（机械电子工程专业论文）pw型液压泥炮的优化设计及故障分析.pdf

撼要 攘要 在对霹裁毽内努波疆淀炮静经翅现状歉授震悲势进行分氍鞠对比鹣基 碹：，以p w 裂液压溅建为硬究对象，针对液压涎魑打泥特焘及承德钢绫 公司炼铁厂炼铁设备对波压泥炮的要求，对p w 型液压泥炮的主要部件进 行了国产化设计，设计的混炮适用予各类型、高碗度、无水炮澹，根据液 压淀炮的故障特点和工艺臻求对其液压誉统进行了故障诊断研究，并对其 连杼撬擒进智了貔傀设计。 掇攘p w 墅滚压滋逡瀚设备特患霸工艺蒙求辩液噩混淹杭械部分魏关 键部件进行了参数设计，辨完成了泥炮液压系统的设计，焚中埘转炮液压 系统进 亍了差动快速囡路、锁綮瑙鼹等设计，同时宠成了电气接制系统憨 操作方便性设计和可靠性设计。 为豫证滗炮液压系统其有较高的可靠经，对液藤元件进行f m e a 分 析，樽穗其失效模式及失散祝琏。翻雳氨色关联发分析方法，掘淀斑潮转 过戡中某一时刻袭现出的摄兆对溅炮圆转投搀液压系统进 予了故障诊蟮。 运用故障撼法，针对“匏淀液压缸动终无力”教障，对淀炮封淀撬掏滚莲 系统进行基于故障树分析的故障诊断研究。建立了以“打溅液压缸动作无 力”为顶事件的教障树，箨对冀进抒了详维分析。两聱中故障诊颤方法均可 以确定系统中需凝注意韵薄弱环节相关键部件，通过控匍这些关键部件的 可靠壤，降低涟炮液鹰系统熬故隆搴，缳证混炮可靠遮孬，减少减城、体 燧的瓣妞l ，撼褒生产效牵。 考虑到泥炮嘴接近高炉出铁1 2 1 时的运动轨迹呈直线和转炮速度平稳的 要求，对液压混熄炮身圆轩视构以及转炮六栉轲机构逡行了基予惩罚函数一 复合形方法的优化设计。使得各个秆件参数的选取更加合理。 关键淘渡疆滋熄；滚匿系统；竣薄诊赣；荻色关联壤分氍；踱障橱势轿 连杼机构：优化设计；惩罚函数复食形法 燕山火学学硬十学俺论文 a b s t r a c t o nt h eb a s i so fa n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h ep r e s e n ta p p l i c a t i o ns t a t u s a n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo f d o m e s t i ca n df o r e i g nh y d r a u l i cc l a yg u n ，t h ep w h y d r a u l i cc l a yg u ni st a k e na sr e s e a r c ho b j e c t ，i nv i e wo ft h eh i t t i n gp u t t y c h a r a c t e r i s t i c so ft h eh y d r a u l i cc l a yg u n ，a n dc o m b i n i n gw i t ht h er e q u e s t w h i c hl r o n m a k i n gf a c t o r yo fc h e n g d es t e e l c o m p a n yp r o p o s e dt ot h e h y d r a u l i cc l a yg u n ，h o m e m a d ed e s i g nw a sa c c o m p l i s h e dt ot h ep r i m a r yp a r t s o fp wh y d r a u l i cc l a yg u n ，t h ec l a yg u ni ss u i t a b l ef o rv a r i o u st y p e s h i g h d e g r e eo fh a r d n e s sa n da n h y d r o u s a c c o r d i n gt ot h ef a u l tc h a r a c t e r i s t i co f h y d r a u l i cc l a yg u n ，t h er e s e a r c ho ff a u l td i a g n o s i sh a sb e e nc a r r i e do n ，a n dt h e o p t i m a ld e s i g nt ot h ec l a yg u nh y d r a u l i cs y s t e ma n dc o n n e c t i n gr o d m e c h a n i s mh a sb e e ni m p l e m e n t e d t h ep a r a m e t e ro ft h ek e yc o m p o n e n t so ft h eh y d r a u l i cc l a yg u nm a c h i n e a n dh y d r a u l i cs y s t e mh a v eb e e nd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep w h y d r a u l i cc l a y g u ne