Inventor在计算铁水包倾翻力矩中的应用

2013-09-13供稿朱海亮ZHUHailiang

金属世界 2013年2期

供稿|朱海亮/ZHU Hai-liang

内容导读

以 70 t 铁水包为例,文章介绍应用 Inventor 软件对冶金容器进行切片法操作以求解其重心位置、倾翻力矩、出水角度等数据,为冶金容器的设计优化提供依据,并对配套设备(如倾翻电机、起重机)的设计、选取提供数据支持.

在进行铁水包的设计时,须计算铁水包的重心、倾翻力矩、出水角度等参数,以便确定合理的耳轴位置,选择合理的配套设备 (如铁水倾翻车的倾翻电机、天车副钩) 等,使铁水包及配套设备运行的经济安全.

利用传统手工方法进行铁水包重心计算时,须两个人同时进行计算,在计算过程中且定期进行核对,发现错误及时进行纠正,过程漫长且精确度不够.且在进行倾翻力矩时,铁水形状为马蹄形状,计算量更大,计算结果的精确度也不够.在CAD 中可以进行三维模型的构建,可以进行各个部件的重心计算,然后进行重心的合成,但精度明显不够,且无法进行倾翻力矩的计算.

而 Autodesk 公司推出的Inventor 软件,功能非常强大,不仅可以方便的进行三维模型的绘制,而且可以很方便的转化为工程图直接出图,目前在各大设计院中应用的越来越广泛.且利用该软件,可以方便的查看所绘制的三维模型的重心、惯性矩等,计算过程简单快捷,结果准确可靠.

在此以某厂 70 t 铁水包为例,简单的介绍一下 Inventor 软件在计算铁水包、钢包、转炉、渣罐等冶金容器重心、倾翻力矩中的应用.

70 t 铁水包倾翻特性的计算过程

计算的 70 t 铁水包的结构如图 1 所示,设计容量 70 t.由外而内依次为包壳、保温毡、永久层、工作层.

图 1 某厂 70 t 铁水包结构图

为了计算方便,在对计算结果影响不大的基础上,进行了合理的简化,具体如下:

(1) 忽略耳轴与天车板钩之间的摩擦、铁水包倾翻机构的影响;

(2) 忽略渣层及包口粘渣的影响;

(3) 假设倾翻过程较慢,铁水液面始终维持水平状态;

(4) 铁水密度以 6.9 t/m3计,永久层密度以 2.6 t/m3计,工作层密度以 2.75 t/m3计;

(5) 因保温毡厚度较小(≤10 mm),且密度较小,故忽略保温毡的质量;

(6) 忽略铁水包透气孔;

(1) 根据铁水包制造图,用旋转、拉伸、衍生等命令,绘制铁水包外壳的各个零件图,装配为铁水包外壳部件.

(2) 新建零件,用铁水包外壳部件来衍生永久层,指定永久层厚度,衍生命令可以根据铁水包外壳的形状生成永久层.

(3) 新建零件,用永久层来衍生工作层,指定工作层厚度,生成工作层.

(4)新建零件,应用工作层的形状来衍生铁水形状.

(5) 装配总部件:将永久层、工作层、铁水依次装配进铁水包外壳中,生成铁水包总部件图.即可在iProperty中查看铁水包总装图的质量、重心等数据.

(6) 应用切片法进行铁水包倾翻力矩的计算,具体方法见"切片法进行铁水包倾翻力矩的计算"所述.

在倾翻过程中,假设铁水液面保持水平,在倾翻的过程中,铁水形状便不断变化.倾翻到一定角度后,铁水开始倒出,铁水重量也开始变化.故在倾翻过程中,铁水和铁水包的重心、倾翻力矩都是在不断变化的.

下面简要介绍一下切片法计算倾翻力矩的过程,此方法也适用于钢水包、转炉的倾翻力矩计算.

如图 2 所示绘制铁水包模型,以铁水包内容积的形状绘制铁水,此时铁水液面及重量是远远大于铁水的实际重量的.在计算过程中,随着倾翻的进行,以每 5° 为单位建立工作面,切除工作面以上的多余铁水.在铁水倒出以前,以 70 t 铁水的量来确定工作面的高度;在铁水开始倒出以后,以铁水包嘴为基准点做水平面,切除多余铁水,直至铁水倒净.