CN105562170B - 一种球磨机换衬板机械臂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球磨机换衬板机械臂装置。为了解决国内球磨机更换衬板设备落后，需要投入大量人力，工作环境不安全，且引进国外设备费用昂贵的问题，本发明提供了这样一种球磨机换衬板机械臂装置，包括有回转支撑机构、吊臂举升机构、吊臂伸缩机构、腕部机构和夹持装置；回转支撑机构与吊臂伸缩机构连接，吊臂举升机构两端分别于回转支撑机构和吊臂伸缩机构连接；吊臂伸缩机构与腕部机构连接；腕部机构与夹持装置连接；有益效果：本发明实现了多自由度，使得机械臂能够很好的进入球磨机筒体安装更换衬板；本发明除去回转支撑机构采用伺服电机驱动外，其余机构和夹持装置均采用液压缸驱动，制造成本大幅降低，操作可控性强，安全可靠。

Description

一种球磨机换衬板机械臂装置
技术领域
本发明属于球磨机技术领域，具体涉及一种球磨机换衬板机械臂装置。
背景技术
球磨机衬板是用来保护球磨机筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。目前国内球磨机更换衬板设备落后，采用一种类似随车吊的设备，由伸缩臂、回转支撑和卷扬机组成，整套设备由一根移动横梁送至球磨机筒体，横梁上的小车将衬板送至吊装位置，衬板起吊后再由人工推送至准确安装位置。由于球磨机内部衬板大且多，所以需要花费很多时间和投入大量人力，而且操作还极不安全，易发生安全事故。
国外球磨机更换衬板设备，技术最先进的是锐速(REM)公司生产的七自由度换衬板机械手，其将吊臂末端的卷扬机换成了一套具有3个自由度姿态调整的结构，分别绕X、Y、Z轴转动(下述称偏航、滚动、俯仰)，依靠多自由度的结构，将前述的吊装式衬板安装方式改为了抓取式安装，这能很大程度上减少劳动强度，提高作业效率。但由于增加的3个自由度的实现形式都采用高精度液压马达，其成本巨大，再加上国外公司技术垄断，设备需进口，使得国内诸多公司难以承受。
发明内容
针对国内球磨机更换衬板设备落后，需要投入大量人力，工人工作环境不安全，易发生安全事故，且引进国外设备费用昂贵的问题，本发明的目的在于提供一套成本低且能够实现多自由度安装更换衬板的机械臂装置。
本发明提供了这样一种球磨机换衬板机械臂装置，包括有回转支撑机构、吊臂举升机构、吊臂伸缩机构、腕部机构和夹持装置；所述回转支撑机构与吊臂伸缩机构连接，所述吊臂举升机构两端分别与回转支撑机构和吊臂伸缩机构连接；所述吊臂伸缩机构与腕部机构连接；所述腕部机构与夹持装置连接；
所述回转支撑机构为整个机械臂装置的支撑点，由伺服电机驱动，可绕回转支撑轴线旋转，回转支撑机构的结构为现有成熟技术；
所述吊臂举升机构，由液压缸驱动，可绕所述回转支撑机构的回转支撑轴线旋转，吊臂举升机构的结构为现有成熟技术；
所述吊臂伸缩机构包括有外筒、中筒和内筒，外筒内嵌套有中筒，中筒内嵌套有内筒；中筒、内筒相对独立运动，可单独伸缩，所述吊臂伸缩机构由液压缸驱动；
所述腕部机构具有偏航、滚动、俯仰三个方向的姿态调整能力，由腕部偏航姿态调整机构、腕部滚动姿态调整机构和腕部俯仰姿态调整机构组成；所述腕部滚动姿态调整机构一端固定于所述腕部偏航姿态调整机构，一端连接所述腕部俯仰姿态调整机构；