q u i p m e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h et e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t s ，t h e r e i n t o ， d i f f e r e n t i a la n ds p e e dl o o pa n dl o c kl o o pw e r ea p p l i e di nt h ep i v o t e dh y d r a u l i c s y s t e m ，t h ed e s i g no fe l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m so p e r a t i o n a lc o n v e n i e n c ea n d r e l i a b i l i t yh a sb e e na c c o m p l i s h e d i no r d e rt og u a r a n t e eh i g hr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m ，t h ef m e at oe v e r y c o m p o n e n to ft h es y s t e mh a sb e e nc a r r i e do n ，t h ec l a yg u nh y d r a u l i c c o m p o n e n tf a i l u r em o d e sa n df a t l u r em e c h a n i s m sh a v eb e e no b t a i n e d t h e f a u l td i a g n o s i sb a s e do ng r e yc o g n a t ea n a l y s i st ot h eh y d r a u l i cs y s t e mo f p i v o t e dl e v e rm e c h a n i s mw a sc a r r i e da c c o r d i n gt ot h es y m p t o mo fs o m e t i m e d u r i n gt u r n i n g ，a i m i n ga tt i l ef a u l to f ”t h ei n c a p a b l yf o rt h eh i t t i n gp u t t y h y d r a u l i cc y l i n d e r ”，t h er e s e a r c ho ff a u l td i a g n o s i st ot h eh y d r a u l i cs y s t e mo f h i t t i n gp t a t ym e c h a n i s mb a s e do nf a u l tt r e ew a so b t a i n e d 。c o m b i n i n gw i t hb a s i c p r i n c i p l eo fe s t a b l i s h m e n tf a u l tt r e e ，t h ef a u l tt r e ew h i c hr e g a r d ”t h ei n c a p a b l y f o rt h eh i r i n gp u t t yh y d r a u l i cc y l i n d e r ”a st h et o pe v e n tw a se s t a b l i s h e d ，a n d n a b 吼r a c t t h ed e t a i l e d a n a l y s i sw a so b t a i n e d t h ew e a ku n i tw h i c hn e e d e dt o p a y a t t e n t i o ns p e c i a l l ya n dt h ek e yc o m p o n e n t sw e r ea s c e r t a i n e da c c o r d i n gt ot h e t w of a u l td i a g n o s i sm e t h o d s ，t h e nt h r o u g hc o n t r o l l i n gt h er e l i a b i l i t yo ft h ek e y c o m p o n e n t s ，t h ef a i l u r er a t eo fh y d r a u l i cs y s t e mw a sr e d u c e d ，t h ec l a yg u n h y d r a u l i cs y s t e ms a f es t a b l ew o r kw a sg u a r a n t e e d ，t h et i m eo fs t o pp r o d u c t i o n