整体俯仰式斗轮堆取料机俯仰系统重心位置的测定与分析
斗轮堆取料机采用液压油缸驱动的俯仰机构分为整体俯仰式和非整体俯仰式。整体俯仰式是回转平台上设有两个铰轴座支撑整个俯仰系统，另有一个或两个油缸连接回转平台和俯仰系统用于调节俯仰角度。整体俯仰系统上的各点如斗轮，悬臂，配重等在俯仰过程中绕回转平台上两铰轴中心所转动的角度相等，即它们作为一个整体。常见的整体俯仰机构形式如图1，图2。
图1为塔架式整体俯仰机构， 图2为单梁式整体俯仰机构，
在设备安装使用与维护中过程中，需要了解和掌握整机或俯仰系统的重心位置及其变化规律，以便检修。整体俯仰系统的重心位置及变化规律可通过测量的方法经过计算得到。
1.不平衡力矩的测定。
不平衡力矩为俯仰系统重心距回转平台两铰轴中心线间与俯仰系统总重之积，可采用测接地力与测油缸油压方式来测量并计算。
1.1接地力方法测定不平衡力矩
使用汽车起重机电子测力计等仪器测量两个俯仰角度位置的接地力，见图3
测量条件：在测量俯仰角度范围内俯仰系统的重心位置必须始终在回转平台两铰轴中心线前部，以防后仰倾翻，油缸与俯仰系统必须脱开，所以测得的接地力一定大于零。测量后得到不平衡力矩为：
M1=N1R1 β=α1=0.为水平 (1)
M2=N2R2 β=α2 （2）
式中：
β 俯仰角度，度；
M1，M2 ----对应于α1α2的不平衡力矩；kN.m
N1，N2 ------- 对应于α1,α2的接地力；kN
R1，R2-------- N1，N2距铰轴中心线间距，m；
1.2用测油缸压力的方法测不平衡力矩(见图4)
采用精度较高的压力表分别测量油缸有杆腔与无杆腔压力Pa1，Pb1，Pa2，Pb2
计算油缸受力：
Nr1=n〔Pa1（πD2/4）-Pb1π（D2-d2）/4〕 （3）
Nr2=n〔Pa2（πD2/4）-Pb2π（D2-d2/4）〕 （4）
式中：D ---- 油缸内腔直径，m；
d ----- 活塞杆直径，m；
Pa1----- 俯仰角度为α1时无杆腔压力，Pa；
Pb1------ 俯仰角度为α1时有杆腔压力，Pa；
Pa2----- 俯仰角度为α2时无杆腔压力，Pa；
Pb2----- 俯仰角度为α2时有杆腔压力，Pa；
Nr1，Nr2 ---油缸在俯仰角度为α1，α2时所受的力，N；
当Nr1>0或Nr2>0时油缸受压，
当Nr1<0或Nr2<0时油缸受拉，
n ----- 油缸数量，等于1或2；
不平衡力矩计算：
M1=Nr1.R1 （5）β=α1 当α=0为水平
M2=Nr2.R2 （6）β=α2
式中：
M1，M2 俯仰角度分别为α1、α2时的不平衡力矩；N.m
Nr1，Nr2 油缸在俯仰角度为α1、α2时所受的力，N；
R1，R2 俯仰角度分别为α1、α2时铰轴中心线距活塞杆轴线的间距，m；
2.俯仰系统重心位置的计算。
测定不平衡力矩后，根据两个俯仰角度及相对应的M1、M2值计算出重心的位置。此重心位置是俯仰角度为零度时相对于回转平台两铰轴中心线的相对位置。
图5为重心计算简图，俯仰铰轴中心O为坐标原点，α1、α2分别为两个下俯位置的角度，假定C点为俯仰系统的重心，C点距O点的距离为r，C点与O点的连线与X轴夹角为ф，俯仰α1、α2后C点与O点的连线与X轴夹角为ф-α1和ф-α2。
由静平衡关系可得：
M1=Ggrcos（ф-α1） （7）
M2=Ggrcos（ф-α2） （8）
式中：G-- 俯仰系统总重量，kg；
r---- 俯仰时重心绕O点转动半径，m；
g ---- 重力加速度m/s2；
（7）式除以（8）得：
M1/M2= cos（ф-α1）/ cos（ф-α2） （9）
设：E=M1/M2，X=cosф，a= cosα1，b= sinα1，c= cosα2，d= sinα2；
则（9）式可简化为：
E=（ax+b(1-x)1/2）/（cx+d（1-x）1/2） （10）
解此方程得：x=±(（b-Ed）2/（（a-cE）2+（b-Ed）2）1/2 （11）
将对应的各变量代入（11）式得：
cosф=±(（sinα1-M1/M2sinα2）2/（（cosα1-M1/M2cosα2 ）2+（sinα1- M1/M2sinα2）2）)1/2
由此式可求出重心的角度ф.
俯仰时重心绕O点转动半径为:
r=M1/Ggcos(ф-α1) (12)
因而,俯仰系统重心坐标为:
Xc=rcosф (13)
Yc=rsinф (14)
3.俯仰系统重心的变化规律
俯仰系统重心位置随俯仰角度的变化而变化,其规律为:
XC=rcos(ф+α) (15)
YC=rsin(ф+α) (16)
式中: α 俯仰角度,上仰时α>0,下俯时α<0,水平时α=0。
4.整体俯仰系统重心位置及变化规律计算的意义
4.1可进一步分析油缸在整个俯仰角度范围内受力的变化规律。
4.2可进一步分析整机的稳定性及各个走行轮的轮压状态。
4.3为设备维护提供载荷变化依据,做到心中有数,避免工作失误。
本文为经过实践撰写的稿件2000年发表在企业刊物上，在万方数据上可以找到。后来被他人剽窃发表到国内重要杂志上。