CN101798614B - 复合双球面支撑连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合双球面支撑连接装置，包括垂直贯穿固设在托圈上的四个垂直双球面连接副和设置在托圈下部的两个水平双球面连接副；垂直双球面连接副包括对称分布在托圈上下两侧的两个第一底座和两个第一半球体，第一半球体的球面部分容设于第一底座的球形凹槽中形成球面副，第一半球体的平面部分滑设在与托圈固接的弹性体导向板上；水平双球面连接副包括第二底座以及对称分布在其两侧的两个小半球体、两个大半球体及两个第三底座，小半球体、大半球体的球面部分分别容设在第二底座两侧的球形凹槽与第三底座的球形凹槽中各自形成球面副，小半球体与大半球体之间平面接触形成滑动副。本发明具有结构简单、安全可靠、炉壳承载静定、免维护等优点。

Description

复合双球面支撑连接装置

技术领域

本发明涉及一种连接机构，尤其是一种用于冶金设备中转炉与托圈连接的复合双球面支撑连接装置。

背景技术

转炉炉壳和托圈的连接装置是转炉设备的重要部件，通过这种连接装置炉壳才能在托圈的带动下实现转动并完成炼钢过程中的装料、取样、测温、出渣及出钢等操作。工作时转炉炉壳在热、力等载荷作用下会发生空间变形，这就要求连接装置能适应转炉炉壳与托圈之间的相对变形，并将炉壳负荷均匀地分布在托圈上。在申请号为“93117357.4”的中国发明专利和申请号为“US5364079”的美国发明专利说明书中公开的一种“倾动式转炉”以及在申请号为“200410022515.8”的中国发明专利说明书中公开的“一种转炉炉壳吊挂装置”都采用了球轴承作为适应转炉炉壳与托圈之间相对变形的方法，前者采用球轴承过多，机加工复杂、装配要求也较高，造价昂贵；后者在各连接处对焊接变形的适应性不是十分理想，会出现局部无法摆动的可能性，同时，采用十字铰的吊耳，截面复杂，难以加工，其过渡弧面受力较差，易出现应力过集中现象，使构件破坏机率增大。此外，两者都采用三根垂直拉杆连接，一旦出现一根发生破坏，整个连接系统就会失效。申请号为“200720173362.6”的中国实用新型专利说明书中公开的一种“转炉板式柔性连接装置”采用弹簧薄带板以“托笼”的型式将转炉炉壳与托圈牢固的连接在一起，其连接点过多，现场安装精度要求极高，难度相当大，且弹簧薄带板的材质要求很高，需从美国或欧洲进口，成本较大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有连接技术的不足，提供一种结构简单、使用安全可靠、炉壳承载静定、免维护的复合双球面支撑连接装置。

为达到上述目的，本发明复合双球面支撑连接装置所采用的技术方案为：

一种复合双球面支撑连接装置，其包括有托圈和转炉炉壳，其还包括有四个垂直双球面连接副和两个水平双球面连接副，所述四个垂直双球面连接副垂直贯穿固设在所述托圈上、并沿所述托圈的耳轴中心线对称分布，所述两个水平双球面连接副对应于所述托圈的耳轴中心线的两端、固设在所述托圈下部的所述转炉炉壳上；

所述各垂直双球面连接副，其包括有成对组设且对称分布在所述托圈上下两侧的第一筋板、第一底座、第一半球体和弹性体导向板；所述第一筋板平行于所述托圈与所述转炉炉壳焊接；所述第一底座的一侧与所述第一筋板焊接，所述第一底座的另一侧具有球形凹槽；所述第一半球体的球面部分容设于所述第一底座的球形凹槽中，与所述第一底座配合形成球面副；所述第一半球体的平面部分滑设在所述弹性体导向板上，所述弹性体导向板固设在所述托圈上；

所述各水平双球面连接副，其包括有第二底座以及对称地分布在所述第二底座左右两侧的两个小半球体、两个大半球体及两个第三底座；所述第二底座的左右两侧具有球形凹槽，所述小半球体的球面部分容设于所述第二底座的球形凹槽中，与所述第二底座配合形成球面副；所述第三底座焊于所述托圈的下部，其朝向所述第二底座的一侧具有球形凹槽，所述大半球体的球面部分容设于所述第三底座的球形凹槽中，与所述第三底座配合形成球面副；位于所述第二底座同侧的所述小半球体与所述大半球体之间平面接触，形成滑动副。