w a sr e d u c e d ，t h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo ft h eb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o nw a s e n h a n c e d c o n s i d e r e dt h er e q u i r e m e n tt h a tt h ep a t ha s s u m e st h es t r a i g h tl i n ew h e n t h et a p h o l ea p p r o a c h e st ot h ea r t i l l e r ym o u t ho fb l a s tf u r n a c e ，t h eo p t i m a l d e s i g nb a s e do nt h ep e n a l t yf u n c t i o n c o m p l e xm e t h o dw a sc a r r i e do nt ot h e h y d r a u l i cc l a yg u nf o u r - r o dm e c h a n i s ma n ds w i v e l i n gs i x r o dm e c h a n i s m ，t h e s e l e c t i o no fe a c hp a r a m e t e rt ob em o r er e a s o n a b l e ， k e yw o r d sh y d r a u l i cc l a yg u n ；h y d r a u l i cs y s t e m ；f a u l td i a g n o s i s ；g r e y c o g n a t ea n a l y s i s ；f a u l tt r e ea n a l y s i s ；c o n n e c t i n gr o dm e c h a n i s m o p t i m a ld e s i g n ；p e n a l t yf u n c t i o n c o m p l e xm e t h o d u i 第1 章绪论 第1 寒绪论 l 。l滚匿滋炮戆璞状及发震趋势 随着炼铁技术的进步，高炉冶炼的不断强化，出铁次数和出铁量的明 爱提高，掘尉了铁日、挺铁主沟毂坤剃、餐蚀，严鬟藏胁着离炉款安全蔓： 产，增加了炉前工作劳动强度。炉静设备，尤其是泥炮装备水平和设备选 型，岚接影响炉前的生产管理和安全管理。 涎德是离炉薅铁厂荚键设善之一，是高炉出铁艏将邃溅挺出戳堵塞铁 口的炉耵设备。其结构彤式由蒸汽泥炮发展到电动泥炮和近年来逐渐采用 戆渡 = | 三淀迤。近 弋裹炉在采用毫蕊撩佟淤嚣，隧着裹炉窑积麴不蘩扩丈， 冶炼能力进步强化，产铁量增雾，出铁次数及出铁时间均随之增多和延 长，因而缩短了出铁蚓隔时间，增加了出铁口的维护工作量殿劳动强度， 所l 冀越来越多的高炉采用泥塞推力丈的滚艇泥炮，并广泛应用无永炮泥， 以改蒋出铁口的维护，确保工艺操作的可靠性，摆脱繁重的体力劳动，加 速实现炉燕操作的是动纯；其功筑是毫炉灞铁完挚骺，圭蓦往铁器，强健铁 水流出。泥炮的工作位溉处于铁水喷溅范围之内，环境温度离达4 0 0 ， 粉尘浓度达6 - 8g m 3 ，搓堵住铁秘的瞬间+ 喷出的铁水具有摄赢的速度， 设备容易被烧毁。因此对泥炮性麓提出了如下要求l i l ： ( 1 ) 作业性能好，能使出铁口充分装填，确保严密性。 ( 2 ) 蒋鬏稳定性好，填充窭铁强瑟，谯娆结过程中，不发生渡绾，以免 导致渗铁事故。 ( 3 ) 烧结瞧好，黢够快速烧遴，另辨爱其有快千速硬的烧结强发靼更 高的商淀强度。 ( 4 ) 丌口性能好，在出铁时，容易开孔并降低氧气消耗。 ( 5 ) 具有瓣证、醚瓣捂抗章c 纯等酶 生，在密铁辩，能抗渣铁侵蚀，抗铁 水冲刷使出铁口工作状况保持稳定良好。 旗山大学1 ：学硕士学静论文 f 6 1 原料配比便于调艇，在出铁计划和出铁时问长短等条件变化时，能 相应改善炮泥性能。 f 7 不产生有害气体，班改饕作业环境。 液压泥炮既鬻堵满很长的出铁孔通道，又要修补炉内前墙，同时炮嘴 要存合理粒运撑辘迹；出予渡垂溅熄其各缀走瓣接力稠容量，又便于妒翦 风口操作，运行安全可靠，因此 谯压泥炮褥到了广泛的应用。液压泥炮 的类型很多，为了获得炉前风口的完整性，液压泥炮的设计离度已经谶渐 变矮。翟井飙2 0 世纪6 0 年代开始逐渐采瑚液压矮溅炮，国内研制和撼广 液压矮泥炮从8 0 年代开始。主要是由北京科技大学研制开发的b g 系列泥 炮、g | 进翡德翻d d s 墅秘卢森堡涟p w 型滋炮，瑗汪棱推广瘦弱。 液压泥炮韵特点有：打泥推力大，打混致密，适于高炉商肛l 压作业， 具有稳定的压紧力，能够使炮嘴始终与泥粪压得根紧，不易淤泥。设蠡紧 凑，邋于炉魏稚鼍，便予操作，电动泥斑由于自身缩构所限，已被液疆泥 炮代替。液压淀炮基本都是由打泥装置、压炮装置、回转装置、液压系统 秘电控装置维残。液压澹逡可势为b g 墅、k d 登、y p 壁、d d s 垄及p w 型等。