所述腕部偏航姿态调整机构包括有液压缸Ⅰ、调整安装板Ⅰ、轴Ⅰ、壳体Ⅰ和连接板；壳体Ⅰ上安装有调整安装板Ⅰ、轴Ⅰ和连接板；连接板与吊臂伸缩机构的内筒连接；液压缸Ⅰ安装在连接板上，液压缸Ⅰ通过调整安装板Ⅰ与轴Ⅰ连接；
所述腕部滚动姿态调整机构包括有壳体Ⅱ、液压缸Ⅱ、调整安装板Ⅱ和轴Ⅱ；壳体Ⅱ上安装有调整安装板Ⅱ和轴Ⅱ；液压缸Ⅱ安装在调整安装板Ⅰ上，液压缸Ⅱ通过调整安装板Ⅱ与轴Ⅱ连接；
所述腕部俯仰姿态调整机构包括有液压缸Ⅲ和支撑调节块，液压缸Ⅲ一端与支撑调节块连接，另一端与腕部滚动姿态调整机构的壳体Ⅱ连接；支撑调节块的外形为“L”形。
所述夹持装置,包括有夹持臂、吊耳、夹持活动板和夹持棒；所述夹持臂内部安装有液压缸Ⅳ，液压缸Ⅳ与夹持活动板连接；所述夹持臂上设置有吊耳和夹持固定板，夹持臂与腕部俯仰姿态调整机构的支撑调节块连接，吊耳与腕部滚动姿态调整机构的调整安装板Ⅱ连接，夹持棒安装在夹持活动板上；
夹持臂上还设置有夹持固定板，通过液压缸Ⅳ推动夹持活动板运动，夹持棒穿过衬板吊耳，依靠夹持活动板和夹持固定板的配合夹紧球磨机衬板吊耳两侧的端面，从而完成衬板的抓取动作；在液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ和液压缸Ⅲ的共同作用下，实现衬板的三个方向的姿态调整。
作为本发明的优选实施方式，所述腕部偏航姿态调整机构的液压缸Ⅰ与所述调整安装板Ⅰ偏心连接，从而驱动所述滚动、俯仰姿态调整机构及夹持装置绕轴Ⅰ转动。
作为本发明的优选实施方式，所述滚动姿态调整机构的液压缸Ⅱ与所述调整安装板Ⅱ偏心连接，从而驱动所述俯仰姿态调整机构及其夹持装置绕轴Ⅱ转动。
本发明的有益效果有：
(1)在本发明中，夹持棒穿过球磨机衬板的吊耳，夹持活动板依靠夹持臂内部液压缸Ⅳ的推动与夹持固定板配合夹紧球磨机衬板吊耳两侧的端面，使得球磨机衬板被紧紧夹紧；安装于夹持臂上的支撑调节块顶住衬板侧面，依靠俯仰姿态调整机构中的液压缸Ⅲ，使衬板和夹持装置相对于调整安装板Ⅱ绕安装于夹持装置的吊耳轴线旋转。
(2)在本发明中，通过液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ和液压缸Ⅲ的共同作用下，实现衬板的三个方向的姿态调整；
(3)本发明实现了多自由度的空间运动，使得机械臂能够很好的进入球磨机筒体安装更换衬板；
(4)本发明除去回转支撑机构采用伺服电机驱动外，吊臂举升机构、吊臂伸缩机构、腕部机构和夹持装置均采用液压缸驱动，相对于采用高精度液压马达的机械臂装置，本发明的制造成本大幅降低；
(5)本发明在传统球磨机换衬板设备的基础上增加了具有三个姿态调整能力的腕部机构及夹持装置，采用抓取式换衬板方式，抓取快捷、准确、效率高；
(6)本发明具有可控性好、结构紧凑、定位准确的特点，缩减了工人更换衬板的作业时间，提高了工人的作业安全性，大大地降低了矿企生产成本，同时改善了工人作业环境。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明腕部机构结构示意图。
图3为本发明腕部机构偏航姿态调整机构A-A剖面结构示意图。
图4为本发明腕部机构滚动姿态调整机构B-B剖面结构示意图。
图5为本发明夹持装置俯视爆炸三维结构示意图。
图6为本发明夹持装置仰视爆炸三维结构示意图
