CN102409121B - 单缸叉臂式无料钟高炉布料器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸叉臂式高炉无料钟布料器，包括布料器箱体、顶盖、水冷盘、上回转支承、旋转套筒、托圈、下回转支承、耳轴、耳轴曲柄、溜槽托架、溜槽、喉管以及用于控制溜槽β角的水平传动装置；其关键改进在于：还包括托圈驱动机构，所述托圈驱动机构包括刚性驱动臂和刚性平衡臂以及用于驱动刚性驱动臂和刚性平衡臂上下运动的驱动装置；其优点在于：用最短的传动链实现了由一个液压缸对托圈的无径向分力的对称的双点驱动，刚性驱动臂可以将液压缸对刚性驱动臂的单点驱动演变为刚性驱动臂对拖圈的双点驱动。

Description

单缸叉臂式无料钟高炉布料器

技术领域

本发明涉及了一种高炉配套设备，特别涉及了一种单缸叉臂式高炉无料钟布料器。

背景技术

高炉溜槽布料器是高炉添装料的关键设备，由于它具有布料灵活和均匀的特点，已经得到非常广泛的应用，而溜槽的灵活稳定的运动是溜槽布料器能够灵活和均匀布料的关键，一般溜槽的位置通过其相对于布料器轴线的α角和β角进行控制，α角为溜槽与布料器轴线之间的夹角，为了达到布料均匀的目的，在布料过程中溜槽需要进行两个方向的运动，一种运动是改变其与布料器箱体轴线之间的夹角的摆动，目的在于改变溜槽的α角，另外一种是借助于驱动装置驱动溜槽绕布料器轴线产生的圆周运动，目的在于改变溜槽的β角；溜槽的α角一般是由托圈及下回转支承通过导轮沿导轨作上下的直线往复运动来实现的，由于托圈直径较大，在正常使用过程中，托圈所受来自溜槽的力为偏载荷，受力点围绕其轴线随溜槽的β角同步旋转，所以，托圈升降机构运动精度的控制是直接影响溜槽α角精度的关键因素，也是影响布料器使用寿命的关键因素，目前采用的托圈提升机构主要有以下几种：

1) 钢丝绳提升型

其主要结构是由一根钢丝绳提升托圈，只可以单向加力，托圈下行依靠自身重力，可靠性低；托圈定位依靠其外圈上的多组滚轮组与布置在布料器箱体内壁上的导轨来实现，由于每组滚轮组包括至少两套竖向排列的滚轮，调整复杂，也不易保证下回转轴承的几何中心与旋转中心重合，运行时托圈晃动明显，托圈使用寿命较短，可靠性低，直接影响高炉生产稳定性。

2）单臂双连杆控制型

该机构由单臂双连杆控制托圈的提升，可以实现双向加力，但传动链较长，运行时拖圈有侧向分力产生，托圈定位同样依靠其外圈上的多组滚轮组与布置在布料器箱体内壁上的导轨来实现；由于每组滚轮组仍然是由竖向设置的两组滚轮组成，调整困难，而且运行时的侧向分力使得托圈几何中心与下回转支承的旋转中心不易重合，产生偏心，托圈晃动明显。

3）双臂四连杆控制型

该机构采用两组全对称四连杆式α角驱动机构，具有机械联锁、同步驱动、拖圈所受径向分力可完全抵消等一系列突出优点，克服了一组双连杆式α角驱动机构给下回转支承及其托圈所带来的径向分力，下回转支承及其托圈的定位由四连杆和一组导轮及导轨共同组成，导轮少，调整容易，但由于α角驱动的传动链太长，积累误差不易控制，导致布料器运行时托圈晃动依然比较明显，可靠性下降。

4）三个液压缸联动控制型

该机构最大的问题是三个液压缸的同步不容易实现，结构复杂，故障点较多，一旦三个液压缸出现不同步联动，对布料器的损害往往是不可修复的。

5）卢森堡PW型

卢森堡PW型炉顶布料器的α角驱动机构由一对开式齿轮副和一对蜗轮蜗杆副组成，结构紧凑，性能稳定，但对材料及其加工工艺的要求很高，备件及维护的费用也极其高昂，属于性能较好价格极高的设备类型，性价比不高，不易推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种传动链短、结构简单、制造成本低、且无侧向分力的托圈提升机构，提高其使用寿命和稳定性的单缸叉臂式高炉无料钟布料器。

