CN107962554B - 一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台 - Google Patents

Abstract

一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，它涉及冶金行业机器人技术领域。本发明为解决现有冶金行业特定工位机器人本身自重和工作能力两方面的局限性的问题。本发明包括悬臂承载回转臂、精度可调节啮合传动装置和立式双旋转半径拖链盒，悬臂承载回转臂包括固定基座、转台轴承、轴承过渡件、大跨度回转臂和传动齿圈，精度可调节啮合传动装置包括调隙齿轮组、可调节传动轴箱和伺服电机，立式双旋转半径拖链盒包括链盒坐板、外圈拖链轨道板、拖链、内圈拖链轨道板、拖链限位挡板和上链盒扣板。本发明用于冶金行业机器人。

Description

一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台

技术领域

本发明涉及冶金行业机器人技术领域，具体涉及一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台。

背景技术

在冶金行业中，特定工位的炼钢机器人本身重量重，操作精度高，并且可伸展空间十分有限。局限于冶金行业恶劣的热环境，有时需要用机器人做一些大跨度的高精度操作则显得尤为困难。本发明为解决上述问题设计了一种高精度大跨度重载悬臂旋转台。

国外现阶段大跨度旋转台在冶金领域应用较多，以奥地利的FEIBA悬臂转台和西门子VAI悬臂转台为例。悬臂转台主要以钢板焊接为主。其转台跨度范围小，悬臂重载变形大，整体结构笨拙排线裸露打卷等缺陷成为其使用的短板。

国内现阶段高精度大跨度承载旋转台的设计及使用几乎为零，大部分的机械臂承载结构都是平台轨道运动。

发明内容

本发明为了解决现有冶金行业特定工位机器人本身自重和工作能力两方面的局限性的问题，进而提出一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台包括悬臂承载回转臂、精度可调节啮合传动装置和立式双旋转半径拖链盒，悬臂承载回转臂包括固定基座、转台轴承、轴承过渡件、大跨度回转臂和传动齿圈，固定基座水平设置，传动齿圈固接在固定基座的上端面上，转台轴承的外圈固接在传动齿圈的内侧，转台轴承的内圈套装在轴承过渡件外侧的下部，大跨度回转臂的后端与轴承过渡件的上部固接，

精度可调节啮合传动装置包括调隙齿轮组、可调节传动轴箱和伺服电机，伺服电机的输出端与可调节传动轴箱的输入端连接，可调节传动轴箱嵌装在大跨度回转臂的传动槽内，可调节传动轴箱的输出端上固接有调隙齿轮组，调隙齿轮组与传动齿圈相啮合，

立式双旋转半径拖链盒包括链盒坐板、外圈拖链轨道板、拖链、内圈拖链轨道板、拖链限位挡板和上链盒扣板，链盒坐板卡装在固定基座的外侧，外圈拖链轨道板和内圈拖链轨道板由外至内同轴设置在链盒坐板的上端面上，拖链弯折设置在外圈拖链轨道板与内圈拖链轨道板之间，拖链限位挡板垂直设置在外圈拖链轨道板与内圈拖链轨道板之间，链盒坐板的上端扣装有上链盒扣板，上链盒扣板与链盒坐板转动连接，上链盒扣板的上端面与大跨度回转臂的后端固接，链盒坐板上设有出口，出口上设置有接线端，拖链的一端与接线端连接，拖链的另一端与上链盒扣板的下端面固接。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

本发明公开了一种结构紧凑的高精度大跨度承载悬臂旋转台，此旋转台依据冶金行业特定工位机器人工作空间的局限性，为对特定工位机器人扩大工作范围，提高机器人工作质量和能力，建立起了整套结构紧凑的大跨度悬臂旋转台。与此同时本发明又对此承载旋转台的传动精度设计进行了优化，充分考虑转台的承载变形，空间结构布局，线路排布布局等多方面因素，满足了承载悬臂旋转台末端的重载要求和转台旋转的精度要求。使其在承载机器人旋转的状态下满足机器人的各种高精度操作。

本发明中依据有限元分析的悬臂承载结果，在回转臂总变形1.5mm范围内，最大可实现承重跨度2.5米，重量3吨的负载。

在本发明中立式双旋转半径拖链盒设计有2个旋转半径，拖链的其中一端与旋转部分相连接，另一端固定。为了系统的走线方便，采用从内部进线，外部出线的方式，避免机器人动力电缆在反复旋转时不会被折断，提高电缆寿命。