图中：1-回转支撑机构，2-吊臂举升机构，3-吊臂伸缩机构，4-腕部机构，5-夹持装置，6-液压缸Ⅰ，7-调整安装板Ⅰ，8-轴Ⅰ，9-壳体Ⅰ，10-连接板，11-壳体Ⅱ，12-液压缸Ⅱ，13-调整安装板Ⅱ，14-轴Ⅱ，15-液压缸Ⅲ，16-支撑调节块，17-吊耳，18-夹持活动板，19-夹持臂，20-液压缸Ⅳ，21-夹持棒，22-夹持固定板，31-外筒，32-中筒，33-内筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种球磨机换衬板机械臂装置，如图1所示，包括有回转支撑机构1、吊臂举升机构2、吊臂伸缩机构3、腕部机构4和夹持装置5；所述回转支撑机构1与吊臂伸缩机构3连接，所述吊臂举升机构2两端分别与回转支撑机构1和吊臂伸缩机构3连接；所述吊臂伸缩机构3与腕部机构4连接；所述腕部机构4与夹持装置5连接。
所述回转支撑机构1为整个机械臂的支撑点，由伺服电机驱动，可绕回转支撑轴线旋转，回转支撑机构1的结构为现有成熟技术；
所述吊臂举升机构2，由液压缸驱动，可绕所述回转支撑机构1的回转支撑轴线旋转，吊臂举升机构2的结构为现有成熟技术。
所述吊臂伸缩机构3包括有外筒31、中筒32和内筒33，外筒31内嵌套有中筒32，中筒32内嵌套有内筒33；中筒32、内筒33相对独立运动，可单独伸缩，所述吊臂伸缩机构3由液压缸驱动。
所述腕部机构4具有偏航、滚动、俯仰三个方向的姿态调整能力，由腕部偏航姿态调整机构、腕部滚动姿态调整机构和腕部俯仰姿态调整机构组成；如图2-图4所示，所述腕部滚动姿态调整机构一端固定于所述腕部偏航姿态调整机构，一端连接所述腕部俯仰姿态调整机构。
所述腕部偏航姿态调整机构包括有液压缸Ⅰ6、调整安装板Ⅰ7、轴Ⅰ8、壳体Ⅰ9和连接板10；壳体Ⅰ9上安装有调整安装板Ⅰ7、轴Ⅰ8和连接板10；连接板10与吊臂伸缩机构3的内筒33连接；液压缸Ⅰ6安装在连接板10上，液压缸Ⅰ6通过调整安装板Ⅰ7与轴Ⅰ8连接。
所述腕部滚动姿态调整机构包括有壳体Ⅱ11、液压缸Ⅱ12、调整安装板Ⅱ13和轴Ⅱ14；壳体Ⅱ11上安装有调整安装板Ⅱ13和轴Ⅱ14；液压缸Ⅱ12安装在调整安装板Ⅰ7上，液压缸Ⅱ12通过调整安装板Ⅱ13与轴Ⅱ14连接。
所述腕部俯仰姿态调整机构包括有液压缸Ⅲ15和支撑调节块16，液压缸Ⅲ15一端与支撑调节块16连接，另一端与腕部滚动姿态调整机构的壳体Ⅱ11连接，支撑调节块的外形为“L”形。
所述腕部偏航姿态调整机构的液压缸Ⅰ6与所述调整安装板Ⅰ7偏心连接，从而驱动所述滚动、俯仰姿态调整机构及夹持装置5绕轴Ⅰ8转动。
所述滚动姿态调整机构的液压缸Ⅱ12与所述调整安装板Ⅱ13偏心连接，从而驱动所述俯仰姿态调整机构及其夹持装置5绕轴Ⅱ14转动。
实施例2
一种球磨机换衬板机械臂装置，如图1所示，包括有回转支撑机构1、吊臂举升机构2、吊臂伸缩机构3、腕部机构4和夹持装置5；所述回转支撑机构1与吊臂伸缩机构3连接，所述吊臂举升机构2两端分别与回转支撑机构1和吊臂伸缩机构3连接；所述吊臂伸缩机构3与腕部机构4连接；所述腕部机构4与夹持装置5连接。
所述回转支撑机构1为整个机械臂的支撑点，由伺服电机驱动，可绕回转支撑轴线旋转，回转支撑机构1的结构为现有成熟技术；
所述吊臂举升机构2，由液压缸驱动，可绕所述回转支撑机构1的回转支撑轴线旋转，吊臂举升机构2的结构为现有成熟技术。
所述吊臂伸缩机构3包括有外筒31、中筒32和内筒33，外筒31内嵌套有中筒32，中筒32内嵌套有内筒33；中筒32、内筒33相对独立运动，可单独伸缩，所述吊臂伸缩机构3由液压缸驱动。
