摘要：转炉滑板机械的设计与研究对转炉滑板的运输与安装拆卸起着重要的作用。为了使设计具有一定的合理性，就要使用Ansys、Adams和Pro/Engineer构造仿真平台建立虚拟样机模型，使用Adams对动力学与运动学进行仿真分析，通过分析能够了解安装臂在加载抬升程序上、运动状态的位移曲线上的高动应力部分。结合机械手臂的现实使用情况，要对设计好的液压缸在伸缩范围上做进行一步确定，使其能够符合使用所需的要求，达到工艺标准。鉴于Ansys软件对安装臂的约束模态的数据分析显示，可以明确出安装臂固有的振型与频率，可进一步提高安装臂的抗震能力、抗冲击力，优化了转炉滑板机械臂的结构强度。
关键词：转炉滑板；机械臂；设计；研究
前言：转炉滑板机械臂的设计，可提高滑板的挡渣技术，提高挡渣的成功率。做好转炉滑板机械臂的设计，并对其认真研究，可提高转炉滑板的工作效率。其中，可以将钢水的清洁度进一步提高，使钢液的化学成分更加稳定，较传统的挡渣方式具有很强的优越性，挡渣率可达到100%。由于传统的挡渣方式需要不断地更换、拆卸及安装转炉滑板，吊耳由电葫芦吊起，转炉滑板由人工更换。过高的炉边温度使更换滑板的工人处于高度危险中，且更换时间较长，需操作的人员较多，因此，在新的设计上就要解决好这些问题。使转炉的工作效率进一步提升，降低人工成本，提高作业的安全性。
一、转炉滑板的液压机械臂
1.建立刚柔耦合模型
由于安装臂的可靠性、使用寿命与结构，直接关系到生产企业的经济效益，是液压机械臂中的较薄弱部分。因此，有必要建立机械臂的刚柔耦合虚拟模型，最大程度的处理好机械臂的柔性化设计，根据对动力学的仿真分析，可以进一步明确钢质模型中的零部件之间运动关系的合理性。其中需应用到Pro/Engineer进行建立机械臂的实体三维模型，并对其做好全局的干涉检查工作与虚拟的装配工作。使用Adams/View模块添加对机械臂模型的驱动、荷载与约束。使机械臂在替换与处理上的工艺得到进一步优化。
2.对安装臂的分析
1.对安装臂在系统运动学上的分析
鉴于转炉滑板机械臂设计中的运动方程需使用step函数，利用函数实现对运动模拟液压缸的定义，定义为：step（x x0，h0，x1，h1）。其中，h1为阶跃终点函数值，x1为阶跃终点自变量，，h0，为阶跃起点处函数值，x0为阶跃函数起点自变量，x为自变量。根据函数的定义可得出液压缸1、2的曲线图，根据对曲线图的分析，可得出安装臂在不同位置上的运动状态。由于滑板的安装需要通过伸缩的液压缸对臂的抬高动作进行模拟，通过Adamsde的运动学分析可知，安装臂根据液压缸的缩短状态围绕支撑滑竿进行旋转，安装臂的两端做的运动与弧线运动类似，促使滑板与机械手做抬起运动。根据分析可知，在机安装臂的整体运动中机械手的水平移动距离为288.0782mm，鉴于安装臂的刚柔耦合模型属于滑板的拆卸平台，此平台还可以用在其他移动的设备上实现作业，且高度需在0.4m-0.6m之间的移动设备，进而使滑板抬起的最终高度约近与3m，达到作业标准。
2.对安装臂在动力学上的分析
在Adams中给安装臂施加负载压力，可进行数据模拟设置，将步长设置为0.01，将时间设置为5s，通过GSTIFF/13求解器可得出机械臂在作业时上扬及下摆到达位置的极限数。高动应力区域集中在与滑竿接连耳和液压缸连接耳处。最大的的应力达到74.5188MPa，当应力低于材料的许用应力时，小于80MPa，则使机械臂产生低周期的疲劳破坏。在加载工作开始时，提升受力增加速度急剧，接着增大平缓受力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在安装臂的高度升到一定时，安装臂的受力又迅速增大，其受力最大时，安装臂运转到最高高度。当安装臂产生剧烈振动时，其承受的动应力变大，从而降低安装臂的使用寿命。当安装臂出现变形时，则易在薄弱环节产生萌纹，且扩展迅速，导致刚度不足，造成安装臂断裂。安装臂在运动过程中存在着容易变形的地方，即安装臂与机械及液压缸连接耳部，这两处可导致安装臂变为拱形，若变形严重，则影响滑板在拆卸与安装过程中对精准度的控制。