附图说明

图1是本发明整体结构的轴测图；

图2是本发明整体结构的主视剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本发明中调隙齿轮组22与传动齿圈15的啮合关系示意图；

图5是本发明中立式双旋转半径拖链盒3的轴测图；

图6是图5中去掉上链盒扣板36后的轴测图；

图7是本发明中大跨度回转臂14的轴测图；

图8是本发明中转台轴承12的轴测图；

图9是本发明中可调节传动轴箱23的轴测图；

图10是本发明中调隙齿轮组22的轴测图；

图11是本发明中支撑固定组件21的轴测图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台包括悬臂承载回转臂1、精度可调节啮合传动装置2和立式双旋转半径拖链盒3，悬臂承载回转臂1包括固定基座11、转台轴承12、轴承过渡件13、大跨度回转臂14和传动齿圈15，固定基座11水平设置，传动齿圈15固接在固定基座11的上端面上，转台轴承12的外圈固接在传动齿圈15的内侧，转台轴承12的内圈套装在轴承过渡件13外侧的下部，大跨度回转臂14的后端与轴承过渡件13的上部固接，

精度可调节啮合传动装置2包括调隙齿轮组22、可调节传动轴箱23和伺服电机25，伺服电机25的输出端与可调节传动轴箱23的输入端连接，可调节传动轴箱23嵌装在大跨度回转臂14的传动槽141内，可调节传动轴箱23的输出端上固接有调隙齿轮组22，调隙齿轮组22与传动齿圈15相啮合，

立式双旋转半径拖链盒3包括链盒坐板31、外圈拖链轨道板32、拖链33、内圈拖链轨道板34、拖链限位挡板35和上链盒扣板36，链盒坐板31卡装在固定基座11的外侧，外圈拖链轨道板32和内圈拖链轨道板34由外至内同轴设置在链盒坐板31的上端面上，拖链33弯折设置在外圈拖链轨道板32与内圈拖链轨道板34之间，拖链限位挡板35垂直设置在外圈拖链轨道板32与内圈拖链轨道板34之间，链盒坐板31的上端扣装有上链盒扣板36，上链盒扣板36与链盒坐板31转动连接，上链盒扣板36的上端面与大跨度回转臂14的后端固接，链盒坐板31上设有出口311，出口311上设置有接线端37，拖链33的一端与接线端37连接，拖链33的另一端与上链盒扣板36的下端面固接。

本实施方式中，通过精度可调节啮合传动装置2驱动悬臂承载回转臂1以固定基座11为回转中心进行回转，回转过程中：伺服电机25带动可调节转动轴箱的输出轴转动，从而带动调隙齿轮组22转动，传动齿圈15与调隙齿轮组22相啮合，传动齿圈15固定在固定基座11上，从而使调隙齿轮组22绕传动齿圈15进行旋转，实现大跨度回转臂14转动，大跨度回转臂14带动上链盒扣板36回转，带动拖链33的另一端在立式双旋转半径拖链盒3内移动。

悬臂承载回转臂1经由固定基座11搭建在水平地面上，传动齿圈15箍于固定基座11上通过螺栓锁死，转台轴承12外圈也通过螺栓装配固定在基座11上，转台轴承12内圈与轴承过渡件13过盈装配螺栓紧定连接，起重机吊装大跨度回转臂14，大跨度回转臂14通过与轴承过渡件13的装配销孔对准装配位后，由螺栓紧定配合在轴承过渡件13上。整个悬臂承载回转臂1采用较少的装配组件使连接件之间必然存在的装配间隙减少了，实现了大跨度重载悬臂扰度的小变形。

在可调节传动轴箱23上装配调隙齿轮组22，并手动调节齿轮组22与传动齿圈15相配合的高度、齿隙和中心距，去除大型铸造件带来的加工误差。

整个立式双旋转半径拖链盒3在工作中是通过大跨度回转臂14带动上链盒扣板36和拖链33的一端对链盒坐板31进行旋转，实现大直径管或线路随转臂的旋转移动。结构简单避免线路的裸露，打结及磨损。

