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图1-3 麦尔兹窑窑膛图 图1-4 改造后旋转布料机内部结构
像邯钢麦尔兹石灰窑旋转布料器的技术改造，如下图（1-4）所示，麦尔兹双膛竖窑两窑膛煅烧和蓄热功能交替互换，每隔12min就会换向一次，换向后两个窑膛的作用效果也会随之互换。但在一个周期内，在除尘器的作用下混合气体上升时可能会出现卡阻的情况。该厂通过技术改造后（即在顶部增加一个防尘罩），并且为了能够让防尘罩起到更好的密封效果，通过将羊毛毡等一些密封性较强的材料填入到防尘罩上部锥孔中，这较好的处理了旋转布料机由于粉尘而使气体造成升降过程中卡阻的问题，从而确保了生产的顺利进行和石灰的质量要求。
湖南大学机械与汽车工程学院对于基于微型多目标遗传算法的布料机臂架结构优化的研究，他们通过采用全局收敛效果很好的微型多目标算法，在其基础上再加上有限元参数化建模技术和实际工作条件下的布料机工作情况，以提高布料机的布料臂架刚度和臂架的轻量为目标，来对布料臂架主梁横截面的尺寸进行优化，其研究结果的优化对目标对象提供了一种有效的方法，该目标就是布料机臂架的轻量化设计和结构设计。
武钢炼铁厂对于无钟炉顶布料模型的优化的研究，如下图（5-7）所示，无料钟炉顶布料模型主要是经过设定的矩阵表，技术要求布料机的布料环数、份数和各个扇形区域的布料重量，驱动下料闸和布料机的布料溜槽。而采用传统的布料方式进行布料时，通过角位的设定来调剂焦炭、矿石等在高炉内的落点存在很大的局限性，研究发现，通过恒开度来控制料流量也不是很精确。但通过对流料的调节阀开度控制和布料溜槽倾斜动
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角度控制的优化，布料溜槽倾斜动角度控制实现了折返布料功能，焦炭和矿石的倾斜角度也可以相互独立的调整；开度控制的料流调节阀实现了自动跟踪的调整，料空的正真间断和矩阵给定的时间相差不大，基本很接近，且高炉的实际工作情况发生很大的的变化。通过布料溜槽及下料闸等设备控制方式的改进，自动化系统的完善，实现了角度布料及料流量的补偿，达到了布料模型优化的目的。
图1-5 布料机模型
图1-6 采用微型多目标遗传算法 图1-7 布料臂架有限元模型截面图
的臂架优化流程
而国外不管是发达国家还是发展中国家在该领域的研究更是大力支持，例如高炉料面分布模型的优化（外文文献），用三种模式分别测试高炉在不同条件下的气流分布，达到了高炉料面分布模型的优化。该篇文献通过建立高炉内气体流动的数学模型来进行研究，先对高炉模型进行描述，将高炉模型模块化，以便获得高炉上每个点的完整描述；在对其几何形状进行描述；其次是炉料分配模式。再次是测量气体流，液体流和固体流，其次是热量传递；最后是内聚带子模型与化学反应子模型。当以上这些模型建立后，通过实验得出结果，并对结果进行综合描述的出相应的结论。计算结果表明，气体的流动模式和内聚带主要取决于炉料分布。
国内外对于布料机的优化都很重视，不管是从布料机本身的结构还是辅助布料机的
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其他结构或系统，国内外都有研究，可见其发展是很有前景的。由此可以看出其研究结果与应用前景有很大的发展空间。
1.4本文的主要研究内容与研究方法
本文通过对各种不同布料机的分析，在其基础上设计了垃圾旋转布料机，垃圾旋转布料机主要由喂料机构，旋转体，导料筒，支架及溜槽组成，并对旋转布料机的溜槽传动系统（包括倾动和旋转），冷却和密封系统作了分析。对垃圾旋转布料机进行运动建模与作业能力范围分析，获得适合的设计参数。具体内容如下：
垃圾旋转布料机的运动建模：首先明确旋转布料机的结构，即主要由进料机构、旋转体、导料筒、支架和溜槽等组成，垃圾旋转布料机主要是用于垃圾火力发电的布料设备，因此可以根据高炉来确定最佳的溜槽长度、倾斜角度及摩擦系数，根据垃圾需求量可以选择导料筒的高度和直径及旋转体的转速等。通过初步计算得到数据，建立数学模型，了解垃圾在炉内的运动规律，对现有的工艺参数进行优化改进，为实际工业操作提供技术支持。修改合理后，绘制出溜槽、进料机构、导料筒的零件图和旋转布料机的三维图。
