D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.04.025 第30卷第4期 北京科技大学学报 Vol.30 No.4 2008年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2008 高炉堵渣机的结构分析与优化设计 罗金良)黄茂林)文群)贺镇) 1)重庆大学机械工程学院，重庆4000442)南华大学机械工程学院，衡阳421001 摘要在按不同的工作阶段对堵渣机进行自适应功能结构分析的基础上，利用ADAMS软件对机构进行了仿真分析，找出 了现有堵渣机存在的问题：并对堵渣机进行了优化及无过约束的自调结构设计.仿真结果表明：堵渣机的各项性能得到提高， 工作更加稳定可靠：堵渣机的自调和自适应性能得到进一步改善，消除了堵渣机对外界工作环境的敏感性：机构自调结构具 有工程实用价值和巨大的应用前景 关键词堵渣机：功能分析：自适应：自调结构：优化设计 分类号TF321.5 Structure analysis and optimum design of a blast furnace stopper LUO Jinliang).HUANG Maolin).WEN Qun2).HE Zhen) 1)School of Mechanical Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044.China 2)School of Mechanical Engineering.Nanhua University.Hengyang 421001.China ABSTRACI Based on the analysis of self-adaptive functional structure of stopper in different working stages,some main problems of stopper were found with motion simulation analysis by using ADA MS software.and then a stopper was optimized and designed with self-adjustable structure without overconstraints.Simulation results showed that the performance of the stopper was improved with the benefit of more reliable working process.Meanwhile,the ability of self-adjustment and self-adaptation was advanced for eliminating the sensitivity to environment.It is indicated that the self-adjustable structure of mechanism has the engineering practical value and great prospect· KEY WORDS stopper;functional analysis:self-adaptive:self-adjustable structure;optimum design 重钢1200m3高炉液压折叠式堵渣机在使用过 特征，文中采用ADAMS仿真软件山对现有系统进 程中发现存在一些问题，主要是提升高度不足、堵头 行了全面的运动学、动力学分析，指出了其尺寸及形 运动轨迹的直线度不够、提升与下降过程不稳定而 状、质量配置及驱动方式中存在的一些问题，据此 出现冲击振动：同时，由于其工作环境非常恶劣，堵 进行了运动学及动力学参数的全面优化设计和自调 渣机变形及磨损严重，常常导致堵头“卡死”及不能 结构的创新设计，通过仿真及部分实际改造，有效地 可靠进入渣口等故障，正是基于这些存在的问题， 提高了堵渣机的工作性能，为堵渣机等炉前机械装 本文深入分析了其工作过程及功能结构，将其工作 置的改进设计提供了可行的方向 循环划分为四个阶段，指出其具有变结构、变自由度 1堵渣机的基本结构与性能分析 的自适应结构特征以及影响其自适应功能的主要结 构因素；其平面闭链结构中存在的大量过约束、工作 1.1堵渣机的功能结构分析 环境的恶劣及制造安装等不可避免的误差导致了运 高炉堵渣机是一种典型的多杆、变结构、变自由 转过程的不顺畅及不稳定性，基于该机构的变结构 度，能依靠自身的机械结构，而不需要通过电气控制 自动适应不同工作阶段的不同运动学及传力要求的 收稿日期：2007-02-03修回日期：2007-04-14 “自适应机械”，为了满足运动范围和运动规律的不 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。,50075087):重庆钢铁 同要求，具有可变构件数和运动副数的结构特征；为 集团有限公司技改资金资助项目(N。·CG030508) 作者简介：罗金良(1968一)男，高级工程师，博士研究生：黄茂林 了能适应渣口位置的变化而实现堵头的自动调整， (1936-),男，教授，博士生导师，E-mail:mlhuang219@163.com 具有在一定条件下可调整的自由度：为了可靠地堵高炉堵渣机的结构分析与优化设计 罗金良1‚2） 黄茂林1） 文 群2） 贺 镇1） 1） 重庆大学机械工程学院‚重庆400044 2） 南华大学机械工程学院‚衡阳421001 摘 要 在按不同的工作阶段对堵渣机进行自适应功能结构分析的基础上‚利用 ADAMS 软件对机构进行了仿真分析‚找出 了现有堵渣机存在的问题；并对堵渣机进行了优化及无过约束的自调结构设计．