计算仅算出前车及后车重心的纵向位置 即可 % 先估算前车的质量及其重心位置 % 前车主要包 括 &工 作 装 置 ’前 车 架 ’前 桥 ’前 轮 ’前 传 动 轴 ’液 压 缸 ’ 前车架内的液压阀及管路 ’ 前挡泥板 ’ 前灯架 ’ 中 心销等零部件及前车部分用的液压油 ’ 前桥用油等 % 根据整机总体布置 $ 并参考同类机型零部件的质量 及重心位置 $ 分别估算出各部件的质量 !&$ 以 及 重 心距前轮中心的水平距离 "&$ 当零部件的重心位于 前轮中心之前时 $"& 值设定为负 $ 反之为正 % 将有关 数据列入表 ’% 根据上表计算得到的前车质量 !( 及相对于前 轮 中 心 的 力 矩 #($ 可 以 求 出 前 车 重 心 位 置 &$ %
铁水倾翻车倾动力矩的研究
Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ０ ６ ６ ０ ０ ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｆ １ ． Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ａｎ ｓ ｈ ａ ｎ １ １ ４ ０ ５ １ ，
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ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｐ ｈ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｌ ａ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ Ｍ （ ）ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ
铰接轮式装载机倾翻载荷的计算方法研究
2023.03 建设机械技术与管理410 前 言轮式装载机是工程建设中的重要施工机械，其工作环境复杂，导致其特殊品相订单较多。
倾翻载荷是轮式装载机的重要产品定义参数，它是确定轮式装载机额定工作载荷的重要因素，也是评估轮式装载机稳定性的重要指标。
倾翻载荷过小，达不到工作载荷要求，严重情况下导致翻车给人员安全造成风险。
倾翻过大，导致整机成本浪费。
在轮式装载机产品总体设计时，一般是粗略计算倾翻载荷，待样机下地后，根据倾翻载荷的实测值，对配重进行调整，以满足定义要求。
这样不仅增加了设计周期，而且造成了整机成本浪费。
目前，一些文献主要是对倾翻载荷的公式进行推导，没有全面的提出倾翻载荷的计算方法。
笔者通过建立倾翻载荷计算公式，分析零部件等效重量和等效质心的估算方法，确立了轮式装载机倾翻载荷的计算方法，并提出了不同臂以及不同斗的倾翻载荷计算方法，可以为后续设计者提供设计参考。
1 创建倾翻载荷计算公式轮式装载机的倾翻载荷是指动臂在最大平伸位置状态下,在铲斗额定载荷的形心处所允许作用的最小载荷。
轮式装载机的倾翻载荷分为对直倾翻载荷和全转向倾翻载荷。
全转向倾翻载荷是轮式装载机前车架处于最大转向状态的倾翻值，此时的倾翻载荷最小，轮式装载机在此状态下最容易发生倾翻。
为保证轮式装载机的安全稳定，要求全转向倾翻载荷要大于额定工作载荷的2倍。
在整机的总体设计时，要根据整机的定义参数和主要部件的方案，对轮式装载机的倾翻载荷进行预计算。
下面将轮式装载机在铰接处分为前车（铰接中心面前面部分）和后车（铰接中心面后面部分）两部分，进行倾翻载荷计算公式推导：对直倾翻载荷：整机对直状态，动臂处于最大平伸位置（即物料重心与动臂和前车架的铰接点在一条直线上），如图1所示：基金项目：本文系柳州城市职业学院2023年科研课题《基于模块化的拖拉机后挖掘装置的设计与研究》的阶段性成果。