本发明的设计构思是这样的：单套液压缸驱动刚性叉臂上的一点，在其允许的弹性变形范围内刚性叉臂将该驱动力自动分解为两个驱动分力，并分别驱动（提升或下推）与托圈中心相对称的两侧导轮轴，从而完成对托圈的两点对称提升，同时在刚性平衡臂的配合下可有效防止托圈在运行过程中极易产生的各方向的倾动现象，刚性驱动臂和刚性平衡臂在本发明所披露的机构中均视为刚性体，其弹性变形在整个托圈运行精度要求范围内是可以忽略的，刚性驱动臂和刚性平衡臂呈十字交叉设置，使得托圈相对于布料器箱体只有上下运动的自由度，且其尾部设置的滑槽结构允许其支撑点随托圈上下运动过程中有一定的位移，在一定程度上能够简化整个布料器结构，降低安装难度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种单缸叉臂式高炉无料钟布料器，包括布料器箱体、顶盖、水冷盘、上回转支承、旋转套筒、托圈、下回转支承、耳轴、耳轴曲柄、溜槽托架、溜槽、喉管以及用于控制溜槽β角的水平传动装置；所述托圈下部与所述下回转支承的固定圈连接；所述溜槽托架两侧分别与所述旋转套筒下端借助于两根耳轴相铰接；所述两根耳轴分别穿过旋转套筒设置、且外侧一端与下回转支承的旋转圈之间设置有溜槽α角执行机构；所述托圈外侧与布料器箱体之间设置有导向机构；其关键改进在于：还包括托圈驱动机构，所述托圈驱动机构包括刚性驱动臂和刚性平衡臂以及驱动装置；

刚性驱动臂和刚性平衡臂在水平方向上呈十字交叉设置；所述刚性驱动臂和刚性平衡臂尾端均设有滑槽、且滑槽分别与固定设在所述布料器箱体侧壁上的水平支撑轴相连接；所述刚性驱动臂和刚性平衡臂首端分别与设在托圈外侧的导向机构铰接。

所述驱动装置为液压缸，所述液压缸竖向固定设于所述布料器箱体顶盖上、且其伸入布料器箱体内的活塞杆端部通过活塞杆接头与所述刚性驱动臂铰接。

所述液压缸为一套，其缸体首端与所述布料器箱体顶盖固定连接，其活塞杆伸入布料器箱体内、且通过活塞杆接头在导轮轴轴心线所处的竖向平面内与所述刚性驱动臂一侧叉臂前部铰接。

所述导向机构包括环向均布于所述布料器箱体内壁上的四条以上竖向导轨和环向均布于所述托圈外侧的与竖向导轨配合设置的四套以上导向轮总成。

所述导向轮总成竖向设置至少一组导向轮；所述刚性驱动臂和刚性平衡臂首端两侧分别与相对的两套导向轮总成中位于顶部的导向轮同轴铰接。

所述液压缸为一套，其缸体首端与所述布料器箱体顶盖固定连接，其活塞杆伸入布料器箱体内、且通过活塞杆接头与所述托圈铰接。

所述溜槽α角执行机构包括两套耳轴曲柄和异形连杆；所述两套耳轴曲柄分别与两根耳轴位于旋转套筒外侧端固定连接；所述异形连杆下端分别与所述两套耳轴曲柄的尾端铰接、上端与固定在下回转支承旋转圈上的左连接耳及右连接耳分别铰接。

所述刚性驱动臂首端一侧叉为平行设置的结构相同的双叉，其外侧叉与所述导向轮的轮轴铰接；所述活塞杆端部通过活塞杆接头与其内侧叉铰接、且铰轴与所述导向轮的轮轴位于同一轴线。

