第4期 罗金良等：高炉堵渣机的结构分析与优化设计 .429 接触性能 1979.3mm,以2101为基准士1mm为误差范围，直 3 线段长度为245mm,很好地满足了工程实际的要 高炉堵渣机的优化效果及分析 求：从图6（凸）中可知，堵头的速度变化平稳，在进入 3.1高炉堵渣机的性能参数的仿真分析 渣口时其速度最大，达到0.68ms1,这样以较大的 (1)堵头的位移及速度，从图6(a)中可以看 速度冲入渣口，有较大的冲击力，能够保证堵头顺利 出，堵渣机的提升高度大大增加了，达到了 地进入渣口， 0.5 1.5 a (b) 10 0.5 4 时间/s 时间/s 图6堵头的位移(a)和速度曲线(b) Fig.6 Displacement (a)and speed (b)curves of the jam-head (2)滚子与立臂及机架挡块的接触力.图7(a) 到，运行1.5s时滚子与立臂脱离，在1.67s时机架 为滚子与立臂接触力的变化曲线，可见滚子与立臂 挡块与滚子接触，滚子几乎是在与立臂脱离后马上 能够保持较稳定的接触，平均接触力为350N左右， 与机架挡块接触，而且在最下端的时候滚子与机架 图T(b)为滚子与机架的接触状况，可以看到滚子与 的接触力最大，这说明能够保证机构结构的稳定性， 机架的接触力是逐渐增加的，从输出的数据可以看 同时在机构堵渣的时候能够很好的封闭. 2.0 (a) 1.5 30 1.0 15 75 3.50 5.25 7.00 00 3 4 5 时间s 时间s 图7滚子与立臂(a)及机架(b)的接触力曲线 Fig-7 Stress curves of the roller contacted with the erect arm (a)and the baffle (b) 3.2高炉堵渣机的自调及自适应性能分析 其稳定封闭，通过仿真分析计算可知，只要液压缸 (1)堵渣机堵头的y向自适应功能分析.从功 的驱动力达到6415N,机构就能实现自动适应外界 能结构中分析可知，堵渣机具有一个有条件出现的 环境或其他原因引起的y向误差， 摆杆GF绕F点转动的自适应自由度，堵头具有自 (2)堵头的z向自调功能分析.机构自调结构 动适应y向误差的自适应功能，如图8所示，当堵 设计的目的就是要提高机构对因制造等因素造成误 头先接触渣口锥面时，如图8(a)所示，作用在堵头 差的自动调整功能，消除对运动副误差的敏感性 上的F,明显远大于Fx;此时，如图8(b)所示，在堵 现设定立臂与堵杆之间的圆柱副轴线出现了绕y 头与渣口产生力作用的时间内，滚子中心位移发生 轴旋转2的方位误差，通过ADMAS软件进行仿真， 了变化，滚子与机架脱离，但很快在堵头完全进入渣 可以得到堵头沿z向的位移曲线如图9所示，从图 口后，堵头上F,消失，滚心又恢复到原位，重新与 中可以看出堵头的z向位移可以达到76mm,有很 机架接触，因此不影响在堵渣过程中的稳定封闭；图 好的调整堵头位置的功能，实现可靠的堵渣要求. 8(c)也很好地说明了这一点，在堵头与渣口锥面接 实际上，这位移还可以作为堵头适应外部环境引起 触发生力作用的时候，滚子与机架的接触力为零，当 的z向误差的自适应位移，转化为自适应自由度， 堵头完全进入渣口后，滚子与机架重新接触，不影响 从而大大提高机构对z向误差的自适应性能，接触性能． 3 高炉堵渣机的优化效果及分析 3∙1 高炉堵渣机的性能参数的仿真分析 （1） 堵头的位移及速度．从图6（a）中可以看 出‚堵 渣 机 的 提 升 高 度 大 大 增 加 了‚达 到 了 1979∙3mm‚以2101为基准±1mm为误差范围‚直 线段长度为245mm‚很好地满足了工程实际的要 求；从图6（b）中可知‚堵头的速度变化平稳‚在进入 渣口时其速度最大‚达到0∙68m·s —1‚这样以较大的 速度冲入渣口‚有较大的冲击力‚能够保证堵头顺利 地进入渣口． 图6 堵头的位移（a）和速度曲线（b） Fig．6 Displacement （a） and speed （b） curves of the jam-head （2） 滚子与立臂及机架挡块的接触力．图7（a） 为滚子与立臂接触力的变化曲线‚可见滚子与立臂 能够保持较稳定的接触‚平均接触力为350N 左右． 图7（b）为滚子与机架的接触状况‚可以看到滚子与 机架的接触力是逐渐增加的．从输出的数据可以看 到‚运行1∙5s 时滚子与立臂脱离‚在1∙67s 时机架 挡块与滚子接触‚滚子几乎是在与立臂脱离后马上 与机架挡块接触‚而且在最下端的时候滚子与机架 的接触力最大‚这说明能够保证机构结构的稳定性‚ 同时在机构堵渣的时候能够很好的封闭． 图7 滚子与立臂（a）及机架（b）的接触力曲线 Fig．7 Stress curves of the roller contacted with the erect arm （a） and the baffle （b） 3∙2 高炉堵渣机的自调及自适应性能分析 （1） 堵渣机堵头的 y 向自适应功能分析．从功 能结构中分析可知‚堵渣机具有一个有条件出现的 摆杆 GF 绕 F 点转动的自适应自由度‚堵头具有自 动适应 y 向误差的自适应功能．如图8所示‚当堵 头先接触渣口锥面时‚如图8（a）所示‚作用在堵头 上的 Fy 明显远大于 Fx；此时‚如图8（b）所示‚在堵 头与渣口产生力作用的时间内‚滚子中心位移发生 了变化‚滚子与机架脱离‚但很快在堵头完全进入渣 口后‚堵头上 Fy 消失‚滚心又恢复到原位‚重新与 机架接触‚因此不影响在堵渣过程中的稳定封闭；图 8（c）也很好地说明了这一点‚在堵头与渣口锥面接 触发生力作用的时候‚滚子与机架的接触力为零‚当 堵头完全进入渣口后‚滚子与机架重新接触‚不影响 其稳定封闭．通过仿真分析计算可知‚只要液压缸 的驱动力达到6415N‚机构就能实现自动适应外界 环境或其他原因引起的 y 向误差． （2） 堵头的 z 向自调功能分析．机构自调结构 设计的目的就是要提高机构对因制造等因素造成误 差的自动调整功能‚消除对运动副误差的敏感性． 现设定立臂与堵杆之间的圆柱副轴线出现了绕 y 轴旋转2°的方位误差‚通过 ADMAS 软件进行仿真‚ 可以得到堵头沿 z 向的位移曲线如图9所示．从图 中可以看出堵头的 z 向位移可以达到76mm‚有很 好的调整堵头位置的功能‚实现可靠的堵渣要求． 实际上‚这位移还可以作为堵头适应外部环境引起 的 z 向误差的自适应位移‚转化为自适应自由度‚ 从而大大提高机构对 z 向误差的自适应性能． 第4期 罗金良等： 高炉堵渣机的结构分析与优化设计 ·429·