倾翻机构力能参数计算

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

4

3

k y 761036010

273600M 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 2

C

= 按赫茨理论，圆柱形扇形板与直轨的接触面宽度的半值：

6

1

3.2610

h 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

2

3027122

F P =

=N

图3.14 力矩计算