CN101476005A - 用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置 - Google Patents

Abstract

用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，含有主旋转电机，主旋转减速齿轮对，主旋转驱动轴，主旋转传入齿轮，倾动电机，倾动减速齿轮，倾动驱动轴以及倾动传入齿轮，设置在主旋转轴和倾动驱动轴之间的同步齿轮传动机构，分别设置在所述主旋转轴和倾动驱动轴上的主旋转齿套咬合机构和倾动咬合机构，以及控制咬合和分离的拨叉机构。本发明可实现三种方式的传动，其一是由主旋转电机驱动主旋转回转环以及溜槽，实现同步主旋转；其二是由倾动电机驱动倾动旋转轴旋转，实现溜槽倾角的调节；其三是实现主旋转和溜槽倾角的同时调节。具有传动机构简单、制造难度较小、传动环节少、可靠性高、传动力矩大、运行同步性好、使用寿命长等特点。

Description

用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置

技术领域

本发明涉及一种用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，属于冶金设备技术领域。

背景技术

钢铁冶金技术及行业是一个国家实现工业化、进入发达社会的基础，也是一个国家工业化程度的重要标志，同时它也是一个对国家的环境和能源状态有重要影响的行业，因此，它的发展状态将对国家和人们的生活质量有最直接的影响。高炉炉顶布料装置是钢铁冶金技术的重要设备；在高炉冶炼生铁的过程中，需要在与大气隔绝的状况下源源不断地把炉料加到炉膛内，将按要求合理地分布在料面上，就可以形成需要的料面形状和炉喉径向矿焦厚度(矿焦比)分布；因此，对炉顶加料设备的布料性能和可靠性提出了很高的要求；早期的布料设备都为有料钟炉顶，如双钟式、三钟式、四钟和钟阀式炉顶，但存在有密封不可靠、大钟重量大、布料面的形状难以控制、设备维修复杂、使用寿命较短等主要问题。从上世纪70年代起，出现了无料钟炉顶，即采用旋转式布料器，这为高炉操作带来了新的方式，很快遍及世界各地，从发展趋势来看，对于大型高炉，无料钟炉顶将取代有料钟炉顶，在钢铁冶金技术中占据重要的位置。

目前，所采用的高炉无料钟炉顶布料装置主要有以下几类，主要特征为：

(1)基于行星齿轮的双电机系统，主旋转与倾动这两种运动都是通过行星齿轮来进行叠加的，具有运行平稳、回转环受力均匀、可靠性比较高等特点；机构比较复杂，行星齿轮的受力较大，磨损严重，必须使用双电机来进行联动，倾动所需的驱动功率较大，耗能较大。

(2)基于差动的双电机系统，采用双电机分别驱动主旋转回转环和倾动回转环，通过两个回转环的差动来实现倾动，对差动的控制有很高的要求，必须使用双电机来进行联动，倾动所需的驱动功率较大，耗能较大。

(3)基于杠杆的回转环升降系统，倾动回转环的升降运动可以采用电机驱动，或采用液压系统来实现，但需要同步装置或控制系统来协同下压回转环的升降运动；由于布料器的垂直空间的限制，杠杆垂直运动的行程非常有限，因此杠杆的受力较大，杠杆与回转环之间的接触磨损严重，运行不平稳；运行时需采用双动力(双电机)系统，所需的驱动功率较大，耗能较大。

中国专利公开(CN101328527A)公开了一种“用于高炉无料钟炉顶布料器的变速器式双系统传动装置”，该装置采用了同步器和三个拨叉头来控制两种状态的工作方式，通过无极变速器来调节主旋转轴和倾动轴的速比。其中采用的同步器类似于广泛用于汽车变速箱的部件，结构较为复杂，包含同步环、同步体、同步器卡簧、挡齿套等部件，在工作时需要用同步环将两级传动齿轮的转速先同步之后再结合。并且采用的无级变速器依靠定锥盘和动锥盘之间的金属带摩擦力进行传动，效率较低，所传递力矩受到限制，若力矩过大则有打滑的可能性。

研究高效、节能、可靠性高的高炉无料钟炉顶布料器是目前的一个重要攻关方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提供一种用于高炉无料钟炉顶布料器同步齿轮直接传动装置，使其不仅具有系统结构简单、生产成本和制造难度降低、使用寿命长等特点，而且传力效果更好，可靠性进一步提高。