所述复合双球面支撑连接装置，其还包括有水平挡块组件，所述水平挡块组件位于正对出钢侧的所述托圈的下方，其包括有水平挡板、分别成对组设且对称分布在所述水平挡板两侧的第五筋板和第六筋板；所述水平挡板焊于所述托圈的下侧；位于所述水平挡板同侧的所述第五筋板和所述第六筋板垂直焊接于一体，并再与所述转炉炉壳焊接在一起；所述第五筋板和所述水平挡板之间留有微小间隙。

所述各垂直双球面连接副还包括有两个第二筋板和两个第三筋板，所述第二筋板、第三筋板位于所述第一筋板相反于所述第一底座的一侧，且所述第二筋板、第三筋板与所述第一筋板彼此垂直焊接，并再与所述转炉炉壳焊接在一起。

所述各水平双球面连接副还包括有对称焊接在所述第二底座上下两端的四个第四筋板，所述第四筋板同时与所述转炉炉壳焊接为一体。

两个相邻的所述垂直双球面连接副与所述水平双球面连接副之间的夹角在20°至30°之间。

本发明复合双球面支撑连接装置，其主要优点在于：

1)可适应转炉炉壳各方向的变形特点，且不产生大的额外附加力；

2)没有较大改变转炉整体设备的重心，依然遵循正力矩设计的原则，提高了转炉运行的可靠性；

3)可以适度补偿由于焊接变形而引起的安装误差，具有良好的空间适应性；

4)受力比较理想，无局部明显设计薄弱环节，具有较强的可操作性，且当一组垂直双球面连接副局部发生失效，另外三组短时间同样保证转炉正常工作，减少冻炉危险的发生，具有较高的安全性；

5)仅采用球面副及滑动副，无球轴承连接，具有结构紧凑，承载能力强，成本低，现场安装方便和使用维护少等特点。

附图说明

图1为本发明复合双球面支撑连接装置的各连接副分布图。

图2为本发明复合双球面支撑连接装置的垂直连接机构图。

图3为本发明复合双球面支撑连接装置的水平连接机构图。

图4为本发明复合双球面支撑连接装置的水平挡块组件图。

附图标记说明

1-托圈；2-转炉炉壳；3-垂直双球面连接副；4-水平双球面连接副；5-水平挡块组件；6-小半球体；7-第二底座；8-第四筋板；9-第三底座；10-大半球体；11-第五筋板；12-第六筋板；13-水平挡板；14-第二筋板；15-第三筋板；16-第一筋板；17-第一底座；18-第一半球体；19-弹性体导向板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。

如图1所示的复合双球面支撑连接装置，主要由托圈1、转炉炉壳2、四个垂直双球面连接副3及两个水平双球面连接副4组成。所述四个垂直双球面连接副3垂直贯穿固设在托圈1上、并沿托圈1的耳轴中心线对称分布，两个水平双球面连接副4对应于托圈1的耳轴中心线的两端、固设在托圈1下部的转炉炉壳2上。

如图2所示，各垂直双球面连接副3包括有分别成对组设且对称分布在托圈1上下两侧的第一筋板16、第一底座17、第一半球体18和弹性体导向板19。第一筋板16平行于托圈1与转炉炉壳2焊接，第一底座17的一侧与第一筋板16焊接，第一底座17的另一侧具有球形凹槽。第一半球体18的球面部分容设于第一底座17的球形凹槽中，与第一底座17配合形成球面副，可以保证转炉炉壳2在空间的三个旋转自由度。第一半球体18的平面部分滑设在弹性体导向板19上，弹性体导向板19通过螺钉固定在托圈1上，与托圈1没有相对位移，第一半球体18可以通过其平面部分在弹性导向板19的表面上滑动一定距离。

