基于ADAMS 的液压泥炮回转机构优化研究.doc

基于ADAMS的液压泥炮回转机构优化研究
尹忠俊①,夏广田,朱允言,苏杏
(北京科技大学机械工程学院北京 100083)
摘要:应用Pro/E和ADAMS软件建立了液压泥炮回转机构的虚拟样机模型,在优化分析的基础上,揭示了机构各点坐标对液压缸推力、液压缸行程以及关键点受力的影响,进而得到较为优化的液压泥炮回转机构样机模型。通过仿真优化设计回转机构,提高了泥炮的工作能力和性能,缩短了开发周期,降低了设计成本,为液压泥炮回转机构的设计提供了理论依据,具有一定的工程指导意义。
关键词:回转机构;仿真分析;优化设计;ADAMS
1 引言
泥炮是当今高炉炼铁必要的炉前设备,直接关系高炉的正常运行。随着高炉的大型化,与其配套的设备性能也要提升,现有国产泥炮难以满足大型高炉的生产要求,所以必须开发出性能更好,工作能力更强的新型液压泥炮,以便与大型高炉配套。[1][2]
传统液压泥炮回转机构的设计方法是先结合运动学、动力学进行初始结构设计[3],然后通过手工绘图的方式进行各个工作位置的模拟分析,并与试验结果进行对比,最后再进行结构的优化改进,该设计周期较长,操作繁琐,难以满足对产品性能多样化的要求。在Pro/E和ADAMS中建立液压泥炮回转机构的仿真模型,利用ADAMS软件中优化分析技术对主要结构参数进行仿真优化,得到各关键点位置对液压泥炮行程和受力情况的影响,以期为液压泥炮回转机构的多样化设计提供依据。新型液压泥炮回转机构的优化分析对提高泥炮的工作能力和性能,降低生产成本,甚至对产品的更新换代都具有一定的意义。
2 泥炮回转机构工作原理及要求
在高炉炼铁过程中,当铁水出完后,出铁口即用炮泥堵起来,用来压注炮泥的设备称为泥炮。液压泥炮由回转机构、压炮机构、打泥机构、液压站、操作台等部分组成,其作用是迅速准确地堵塞放铁水后的出铁口,使高炉快速进入下一循环的作业。液压泥炮既要堵满很长的出铁孔通道,又要修补炉内前墙,同时炮嘴要有合理的运行轨迹。泥炮回转机构决定了泥炮的运行轨迹和工作位置,能否顺利完成打泥和保压过程也取决于回转机构的设计。
泥炮回转机构工作原理
液压泥炮的回转机构为双四杆机构,其中打泥机构、转臂、控制连杆和机座构成一套四杆机构,回转油缸、回转肘板和机座构成另一套四杆机构,如图1所示。回转油缸的活塞杆端部铰接在基座上,泥炮从非工作位置转向工作位置时,油缸无杆腔进油,活塞伸出,驱动回转肘板绕点A点顺时针旋转,使转臂到达工作位置。当打泥工作完成后,油缸有杆腔进油,带动回转肘板绕点A点逆时针旋转,泥炮从工作位置退回。回转油缸有两个功能:一是驱动打泥机构在工作区间内往复运动;二是在完成打泥动作后,使炮嘴平面与出铁口泥套平面间产生足够的压紧力,即压炮力。
泥炮回转机构工作要求
由于实际工况需要,将回转机构转臂长度由2500mm增加到3000mm,液压缸行程由1226mm增大到1320mm。各杆组尺寸需满足以下要求:杆机构在运动过程中不出现死点,并且泥炮转臂的转角能到达154°;转臂退回到非工作位置时不能碰撞活塞在基座上的铰接点,泥炮的炮身与油缸缸体不能碰撞;各杆机构的尺寸要足够小,以适应出铁场的空间要求。在分析和设计时要综合考虑,各项因素兼顾,以便进行多方案的比较,寻求比较优化的设计方案。转臂原长与加长后的优化目标数据比较如表1