目前，除了少数高炉炉頂装料设备采用液压传动外，国内大多数料钟式高炉的料钟仍采 用平衡杆操纵。平衡杆装置通过四杆机构（图2）使料钟升降时做近似直线运动。现以国内 10001500米高炉普遍采用的小料钟操纵装置的四杆机构参数为例加以分析。已知r=690 毫米1=1200毫米c=1200毫米3=524毫米转角范围p。=40°35′pm=一40°48′，经图解分析 和数值求解，可得连杆中点S的运动轨迹（图3），其最大偏差值为òm￥=2.37287毫米。 能否通过改变回杆机构杆件长度，保证在一定的行程范围内使得s点的最大偏差值8m为 最小呢？这就是本文所要研究的问题。现采用机构最优化设计方法，对四杆机构运动参数进 行初步分析。①建立四杆机构运动轨迹的数学模型。②编写计算程序，嵌入到最优化方法计 算程序中去。③在电子计算机上进行多种方案的计算。④对其计算结果进行分析，并初步提 出对现有四杆机构参数的改进建议。 二、建立数学模型 1.设计变量、目标函数、约束函数的确定： 选择r,I,c,e四个杆件参数作为设计变量，即又=〔r,l,c,e)T。目标函数F()为 在一定行程h范围内的最大偏差值8ma￥达到最小，即F(区)=δmax→min。r,I,c,e, 值的变化范围为边界约束条件。性能约束条件主要有： (1)运动死点三角形构成条件。（图4） 2c 2c 图4 图5 图6 在三角形△PQA中，有r+t>r+2l,其中t=2√c2+e2,简化公式得：√c”+e>l。 (2)摆转杆重合构成条件：（图5） 当上下两摆转杆转到相互重合时，则有2l>2r-t,简化公式有：I>r-√c+e2 (3)最大偏差值条件： 8ma≥〔6max)给定 (4)行程范围条件， h≥(hmin)给定 2,运动轨迹方程的建立： (1)求上死点转角p,和下死点转角Pn:(图6) 在已知r,I,c,e,等参数条件下，即可求得： 182目前 , 除 了少数高炉炉填 装料设备采用 液压传动 外 , 国 内大 多数料钟 式高炉的料钟仍采 用 平衡杆操纵 。 平衡杆装 置通 过 四杆机构 ( 图 2 ) 使 料钟升 降时做近 似直线 运 动 。 现以 国内 1 0 0 0、 1 5 0 0米 . 高炉普遍采用 的 小料钟操纵装置 的 四 杆机构 参数为例 加 以分 析 。 巳知 r = 6 90 毫米 l = 12 0 0毫米 。 = 1 2 。 ,毫米 。 = 5 24 毫米转角范围甲。 = 40 0 3 5产 甲。 二 一 40 0 4 8, , 经图 解分析 和数值求解 , 可得连杆 中点 S 的运动 轨迹 ( 图 3 ) , 其最大偏差 值为 乙 二 : : = 2 . 3 7 2 8 7毫米 。 能否通过改变 回杆机构杆件长度 , 保证在一 定的行程范 围内使得 s 点的最大偏差值 乃二 : : 为 最小呢 ? 这就是 本文所要 研究 的 问题 。 现采 用机构最优化设计 方 法 , 对四杆机构运动 参数进 行 初 步分析 。 ① 建立 四杆机构运动轨迹的数学模 型 。 ②编写计算程序 , 嵌入到 最优 化方法计 算程序 中去 。 ③在电子计 算机上 进行 多种方案 的计算 。 ④对 其计 算结 果进 行分 析 , 并初 步提 出对现有四 杆机构参数的改 进建议 。 二 、 建立数 学模型 1 . 设计 变 , 、 目标 函数 、 约束函 数 的确定 : 选择 r , l , c , e 四 个杆件参数作为设计 变量 , 即了 二 〔 r , l , c , e 〕 T 。 目标函数 F (了) 为 在一定 行 程 h 范围 内的最大偏差值 乙二 : : 达 到 最小 , 即 F (了) = 乙 二 : : , m i n 。 r , l , c , e, 值 的 变化范围为边界约束条件 。 性能 约束条件主要 有 : ( l ) 运动死点三 角形构成 条件 。 (图 4 ) 图 4 图 5 ’ 议 . ` \ \ 、 t 每、 、 在三 角形△ P Q A中 , 有 r + t > r + 21 , 其 中 t = 2了 。 , + e “ , 简化公 式得 : 亿 。 “ ’ 子 。 ’ > I 。 (2 ) 摆转杆重 合 构成条件 : ( 图 5 ) 当上下 两摆转杆转到 相 互重 合时 , 则 有 21 > Z r 一 t , 简 化公 式有 : l > r 一 亿歹福 厄 ( 3 ) 最大偏差值 条件 : 乙二 : : 全〔乙 二 。 : 〕给定 ( 4 ) 行 程 范围条件 : h 七 〔h m ` 。 〕给 定 2 . 运 动轨垃方程 的沈 立 : ( 1 ) 求上死 点转角甲 。 和下 死点转 角甲 n : ( 图 6 ) 在 已知 r , I , 。 , e , 等 参数条件 下 , 即 可求得 : 1 8 2