所述溜槽α角执行机构包括两套耳轴曲柄、设于耳轴曲柄尾端的曲柄尾轮以及对称设于所述下回转支承旋转圈上的两套滑槽；所述曲柄尾轮与所述的两套滑槽嵌合设置。

采用上述技术方案所产生的有益效果是：本发明所使用的托圈驱动机构主要由两个外形类似H形或者Y形的刚性叉臂和与其相连接的托圈及其托圈导向机构组成。两个刚性叉臂呈十字交叉状布局，这样可有效防止托圈在水平面内任何方向上都有可能产生的倾动现象，每个刚性叉臂的首端两侧叉分别与分布在托圈圆周方向四等分处的相对的两组导向轮总成的轮轴铰接，其后叉部分则分别与分布在布料器侧壁上的水平支撑轴连接，后叉支撑部分设置有滑槽，其支撑点允许有一定的位移；同时在具体应用过程中使用单个液压缸作为托圈驱动机构的动力装置，液压缸的活塞杆端部与刚性驱动臂首端一侧叉的端部铰接，铰接轴与导向轮的轮轴同轴设置，确保驱动力和荷载反作用力位于同一竖向平面内，且为了均衡刚性驱动臂首端两侧叉之间的驱动力，将其一侧叉设为双叉，活塞杆与双叉的内侧叉铰接，当活塞杆向刚性驱动臂施力的时候，刚性驱动臂即可将驱动力分布在其两个荷载点，由于将刚性驱动臂视为刚体，所以在驱动过程中托圈不会产生径向分力，确保托圈运动稳定性；与刚性驱动臂呈十字交叉设置的刚性平衡臂的作用在于保持托圈在运动过程中另外两个方向的倾动，所以本发明所披露的布料器可以将导向机构中的导向轮总成设为一组导轮，只起导向作用，简化了布料器整体结构，大大降低生产成本。

附图说明

图1  为本发明主视图的全剖视图；

图2  为本发明俯视图；

图3  为图1的A-A向视图；

图4  为本发明左视图的全剖视图；

图5  为刚性驱动臂的主视图（局部剖）；

图6  为刚性驱动臂的俯视图；

图7  为刚性平衡臂的主视图（局部剖）；

图8  为刚性平衡臂的俯视图。

在附图中：1、溜槽；2、炉顶钢圈； 3、水冷盘；4、布料器箱体；5、气密箱盖；6、旋转套筒；7、下回转支承；8、托圈；9、顶盖；10、上回转支承；11、液压缸支座；12、液压缸；13、喉管；14、刚性平衡臂；15、异形连杆；16、导向轮；17、水平传动装置；18、摆线针轮减速机；19、耳轴；20、溜槽托架；21、刚性驱动臂；22、含油轴承；23、耳轴曲柄；24、支撑套；25、支承轴；26、支承箱体；27、左连接耳；28、右连接耳；29、导轨。

具体实施方式

如图1至4所示的一种单缸叉臂式高炉无料钟布料器，包括布料器箱体4、顶盖9、水冷盘3、上回转支承10、旋转套筒6、托圈8、下回转支承7、耳轴19、耳轴曲柄23、溜槽托架20、溜槽1、喉管13以及用于控制溜槽β角的水平传动装置17；水冷盘固定在布料器箱体下部，上回转支承的外圈固定连接旋转套筒，旋转套筒的中心线与高炉的中心线重合；所述托圈8下部与所述下回转支承的外圈固定连接；旋转套筒下部对称设有耳轴套，耳轴套内穿设两根耳轴，两根耳轴左右对称；所述溜槽托架20两侧分别与两根耳轴位于旋转套筒内的两端固定连接，溜槽挂设在溜槽托架上；旋转套筒外侧设置溜槽α角执行机构，其两侧分别于所述两根耳轴尾端连接；本发明中使用的溜槽α角执行机构包括两套耳轴曲柄23和异形连杆15；所述两套耳轴曲柄23分别与两根耳轴位于旋转套筒6外侧一端固定连接；所述异形连杆15下端两侧分别与所述两套耳轴曲柄23尾端铰接，上端两侧与固定在下回转支承7内圈上的左连接耳27及右连接耳28分别铰接；溜槽α角执行机构还可以采用曲柄尾轮和滑槽相配合的结构，其详细结构可参见专利号为200510084403.X，专利名称为“高炉溜槽布料器”的专利；所述托圈8外侧与布料器箱体4内壁之间设置有导向机构；现有技术中所说的导向机构并非简单意义上的导向机构，其主要有两个作用，一个作用是为托圈上下运动导向，另外一个作用是采用上下双排导轮，用于放置托圈在直线运动过程中产生径向倾动，但是其调整过程较繁琐，在本发明中只利用其导向作用，所以本发明中的导向机构包括环向均布于所述布料器箱体4内壁上的四条竖向导轨和环向均布于所述托圈外侧的与四条竖向导轨配合设置的四套导向轮总成；所述导向轮总成竖向设置一组导向轮16.