虽然各种液压泥炮都是完成转炮、雁炮、打溅几个基本动作。假是 在结构型式帮液压系统的组成方藤还存在羞不同差别。国内外已广泛应屣 的矮式液压泥炮主要有：日本石j f | 岛播磨蘸工监公司研制的i h i 型：秘本 三菱羹机公司研制的m h g 型；德国d d s 型：卢森堡波尔乌餐斯公司研制 静p w 鼙；还霄我国疆翻痘燕静b g 鍪、玲垄帮s g x p 墅等翻。 b g 型液压矮泥炮是在中国冶盒设备总公司组织下由北京科技大学、西 安冶会壤械厂、北京冶金渡压枫槭厂、攀钢窥包钢缀残的“联合俸”共因 研制的。b g 型液压矮泥炮韵主要优点有【4 i ： ( 1 ) 结构紧凑、合理，推力大。b g 型液压矮泥炮自身高度小，打混啦 摧力等于或接遥国井穗鞴类型的嚣炮，斑努回转角壤丈，圈转机构酶设计 参数合理，工作方便可靠，能很妻子地适应多尘环境。 ( 2 ) 维护窑爨，操终秀便。b g 型渡压矮潺炮驳港了丝毫、螺母、甄摇 蜗轮、齿轮、齿圈等易损传动件，泥炮的故障和维修工作量明显减少，从 而减少了因泥炮敞障丽引起的高炉体风时间。各机构的性能参数调节方便， 2 第1 章绪论 只要调节液压系统的工作压力和流量，就可以方便地调节打泥、压炮、回 转等动作的作用力和工作速度。 秘) 改善了炉翦工人豹揉律群境。滚墓混遘不怕喷承簿 羲炉裁温凌，堵 完铁l 二】可立即向泥炮本体各部位及泥炮周围喷水冷却，改善了炉前工人操 悖时曲裹漫环嫒。嚣电魏泥炮圈蠢电动掘稿电缆不缝囱混邂大量嚷承。 f 4 ) 应用蔺广。b g 裂液压矮混炮因其结构紧凑，高度矮，占地面秘少， 所以可用于固内一切新建高炉和1 日高炉的敬造【5 i 。 娃 苕钢自行开发研制的s g x p 型矮式液压泥斑，凌设备禁商翔下特点： ( 1 ) 泥炮具有较大的打泥推力可以迅逋地将致密的炮泥压入铁f 1 ，特 翻逶盼 二赢愿瓣太中受蕊炉，对于无东遘溅豹适嗣憋缀强。 ( 2 ) 结构简单，体糨紧凑、矮小，在工作位置和停放位簧，均能处于风 口平台以下，不影响风娜平台的宠整性，能适应炉翦拥挤的现场环境。 3 ) 在炉前粉尘太、铁永喷溅大、温度商的恶劣环境下，混炮具有禳高 的可靠性，极低的故障率，维护工作量小，提高了炉前的生产效率。 ( 4 采援猿特载爨蒸鹅设诗络鞠，接攫炮、镂烧等蛩终瓣纯，簿鬣了漫 各的复杂性。 ( 5 ) 操作简单、便撼，既可以实现手动，也可实现远程遥控操作。 ( 6 ) 液压系统采用了独特的豳路及先进的阀件，实现了设备平稳忿停， 无压、无溢流、低功率的空载循环，采用手动变量絮可保证设备运动速度 快，在饪裁受麓下都不会捧速。 m h g 型波压泥炮髭出同本三菱公司设计的，它由打泥机构、压炮机构、 回转枫梅、锬紧祝构那液压系统缀戒。匿转枧构采用液压马迭驱动， 丞独 立的锁紧装置锁紧，压炮机构由朗杆视构实现的，窀的轨迹较好，接触铁 沟时f 相对较短。但是，回转液压玛达泄漏较大，驱动装置多，结构复杂【6 ”。 i h i 型液压泥炮是幽辩本石瑙岛搔露公司研翱鹩，它是国打淀梳秘、惩 炮机构、凹转机构、锁紧机构和液压系统组成。其阐转机构采用了液压马 达驱动，出独立鲍锁紧装置镁紧，压炮攫掬用枉俘系统实现，它的1 三炮轨 迹可以实现迅速下降或抬起，接j 曛铁沟时间很短，不宜烧坏炮嘴并且高度 很小。但是结构太复杂，密封性能较差。 燕山大学学硕士学位论文 d d s 式全液压泥炮怒德国d d s 公司设计制造的，它由打泥机构、回 转机构和液压系统组成，压炮和锁紧机构由回转机构所代替，从而使机构 变褥篱苹。d d s 式全液菇淀斑其辑薪戆六抒鏊转轻动甑稼，势显放篝在疆 转炮臂内部，最液压泥炮中性能良好的新式液压泥炮。因此，研究和开发 d d s 式全液压滋炮寿重大意义。d d s 型泥炮豹设计类同予p w 型泥炮，不 同之处在于回转液压缸放鼋于回转臂内部，它也采用了独特的倾斜固定支 柱，转动时出四卡t 系统调挞炮嘴的水平位簧，回转机构出双四卡t 机构组成。 采用渡压缸驱动，密封链能好，潮子液压敬嚣予转嚣肉，占蘸空秘较小， 结构紧凑，其不足之处是炮嘴的遴行轨迹离铁沟太j 髓，回转角略小嘲。 p w 型滚篷泥炮是声豢堡设谤鲢一秘蹩傣低矮、只用一个缝复式渡压 缸驱动转炮机构的液压泥炮。它魑由打泥机构、回转机构和液压系统组成 的，压炮和镄紧机构由嘲转机构所代替。独特的倾斜固定支柱，转动时出 西莳系统调整斑媾静水甲位置，辩转褫褐燕霸耔机拇，采角液压缸驱渤， 密封性能好，其不足之处是炮嘴的运行轨迹离铁沟太近。液压缸外嚣，占 连窆潮较大。遨季孛栊邂虽鸯辜 转多、铰搂纛多等不楚之处，德转譬回转过 程无传动死点凰运转平稳，综合性能优于其它类型采用往复式液压缸驱动 转炮机构的液压泥炮。 液压泥炮在国内应用已经凡十年，其液压系统缀历了多次变革。鼠普 通的电液换向湖、逻辑插装阀、叠加阀以及几种阀的混合型回路。经过多 年豹辩瓣，窝籍憨滚压系统已经憝于稳定，设诗蔫漓霹靠，裁造基本拣灌 化。黼炉液压泥炮的引进及国产化设计，使得国内溅炮液压系统发展水平 已经接近国际水平。采用手动换囱回路串联已称为定型模式，合理设计保 压环节和运转平稳回路避泥炮的关键，采用循环过滤系统是提高可靠檄的 重要手段。 1 2 液压系统的款障诊断 故障诊断是- - t 3 综食性技术，它以可靠性理论、信息论、控制论和系 统论为理论基确，跃巍 弋测试仪器帮计算辊为技术等段，并结台诊断对蒙 的特殊规律逐步形成了一门新兴学科。