熄焦车开门机构的优化设计.pdf

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1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-０１０４-０３熄焦车开门机构的优化设计何艳华（太原重工股份有限公司技术中心，山西太原０３００２４）摘要：为了使新型结构的熄焦车开门机构能够满足不同型号焦炉的工况和工艺要求，首先对熄焦车开门机构的受力进行了分析和计算，然后根据总结出的影响气缸推力大小的因素对开门机构提出了两种优化设计方案，并对优化方案进行多体动力学仿真分析，验证了方案的可靠性，降低了产品的设计成本，也提高

2、了整套产品的设计质量和安全使用性能。关键词：熄焦车；开门机构；优化设计中图分类号：ＴＱ５２０.５∶ＴＰ３９１.９文献标识码：Ａ0引言其中：L１为车门重力G（B点）到车门支撑点（C点）到熄焦车是焦炉机械配套设备之一，它主要负责完的力臂；L２为推杆推力Ft到车门支撑点（C点）的力成接焦、熄焦和卸焦的任务，开门机构是熄焦车的核心臂。由图２可知，随着车门打开角度的增大，L１在逐部件，它的使用性能直接标志着熄焦车的整体设计水渐增大，而L２在逐渐减小。由公式（１）可知推杆推力Ft平。太原重工技术中心设计了一种新式结构的熄焦车在逐渐增大，当车门开到最大位置时

3、，Ft达到最大值。开门机构，它具有加工制造简单、生产成本低的优点，该种结构在大型焦炉配套的熄焦车设备上逐渐得到应用。为了设计出适应新工况和工艺要求的熄焦车开门机构，我们根据整个机构在空间的实际运动状态，运用理论力学知识对开门机构进行了受力分析和计算，从生产实际情况出发，提出了两种可行性优化设计方案，并利用ＲｅｃｕｒＤｙｎ软件对优化设计方案进行了多体动力学仿真分析，验证了优化方案的可靠性。1熄焦车开门机构受力的理论分析计算图１熄焦车开门机构装配示意图熄焦车开门机构装配示意图如图１所示。它主要杠杆在XY平面受力见图３。同理对杠杆旋转中由气缸、推杆、

4、摆杆、杠杆、中间轴、轴承座、车门等几大心D点取力矩，由力矩平衡方程有：部分组成。工作时，气缸活塞杆行走一定行程，推动杠Fq×L４＝Ft×L３．（２）杆机构运动使车门转动打开一定的角度，以达到顺利其中：L４为气缸推力Fq到中间轴轴心D点处的力卸焦的目的。运用理论力学知识对该机构的运动过程臂；L３为推杆反作用推力Ft到中间轴轴心D点处的进行分析，并结合实际工况可知，该机构在工作运行中力臂。由图３也可看出：随着车门的转动，L４逐渐减任意一个瞬间的运动都可看作一个空间力系平衡。气小，Ft逐渐增大，所以Fq逐渐增大，当车门开到最大′缸需要克服的外力主要是

5、车门重量，所以分别选取车位置时，Fq也达到最大值。门、杠杆机构作为研究对象。车门XY平面受力见图由式（１）和式（２）可知，影响气缸推力大小的因素２，在平衡位置处，车门主要受到推杆的推力Ft、车门包括：车门重量G、车门打开角度、推杆推力到车门的自重G以及车门旋转轴处（C点）的支撑力Fm。对旋转中心C的力臂L２、推杆反作用力到中间轴旋转中车门支撑点C取力矩，由力矩平衡方程有：心D的力臂L３、气缸推力到中间轴旋转中心D的力G×L１＝Ft×L２．（１）臂L４。山西省煤基重点科技攻关项目（ＭＪＨ２０１４-０８）收稿日期：２０１６-０１-２８；修订日期：２

6、０１６-０５-１５作者简介：何艳华（１９７７-），女，内蒙古凉城人，工程师，本科，主要从事焦炉设备的机械设计工作。２０１６年第４期何艳华：熄焦车开门机构的优化设计・１０５・2熄焦车开门机构优化设计此时气缸推力Fq与中间轴旋转中心的距离L４为最理根据前面开门机构理论分析研究结论可知，影响想状态，并且随着气缸高度的增加，L４逐渐增大，但同气缸推力大小主要有５个因素，由于开门机构中熄焦时气缸行程、杠杆长度也随之增大，气缸位置也需要后车车门重量、位置、打开角度以及中间轴位置等参数均移，这需要根据实际情况（熄焦车预留安装空间位置大是根据现场实际工况确定，

7、同时摆杆位置静止时必须小、气缸设计能力等）来确定。本文选用气缸中心高度在锁紧位置，因此影响气缸最大推力的前４个因素是为１５０ｍｍ（原高度）和调高到２００ｍｍ两种设计方案不能轻易改变的，在优化设计中考虑为常量。则设计进行分析（这里气缸中心的高度指相当于中间轴轴心变量为气缸推力Fq与中间轴旋转中心D的垂直距离的高度）。L４。选定开门机构的气缸推力Fq为目标函数，在车门重量作用给推杆的反推力大小一定条件下，以数学方法和多体动力学仿真分析为工具，不断调整设计变量，即气缸推力Fq与中间轴旋转中心的垂直距离L４，最后使目标函数即气缸推力获得最优（小）值。本

8、文以熄焦车车门重量为４２．８ｋＮ的开门机构为研究对象，气缸以恒定的速度１０ｍｍ／ｓ推压，作用一定时间，使气缸达到最大行程约４３３ｍｍ，对其进行优化设计