本发明的关键改进在于托圈驱动机构，现有的托圈驱动机构主要包括钢丝绳型、单臂双连杆控制型、双臂四连杆控制型以及三缸联动控制型，但是在使用过程中均有不同的问题出现，为提高布料器运行稳定性，本发明中的托圈驱动机构包括一套竖向固定设在所述布料器箱体顶盖上的液压缸12、刚性驱动臂21和刚性平衡臂14。

所述刚性驱动臂21和刚性平衡臂14均为H形叉臂（参见图5-8），刚性驱动臂21和刚性平衡臂14在水平方向上呈十字交叉设置；所述刚性驱动臂21和刚性平衡臂14尾端均设有滑槽、且滑槽分别与固定在所述布料器箱体内壁上的水平支撑轴25相连接；刚性驱动臂和刚性平衡臂尾端还可以借助于后叉与摆杆相铰接的摆杆机构与水平支撑轴25连接，目的是使其支撑点允许有一定的横向位移；所述刚性驱动臂21和刚性平衡臂14首端分别与设于托圈8外侧的导向机构铰接；刚性驱动臂和刚性平衡臂首端还可以直接与托圈铰接；所述液压缸12竖向固定在所述布料器箱体顶盖9上、且其伸入布料器箱体内的活塞杆端部与所述刚性驱动臂21铰接，活塞杆端部还可以直接驱动托圈，此时将托圈、刚性驱动臂和刚性平衡臂视为整体的拖圈平动装置。

所述刚性驱动臂21首端一侧叉为平行设置的结构相同的双叉，其外侧叉与所述导向轮16的轮轴铰接；所述活塞杆端部与其内侧叉铰接、且铰轴与所述导向轮16的轮轴位于同一直线；刚性驱动臂首端两侧叉还可以设置成对称的单叉,液压缸的活塞杆与其中一侧叉的端部铰接，此时的刚性驱动臂和刚性平衡臂的结构相同，液压缸的活塞杆端部与刚性驱动臂或者刚性平衡臂的任一侧叉端部铰接所产生的效果是一样的，也就是说刚性驱动臂和刚性平衡臂是可以互换的。

刚性驱动臂21首端一侧采用双叉结构，外侧叉与托圈8对应位置的导向轮16轮轴铰接，活塞杆端部与内侧叉铰接，而且活塞杆轴线仍然与导向轮轮轴位于同一竖向平面内，在运动过程中，活塞杆施加在内侧叉的力通过刚性驱动臂传递给外侧叉和另外一侧，且与刚性平衡臂14配合实现托圈的驱动，一方面简化托圈驱动机构的结构，方便安装，而且运行过程中无须进行调整，不仅能延长使用寿命，还能提高机构运行稳定性；托圈8的升降运动通过异形连杆和耳轴曲柄将竖向直线运动变成溜槽绕两耳轴的旋转运动，实现溜槽α角的精确改变，确保投料的均匀性和灵活性。

本发明所使用的托圈驱动机构主要由两个外形类似H形的刚性叉臂和与其相连接的托圈及其托圈导向机构组成。两个H形刚性叉臂呈十字交叉状布局，这样可有效防止托圈在水平面内任何方向上都有可能产生的倾动现象，每个H形刚性叉臂的首端两侧叉分别与分布在托圈圆周方向四等分处的相对的两组导向轮总成的轮轴铰接，其后叉部分则分别与分布在布料器侧壁上的水平支撑轴连接，允许其支撑点有一定的横向移动空间；同时在具体应用过程中使用单个液压缸作为托圈驱动机构的动力装置，液压缸的活塞杆端部与刚性驱动臂首端一侧叉的端部铰接，铰接轴与导向轮的轮轴同轴设置，确保驱动力和荷载反作用力位于同一竖向平面内，且为了均衡刚性驱动臂首端两侧叉之间的驱动力，将其一侧叉设为双叉，活塞杆与双叉的内侧叉铰接，当活塞杆向刚性驱动臂施力的时候，刚性驱动臂即可将驱动力分布在其两个荷载点，由于将刚性驱动臂视为刚体，且驱动力和荷载反作用力位于同一竖向平面内，所以在驱动过程中托圈不会产生径向分力，与刚性驱动臂呈十字交叉设置的刚性平衡臂的作用在于保持托圈在运动过程中另外两个方向的倾动，有两根套间的的H形叉臂即可有效防止托圈倾动，所以可以将导向机构中的导向轮总成设为一组导轮，只起导向作用。