作业范围分析：旋转布料机的作业区域是最大的作业范围与最小作业范围之差，作业范围的大小由作业半径决定。当作业半径大于高炉的工作半径时，垃圾会对炉壁产生冲击，这会损伤设备；而当作业半径较小时，会造成垃圾阻塞，影响垃圾焚烧。通过旋转布料机的基本结构，我们可以分析垃圾的基本运动过程，垃圾从进料机构到到达溜槽前、垃圾在溜槽上运动、垃圾在高炉内的运动，从而的到影响作业半径的参数，即溜槽长度、倾斜角度、溜槽转速和垃圾与溜槽间的摩擦系数等都会对作业半径有影响。对于这些参数，可以用matlab进行单一变量分析和多变量分析，得到它们与作业半径的关系，从而确定最佳的作业范围。
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第二章 旋转布料机作业范围的分析
2.1旋转布料机作业区间
旋转布料机在工作时，垃圾由喂料机构送入，达到导料筒，最后通过旋转的溜槽分散到垃圾焚烧炉内，来确保使垃圾分散均匀和保证最大的作业区间。垃圾旋转布料机得作业区间是布料机的最大作业区域面积和最小作业区域面积的差值，而布料面积的大小是由作业半径决定的，当旋转布料机溜槽的作业半径过大时（即超过了烧炉工作半径），则垃圾会对焚烧炉的炉壁造成的挤压,可能会损伤炉膛;当旋转布料机溜槽的作业半径过小时,则是垃圾因过多而堵塞,从而影响到垃圾的焚烧效果. 旋转布料机在其几何中心处,有一个工作盲区,一般是通过将溜槽出口处设计成斜口或者是通过调节溜槽的角度(溜槽的倾斜角度)来减小盲区,工作盲区大小是由旋转布料机的最小作业半径决定的.通过研究显示，旋转布料机的作业区域往往会受到垃圾的密度、溜槽与垃圾之间摩擦因数的影响,不仅如此，旋转布料机的作业能力还与溜槽长度、溜槽的倾斜角度和旋转体的转速有紧密关系,合理的布料机对垃圾焚烧有很大的影响，因此,得到更合理布料机的设计参数是很有意义的。
2.1.1旋转布料机作业区间分析
为了更加直观的对旋料机的作业区域进行分析,在布料机的基本结构上建立了垃圾运动模型(如图2-1所示).
图2-1 旋转布料机的结构示意图
（1.喂料机构，2.旋转体,3.导料筒.4.支架，5.溜槽）
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为简化运动模型,可以认为垃圾在离开喂料机构到达导料筒时,在其内做的运动是自由落体,随后沿着溜槽移动,在溜槽末端会以抛物线运动的方式落到发电的垃圾焚烧炉中.想要得出旋转布料机的作业区间,需要研究垃圾在溜槽上的运动。在这里我们以高炉中心线为z 坐标轴,则可以得到xy平面，它是与风口中心线平行而构成的平面),从而可以建立参考坐标系 Oxyz。我们假定旋转布料机的溜槽与z轴之间夹为角α,垃圾和溜槽将会一起围绕 Z 轴以ω(rad/s)的角速度速度旋转。
其次,我们将研究垃圾如何在溜槽上运动,为了方便，我们可以在溜槽上建立垃圾运动坐标系Ox'y'z,从图上我们可以知道垃圾运动坐标系Ox'y'z的原点与Oxyz 坐标系的原点重合,也就是Ox'坐标轴与溜槽的长度方向一致,同样可以得出Oy'坐标轴与Ox'坐标轴互相垂直，Ox,Ox',Oy,Oy'四个坐标轴均在同一个平面上,也就是Oxy平面上。所以可以得出结论，当垃圾到达旋转溜槽末端的时刻,这两个坐标系将会重合。
当溜槽与z轴角度变化时，垃圾在炉喉上的碰点与在焚烧炉内部的落点也会随之发生对应的变化。
图2-2 垃圾的运动轨迹
分析垃圾的作业区域:由于垃圾在下落过程中在x、y、z 3 个方向都有速度分量,所以垃圾在下落过程中做的运动轨迹是抛物线,离开溜槽后我们假定垃圾在 x、y、z轴3 个方向的速度分量分别是Vx 、Vy、Vz。我们可以认为垃圾的落点在焚烧炉内形成的是一个以 Z 轴为中心的圆,如图所示， 其中 Lx、Ly分别表示垃圾在x轴、y轴是上运动的的距离,L0表示溜槽长度、α表示溜槽倾斜角度,L0sin?为布料机溜槽的长度在x轴方向上的投影长度,R为作业半径。而这个以R为半径的圆就是垃圾在焚烧炉内的顶尖位置。