基于adams的液压泥炮回转机构优化研究

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1、冶金之家网站基于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；ADAMS1引言泥炮是当今高炉炼铁必要的炉前设备，直接关系高炉

2、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

3、，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。2

4、．1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。冶金之家网站2．2泥炮回转机构工作要求由于实际工

5、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。由表1可知，转臂加长后，在相同压炮力的作用下，所需的液压力为843kN，超过了液压缸的最大推力785kN，连杆的受力增加，而且

6、液压缸行程也达不到要求。为满足要求，可以通过增大油压、增大液压缸直径以及优化杆机构尺寸的方法来解决，从而使各性能参数得到改善。冶金之家网站转臂加长后，需要液压缸提供更大的推力才能满足工况要求，油压的增大会使液压系统的制造和维护成本急剧增加，而且液压系统会产生气泡、泄漏、振动等恶劣工作状态。由于整体机构尺寸的限制和增大油缸对制造成本的影响，考虑通过改变现有回转机构杆组的尺寸，用优化杆组的方法来满足要求，以便利用现有的液压系统。在仿真中主要关心的是压炮状态下所需的液压推力、各铰接点受力以及工作时的活塞行程。3回转机构虚拟样机模型的建立按照现有结构尺寸在三维建模软件Pro/E中

7、创建液压泥炮各零部件的模型，并组装成装配体，将几何模型从Pro/E导入到ADAMS中。根据泥炮实际运动特性添加约束，机座与大地之间添加固定副，回转油缸的缸体与活塞之间添加移动副，其他各部件之间为转动副，并建立角度传感器，当转臂的转角达到154°时，仿真过程自动结束。4仿真优化分析优化分析是Adams/view提供的一种复杂的高级分析工具[4]。通过参数化建模，可以将参数值设置为可以改变的变量。在分析过程中，只需改变机构模型中有关参数值，程序就可以自动更新整个机构模型，还可由程序根据预先设置的可变参数自动的进行一系列仿真，观察在