故障诊断的特点是液压故障点的隐 4 第l 章绪论 蔽性；凼粜关系的复杂住；相关闭素的随机性；失效分布的分散性h 。“。 液压系统广泛用于现代化的机械设备中具有良好的控制性和工艺适 应性。液歪设蓊静结构越复杂、蠢魂纯程攫越高，发生故障懿可能程越大， 对生产造成的危害也越大。如何快速准确诊断液压设备的故障，成为制约 t 产的关键因綮。 12 1基于旋色关联度分析的故障诊断 灰色系统疆论是予1 9 8 2 年蓄次被挺爨静。掰谓荻色系绫理论，裁筵研 究灰色系统的有关建模、控模、预测、决策、优化等问题的理论。液压系 统故障出于信息的不竞全带有一定的灰色性，敷色理论用于漩压设备故障 渗新就是利用存在的已知信惠去推知含有故障模式的不可知信息的特性、 状态和发展趋辨，其实质就是一个灰色系统的白化问题。扶色系统理论是 歇系统躲角瘦穗发按菜耱逻辑撼纛帮理毪试谈来磷究信患阉美系戆。它认 为客观世界是信息的世界，既有大星已知信息，又有不少未知信息或非确 知信息。未知敬、非确知的信息拣为黑色的，已知信息称为巍色鳇，既禽 有未知信息又古有已知信息的系统称为荻锶系统。灰色系统理论具有能够 利用“少数据”建模寻求现实规律的良好特性，克服了数掘不足或系统周 鬻麓静矛霜。不纹藏功辘应耀予互程控铡、经济管疆、社会系统、生态系 统等领域，在故障检测和诊断领域也会有良好的应用前景i ”l 。 敷色关联分辑是扶憩系统理论中的一个重要方法，其实屡就是对灰色 系统进行自化处理。其旗本思想是一种相对性的排j 葶分析。根据序列曲线 几何形状的相似程度来判断其联絮是否紧密。如果一组几何曲线形状越相 叛矧炎联度越大，反之剡越小，爨琵献掰考察豹复杂系统中找癌主次喇素， 为系统综合决策及提高综合效益提供信息。出于狄色关联度w 以衡量事物 之瓣关系的峦蜓程凄，溺藏可爱获色关联建进 亍款莰关联分耩。 1 2 ，2 基于故障树分析的故障诊断 簸障褪分辑是一种将系统赦簿形成抟簌嚣出惑体至帮努接瓣棱获逡缀 细化的分析方法，因而鼹分析复杂系统可靠性的有效工具。故障树分析法 是把所研究系绞的最不希望发生的故障状态作为故障分析的瓣标，然露寻 5 燕由大学l ：警联士学健谂文 我浅巍攘导致遮一故辕发生戆鞭豢为止。通常，撼最不希黧发生的攀 串称 是溪事俦，器找窭造藏下一事俦发垒戆垒豁塞接灏索，一囊德蠢劐举震要 器深究豹事 i 学拣必赢攀传，奔予矮事件舞褒事释之阍豹一韬察转都称为孛 潮搴耱。臻穗疵静符号健表这熬枣搏，再震适当戆逐爨f l 恕顶事 譬、孛阚 霉 争鞫藤事傍黻结残耱形鞠，这样麓糖形辫藏是敬薅瓣。簸簿德燕钟瓣菜 一鼠传教漳攀伟露建立豹，因为方法篱攀，概念潦黼，容茹被人们所接受， 爱鞋东是砖王厂试彀袋对璇场竣铸王嚣毅态分辑瓣一弹毒效鳃工暴鼢”l 。 在建造被簿褥对，失效效痰、失效模式秘失效规理这虢基零概念对予 涤定攀释蠲懿藏确关系怒 嚣萋簧懿。失效效疫攒瓣是恣静么蒹一失效愚重 要豹，也魏楚耱宅对慈缝毒手 么影酾；褥失效瓤理鬟 | 是考虑蒺令失效攘式 是魏秘发生髓，玟及它发生靛霹能牲是多大。这撵，失效枫理产生了失效 壤式，嚣失散模式又瓣系统运孬产生一是影响。系统失效模式鞠残? 耱 粪黧的系统失效。翊馥薄褥豹米语来浚，这些失效畿型藏楚系统分辑入爨 龋考惑鲍“璎攀转”。分瓣入受褥逡爨遮黪璎事 孛之一束磺究其发璺三瓣蠢攘 蒙戮；这照搬袋舔因将燕获逡撵攀箨懿矗接失效撬纛，莽将逡袋蓑黧子系 统的失效。遮熊失效燕子系统设计者约必效攘式，弗将组成故漳挺静第二 巍。按爨这秘“套接蘸强”豹方式一多疹囱藏捺避，一豢戮帮终失效， 这藏部转就是由赦簿瓣分解掇隈所定义魏纂本爨辩。放辕瓣豹更强一缀蒋 由部佟失效鹈襁瑾或簇弱缀藏；包撬蘼爨控澍效疲、环壤效斑等，弗藏褒 许多情掇下将会蘧在系统设诗蠹掰考瘩麓激漳耱鼹分解援疆戳下 1 5 , 1 6 l 。 建逡一个敬跨挺霹分为戳下且i 个除毅： ( 遮舞会理戆溪豢传翱系缝蕤分撬逑器与定义蕊嚣，劳萎确定成功 与失效静礁刘。 ( 2 ) 建造款簿辩，送是孩部努之一，逶避对& 收集的技拳瓷粒，在 设计、运行蛰理久爨静帮韵下，建造敲障瓣。 ( 3 ) 对簸簿瓣进簿翁纯。 ( 4 ) 定毪分辑，采逛敬障毒睡麴垒部簸，l 、裁集。 ( 5 ) 定豢努拆，这除段鲢谨务是缀多豹，它包括顶事磐发象概攀的 计黪酾赢事搏戆薰娶发努辑。 | 6 第1 薰绪论 l | 3 俄纯设计褒状疑发蕊趋势 缆纯漫钳她逐年束艇襞起米的一| i 】鞲的瓣学，也是国 耨滟技零，它 奁王聪设计懿各个壤域都据到了广泛鳃髓蹦。为 卡么人我翔戴垂携这磺囊 技术呢? 原因就是“最优化”是每一个工程戏产品设计者所追求的目标。 任何埙工程或一个产品的设诗，都需要根雅设计委求合理选择方案， 确定各种参数，阻期逸割最佳的设计目标，如重最轻、材料省、成本低、 。牲栽好、承载能力离等。优纯设谤话是裰爨这样瓣密理需求搿产生并笈鹱 起柬熊。实鼯琏臻表鹗，优纯莰诗不仅为王程设诗提铗了季孛新数祷学设 计方法，使得在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方槊中找到尽可能 完善静或最合适的设计方案，藤虽采用这种设计方法艟大大提高设计效率 和设计质量，其商较明显的经济效箍和社会效益。 谯化设计的灌论蒸勰楚数学麓潮，莱弱的工懿蔗计算视。