液压泥炮旋转机构的运动特性分析.doc

液压泥炮旋转机构的运动特性分析李朔东 殷宝铎 常立 李学金 姜凤山（中冶京诚工程技术有限公司，北京，100176）摘要 采用矢量方程解析法对液压泥炮旋转机构建立数学模型，全面求解了炮嘴轨迹、转臂旋转角速度、炮嘴速度、活塞杆行程与转臂转角关系等关键参数。对旋转机构的设计、优化及驱动油缸液压系统控制的设计具有较高的参考价值。关键词 矢量方程解析法 炮嘴轨迹 炮嘴速度 转臂转速 油缸行程 液压泥炮Motion Characteristics Analysis of Rotation Mechanism for the Hydraulic Clay Gun Li shuodong, Yin baoduo, Chang li,Li xuejin,Jiang fengshan(MCC Capital Engineering & Research Incorporation Limited,Beijing,100176)ABSTRACT The Mathematical models of Rotation Mechanism for the Clay Hydraulic Gun have been built based on the analytical method by vector equation. Key parameters such as trajectory of nozzle、velocity of nozzle、angular velocity of tumbler and the relationship between cylinder stroke and the angle of tumbler have been solved completely . It will be a good reference for the design and optimization of Rotation Mechanism and the design of hydraulic control system. KEYWORDS Analytical Method by vector equation Trajectory of nozzle Velocity of nozzle Angular velocity of tumbler Cylinder stroke1 引言液压泥炮是高炉炉前操作的关键设备，其转炮机构的设计和优化是实现泥炮功能的重要环节，有多位作者曾对此进行过研究1-3，但研究方法都较为繁琐，研究内容也不甚系统。本文采用矢量方程解析法4对转炮机构运动特性进行分析，既直观明了，又比较全面的阐述了有关问题。2 转炮机构简介转炮结构为双四杆机构，如图1所示。其中转炮油缸HG为驱动件，它带动曲臂EGF绕F点旋转，与曲臂相连的连杆DE带动转臂OA运动。转臂OA，控制杆BC，炮身MNB及固定杆OC共同构成四杆机构OABC，它决定了炮身运动的轨迹。转炮油缸驱动整个机构从待机位旋转到工作位，在机构的结构尺寸确定后，转炮油缸的运动特性就直接决定了整个机构的运动特性。3 炮嘴和炮身运动轨迹计算对四杆机构OABC列矢量方程： (1)式(1)等式两端点乘： （式中） sin sin+2图1 泥炮转炮机构简图求解可得： (2)其中a= sin，b=2，c=对矢量三角形OAM列矢量方程，由此可得炮嘴M点坐标表达式为： (3)其中：，由上述坐标表达式可以绘制出炮嘴运动轨迹，同理可得到炮身上任意点的轨迹。炮嘴M点和炮尾N点轨迹如图2所示。4 转臂旋转时的角速度由（1）式， 等式两端点乘整理可得： sin sin+2求解可得： (4)图2 炮嘴M点和炮尾N点轨迹其中d= sin，e=2，f=对ODEFO（见图1）列矢量方程： (5)上式两端点乘（2sin-2） sin+（2-2）+ （求解可得： (6)其中：=2sin-2，=2-2由(5)式移项，上式两端点乘（2sin-2） sin+（2-2）+ （求解可得： (7)其中：r=2sin-2，s=2-2，t=对HFGH列矢量方程： 上式两端点乘 = (8)式中，（，代表了液压缸的行程。由式(8)可得： (9)式(8)两端对时间t求导并整理可得： = （式(5)两端对时间t求导： ()用上式两端得：0=整理可得： (10)假定转炮油缸以匀速运动，由式（10）可求得转臂转动的角速度（图3）。 图3 转臂转动角速度5 炮嘴运动速度式(1)两端对时间t求导： (用上式两端得：整理可得： (11)式(3)两端对时间t求导，带入以上各式，可得炮嘴运动速度的解析表达式： (12)由上式绘出炮嘴运动速度曲线，见图4。6 转炮油缸行程与转臂转角的关系由式（9）可得到H点和G点在任意时刻的距离，这个值减去油缸在复位时H、G点间距离即为油缸的行程，再以转臂转角为横坐标，就可以绘出行程与转角关系（图5）。 图4 炮嘴运动速度 图5 转炮油缸行程7 结论本文利用矢量方程解析法对泥炮转炮机构的运动特性进行了较为全面的分析。在此基础上通过调整四杆机构OABC的结构参数可以优化炮身的运动轨迹；通过控制转炮油缸的运动可以实现对炮身运动特性的控制。本文的研究对转炮机构的设计、优化以及有关液压控制系统的设计有较高的参考价值。本文的分析方法也可应用于其它类似机构（如开铁口机等）。参考文献1 王颖.PW型液压泥炮的优化设计及故障分析D.秦皇岛：燕山大学硕士学位论文，20062 任廷志，张兴中等.DDS式全液压泥炮运动状态控制数学模型的建立.东北重型机械学院学报，1994，