各垂直双球面连接副3还包括有两个第二筋板14和两个第三筋板15。第二筋板14、第三筋板15位于第一筋板16相反于第一底座17的一侧，且第二筋板14、第三筋板15与第一筋板16彼此垂直焊接后，并再与转炉炉壳2焊接在一起。

如图3所示，各水平双球面连接副4，其包括有第二底座7以及对称地分布在第二底座7左右两侧的两个小半球体6、两个大半球体10及两个第三底座9。第二底座7的左右两侧具有球形凹槽，小半球体6的球面部分容设于第二底座7的球形凹槽中，与第二底座7配合形成球面副。第三底座9焊于托圈1的下部，第三底座9朝向第二底座7的一侧具有球形凹槽，大半球体10的球面部分容设于第三底座9的球形凹槽中，与第三底座9配合形成球面副。为减轻第三底座9的自身重量及降低成本，也可将第三底座9的形状做成上部为一竖直钢板、下部为能够将大半球体10的球面部分包住的V形状，整体铸造成形，以改善局部受力状况。位于第二底座7同侧的小半球体6与大半球体10之间平面接触，形成滑动副。各水平双球面连接副4还包括有四个第四筋板8，这些第四筋板8对称地焊接在第二底座7的上下两端，以加强第二底座7的局部强度，并且其连接处外形与转炉炉壳2相适应、并通过焊接的方式与转炉炉壳2连为一体。

此外，如图4所示，本发明复合双球面支撑连接装置，还包括有水平挡块组件5，该水平挡块组件5包括有水平挡板13、分别成对组设且对称分布在水平挡板13左右两侧的第五筋板11和第六筋板12。其中，水平挡板13焊于托圈1的下侧，位于水平挡板13同侧的第五筋板11和第六筋板12垂直焊接于一体，并再与转炉炉壳2焊在一起。第五筋板11和水平挡板13之间留有微小间隙，以适应转炉炉壳膨胀产生的局部附加应力。

在吹炼工况(即转炉位于垂直位置)时，由四个垂直双球面连接副3承受钢水、转炉炉壳及其附件的重量，水平双球面连接副4及挡块5都处于未受力状态。当托圈1在倾动力矩的作用下带动转炉炉壳2沿耳轴轴线转动(＜90°)时，垂直双球面连接副3和水平双球面连接副4的球面副局部受力完成连接支撑作用。当转动至水平位置(＝90°)时，垂直双球面连接副3不再承受作用力，而由水平双球面连接副4承受连接的作用力，水平双球面连接副4的双球面副可以适应转炉炉壳2正反转动方向的受力情况。当继续转动时(＞90°)，由于该结构具有上下对称性，此时受力状态与小于90°时相似，只是受力点发生了变化。垂直双球面连接副3和水平双球面连接副4的球面副同时还可以适度补偿由于焊接变形而引起的安装误差，具有良好的空间适应性。

当转炉炉壳2受热发生周向膨胀时，转炉炉壳2通过第一半球体18与弹性体导向板19、小半球体6与大半球体10之间的滑动副进行补偿性地适应。当局部的热膨胀不一致时，转炉炉壳2可以通过第一底座17与第一半球体18、第三底座9与大半球体10、小半球体6与第二底座7之间的球面副进行空间任意转动方向的变化。当转炉炉壳2受热发生轴向膨胀时，转炉炉壳2中部的弹性体导向板19可以进行轴向补偿。在轴向与周向膨胀共同作用时，各连接支撑部分通过球面副与滑动副共同进行复合适应，保证不产生过大的局部附加应力。当转炉炉壳2受冷发生周向收缩时，其过程与受热膨胀相反。

在实施过程中，四个垂直双球面连接副3分别对称分布于托圈1耳轴轴线(即x-x轴线)的两侧，两个个水平双球面连接副4分别分布于托圈1耳轴轴线正下方、且对称分布于y-y轴线，水平挡块组件5位于正对出钢侧的托圈1的下方。两个相邻的垂直双球面连接副3与水平双球面连接副4之间的夹角(参见图1所示的β角)，设置在20°至30°之间。本发明中的四个垂直双球面连接副3限制了转炉炉壳2的z-z向的窜动，两个水平双球面连接副4限制了转炉炉壳2的y-y向的窜动；挡块5限制了转炉炉壳2的x-x向的窜动；它们组合在一起共同限制了转炉炉壳2的x-x、y-y和z-z向的转动，转炉炉壳2自身基本上可视为全约束。四个对称分布的垂直双球面连接副3、两个对称分布的水平双球面连接副4及位于托圈下方的水平挡块组件5没有较大改变转炉整体设备的重心，依然保持遵循正力矩设计的原则，提高了转炉运行的可靠性。