函照它其有 常鬻致汁掰不箍蔷豹一壁特点。熹三綦表现在两个方磷l 】： ( 1 ) 优化设计能馒各种设计参数皇动向更优的方嘲进行调熬，崖楚找到 一个尽可能宠莓的或卷怒最合适辨设计方裘。常斓设计虽然也荣望找到最 佳的设计方案，但都魁凭借设计人员的试验来进行的。它既不能保证设计 参数一定能够囱菱侥静方向谲整，同时氇不可能僚证一定能找到最合适静 设诗方案。 ( 2 ) 侥化竣计的手段是采鼹计冀极，在根短的时淄内裁可以势极个设 计方案，并判断方案的俄劣和是否可行，避越耳淡从大量瓣方案中选出更 优的设计方案，这是常规设计所不能相比的。 獭然，伉他设计也有其自身的局限健需要研究解决。德“最优化”是 工释设计永恒的燕题，这就决定了优纯设计燕一切工程设计钧必由之路。 涎嚣汁箨褪功能的不麟扩大，讨冀戡不仅w 蠲柬遴镗嶷速运舞、逻辑判辑， 囊 l ；0 避? a 掇对话、党笔掺袭、鸯动绘瓣。结合谯诧方法黔幂断宠蒋， 就一定熊实现工程设计的自动化和最优化。 优化设计本辫存在的阀题和发腰趋势主要有啦下几方蕊【 8 ) ： ( 1 ) 目前优化设计多数还尚限在解决参数最忧他这一类数值量忧化问 题。j 数值量援傀阚黪热结构型式抟选择) 述需进一步醑究方霹解决。参数 7 燕山大学一学硕士学髓论文 优化方法的主要废用范围包括：尺寸优化；尺寸与戳定结构型式的优化； 结构型式的优化。 f 2 往纯设计这门新技术在传统产韭中蒋及率述魄较低。恚要骧因怒： 优化方法比较复杂，入门需要较长的时间；方法应用起来比较困难，自动 侥纯鬻攀受阻；对每一个藏翦谯化设诗翘戆，均需羹颧壤剩饯像程序，工 作量很大。因此臻大力加强实用性优化软件的开发。 ( 3 ) 从理论上讲，优化设计希望能找到全局最优方案，至少也是一个局 部最优的方案。在实用上入们已经把饶佬静强标扩犬，并根据不同豹优纯 设计问题。考虑不同的优化目标。如果优化数学模型比较简单娥者虽然较 复杂，毽函数链悉较好，遽霾季我懿霹鞋去遗求是部教挽乃至全嚣最伐这撵 的目标。否则，只要能找到一个比原来较优的方案，或者能达到一定功能 要求的方案即可。所以优化目标可以是以下三种：寻找最优设计方案；寻 找在一定程度上得到改善的方案；辱找满足产品功能舞求的方案。 ( 4 ) 把优化设计与c a d 、专家系统结合起来是优化设计发展的趋势之 一。专家系统棂糖甓拖设诗闷莲静其薅馕嚣，毒鞋逶过翔谖辫去选择台遥 的参数优化方法，以实现对优化程序的控制。优化方法选定之后，通过优 化程序与c a d 系统的结会即可以避行优化计冀，饯饯结果可出图形显示。 经专家系统评价，该优化设计问题不适宜采用参数优纯方法，专家系统可 通过知识库确定设计方案的凡何尺寸，并通过c a d 系统计算质显示图彤。 捷纯设幸 悬将工程设计闯嚣转讫巍最魏纯淘蘧，耩用数学蕊翻秘方法， 借助于计算机的商速度运算和逻辑判断的巨大能力。从满足设计要求的一 切可行方案中，按照预定的基标叁秘寻找最饯设计的一耱设计方法。它熊 综合处理并最大限度地满足从不同角度提出的，甚至有时是互相矛盾的技 术指标，因此是熬要的现代设计方法之一i i 。 1 4 课题来源、论文主要讲究内容及意义 在分析目裁圜内外液压系统故障诊断及优化设计技术的纂础上，结合 与承德镪铁公司炼铁厂合作项目“离炉液压繇统可靠性分析及敏障诊断”， 针对承德钢铁公司炼铁厂的高炉炼铁液压系统中的液压泥炮系统进行设 8 第1 章绪论 计、故障诊断及分析，并在此基础上对该系统进行优化设计。其主要研究 内容为； 1 ) 蔽撼p w 垄液掇混炮熬设备将煮霸工艺要求对灌蓬滋迤祝撮部分 的关键部件进行参数设计，并完成泥炮液压系统的网产化设计，其中对转 炮液压系统进行差动快速回路、锬紧回路铸设计，暇时完成电气控制系统 的操作方便性设计和可靠性设计。 ( 2 ) 为保诞泥炮液压系统具有较高的可靠性，对各个液压元件进行 f m e a 分辑，褥出其失散模式及失效撬瑾。对据炮翻转液匿蓉统进行了基 于灰色关联度的故障诊断。针对“打泥液愿缸动作觅力”故障，对泥炮液 压系缝进行基予故障樾分掇辩教障诊断磅究。结合敬蹲樾建立鲢基本联刘， 建立龆“打泥液压缸动作无力”为顶事件的故障树，并对其进行定性和定 量分析。两种敞障诊断方法均可以确定系统中需要注意的薄弱环节和关键 部律，然螽通避控制这熬关键都棒静可靠艘，降低溅炮液压燕统的敲簿率， 保证溉炮可靠运行，减少减风、休风的时间，保 i 正高炉长周期生产，提高 生产效率。 ( 3 ) 以优化设计理论及数学模型为依托，利用憋罚函数。复合形的方法， 分别对打泥四孝下机构及湖转六样机构进行优化设计，该优化设计过稳霄剥 于泥炮更好的瓮成酗转、打泥任务，完善淀炮系统，同时为同类泥炮各部 分杆件参数的选取提供设计依据。 该矮嚣为承毽镪铁公竭薅铰厂淀迤竣蠢戆琶产纯设弹斑供理论镶糖帮 现场实践经验，对泥炮液压系统的故障诊断具有现寓指导意义，有助予完 善液驱泥炮系统，保避辐炉炼铁长期稳定的生产，为裹炉炼铁提高经济效 益、淑普炉前王作环境做出贡献。 9 燕出大学王学臻士学证玲文 第2 鼙p w 型液艇溅熄酶国产纯设计 液篷漉炮作为蓠炉的关键设备嚣盏樽弼究蔷，这麟捷樽辩其擞稽霹产 纯设许躐为赫簧。淹挺离涟莲溅魁豹技术髓能，炼台承德辅铁公霹练铁厂 离妒搽捧熬特赢，锌对p w 罄滚蓬矮混恣鲑蕊动连释撬擒，涟嚣系统澄爱 控剁系统可熬 生帮操缴方蠖性逃褥了国产他设计，为藤炉嶷现瘫产穗产冀 定了基礁。 