铰接轮式装载机倾翻载荷的计算方法研究Research on Calculation Method of Tipping Load of Articulated Wheel loader付 莹1 尚进新2 韩立星1 何世添1（1.柳州城市职业学院，广西 柳州 545000 ；2.广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545000）摘要：倾翻载荷是轮式装载机的一项重要参数指标，面对轮式装载机产品订单的多样性，如何在产品总体设计时准确的计算倾翻载荷，是产品设计师关心的重要问题。
叉车倾翻属具的结构与计算
&/ 倾 翻 液
!"$
液压缸缸径的计算 根据结构要求和液压缸行程给出在中位状 态 时
./ 升降架
叉车倾翻属具结构简图
液压缸两铰点的位置。 倾翻属具的自身重量忽略不计， 则： 倾翻属具翻转角 !#"$!时， ・ &・ ’ ($(( ) 倾翻属具在中位时， ・ &・ ’ $$($ " 倾翻属具翻转角 "$%&!时， ・ &・ ’ "$(" ! 式中 & 为货物重量， 设定 &$!",./ ；
图$
叉车倾翻属具的运动简图
’ (、 ’ $、 ’ " 是载荷中心距， )、 "、 ! 为液压缸作用力 臂， 这些参数均可用作图法求得； ((、 ($、 (" 为液压缸作 用力，由上述公式计算得出： (($+0,./ ， ($$1+,./ ， ("$ )),./ 。
所以在中位状态时液压缸的作用力最大，即 1+, ・ ・ （ ， 式中 * 为系统压力。 ./ 。()*+$*・ #$*・ *2( # +,-.,） 设 ,#*!,345 ， 压力损失 *!6 ； + 为液压缸缸径； . 为活塞杆直径。 设 .#)"7--， 求得 +##89,-- 。 考虑到 属具自重， 以及我厂现有液压缸系列产品， 最后选用 缸径 *!8,-- 、 行程 !8),-- 的倾翻液压缸。
%
优点
（ 该动态显示模型具有较强的适应性， 模型 #）
# !
曹龙华等 &’ 机械原理 &’ 北京： 高等教育出版社， ()*+ 二维参数化设计 绘 图 （ 培 训 手 册 &’ 浙 江 大 ,-./00- ） 天电子信息系统工程公司， !111
倾覆力矩计算公式
倾覆力矩计算公式
1 倾覆力矩计算
倾覆力矩就是指力矩在一致沿着垂线方向的作用下，造成物体倾覆的能力。
它属于一种硬性动力学问题，物体的重力向量必须和噪声系统的稳定性阈值相互竞争，当重力超过了稳定性阈值时，物体就会倾覆。
倾覆力矩计算公式旨在计算垂直于倾覆轴的重力所产生的倾覆力矩。
2 倾覆力矩计算公式
倾覆力矩计算公式由其定义可得：
M=F*d
其中M为倾覆力矩，F为物体作用力，d为力矩轴到力距离，此时单位为N*m
由以上公式可知，倾覆力矩的大小取决于物体作用力和力矩轴到力的距离，当倾覆力矩大于有效立柱的抗力时，物体就会发生倾覆。
3 倾覆力矩的应用
由于倾覆力矩的应用范围广泛，它可以用于测量建筑物、工程设备、桥梁及其它构件以及它们之间的负载配置等，其用途无穷无尽。
特别是在轻型结构中，倾覆力矩也被表示为负荷单位，用于引起建筑物及其工程设备及外观上的变形量。
此外，倾覆力矩还可以用于机床中计算刀具的磨损，以及用于船
舶和疲劳设计中计算涡旋曲线，测量沉没球和罐体等负荷计算的分配。
4 结论
倾覆力矩的计算公式为M=F*d，它的应用范围广泛，可用于计算建筑物、工程设备、桥梁及其它构件以及它们之间的负载配置，或计算
机床中计算刀具的磨损等等。
所以，熟悉并正确使用倾覆力矩计算公
式是必要的，它可以帮助我们准确计算物体的倾覆力矩，有效的确保
物体的实际倾覆情况满足系统的负荷要求。
5#楼塔吊抗倾覆性能计算
每台数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
单重（Kg） 4036 900 720 720 400 600 275 260 50 400 3640 13000
4036 ×10
G1=
= 40.36KN
1000
Qmax= 3000×10 = 30KN 1000
G2= 400×10 = 4KN 1000
对照规范 JGJ/T187-2009《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》，进行塔吊抗倾覆性能计算 如下：
1、 塔吊参数 No. 1
内含
2 3 4
名称 臂架总长（55m）
