炼
钢
大
作
业
学院：机械工程与自动化学院班级：机设11-4
组员：张鹏飞张永学李武
吴俊雨宋健李之凯
转炉倾动力矩计算
一 概述
倾动力矩是设计转炉倾动机构的基本参数，保证炉子倾动的力能参数（动力参数）。
转炉倾动力矩由三部分组成：
m y K M M M M ++=
式中：
空炉力矩M k ——由炉体重量G K (壳和衬)对耳轴引起的力矩。
)(αf M k =
炉液力矩M y ——由炉液重量G y (钢液和渣液) 对耳轴引起的力矩
)(αf M y =
摩擦力矩M m ——耳轴上的摩擦力矩,在倾动过程中可视为常量。
二 空炉力矩计算
2.1 空炉重量、重心计算
分析：炉壳，衬材料不同，新老炉的炉型不同，要分别计算新老炉壳、衬及总重量和合成重心。
然后求出合成重量对耳轴的力矩M k。
)sin(k k k k r G M ϕα+∙∙=（kN.m ）
G k ——空炉重量
r k ——空炉重心距耳轴L 的距离(m)；
φk ——空炉重心K 对耳轴中心的初始夹角； α——炉子倾角
2.2用SolidWorks 建模，求出空炉重量和重心 模型为：
其重心Y=3.921m ； X=0； Gk=504吨；初选耳轴距原点5.421m ；rk=1500mm 。
对称炉型，K 在Z 轴上，φk ＝0，则
αsin ∙∙=k k k r G M （kN.m ）
规定：炉子直立时，α＝0
倾动力矩正负：放炉运转为阻力矩为正，反拖力矩时为负值 或抬炉运转为反拖力矩时为正值，阻力矩时则为负值
使炉子沿抬炉方向运转的力矩为正；沿倾翻方向运转的力矩为负
Mk
三 炉液力矩计算
3.1计算原理
炉子倾动时，炉液形状，重心位置，重量等都随倾角α而变化，故要对不同倾角α下的重心位置，重量，力矩等进行计算。
如图示，D 为炉液重心，炉液重为Gy ，坐标XYZ ，原点O ，
Zy
——炉液重心Z 坐标；Xy ——炉液重心X 坐标；L ——耳轴中心；H ——耳轴中心Z 坐标。
在α角下，则炉液对耳轴的力矩My
]cos sin )[(ααy y y y x z H G M --=
α为倾角，可见求My ，当Gy 为已知时，关键是求Zy ，Xy 。
3.2 求不同倾角下炉液的重心
用SolidWorks 建模 画出不同倾角下的炉液形状，再质量评估，找出重心 如图：
根据找出的重心即可求出炉液力矩M y
M y
四、摩擦力矩的计算
摩擦力矩计算依据公式（2）进行；
摩擦力矩：耳轴处产生 摩擦力矩Mm 可按下式计算：
Mm=（Gk+ Gy+ Gt+ Gx ）μ(d/2) (N.m) 式中 Gk ——空炉重量（N ）； Gy ——炉液重量（N ）；
Gt ——托圈及附件重量（N ）；Gx=10吨。
GX ——为悬挂减速器的重量(N)；Gt=220吨，
——摩擦系数；对滑动轴承μ=0.1~0.15；对滚动轴承取μ=0.1； d ——滑动轴承取耳轴直径(m)；滚动轴承取轴承内外径的平均直径取0.9m 。
Mm=（504+150+220+10）×（0.1×0.9）/2 =39.78吨*米
认为m M 在炉子倾动过程中不变。
即忽略钢液变化影响，误差不大。
五、倾动力矩曲线绘制
六、最佳耳轴位置确定
6.1确定最佳耳轴位置的原则 确定耳轴位置的基本原则有二： （1）全正力矩原则——安全原则
炉子在任何位置出故障时，均能自动返回原位（直立位置）条件式
即m y k M M M ≥+<min )(0 或0)(min ≥-+m y k M M M
（2）正负力矩原则——经济原则
转炉在一个炉役过程中，可能出现的力矩曲线的波峰值和波谷值，分别处于正力矩区和负力矩区，且绝对值相等，此时倾动力矩绝对值最小，因而电机，零件尺寸可最小——经济。
条件式：
0)(max >++m y k M M M 0)(min <-+m y k M M M
=++max )(m y k M M M min )(m y k M M M -+
+++max )(m y k M M M min )(m y k M M M -+＝0 全正力矩原则，安全可靠多用
正负力矩原则，必须有安全保证，多点啮合情况可选用。
6.2 最佳耳轴位置的确定 （1） 按全正力矩原则确定 确定过程
● 预选一参考耳轴位置L ，坐标为H ，计算力矩，画出曲线，确定波谷位置及
力矩值。
● 按min M 处各力矩值，通过公式计算最佳耳轴位置的修正值dH 得
dH H H -≥/。
（2）最佳耳轴位置修正值dH 计算 选坐标ZOX
H ——预选耳轴L 坐标 H /——最佳耳轴L /坐标
H=5.421米； g α=120度； M ∆=m y k M M M -+min )(=1791.33kN.m
最佳耳轴位置/H
g
Y k G G M
H H αsin )(/+∆-
≥
g
Y k G G M
dH αsin )(+∆=
=120
sin )019.0504(33
.1791+=
dH
=0.418米
最佳耳轴位置/H =5.003米。
七、结论
1.利用SolidWorks 建模简单实用，过程完整，可为液体倾动机构的倾动力矩计算提供新思路。
2.得出了最大合成力矩最大值为9835.3kN.m ，为电机功率确定和倾动机构设计提供了参考数据。
3.经校核，混铁罐在 120~0倾动过程中是安全的，不会出现自动倾翻现象。
小组成员
张鹏飞 张永学 李武 宋健 吴俊雨 李之凯
附：本组任务书
11。