悬臂承载回转臂1中安装有YRT560转台轴承12，最大程度解决了重载情况下悬臂承载回转臂1的倾覆力矩，大大减小的回转臂的重载变形。

在本实施方式中，所述立式双旋转半径拖链盒3设计有2个旋转半径，拖链33的其中一端与旋转部分相连接，另一端固定。为了系统的走线方便，采用从内部进线，外部出线的方式，避免机器人动力电缆在反复旋转时不会被折断，提高电缆寿命。

具体实施方式二：结合图9说明本实施方式，本实施方式所述可调节传动轴箱23的箱座上设有多个长条形腰孔231，每个长条形腰孔231分别垂直于齿轮啮合的切线方向设置，调隙齿轮组22通过紧固螺栓与可调节传动轴箱23连接，紧固螺栓插装在长条形腰孔231内。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

可调节传动轴箱23的箱座上开有长条形腰孔231，操作时可根据实际啮合条件调节调隙齿轮组22与传动齿圈15的中心距，减小大型铸造件的加工和安装误差，实现高精度啮合。

具体实施方式三：结合图2至图4和图10说明本实施方式，本实施方式所述调隙齿轮组22包括两个并列设置的齿轮221，两个齿轮221通过一组调节螺栓222连接，上端的齿轮221的端面上沿圆周方向均布设有多个腰型孔223，每个腰型孔223均沿圆周方向设置，调节螺栓222插装在腰型孔223内。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

通过调节螺栓222调节两个齿轮221的周向错位的大小，减小啮合传动的齿隙间距。实现调隙齿轮组22与传动齿圈15之间高精度啮合传动。

具体实施方式四：结合图2至图3和图11说明本实施方式，本实施方式所述精度可调节啮合传动装置2还包括支撑固定组件21，支撑固定组件21设置在可调节传动轴箱23与大跨度回转臂14的传动槽141之间。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

在大跨度回转臂14的传动槽141和可调节传动轴箱23之间嵌入支撑固定组件21，保证传动精度。

具体实施方式五：结合图2至图3和图11说明本实施方式，本实施方式所述支撑固定组件21包括固定端211、支撑端212、多个调节螺杆213和多个调节螺母214，固定端211的外侧端面顶在大跨度回转臂14上，支撑端212顶在可调节传动轴箱23的输出轴上，多个调节螺杆213的前端并列固接在固定端211的内侧端面上，调节螺杆213的末端穿过支撑端212，每个调节螺杆213上分别各旋装有一个调节螺母214，调节螺母214设置在支撑端212的内侧端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

固定端211贴合大跨度回转臂14的侧筋板，支撑端212顶在可调节传动轴箱23的输出轴上，通过旋紧调节螺母214对输出轴施加预紧力，保持运动过程中调隙齿轮组22与传动齿圈15的中心距不变，实现高精度啮合。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述精度可调节啮合传动装置2还包括减速器26和联轴器24，减速器26和联轴器24依次设置在伺服电机25与可调节传动轴箱23之间，伺服电机25、减速器26、联轴器24和可调节传动轴箱23由上至下依次设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、四或五相同。

具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述链盒坐板31与上链盒扣板36之间设有多个钢珠滚轮37，多个钢珠滚轮37均布嵌装在链盒坐板31的外圆周侧壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。

如此设计降低了链盒坐板31与上链盒扣板36之间的摩擦，使相对转动更平稳自然。

具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述内圈拖链轨道板34与外圈拖链轨道板32的半径之差为500mm。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

拖链33可容纳机器人动力电缆的最小弯折半径为220mm，避免了大臂在回转运动中的搭载线路运动的重叠，刮碰和结扣。如此设计充分满足电缆和拖链33的最小折弯半径，使旋转运动过程中拖链电缆过度平稳流畅，结构紧凑节省空间。

具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述调隙齿轮组22并列设置在传动齿圈15的外侧。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、四、五、七或八相同。

具体实施方式十：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述大跨度回转臂14的内部设有多个横纵交替斜拉筋。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。

依据有限元分析的悬臂承载结果，在回转臂总变形1.5mm范围内，最大可实现承重跨度2.5米，重量3吨的负载。

Claims (8)