仿真结果表明：堵渣机的各项性能得到提高‚ 工作更加稳定可靠；堵渣机的自调和自适应性能得到进一步改善‚消除了堵渣机对外界工作环境的敏感性；机构自调结构具 有工程实用价值和巨大的应用前景． 关键词 堵渣机；功能分析；自适应；自调结构；优化设计 分类号 TF321∙5 Structure analysis and optimum design of a blast furnace stopper LUO Jinliang 1‚2）‚HUA NG Maolin 1）‚W EN Qun 2）‚HE Zhen 1） 1） School of Mechanical Engineering‚Chongqing University‚Chongqing400044‚China 2） School of Mechanical Engineering‚Nanhua University‚Hengyang421001‚China ABSTRACT Based on the analysis of self-adaptive functional structure of stopper in different working stages‚some main problems of stopper were found with motion simulation analysis by using ADAMS software‚and then a stopper was optimized and designed with self-adjustable structure without overconstraints．Simulation results showed that the performance of the stopper was improved with the benefit of more reliable working process．Meanwhile‚the ability of self-adjustment and self-adaptation was advanced for eliminating the sensitivity to environment．It is indicated that the self-adjustable structure of mechanism has the engineering practical value and great prospect． KEY WORDS stopper；functional analysis；self-adaptive；self-adjustable structure；optimum design 收稿日期：2007-02-03 修回日期：2007-04-14 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50075087）；重庆钢铁 集团有限公司技改资金资助项目（No．CG030508） 作者简介：罗金良（1968—）‚男‚高级工程师‚博士研究生；黄茂林 （1936—）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：mlhuang219＠163．com 重钢1200m 3 高炉液压折叠式堵渣机在使用过 程中发现存在一些问题‚主要是提升高度不足、堵头 运动轨迹的直线度不够、提升与下降过程不稳定而 出现冲击振动；同时‚由于其工作环境非常恶劣‚堵 渣机变形及磨损严重‚常常导致堵头“卡死”及不能 可靠进入渣口等故障．正是基于这些存在的问题‚ 本文深入分析了其工作过程及功能结构‚将其工作 循环划分为四个阶段‚指出其具有变结构、变自由度 的自适应结构特征以及影响其自适应功能的主要结 构因素；其平面闭链结构中存在的大量过约束、工作 环境的恶劣及制造安装等不可避免的误差导致了运 转过程的不顺畅及不稳定性．基于该机构的变结构 特征‚文中采用 ADAMS 仿真软件［1］对现有系统进 行了全面的运动学、动力学分析‚指出了其尺寸及形 状、质量配置及驱动方式中存在的一些问题．据此 进行了运动学及动力学参数的全面优化设计和自调 结构的创新设计‚通过仿真及部分实际改造‚有效地 提高了堵渣机的工作性能‚为堵渣机等炉前机械装 置的改进设计提供了可行的方向． 1 堵渣机的基本结构与性能分析 1∙1 堵渣机的功能结构分析 高炉堵渣机是一种典型的多杆、变结构、变自由 度‚能依靠自身的机械结构‚而不需要通过电气控制 自动适应不同工作阶段的不同运动学及传力要求的 “自适应机械”．为了满足运动范围和运动规律的不 同要求‚具有可变构件数和运动副数的结构特征；为 了能适应渣口位置的变化而实现堵头的自动调整‚ 具有在一定条件下可调整的自由度；为了可靠地堵 第30卷 第4期 2008年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．4 Apr．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．04．025