所述腕部机构4具有偏航、滚动、俯仰三个方向的姿态调整能力，由腕部偏航姿态调整机构、腕部滚动姿态调整机构和腕部俯仰姿态调整机构组成；如图2-图4所示，所述腕部滚动姿态调整机构一端固定于所述腕部偏航姿态调整机构，一端连接所述腕部俯仰姿态调整机构。
所述腕部偏航姿态调整机构包括有液压缸Ⅰ6、调整安装板Ⅰ7、轴Ⅰ8、壳体Ⅰ9和连接板10；壳体Ⅰ9上安装有调整安装板Ⅰ7、轴Ⅰ8和连接板10；连接板10与吊臂伸缩机构3的内筒33连接；液压缸Ⅰ6安装在连接板10上，液压缸Ⅰ6通过调整安装板Ⅰ7与轴Ⅰ8连接。
所述腕部滚动姿态调整机构包括有壳体Ⅱ11、液压缸Ⅱ12、调整安装板Ⅱ13和轴Ⅱ14；壳体Ⅱ11上安装有调整安装板Ⅱ13和轴Ⅱ14；液压缸Ⅱ12安装在调整安装板Ⅰ7上，液压缸Ⅱ12通过调整安装板Ⅱ13与轴Ⅱ14连接。
所述腕部俯仰姿态调整机构包括有液压缸Ⅲ15和支撑调节块16，液压缸Ⅲ15一端与支撑调节块16连接，另一端与腕部滚动姿态调整机构的壳体Ⅱ11连接。
所述夹持装置5,包括有夹持臂19、吊耳17、夹持活动板18、夹持棒21和夹持固定板22；如图5-图6所示，所述夹持臂19内部安装有液压缸Ⅳ20，液压缸Ⅳ20与夹持活动板18连接；所述夹持臂19上设置有吊耳17和夹持固定板22，夹持臂19与腕部俯仰姿态调整机构的支撑调节块16连接，吊耳17与腕部滚动姿态调整机构的调整安装板Ⅱ13连接，夹持棒21安装在夹持活动板18上；通过液压缸Ⅳ20推动夹持活动板18来完成衬板的抓取与松放；通过液压缸Ⅳ20推动夹持活动板18运动，夹持棒21穿过衬板吊耳，依靠夹持活动板18和夹持固定板22的配合夹紧球磨机衬板吊耳两侧的端面，从而完成衬板的抓取动作；在液压缸Ⅰ6、液压缸Ⅱ12和液压缸Ⅲ15的共同作用下，实现衬板的三个方向的姿态调整。
所述腕部偏航姿态调整机构的液压缸Ⅰ6与所述调整安装板Ⅰ7偏心连接，从而驱动所述滚动、俯仰姿态调整机构及夹持装置5绕轴Ⅰ8转动。
所述滚动姿态调整机构的液压缸Ⅱ12与所述调整安装板Ⅱ13偏心连接，从而驱动所述俯仰姿态调整机构及其夹持装置5绕轴Ⅱ14转动。
工作原理：机械臂装置通过回转支撑机构1固连在安装输送车的横梁上，由横梁的伸缩将整个机械臂装置送入球磨机筒体内部。运衬板小车将待安装的衬板运至指定位置，机械臂装置的各机构如回转支撑机构1、吊臂举升机构2、吊臂伸缩机构3、腕部机构4和夹持装置5开始动作，抓取衬板；机械臂的夹持装置5的夹持棒21穿过衬板的吊耳，夹持活动板18与夹持固定板22配合夹紧球磨机衬板吊耳两侧的端面，安装于夹持臂19上的支撑调节块16顶住衬板侧面，依靠俯仰姿态调整机构中的液压缸Ⅲ15，使衬板和夹持装置5绕安装于夹持装置5的吊耳轴线旋转。抓取衬板后，机械臂装置再通过各机构的动作将衬板平稳的送至各安装工位点。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，包括有回转支撑机构(1)、吊臂举升机构(2)、吊臂伸缩机构(3)、腕部机构(4)和夹持装置(5)；所述回转支撑机构(1)与吊臂伸缩机构(3)连接，所述吊臂举升机构(2)两端分别与回转支撑机构(1)和吊臂伸缩机构(3)连接；所述吊臂伸缩机构(3)与腕部机构(4)连接；所述腕部机构(4)与夹持装置(5)连接；