本发明的技术方案如下：

一种用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，含有主旋转电机1，主旋转减速齿轮对，主旋转驱动轴11，主旋转传入齿轮12，倾动电机13，倾动减速齿轮，倾动驱动轴23以及倾动传入齿轮24，其特征在于：所述的同步齿轮直接传动装置还包括设置在主旋转轴和倾动驱动轴之间的同步齿轮传动机构，分别设置在所述主旋转轴和倾动驱动轴上的主旋转齿套咬合机构和倾动咬合机构，以及控制咬合和分离的拨叉机构；所述的同步齿轮传动机构由主旋转轴套筒齿轮10、反向齿轮26、反向齿轮轴25和倾动轴联结齿轮22组成，主旋转轴套筒齿轮通过轴承安装在主旋转轴上；所述的主旋转齿套咬合机构由主旋转齿套咬合机构第一齿轮5、主旋转咬合齿套6和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7组成，该第二齿轮与主旋转轴套筒齿轮10固连；倾动咬合机构由倾动咬合齿套19、倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21组成，所述的倾动咬合第一齿轮20与倾动轴套筒齿轮16固连，倾动轴套筒齿轮通过轴承安装在倾动驱动轴上，并与倾动减速齿轮15啮合；所述的拨叉机构由第一拨叉头27、第二拨叉头28、拨叉连杆29和拨叉控制器30组成。

上述技术方案中，所述的主旋转齿套咬合机构第二齿轮7与主旋转轴套筒齿轮10采用一体式连接结构；所述的倾动咬合第一齿轮20与倾动轴套筒齿轮16采用一体式连接结构。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及效果：①本发明采用同步齿轮直接传动机构代替已有技术的无极变速器，通过齿轮进行直接传动，不仅系统构成简单，有效降低了生产成本和制造难度，而且传力效果好，可靠性高；②采用齿套咬合式机构，可根据需求分别控制主旋转和倾动电机的工作，达到节能高效；③本发明的装置仅采用两个拨叉头，由拨叉控制器来对齿套咬合式机构进行直线运动的控制，可以避免几种工作方式的干涉，大大增加了装置的可靠性。

该装置可以仅通过主旋转电机以及同步齿轮直接传动机构来实现溜槽倾角不改变的主旋转的工作方式，又可以仅通过倾动电机以及齿套咬合式机构来实现溜槽的定点倾动，每种方式都为齿轮的直接传递，具有高效节能的特点；还可通过两个电机的直接差动来实现主旋转与倾动的联动，从而进行螺旋式布料。由于传动环节比较少，与传统的行星齿轮布料器装置相比，布料器主旋转的效率可提高约6％，倾动旋转的效率可提高约11％，布料器总体将节能约8％左右。

本发明主要通过同步齿轮来进行直接传动，并通过齿套咬合式机构来实现主旋转以及倾动旋转的转换，采用的不是同步器，而是采用齿套咬合式机构，上下两级齿轮对通过拨叉带动含内齿的环形齿套滑动进行咬合或分离，齿套的内齿以及咬合齿轮对之间的侧边齿型具有圆滑的锥型和坡度，在齿套滑动时能够在齿间有错动的任意情况下顺利实现齿轮的咬合，由于工作时的主旋转和倾动旋转的转速均较慢，可以在主旋转电机停转或倾动电机停转的状态下通过齿套咬合式机构进行主旋转与溜槽倾角状态的转换。同时无极变速器被一组同步齿轮对取代，本发明的装置具有传递力矩大、运行同步性好、制造方便、使用寿命长的特点。此外本发明的装置仅采用两个拨叉头，由拨叉控制器来对齿套咬合式机构进行直线运动的控制，可以避免几种工作方式的干涉，大大增加了装置的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的同步齿轮直接传动装置的结构示意图。

图2为采用同步齿轮直接传动式高炉无料钟炉顶布料器的布置图。

图3为同步齿轮直接传动式高炉无料钟炉顶布料器实施例的整体结构示意图。

图中：1-主旋转电机；2-主旋转电机编码器；3-主旋转减速齿轮对第一齿轮；4-主旋转减速齿轮对第二齿轮；5-主旋转齿套咬合机构第一齿轮；6-主旋转咬合齿套(含内齿)；7-主旋转齿套咬合机构第二齿轮；8-主旋转轴套筒第一轴承；9-主旋转轴套筒第二轴承；10-主旋转轴套筒齿轮；11-主旋转驱动轴；12-主旋转传入齿轮；13-倾动电机；14-倾动电机编码器；15-倾动减速齿轮；16-倾动轴套筒齿轮；17-倾动套筒第一轴承；18-倾动套筒第二轴承；19-倾动咬合齿套(含内齿)；20-倾动咬合第一齿轮；21-倾动咬合第二齿轮；22-倾动轴联结齿轮；23-倾动驱动轴；24-倾动传入齿轮；25-反向齿轮轴；26-反向齿轮；27-第一拨叉头；28-第二拨叉头；29-拨叉连杆；30-拨叉控制器；31—炉喉；32—溜槽；33—主旋转驱动齿轮；34—主旋转回转环；35—倾动回转环；36—倾动涡轮涡杆；37—倾动驱动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构及具体实施方式作进一步的说明：