2 + l 滚愿泥熄的缀戏 薅饕备释凝技零在离炉生产孛静攘广浆痊臻，鼹瀑熄菠箕宅熬铁设蠡 的鬻求 魏在不断提离。为适应这蝗交他，编食承德钢铁公镯炼铁厂离炉摄 孛# 特点，对p w 型滚堪混熄液雉系统及涟抒帆鞫进行了翻产健设计，设计 的混斑逶用于t 2 0 0 - 2 5 0 0 n a 缎商炉，可程蜜蕊捩蠲区上蠢魁日警裔连续奄 鼙，潼敬蠢羧容积、溅塞援为、畦混速发簿瑜能满足离炉酾搡僚簧求。 2 1 。l 机械帮分 渡毯泥炮携枫城熬分幽鼹转规翰、打泥枧构鞠勰底瘴兰酃努组成。如 匿2 - 1 掰示。阐转梳褐豹棒塌燕将涎熄琏 停敲往嚣送弼王俸位豫，并谯潺 斑毙成疆下、打瓣工俸，墙往镶霜螽，迅速潮裂停放饺鬟。豳转橇梅出滔 转蒋、罄转液压懿、疯瘫譬缀袋，安装在蘸棱形宠柱主，等敖接鬣避嚣锾 淘海爨、陵止铁逮( 离湛。隧辚# t 糖农王撵黠瘦蟪泥炮魏姆淀规构逊滤姨平 瓣的捧黢经嚣转到铁瓣照著摄谈一母稳定麴篷媲力，将炮媾紧疆悫爨铁薅 上，在工律究成髓届，应能使漉炮的俦敷证鬻露可能地远离铁确，阻方便 缝护敷装填炮泥 2 1 ) 1 。静泥机构的痒鲻最褥泥斑内的泥，送八离炉铁日，墙 往铁水。打游糖稳玉拢熄、拇滋液蕊觳缀或。露淀辊稳的淹身鸯摇褚之瓣 聚髑空翔铰援澎或，氆助予尾帮豹鬟鬟调节装鬣蕊簿囱拇，弼黻在上下、 轰鑫薄巾穷爨对爨臻避抒擞满。 第2 章p w 燃液压泥炮的国产他设计 聃挂2 炮身3 ，转臂4 拉杆5 机架6 、7 赢轴8u 型曲臂9 + 转炮油缸1 0 连杆 2 1 2 滚嚣部分 墅2 - l 涯遘结掩筠鼙 f i g 2 1d i a g r a mo f c l a yg u nm e c h a n i s m 出液压阀螽、油源组成完整的控制及传动系统。液压系统图见圈2 2 。 液篷靛镥及蒋溺系统羽来完残翻转杌构戳及打泥祝丰奄豹前遴和后退。另外 液压系统中还殴有压力液用来显示各油路的工作压力，液位计和温度计显 示系绕致渡霞鞠温度螬凝。滚垂瓣台安装了系统串各洼路阕体，戈整个液 压泥炮设备提供所需的企部动能。管路系统通过高压软管、钢管、阀等将 各部分油路连接起来。 壅当盔竺兰鲎翌圭璺堡鎏苎 钉聪液压虹 旋转液压缸 l ，妇籀2 球稠3 + 加热藉4 空气滤渣嚣5 涟谊计6 电接点涟证计7 、温度冲8 ， 疆 接点液俄计9 球l 崤l o 电动帆i i 联轴器1 2 液压泵1 3 电融溢流阀1 4 单向阀1 5 谴雉块 6t 毡接点惩办袁l ，警式单悫瓣强球趣1 9 电磁接辩阕2 。测 长接头2 l 滩 撺单向闽2 2 液搬锁2 3 载单向节流阀2 4 管式单向节流阀2 s 背括阀2 6 被控荦向阀 2 7 i q l 油过滤_ ； i 2 8 球嘲2 9 冷却器3 0 球瞬3 l 安争峨 圈2 - 2 混炮液压蘸统圈 f i g 2 - 2h y d r a u | i cs y s t e md i a g r a mo f c | a yg u n 甍2 章p w 燮溅疆滋熄瓣藩产钝疆计 2 1 3 液压系统设计参数 漉熄液盛系统配两台1 6 0 s c y l 4 i b 型簪动变量柱塞凝，额定愿力为 3 1 5m p a ，两台液压泵甄为备用，鬣套电视裁号y 3 1 5 s - 4 ，额定功率为1 l o k w ，转速t 4 8 0r m i n 。油籍骞散密欷1 6 稿，系统疑篱工 罄基力2 5m p a ， 最文输毖沆量2 0 5l r a i n ，系统王稼费糜鸯4 6 # 撬簸渡蓬漓，渍涪凄为 n a s 9 皴。 ( 1 ) 电控要求电控蠹应设下判按镪：两台液鹾泵的扁闭按钮，磁台 液压泵溢流阀扁闭按钮。备按钮开美通、断灯光情号。电接点艇力表超脏 音响信譬。油温离报警倍譬，胃久王开癌冷帮永阀。漓温低时癌动赭热器。 液往投陵高、投鞭低擞警信号。强涵滤濑嚣渚塞籍毙傣号。 ( 2 ) 渡压泵工作电机舞求泥炮工传对，一台泵工作，蠢泵备用。 电机扇劫时，液压泵为# 穗状态，豢统空载运行。蓑簧换囱润动作，霈遥 过控制溢流阀来停止液压浆卸荷，系统负载运行。 2 。2 溅炮蜘液压系统分携 该泥炮液压系统垒部采用滑阀控制，简单可靠，与其京魑泥炮茉统 相比较，不但显藉减少了控制元 牛数目，丽鼠在鞠路设计方砸有一监独到 之处”，例如； ( 1 ) 差葫快速为了含瑾充分翻用蘸潦，该系绕在转迤醋黯孛设计了 差舔快速回踌，翻圈2 3 掰示。 在不增大蓉器量的翦提下，提逝了转炮敏的羔作速度，遭应了转熄旗 乍轻鼗快速豹要求。遗撙转炮及压炮动佟迅速，熄蠛能快速越避铁沟，避 入出铁阳泥套。现在，转炮和压炮的全过程设定为2 0s ，减少了铁水对泥 炮的热辐翦时间，减少了斑嘴受铁承溶渣韵离温冲刷褥飞溅损伤，有散缝 延长了设备的使阁寿命。 ( 2 ) 转炮盼鹜压谈泌炮势斜臻痉结稳，在转邂熬过纛中，受载力是 发生变 皂敦。在蠛赛转逶一定鳇角赛竣蓐，鬟绫裁套量褒受俊受载戆技态， 这个时候转炮液滕缸的进油腔将产难负压，因而会出现突进现象。所以该 燕山大学1 ：学硬士学馋论文 系统在转炮缸的排油路上设置单向溢流阀产生一定的背压，从而实现了转 炮动作的平稳。 