在本发明具体实施过程中还可以将两个刚性叉臂视为托圈的防倾动机构，其作用在于和导向机构相配合后实现托圈上下运行的稳定性，简化整体安装结构，防倾动机构也可以用于现有布料器防倾动改造，即在不改变现有布料器的托圈驱动机构的基础上增设两个呈十字交叉状布置的刚性叉臂，虽然整体结构没有本发明所披露的布料器结构简单，但是，将其用于现有设备的改造还是能带来很大的经济效益，比如将此种防倾动机构安装在单臂双连杆或者双臂四连杆型以及三缸驱动式布料器上。

Claims (6)

1.一种单缸叉臂式高炉无料钟布料器，包括布料器箱体（4）、顶盖（9）、水冷盘（3）、上回转支承（10）、旋转套筒（6）、托圈（8）、下回转支承（7）、耳轴（19）、耳轴曲柄（23）、溜槽托架（20）、溜槽（1）、喉管（13）以及用于控制溜槽β角的水平传动装置（17）；所述托圈（8）下部与所述下回转支承的固定圈连接；所述溜槽托架（20）两侧分别与所述旋转套筒（6）下端借助于两根耳轴相铰接；所述两根耳轴分别穿过旋转套筒设置、且外侧一端与下回转支承的旋转圈之间设置有溜槽α角执行机构；所述托圈（8）外侧与布料器箱体（4）之间设置有导向机构；其特征在于：还包括托圈驱动机构，所述托圈驱动机构包括刚性驱动臂（21）和刚性平衡臂（14）以及驱动装置；

刚性驱动臂（21）和刚性平衡臂（14）在水平方向上呈十字交叉设置；所述刚性驱动臂（21）和刚性平衡臂（14）尾端均设有滑槽、且滑槽分别与固定设在所述布料器箱体侧壁上的水平支撑轴（25）相连接；所述刚性驱动臂（21）和刚性平衡臂（14）首端分别与设在托圈（8）外侧的导向机构铰接；

所述驱动装置为液压缸，所述液压缸（12）竖向固定设于所述布料器箱体顶盖（9）上、且其伸入布料器箱体内的活塞杆端部通过活塞杆接头与所述刚性驱动臂（21）铰接；

所述液压缸为一套，其缸体首端与所述布料器箱体顶盖固定连接，其活塞杆伸入布料器箱体（4）内、且通过活塞杆接头在导轮轴轴心线所处的竖向平面内与所述刚性驱动臂（21）一侧叉臂前部铰接；

所述液压缸的活塞杆伸入布料器箱体（4）内、且通过活塞杆接头与所述托圈（8）铰接。

2.根据权利要求1所述的单缸叉臂式高炉无料钟布料器，其特征在于：所述导向机构包括环向均布于所述布料器箱体（4）内壁上的四条以上竖向导轨和环向均布于所述托圈外侧的与竖向导轨配合设置的四套以上导向轮总成。

3.根据权利要求2所述的单缸叉臂式高炉无料钟布料器,其特征在于:所述导向轮总成竖向设置至少一组导向轮（16）；所述刚性驱动臂（21）和刚性平衡臂（14）首端两侧分别与相对的两套导向轮总成中位于顶部的导向轮（16）同轴铰接。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的单缸叉臂式高炉无料钟布料器，其特征在于：所述溜槽α角执行机构包括两套耳轴曲柄（23）和异形连杆（15）；所述两套耳轴曲柄（23）分别与两根耳轴位于旋转套筒（6）外侧端固定连接；所述异形连杆（15）下端分别与所述两套耳轴曲柄（23）的尾端铰接、上端与固定在下回转支承（7）旋转圈上的左连接耳（27）及右连接耳（28）分别铰接。

5.根据权利要求4所述的单缸叉臂式高炉无料钟布料器，其特征在于：所述刚性驱动臂（21）首端一侧叉为平行设置的结构相同的双叉，其外侧叉与导向轮（16）的轮轴铰接；所述活塞杆端部通过活塞杆接头与其内侧叉铰接、且铰轴与导向轮（16）的轮轴位于同一轴线。

6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的单缸叉臂式高炉无料钟布料器，其特征在于：所述溜槽α角执行机构包括两套耳轴曲柄、设于耳轴曲柄尾端的曲柄尾轮以及对称设于所述下回转支承旋转圈上的两套滑槽；所述曲柄尾轮与所述的两套滑槽嵌合设置。

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