3.安装臂约束模态的分析
根据作业要求应约束好连杆与机械手、液压油缸与安装臂之间的关系，以便精确的将安装臂运动时的动态特性反映出来。根据模态分析的结果，可知，影响安装臂刚度与强度的因素有很多，其中不仅有机械臂在垂直与水平方向上产生的震动，还有安装臂的在扭转时产生的变形。安装臂的最大振动处于安装臂的中间位置、安装臂上下两端、液压缸连接耳处与安装臂前端，且以上几处易出现损坏现象，应避免安装臂的剧烈振动对转炉滑板工艺造成不良影响。
二、转炉滑板的设计
转炉滑板的设计主要是针对机械臂的设计，由于机械臂是根据人手制作的仿真机械，可以代替人工完成高难度动作，如对转炉滑板的搬运、拆卸、与安装。同时还可以完成平面内的线性移动，机械臂的主体结构由液压系统、控制器和机械臂的主体组成，安装臂属于液压式机械手臂类型，其中驱动系统油箱、油泵、伺服阀、和液动机等组成，其中液动机包括油马达和油缸，安装臂的执行机构被驱动系统驱动，进而形成运动，完成作业。此外机械臂还可以完成更换工作，实现转炉的旧滑板的拆卸与新滑板的安装，此过程需要液压缸的配合，通过液压缸的伸缩可以完成安装臂抬起与下摆的转动，也可以完成新旧滑板的的更换，促使安装臂进行多角度的转动，完成滑板的拆卸和抓起动作。
三、设计结果
通过对转炉滑板机械臂的分析与研究可知，安装臂的应力主要集中位置为滑竿连接耳与液压缸连接耳处。机械臂的设计可以达到滑板快速拆卸的要求，安装臂在运转过程中的高动应力较许用应力小，其最大应力在5s时为74.518MPa，其强度可以完成标准工艺，使转炉滑板机械臂的设计具有一定的合理性，可以满足工艺需求。
结语：转炉滑板机械臂的设计，代替了传统的工艺，改变了挡渣设备的更换难度大、更换时间过长、人工劳作强度大、工作环境恶劣等弊端，提高了生产效率，提高了转炉滑板在运输、安装与拆卸上的自动化与机械化水平，还提高了滑板挡渣技术水平，减少了转炉出钢过程中的下渣量，使钢水质量大大提高。同时，进一步提高了转炉滑板机械臂的结构强度，增强了机械臂的抗振能力与耐冲击能力。
参考文献：
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[2]孙林斌；徐胜军；贾志欣；；SolidWorks Motion焊接机械臂设计流程[J]；CAD/CAM与制造业信息化；2012年Z1期
[3]吴振宇；邵宏旭；工业机械臂实验平台设计[J]；吉林化工学院学报；2012年11期
作者简介：
李浩然，男，1990.05，助理工程师，籍贯：承德市承德县，主要从事工作：冶金机械设备维护，工作单位：河钢承钢维护检修中心，邮编：067102
付乐，男，1990.12，助理工程师，籍贯：承德市双滦区，主要从事工作：冶金机械设备维护，工作单位：河钢承钢维护检修中心，邮编：067102
朱英，男，1977.04，助理工程师，籍贯：承德市宽城县，主要从事工作：冶金机械设备维护与管理，工作单位：河钢承钢维护检修中心，邮编：067102
论文作者:李浩然1,付乐2,朱英3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/15
标签：滑板论文; 转炉论文; 机械论文; 液压缸论文; 应力论文; 作业论文; 工作论文; 《电力设备》2017年第20期论文;