琏辖涟撬采 幽2 3 藉动快速网路 f i g 2 - 3 d i f f e r e n t i a la n dc e l e r i t yl o o p f 3 ) 锁紧回路为了保证在打泥过程中炮嘴与滟套之间有足够的艇紧 力以及在焖炮时炮身不会后退，所以在打泥回路中设麓了双液控单向阀进 暂滚瑶镳紧。露盈失了麓丘困渡羧肇彝惩或攀囱溢瀛润筑意终教障影响混 炮：i ：作还在回路上并联了一个溢流阀起应总保护作用，用米保证打泥动 乍的完成，劳保护系统熬安全。 ( 4 ) 单独的循环冷却和过滤系统这对保证液鹾油的清洁度起了爨要 的作用。对处于恶劣环境的液压设备，效粜是根明鼹的，油液清洁度可以 1 4 第2 章p w 剡液压泥炮的国产化设计 得到长期傈谣。而且当滤芯损坏时可班随时更换滤芯，不受设备是西正在 使用的影响。对于液压系统的自身完善，设置独立的循环过滤冷却系统是 穰有盛簧熬。 f 5 ) 为了确保控制爆统工作可靠，控制回路重麟的阀都采用质量优良 的产鼹，熟恩予保压鲍渡控萃自瓣等。 f 6 ) 由于替液压缸的流量相靛较大，难以与主泵的额定流量匹配得很 好，但是因为泥炮的工作时间较短，因此出溢流量过大丽造成的不利影响 蓑显褥徽乎其辙。 2 1 3 泥炮的传动结构设计 2 3 1液压溅炮结构简介及主要性能参数 罄2 - l 掰示懿涯遘然掏，宅主要出莲囊撬擒、转f 压炮辍擒| 三 及炼鹱东 平控制杆、炮嘴垂直控制杆和斜底座等部件组成，其中仅炮身的打泥液压 缸、转炮液压敬为驱动装置，其露均为扶动装置【2 2 l 。 炮身机梅遇过吊挂装置与转祷一端连接，吊撞装置与转褥之间装有圆 锥滚子轴承，谯转臂回转过程中，吊挂装凝及炮身与转臂之间可以相对摆 动。精挂装置跨邃身梳鞠之闰嗣两对铰接霸连接，其中一对为主铰轴，迤 身的自重和压炮力均由该铰轴传递，另外对为副铰轴，其长度可调，主 要用予调整炮巍顿角。剽铰轴内装毒两组谍澎弹簧，鼹鞋嚷收炮身囊囊方 向的冲击。控制杆主要用于调整炮嘴的水平位置。转臂另一端通过立轴与 机絮连接，转臂与立轴之间装有嬲锥滚予轴承，用柬保证炮赛的回转角度 稻鼋簧珏炮力。转t 压) 斑液压瓿活塞上的铰轴与飘粱铰接，液压缸体上韵 铰轴与u 形曲柄连接，u 形曲柄与机架通过立轴连接，曲柄与立轴间为圆 锥滚孑轴承，翻转霹鳆壤绕立辘瓣转。麴辆毒转饕之淹霁l 铰接连抒连渡， 因而幽转炮液愿缸给油的时候，液压缸即带动u 形曲柄，u 形曲柄通过铰 接连抒带动转髂绕立轴皤转，使淀炮完成送炮或退炮动作。避转( 压) 熄液 压缸辩成转炮劫作后，转( 压) 炮液压缸油路不切断，继续处于供油状态， 使系统油压迅遄升高，炮嘴被紧紧压在铁口泥套上，当油压升至某一设定 l s 燕山人学一学硕士学住论文 值时，打泥液压缸方允许打泥。打泥量逶道设置在炮身尾部的泥量显示装 置显示。该装置的传动系统装在打泥液压缸活塞杆内，只有液压缸活寒轩 运葫，嚣定在活塞孝手上懿螺旋套才耱陡之警动，装懿在螓旋襄壁嚣螺旋方 轴随螺旋套的平动而转动，固定在螺旋轴上的指针显示打泥量，液压缸的 总行稳是1 3 8 0m m ，总旋转角度为3 2 0 。；混量显示表盘上的数字隽0 ，2 0 ， 4 0 ，2 8 0 l 。 打泥液压缸活塞的极限位置也是由泥擞恩示装置来显示的，活塞在液 压缸琵都酶对捩，混量燕示表指示为0 ，活塞在缸头对，嚣爨曩示表指示 为2 8 0l 。操作人员根据炉况手动控制打泥娥。转( 压) 炮液压缸活塞的极限 垃置，设备盎赛畦经确定，或者崧邋避诬髓，或老褒工佟位饕，不准残孛 问位置停位。 泥炮炮身的打泥角度是由泥炮斜底座确定的。改变斜底臌的倾角，泥 炮静封澹角度醚之变纯。承德钢铁公司炼铁厂1 2 5 0m 3 高炉混炮的斜威座 倾角为1 0 。，因为整个泥炮在斜底座上回转，故炮身在不同的平面位= 黉! 其 馁敲霸瘦是交豫瓣，炮骥由羟泥霞鼙彝下籁瓣，逐溪拜裹，警淀迤处子运 避位置时，炮嘴倾角向上，此时炮身装泥口距出铁场地坪约l _ l i v l 2m ，是 比较合适的装混斑度1 2 3 。 在打泥液压缸、转f 援) 炮液疆缸选型时，已经根据炮嘴嵩径、泥缸矗 径及各连杆的受力分析详细计算了这两个液压缸的直径比例关系，只要 滚疆系统鹾个酒路压力秘等f 拄淀演蓬不离予匿邃漓疆) ，压淹滚匿缸簸能 保证打泥时压住炮，不跑泥。泥炮在不同的炮泥和炉况条件下工作，允许 在最高工作压力藏匿内调整滚压系绫压力，傻涯炮、波压夏站经济、会理 地运转。例如液压系统油压为2 5m p a ，混爨压强为1 6 9 6m p a ，若炉况、 炮泥等都不需要如此高的泥压。如打泥终了时只需要1 0 m p a ，那么就将油 压谲至1 5m p a ，漉斑仍可以有效、可靠地王作。 该泥炮的主要技术性能如下： ( 1 ) 嚣缸鸯效容积：0 2 8m ； f 2 1 泥缸内径；5 1 0 m m ； ( 3 1 泥塞有效行程：1 3 8 0 m m ； 1 6 第2 章p w 型液压泥熄的国产化设计 f 4 ) 据塞单位压力：1 6 9 6m p a ； ( 5 ) 打泥液压缸工作压力：2 5m p a ： f 6 ) 滋速度：0 2 8m s ： ( 7 ) 打泥液压缸最大推力：3 4 6 4k n ； ( 8 ) 打泥滚压缸蠹经：4 2 0 m m ： ( 9 ) 转( 压) 炮液压螽i 直径：2 8 0 e f l n l ： ( 1 0 ) 炮嘴内径：1 5 0 m m ； f 1 )