当然本发明不局限于上述实施方式，任何在本发明的启示下都可得出其它形式的变形，例如将各个布置点的角度进行变换等，不论其在结构上作任何变化，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种复合双球面支撑连接装置，包括有托圈(1)和转炉炉壳(2)，其特征在于，其还包括有四个垂直双球面连接副(3)、两个水平双球面连接副(4)和水平挡块组件(5)，所述四个垂直双球面连接副(3)垂直贯穿固设在所述托圈(1)上、并沿所述托圈(1)的耳轴中心线对称分布，所述两个水平双球面连接副(4)对应于所述托圈(1)的耳轴中心线的两端、固设在所述托圈(1)下部的所述转炉炉壳(2)上，所述水平挡块组件(5)位于正对出钢侧的所述托圈(1)的下方；

所述各垂直双球面连接副(3)，其包括有分别成对组设且对称分布在所述托圈(1)上下两侧的第一筋板(16)、第一底座(17)、第一半球体(18)和弹性体导向板(19)；所述第一筋板(16)平行于所述托圈(1)与所述转炉炉壳(2)焊接；所述第一底座(17)的一侧与所述第一筋板(16)焊接，所述第一底座(17)的另一侧具有球形凹槽；所述第一半球体(18)的球面部分容设于所述第一底座(17)的球形凹槽中，与所述第一底座(17)配合形成球面副；所述第一半球体(18)的平面部分滑设在所述弹性体导向板(19)上，所述弹性体导向板(19)固设在所述托圈(1)上；

所述各水平双球面连接副(4)，其包括有第二底座(7)以及对称地分布在所述第二底座(7)左右两侧的两个小半球体(6)、两个大半球体(10)及两个第三底座(9)；所述第二底座(7)的左右两侧具有球形凹槽，所述小半球体(6)的球面部分容设于所述第二底座(7)的球形凹槽中，与所述第二底座(7)配合形成球面副；所述第三底座(9)焊于所述托圈(1)的下部，其朝向所述第二底座(7)的一侧具有球形凹槽，所述大半球体(10)的球面部分容设于所述第三底座(9)的球形凹槽中，与所述第三底座(9)配合形成球面副；位于所述第二底座(7)同侧的所述小半球体(6)与所述大半球体(10)之间平面接触，形成滑动副；

所述水平挡块组件(5)，其包括有水平挡板(13)、分别成对组设且对称分布在所述水平挡板(13)两侧的第五筋板(11)和第六筋板(12)；所述水平挡板(13)焊于所述托圈(1)的下侧；位于所述水平挡板(13)同侧的所述第五筋板(11)和所述第六筋板(12)垂直焊接于一体，并再与所述转炉炉壳(2)焊接在一起；所述第五筋板(11)和所述水平挡板(13)之间留有微小间隙。

2.如权利要求1所述的复合双球面支撑连接装置，其特征在于，所述各垂直双球面连接副(3)还包括有两个第二筋板(14)和两个第三筋板(15)，所述第二筋板(14)、第三筋板(15)位于所述第一筋板(16)相反于所述第一底座(17)的一侧，且所述第二筋板(14)、第三筋板(15)与所述第一筋板(16)彼此垂直焊接，并再与所述转炉炉壳(2)焊接在一起。

3.如权利要求1所述的复合双球面支撑连接装置，其特征在于，所述各水平双球面连接副(4)还包括有对称焊接在所述第二底座(7)上下两端的四个第四筋板(8)，所述第四筋板(8)同时与所述转炉炉壳(2)焊接为一体。

4.如权利要求1所述的复合双球面支撑连接装置，其特征在于，两个相邻的所述垂直双球面连接副(3)与所述水平双球面连接副(4)之间的夹角在20°至30°之间。

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