基于Ansys的钢水包倾翻力矩研究.pdf

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1、基于Ansys的钢水包倾翻力矩研究杨振雷玉勇邹虎吕华杜文正西华大学成都610039摘要：应用Ansys软件对钢水包在倾翻过程中的总质量、质心、转动惯量、倾翻力矩等倾翻特性随倾翻角度的变化进行分析研究，利用最小二乘法对倾翻力矩和倾翻角度进行数字拟合，得出当倾翻角度为50。时，倾翻力矩为最大值54254N-m。该方法对钢水包结构及倾翻电动执行机构设计具有重要工程应用价值。关键词：倾翻力矩；钢水包；Ansys；Maflab中图分类号：TF341：TH123．1文献标识码：A文章编号：1001—0785(2

2、011)06—0073—03Abstract：WiththeAnsyssoftware，thepaperstudiesthechangesoftiltingcharacteristicssuchastotalmass，cen-troid，momentofinertia，tiltingmoment，etc．withtihingangleduringladletipping，andappliesthedigitalfittingtotilt—ingmomentandtiltinganglewiththe

3、leastsquaremethod，findingthatthemaximumtiltingmomentof54254N·moccurswhenthetiltingangleis50。．Themethodisimportantengineeringpracticalvalueforthedesignoftheladlestructureandelectricactuator．Keywor~：tiltingmoment；ladle；Ansys；Matlab空钢水包力矩、液体力矩、摩擦力矩组0引言成，钢

4、水包总的倾翻力矩为钢水包是炼钢厂连接炼钢和钢液连铸的关键M=Mk++M(1)设备。钢水包盛钢水能力可根据转炉能力来确定，式中：眠为钢水包和包衬耐火砖质量引起的其几何尺寸受诸多因素的制约。盛有钢水的钢水力矩，在倾翻过程中，空钢水包的质心与包衬耐包在倾翻过程中，因钢水流动和钢水流出，钢水火砖的质心位置不变，所以空钢水包力矩是倾包的总质量、质心、转动惯量、倾翻力矩等倾翻翻角度的正弦函数；My为钢水包内钢水和钢渣引特性随倾翻角度变化而变化。钢水包的倾翻力矩起的力矩，称液体力矩，在倾翻过程中，钢水和对钢水包结

5、构以及倾翻电动执行机构的合理设计钢渣的质心是变化的，且在钢水包内的钢水和钢具有决定性的影响，因此对钢水包的倾翻力矩的渣的质量也是变化的，所以是倾翻角度的函计算与分析具有重要现实意义。数，+M=mgx，mg为包括包体、包衬、钢水计算钢水包倾翻力矩的方法主要有计算机编和钢渣在内的整个几何模型的质量；为钢水程法、切割法、公式法(解析法)、图解法等，采包耳轴上的摩擦力矩，在钢水包倾翻过程中随倾用图解法、解析法等常规计算方法误差较大¨J。翻角度和钢液的减少而变化，但其数值较小，在本文应用Ansys软件建立结构

6、实体单元，来模拟钢倾翻过程中设定空包和钢液质量都作用在吊点耳水(含钢渣)和求解钢水包的质量、质心、转动轴上，来简化摩擦力矩的计算，摩擦力矩惯量、倾翻力矩等倾翻特性，并利用Matlab对倾．．翻力矩随倾翻角度的变化进行数字拟合J，从而M=(Gx+GY+G附)(2)厶得到最大倾翻力矩及倾翻角度。式中：G为空包质量，kN；G为钢水质量1钢水包物理模型kN；G附为附件质量，kN；／x为摩擦系数，：0．1；d为滚动轴承内外径的平均值。钢水包结构示意图见图1。钢水包倾翻力矩由四川省教育厅项目(09ZZ030)资

7、助《起重运输机械》2011(6)一73—行结构分割。在建模过程中，考虑计算精度和计算量，把钢水包外形简化。建模中钢包外壳和包衬的形状和质量不变。在出钢水前，钢水和钢渣的形状发生变化，但质量不变；出钢水后，钢水和钢渣的形状和质量随钢水包的倾翻角度的变化而变化。在整个过程中质心的位置是变化的，力臂也随着质心位置而变化，所以倾翻力矩也是变化的。(a)(b)(a)钢水包结构示意图(b)钢水包倾翻a角示意图3基于Ansys的钢水包倾翻力矩的计算图1钢水包物理模型3．1计算前处理根据对某钢厂调查数据：包体用碳钢

8、制造，2钢水包和钢水建模密度为7800kg／m，包衬耐火砖密度为‘2700kg／应用Ansys软件研究钢水包倾翻力矩的计算方m，钢水密度为7300kg／m，钢渣密度取为2600法有流体单元法和结构单元法2种j。用流体单kg／m。钢水包在出钢水之前，钢渣浮于钢水之元模拟钢水(含钢渣)，涉及大变形、流体结构耦上，在出钢水之后，由于钢渣的流出，钢水包内合，存在非线性，加上钢水包的形状十分复杂，已经没有钢渣，所以出钢水之前钢包内的密度经计算量巨大；采用结构单元模拟钢水(含钢渣