臂架 No.1 臂架 No.2 臂架 No.3 臂架 No.4 臂架 No.5 臂架 No.6 臂架 No.7
臂端节 小车
平衡臂 平衡重
倾覆力矩计算实例
倾覆力矩计算实例
以下是一个倾覆力矩的计算实例:
假设有一个塔吊，其额定载重量为 100 千克，工作幅度为 10 米，风速为 10 级，风速为 100 公里/小时。
根据《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定,基本风压为 0.40 KN/m2,风荷载高度变化系数为
2.340，风荷载体型系数为 0.065，高度 Z 处的风振系数为 0.70。
首先，通过公式计算得到风荷载的水平作用力为 0.043 KN/m,
塔吊作用宽度为 1.50 米，迎风面积折减系数为 0.20。
接着，根据力矩平衡和力的平衡原理，计算每个轴承上分别承受的径向力和轴向力。
假设塔吊一共有 6 个轴承，分别为 1 号、2 号、3 号、4 号、5 号和 6 号轴承。
在倾覆力矩的作用下，轴承 1 和 5 承受的径向力和轴向力最大，分别为 0.021 KN/m 和 0.018 KN/m。
轴承 2、3、4、6 承受的径向
力和轴向力依次减小，分别为 0.016 KN/m、0.014 KN/m、0.012 KN/m 和 0.011 KN/m。
总的来说，塔吊在倾覆力矩的作用下，轴承承受的径向力和轴向力比较小，不会对塔吊造成损坏。
但是，如果倾覆力矩过大，就可能导致塔吊倒塌，造成安全事故。
因此，在塔吊的设计和使用过程中，需要充分考虑倾覆力矩的影响，以保证塔吊的安全运行。
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倾翻机构力能参数计算
3.1 SolidWorks简介
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为
CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。
，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。
由于使用了Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。
SolidWorks软件的特点：
1.第一个在Windows操作系统下开发的CAD软件，与Windows系统全兼容。
2.菜单少，使用直观、简单，界面友好SolidWorks一共只有60几个命令，其余所有命令与Windows命令是相同的；下拉菜单一般只有二层，（三层的不超过5个）；图形菜单设计简单明快，非常形象化，一看即知。
3.数据转换接口丰富，转换成功率高。
SolidWorks与I-DEAS、ANSYS、
Pro/Engineer、AutoCAD等之间的数据转换均非常成功、流畅。
4.独特的配置功能SolidWorks允许建立一个零件而有几个不同的配置，这对于通用件或形状相似零件的设计，可大大节约时间。
5.特征管理器特征管理器(PropertyManager)是SolidWorks的独特技术，在不占用绘图区空间的情况下，实现对零件的操纵、拖曳等操作。
6.自上而下的装配体设计技术（top-to-down）目前只有SolidWorks提供自上而下的装配体设计技术，它可使设计者在设计零件、毛坯件时于零件间捕捉设计关系，在装配体内设计新零件、编辑已有零件。
7.比例缩放技术可以给模具零件在X、Y、Z方向给定不同的收缩而得到模具型腔或型芯。
8.曲面设计工具用SolidWorks，设计者可以创造出非常复杂的曲面，如：由两个或多个模具曲面混合成复杂的分型面。
设计者亦可裁减曲面、延长曲面、倒圆角及缝合曲面。
9.丰富的第三方软件支持功能。
本课题运用SolidWorks对铁水倾翻车进行三维设计，并利用该软件对铁水倾翻车进行结构的分析计算。
3.2 铁水罐及铁水的建模
图3.1 铁水罐的三视图
铁水罐为球缺底圆锥体罐。
罐外壳由钢板与吊架焊接而成，内衬砌筑耐火砖。