图1是本发明提供的同步齿轮直接传动装置的结构示意图。该装置含有主旋转电机1，主旋转减速齿轮对第一齿轮3，主旋转减速齿轮对第二齿轮4，主旋转驱动轴11，主旋转传入齿轮12，倾动电机13，倾动减速齿轮15，倾动驱动轴23，倾动传入齿轮24，设置在主旋转轴和倾动驱动轴之间的同步齿轮传动机构，分别设置在所述主旋转轴和倾动驱动轴上的主旋转齿套咬合机构和倾动咬合机构，以及控制咬合和分离的拨叉机构；所述的同步齿轮传动机构包括主旋转轴套筒齿轮10、反向齿轮26、反向齿轮轴25和倾动轴联结齿轮22组成，主旋转轴套筒齿轮通过主旋转轴套筒第一轴承8和主旋转轴套筒第二轴承9安装在主旋转驱动轴11上；所述的主旋转齿套咬合机构由主旋转齿套咬合机构第一齿轮5、主旋转咬合齿套6和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7组成，主旋转齿套咬合机构第一齿轮5固结在主旋转驱动轴11上，主旋转齿套咬合机构第二齿轮7与主旋转轴套筒齿轮10固连；所述的倾动咬合机构由倾动咬合齿套19、倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21组成，所述的倾动咬合第一齿轮20固定在倾动轴套筒齿轮16，倾动咬合第二齿轮21与倾动驱动轴23固连，倾动轴套筒齿轮16通过倾动套筒第一轴承17和倾动套筒第二轴承18安装在倾动驱动轴23上，并与倾动减速齿轮15啮合；所述的拨叉机构由第一拨叉头27、第二拨叉头28、拨叉连杆29和拨叉控制器30组成。主旋转咬合齿套(含内齿)6可通过第一拨叉头27的推动在主旋转齿套咬合机构第一齿轮5和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7之间滑动，实现咬合与分离。倾动轴套筒齿轮16与倾动驱动轴23之间通过两个套筒轴承可自由转动，倾动咬合第二齿轮21和倾动轴联结齿轮22固结在倾动驱动轴23上。倾动咬合齿套(含内齿)19可通过第二拨叉头28的推动在倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21之间滑动，实现咬合与分离。

该装置还包括安装在主旋转电机输出轴上的主旋转电机编码器2和安装在倾动电机输出轴上的倾动电机编码器14，可分别监测主旋转电机1与倾动电机13的转速，并实现对电机的控制。

主旋转电机1经过主旋转减速齿轮对，在第一拨叉头27的控制下通过主旋转齿套咬合机构来实现对倾动驱动轴23的驱动，而主旋转齿套咬合机构第一齿轮5与主旋转驱动轴11为传递力矩的固定连接，则对主旋转传入齿轮12进行直接倾动，这样就实现了由主旋转电机1对主旋转驱动轴及驱动轴的同步驱动；倾动电机13在第二拨叉头28的控制下通过倾动咬合机构来实现与倾动驱动轴23相连，在倾动咬合机构咬合时，倾动电机13可以直接驱动倾动传入齿轮24，实现无主旋转状态下的溜槽倾动。图2是同步齿轮直接传动式高炉无料钟炉顶布料器的布置图。

齿套咬合式机构中主旋转咬合齿套6和倾动咬合齿套19的内齿以及咬合机构中齿轮对之间的侧边齿型应具有圆滑的锥型和坡度，以便能够顺利咬合，并且主旋转轴套筒齿轮10/主旋转传入齿轮12/主旋转驱动齿轮33/主旋转回转环34的传动比，要求与倾动轴联结齿轮22/倾动传入齿轮24/倾动驱动齿轮37/倾动回转环35的传动比严格保持传动同步。无论在何种工作模式，都通过主旋转传入齿轮12来驱动布料器的齿轮33和主旋转回转环34，以及通过倾动传入齿轮24来驱动布料器的齿轮37和倾动回转环35，再通过主旋转回转环34以及倾动回转环35的差速来驱动倾动涡轮涡杆36，并使得溜槽32产生倾动，如图3所示。