1.一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台包括悬臂承载回转臂(1)、精度可调节啮合传动装置(2)和立式双旋转半径拖链盒(3)，悬臂承载回转臂(1)包括固定基座(11)、转台轴承(12)、轴承过渡件(13)、大跨度回转臂(14)和传动齿圈(15)，固定基座(11)水平设置，传动齿圈(15)固接在固定基座(11)的上端面上，转台轴承(12)的外圈固接在传动齿圈(15)的内侧，转台轴承(12)的内圈套装在轴承过渡件(13)外侧的下部，大跨度回转臂(14)的后端与轴承过渡件(13)的上部固接，

精度可调节啮合传动装置(2)包括调隙齿轮组(22)、可调节传动轴箱(23)和伺服电机(25)，伺服电机(25)的输出端与可调节传动轴箱(23)的输入端连接，可调节传动轴箱(23)嵌装在大跨度回转臂(14)的传动槽(141)内，可调节传动轴箱(23)的输出端上固接有调隙齿轮组(22)，调隙齿轮组(22)与传动齿圈(15)相啮合，

立式双旋转半径拖链盒(3)包括链盒坐板(31)、外圈拖链轨道板(32)、拖链(33)、内圈拖链轨道板(34)、拖链限位挡板(35)和上链盒扣板(36)，链盒坐板(31)卡装在固定基座(11)的外侧，外圈拖链轨道板(32)和内圈拖链轨道板(34)由外至内同轴设置在链盒坐板(31)的上端面上，拖链(33)弯折设置在外圈拖链轨道板(32)与内圈拖链轨道板(34)之间，拖链限位挡板(35)垂直设置在外圈拖链轨道板(32)与内圈拖链轨道板(34)之间，链盒坐板(31)的上端扣装有上链盒扣板(36)，上链盒扣板(36)与链盒坐板(31)转动连接，上链盒扣板(36)的上端面与大跨度回转臂(14)的后端固接，链盒坐板(31)上设有出口(311)，出口(311)上设置有接线端，拖链(33)的一端与接线端连接，拖链(33)的另一端与上链盒扣板(36)的下端面固接，

所述精度可调节啮合传动装置(2)还包括支撑固定组件(21)，支撑固定组件(21)设置在可调节传动轴箱(23)与大跨度回转臂(14)的传动槽(141)之间，

所述支撑固定组件(21)包括固定端(211)、支撑端(212)、多个调节螺杆(213)和多个调节螺母(214)，固定端(211)的外侧端面顶在大跨度回转臂(14)上，支撑端(212)顶在可调节传动轴箱(23)的输出轴上，多个调节螺杆(213)的前端并列固接在固定端(211)的内侧端面上，调节螺杆(213)的末端穿过支撑端(212)，每个调节螺杆(213)上分别各旋装有一个调节螺母(214)，调节螺母(214)设置在支撑端(212)的内侧端面上。

2.根据权利要求1所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述可调节传动轴箱(23)的箱座上设有多个长条形腰孔(231)，每个长条形腰孔(231)分别垂直于齿轮啮合的切线方向设置，调隙齿轮组(22)通过紧固螺栓与可调节传动轴箱(23) 连接，紧固螺栓插装在长条形腰孔(231)内。

3.根据权利要求1或2所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述调隙齿轮组(22)包括两个并列设置的齿轮(221)，两个齿轮(221)通过一组调节螺栓(222)连接，上端的齿轮(221)的端面上沿圆周方向均布设有多个腰型孔(223)，每个腰型孔(223)均沿圆周方向设置，调节螺栓(222)插装在腰型孔(223)内。

4.根据权利要求3所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述精度可调节啮合传动装置(2)还包括减速器(26)和联轴器(24)，减速器(26)和联轴器(24)依次设置在伺服电机(25)与可调节传动轴箱(23)之间，伺服电机(25)、减速器(26)、联轴器(24)和可调节传动轴箱(23)由上至下依次设置。

5.根据权利要求4所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述链盒坐板(31)与上链盒扣板(36)之间设有多个钢珠滚轮(37)，多个钢珠滚轮(37)均布嵌装在链盒坐板(31)的外圆周侧壁上。

6.根据权利要求5所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述内圈拖链轨道板(34)与外圈拖链轨道板(32)的半径之差为500mm。

7.根据权利要求1、2、4、5或6所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述调隙齿轮组(22)并列设置在传动齿圈(15)的外侧。

8.根据权利要求7所述一种高精度大跨度炼钢承载悬臂旋转台，其特征在于：所述大跨度回转臂(14)的内部设有多个横纵交替斜拉筋。

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