吊架上有起吊用的吊轴及供铁水罐坐于车架上的支轴，与吊架焊在一起的还有供铁水罐在铸铁机前方支柱上倾翻回转的支爪；罐下部有焊接的吊耳座，吊耳座上装有销轴供铁水罐翻转时，卷扬机吊钩提升用。
根据铁水罐的设计图纸，按照1：1的建模，画出铁水罐的三维模型。
如图3.2所示。
1.罐壳
2.吊耳座
3.支轴
4.吊轴
5.支爪
6.内衬（耐火砖）
图3.2 铁水罐的三维图
根据铁水罐倾翻角度，对未倾翻时的铁水和倾翻时的铁水建模，如图 3.3
和图3.4
所示。
图3.3 未倾动铁水建模图3.4 倾动铁水建模
3.3 铁水罐参数设计合理性验证
1.空罐时重心位置的查询：
图3.5 空罐重心查询
由图3.5可以看出，空罐时重心所在位置在吊轴下方，所以在吊运时不会倾翻，设计合理。
2.如图
3.6所示的为铁水罐安放在罐座上时的示意图，经过查询，罐体和罐座的总质量为30t。
重心位置如图3.6所示。
查询方法为点击“工具”菜单—“质量特性”选项。
图3.6 空罐与罐座
3.空罐倾动时重心查询：
图3.7 空罐倾动
当空铁水罐倾动到极位时，重心位于两支轴之间，距离右侧支轴的水平距离368mm ，因此罐体不会离开罐座倾翻，能够安全工作（图3.7）。
4.装入铁水时的罐体质量及重心
图3.8 装入铁水未倾动
重心位置如图3.8所示，吊运时不会倾翻；通过质量查询得质量为70.9t 。
5.装入铁水倾动到35°
图3.9 装入铁水倾动
罐体与铁水总重心位于两支点之间，与右支点距离367mm ，因此倾动35°时罐体不会在罐座上倾翻，能够安全工作，如图（3.9）。
6.带罐座空罐倾动
图3.10 带罐座空罐倾动
如图3.10所示，空罐倾翻35°时罐座及铁水罐重心位于支点左侧，因此不会倾翻，且能够自动回到水平位置。
7.带罐座装入铁水未倾动时
图3.11 装入铁水未倾动
如图3.11所示，总质量为76t 。
重心位置如图所示。
8.装满铁水带罐座倾翻示意图
图3.12 装入铁水倾动
如图（3.12）所示，当装入铁水倾翻时，铁水及罐体罐座重心如图示位置，重心位于支点左侧，罐体不会倾翻。
3.4 倾翻力矩的计算
图3.13开始倾动时倾动力矩计算
1）开始倾动时倾动力矩计算：
k y m M M M M =++ （3.1）
式中：k M -----空罐力矩
y M ---铁水力矩
m M --弧形板与导轨的接触处的摩擦力矩
用SolidWorks 建模，可以得到空罐铁水罐座的总的重心，如图（3.13）所示 43k y 761036010273600M M G L -+=⨯=⨯⨯⨯=总N.m
摩擦力矩m M
k y m k M G G =+（） （3.2） 式中：k G --空炉时炉子倾动部分的重力，N ；
k-变形臂,取k 2C =
按赫茨理论，圆柱形扇形板与直轨的接触面宽度的半值：
1
3.2610h P R C -=⨯ （m ） （3.3） 式中 P=弧形板上的载荷（N ）；
R---弧形板半径（m ）
1h ---弧形板与导轨接触宽度
（m ）。
对支点1O 取矩，0M =∑,(图3.14）
1120F L G L -⨯+⨯= 1F =154576 N
5217.610154576605424F G F =-=⨯-=N
23027122
F P ==N 图3.14 力矩计算
0.00610.0030522
C k ===m 4k y m k =7.6100.00305231.8M G G =+⨯⨯=（）N m
273600231.8273832=+= N m
2）当罐体倾翻35°时，求倾动力矩：
图3.15 倾动求力矩
43761056510429400k y M M G L -+=⨯=⨯⨯⨯=总N
对支点1O 取矩，0M =∑,
1120F L G L -⨯+⨯= 1F =162344N
根据力的三角形，求得2F =610923N
261092330546222
F P ===N
3.26103.2610p R C --=⨯=⨯ 图3.16 力三角形 =0.0061m 0.00610.0030522
C k ===m 4k y m k =7.6100.00305231.8M G G =+⨯⨯=（） N m 429400231.8429632=+= N m。