所述腕部机构(4)由腕部偏航姿态调整机构、腕部滚动姿态调整机构和腕部俯仰姿态调整机构组成；所述腕部滚动姿态调整机构一端固定于腕部偏航姿态调整机构，另一端连接腕部俯仰姿态调整机构；
所述夹持装置(5)包括有夹持臂(19)、吊耳(17)、夹持活动板(18)和夹持棒(21)；所述夹持臂(19)内部安装有液压缸Ⅳ(20)，液压缸Ⅳ(20)与夹持活动板(18)连接；所述夹持臂(19)上设置有吊耳(17)和夹持固定板(22)，夹持棒(21)安装在夹持活动板(18)上。
2.根据权利要求1所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述吊臂伸缩机构(3)包括有外筒(31)、中筒(32)和内筒(33)，外筒(31)内嵌套有中筒(32)，中筒(32)内嵌套有内筒(33)；所述吊臂伸缩机构(3)由液压缸驱动。
3.根据权利要求1所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述腕部偏航姿态调整机构包括有液压缸Ⅰ(6)、调整安装板Ⅰ(7)、轴Ⅰ(8)、壳体Ⅰ(9)和连接板(10)；壳体Ⅰ(9)上安装有调整安装板Ⅰ(7)、轴Ⅰ(8)和连接板(10)；液压缸Ⅰ(6)安装在连接板(10)上，液压缸Ⅰ(6)通过调整安装板Ⅰ(7)与轴Ⅰ(8)连接；连接板(10)与吊臂伸缩机构(3)的内筒(33)连接。
4.根据权利要求1所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述腕部滚动姿态调整机构包括有壳体Ⅱ(11)、液压缸Ⅱ(12)、调整安装板Ⅱ(13)和轴Ⅱ(14)；壳体Ⅱ(11)上安装有调整安装板Ⅱ(13)和轴Ⅱ(14)；液压缸Ⅱ(12)安装在调整安装板Ⅰ(7)上，液压缸Ⅱ(12)通过调整安装板Ⅱ(13)与轴Ⅱ(14)连接，吊耳(17)与调整安装板Ⅱ(13)连接。
5.根据权利要求1所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述腕部俯仰姿态调整机构包括有液压缸Ⅲ(15)和支撑调节块(16)，支撑调节块(16)的外形为“L”形；液压缸Ⅲ(15)一端与支撑调节块(16)连接，另一端与腕部滚动姿态调整机构的壳体Ⅱ(11)连接；夹持臂(19)与支撑调节块(16)连接。
6.根据权利要求1所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述回转支撑机构(1)为整个机械臂装置的支撑点，由伺服电机驱动；所述吊臂举升机构(2)由液压缸驱动。
7.根据权利要求2所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，中筒(32)、内筒(33)相对独立运动，可单独伸缩。
8.根据权利要求3所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述腕部偏航姿态调整机构的液压缸Ⅰ(6)与所述调整安装板Ⅰ(7)偏心连接。
9.根据权利要求4所述的球磨机换衬板机械臂装置，其特征在于，所述滚动姿态调整机构的液压缸Ⅱ(12)与所述调整安装板Ⅱ(13)偏心连接。
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