本发明给出的用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置可以提供以下几种布料工作方式。

工作方式1：仅进行主旋转运动，溜槽的倾角保持不变；

即通过拨叉控制器30，使得拨叉连杆29带动第一拨叉头27、第二拨叉头28朝着远离反向齿轮26的方向作直线移动，这时将主旋转齿套咬合机构第一齿轮5和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7通过含内齿的主旋转咬合齿套6进行咬合，倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21进行分离；使主旋转电机1工作，倾动电机13不工作，通过主旋转轴套筒齿轮10、反向齿轮26和倾动轴联结齿轮22的齿轮直接传动，则仅由主旋转电机1的驱动，就可以得到同步的主旋转和倾动旋转运动，通过主旋转传入齿轮12和主旋转驱动齿轮33带动主旋转回转环34运动，通过倾动传入齿轮24和倾动驱动齿轮37带动倾动回转环35运动，由于主旋转回转环34与倾动回转环35的旋转运动无差动，这时倾动涡轮涡杆36无相对运动，溜槽32的倾角不产生变化。

工作方式2：无主旋转运动，仅有溜槽定点倾动；

即通过拨叉控制器30，使得拨叉连杆29带动第一拨叉头27、第二拨叉头28朝着靠近反向齿轮26的方向作直线移动，将主旋转齿套咬合机构第一齿轮5和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7分离，倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21通过含内齿的倾动咬合齿套19进行咬合；这时主旋转电机1不工作，倾动电机13工作，则仅由倾动电机13的驱动，就可以直接通过倾动传入齿轮24和倾动驱动齿轮37带动倾动回转环35运动，而这时主旋转回转环34不旋转，仅由倾动回转环35带动倾动涡轮涡杆36运动，使得溜槽32的倾角变化；该工作方式用于定点布料，或在检修时，可以使得溜槽达到指定倾角位置。

工作方式3：主旋转运动与溜槽倾动同时进行；

即通过拨叉控制器30，使得拨叉连杆29带动第一拨叉头27、第二拨叉头28朝着靠近反向齿轮26的方向作直线移动，将主旋转齿套咬合机构第一齿轮5和主旋转齿套咬合机构第二齿轮7分离，倾动咬合第一齿轮20和倾动咬合第二齿轮21通过含内齿的倾动咬合齿套19进行咬合；这时主旋转电机1工作，同时倾动电机13工作，则可由主旋转电机1和倾动电机13来直接实现差动，再由主旋转回转环34与倾动回转环35的差动来带动倾动涡轮涡杆36运动，使得溜槽32的倾角发生变化。该工作方式可实现螺旋布料需求。

Claims (3)

1、一种用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，含有主旋转电机(1)，主旋转减速齿轮对，主旋转驱动轴(11)，主旋转传入齿轮(12)，倾动电机(13)，倾动减速齿轮(15)，倾动驱动轴(23)以及倾动传入齿轮(24)，其特征在于：所述的同步齿轮直接传动装置包括设置在主旋转轴和倾动驱动轴之间的同步齿轮传动机构，分别设置在所述主旋转轴和倾动驱动轴上的主旋转齿套咬合机构和倾动咬合机构，以及控制咬合和分离的拨叉机构；所述的同步齿轮传动机构包括主旋转轴套筒齿轮(10)、反向齿轮(26)、反向齿轮轴(25)和倾动轴联结齿轮(22)组成，主旋转轴套筒齿轮通过轴承安装在主旋转轴上；所述的主旋转齿套咬合机构由主旋转齿套咬合机构第一齿轮(5)、主旋转咬合齿套(6)和主旋转齿套咬合机构第二齿轮(7)组成，该第二齿轮与主旋转轴套筒齿轮(10)固连；倾动咬合机构由倾动咬合齿套(19)、倾动咬合第一齿轮(20)和倾动咬合第二齿轮(21)组成，所述的倾动咬合第一齿轮(20)与倾动轴套筒齿轮(16)固连，倾动轴套筒齿轮通过轴承安装在倾动驱动轴上，并与倾动减速齿轮(15)啮合；所述的拨叉机构由第一拨叉头(27)、第二拨叉头(28)、拨叉连杆(29)和拨叉控制器(30)组成。

2.按照权利要求1所述的用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，其特征在于：所述的主旋转齿套咬合机构第二齿轮(7)与主旋转轴套筒齿轮(10)采用一体式连接结构；所述的倾动咬合第一齿轮(20)与倾动轴套筒齿轮(16)采用一体式连接结构。

3.按照权利要求1所述的用于高炉无料钟炉顶布料器的同步齿轮直接传动装置，其特征在于：所述的同步齿轮直接传动装置还包括安装在主旋转电机输出轴上的主旋转电机编码器(2)和安装在倾动电机输出轴上的倾动电机编码器(14)。

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