CN110231195B - 一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置，包括探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构、样本盒搬运机械手和横移台车，探头剪切机构设置于探头纸筒破碎机构的上方，探头纸筒破碎机构安设于样本及碎纸分离机构入口处，样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手设置于横移台车上，样本盒搬运机械手设置于样本及碎纸分离机构的一侧。本发明实现了钢厂取样工序的完全自动化和无人化。

Description

一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置

技术领域

本发明涉及冶金行业技术领域，具体涉及一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置。

背景技术

钢水冶炼过程中须准确掌握钢水温度、成分等信息，目前大部分钢厂测温、取样采用专用的探头配合手持长杆伸入炉内或钢包内实现，即手动测温取样。由于手动测温取样工人近距离接触钢水，工作环境恶劣，工人须忍受高温辐射、粉尘，且人工操作装、取探头及探头伸入钢水位置、深度等参数会由于人为原因出现不稳定性，目前部分钢厂逐步采用自动测温取样装置代替手动测温取样。自动测温取样装置能代替人工完成探头自动装、卸及自动将测温取样探头伸入钢水液面一定深度，测温取样完毕后带探头回到设定位置的操作。比如，转炉副枪系统便是一种自动测温取样装置，其配备有探头存储、自动装卸装置(APC)，为自动化炼钢的必备设备。然而，现有自动测温取样装置完成了测温取样工作后，仍需人工将探头中取得的样本进行剥离，然后装入样本盒，再放入风动送样装置依靠压缩空气动能打入检化验室。人工的参与难免带来装样失误、剥离到装样时间过长等问题。现代炼钢技术要求炼钢周期越来越短，对钢水温度、成分检验及时响应提出更高要求，样本的自动分离及装样技术亟待解决，以实现测温、取样系统的完全无人化、自动化、智能化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的自动测温取样与风动送样间人工剥离样本、装样操作效率低、易装错样本等问题，提供了一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置，实现了钢厂取样工序的完全自动化和无人化。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置，包括探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构、样本盒搬运机械手和横移台车，探头剪切机构设置于探头纸筒破碎机构的上方，且不与探头纸筒破碎机构连接，探头纸筒破碎机构安设于样本及碎纸分离机构入口处，样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手设置于横移台车上，样本盒搬运机械手设置于样本及碎纸分离机构的一侧。

按照上述技术方案，探头剪切机构包括两片剪韧和两组剪韧驱动机构，两组剪韧驱动机构分别与两片剪韧连接，两片剪韧相对布置于样本通道的两侧，两组剪韧驱动机构带动两片剪韧相对运动。

按照上述技术方案，探头纸筒破碎机构包括滚筒、滚筒传动机构、锥形体和锥形体驱动装置，锥形体套设于滚筒底部，滚筒传动机构与滚筒连接，带动滚筒转动，锥形体驱动装置与锥形体连接，锥形体驱动装置带动锥形体上下移动，锥形体向上移动至最高位置时可封住滚筒底部的出口，向下移动时打开滚筒的底部出口，滚筒的内壁和锥形体的外壁均沿周向分布有多个凸起。

按照上述技术方案，锥形体驱动装置包括连接杆件和气缸，气缸通过连接杆件与锥形体连接，气缸伸缩带动锥形体上下移动。

按照上述技术方案，滚筒传动机构包括第一皮带、第一带轮和减速电机，滚筒竖直设置，滚筒的外圈套设有大带轮，第一带轮通过第一皮带与大带轮连接，减速电机与第一带轮连接，通过第一皮带带动滚筒旋转。

按照上述技术方案，滚筒中段为一圆柱体，上下两端均连接有收口锥体段，下收口锥体段的外圈与大带轮焊接，滚筒的下锥体段和锥形体的坡度均大于样本的摩擦角。

按照上述技术方案，滚筒内壁沿周向间隔分布有多个棱状凸起且滚筒内壁上的棱状凸起沿滚筒母线方向布置，锥形体外锥面沿周向间隔分布有多个棱状凸起且锥形体上的棱状凸起沿锥形体母线方向布置。

按照上述技术方案，样本及碎纸分离机构包括外壳、带轮装置、碎纸收集斗和样本收集斗，带轮装置、碎纸收集斗和样本收集斗均设置于外壳内，带轮装置的输入端设置于外壳的进口下方，碎纸收集斗和样本收集斗沿输送方向依次设置于带轮装置的输出端，碎纸收集斗和样本收集斗的下方分别设有碎纸箱和样品盒。

按照上述技术方案，样本盒搬运机械手包括回转装置和机械手臂，机械手臂通过第一关节与回转装置连接，回转装置带动机械手臂来回转动。

按照上述技术方案，横移台车包括车架，车架底部分布有驱动车轮组，在平台上设有轨道，横移台车设置于轨道上，车架通过驱动车轮组沿轨道移动。

本发明具有以下有益效果：

通过探头纸筒破碎机构用于破碎包裹在样本外面的纸筒，将样本从纸筒中剥离出来，样本及碎纸分离机构用于利用惯性将碎纸与样本分离，横移台车带动探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手23整体在测温取样枪1和之间风动送样装置26移动，本发明一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置可配合钢厂自动测温取样枪及风动送样装置使用，能完全取代人工将探头中钢水样本分离出来，并自动装入样本盒，自动投入风动送样弹仓，实现了钢厂取样工序的完全自动化、无人化。

附图说明

图1是本发明实施例中冶金取样探头样本自动分离及装样装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中样本盒搬运机械手的结构示意图；

图3是本发明实施例中取样探头的结构示意图；

图中，1-测温取样枪，2-探头自动更换装置(APC)夹钳，3-探头，4-第一气缸，5-剪韧，6-第一皮带，7-第一带轮，8-减速电机，9-回转支撑，10-外壳，11-第二带轮，12-第二皮带，13-钢结构，14-滚筒，15-锥形体，16-连接杆件，17-第二气缸，18-碎纸收集斗，19-样本收集斗，20-碎纸箱，21-样品盒，22-样本盒存放块，23-样本盒搬运机械手，24-横移驱动装置，25-轨道，26-风动送样装置，27-叉臂，28-第三关节，29-第二连杆，30-第二关节，31-第一连杆，32-第一关节，33-回转装置，34-探头外部纸筒，35-样本。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，包括探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构、样本盒搬运机械手23和横移台车，探头剪切机构设置于探头纸筒破碎机构的上方，且不与探头纸筒破碎机构连接，探头纸筒破碎机构安设于样本及碎纸分离机构入口处，样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手23设置于横移台车上，样本盒搬运机械手23设置于样本及碎纸分离机构的一侧；探头纸筒破碎机构用于破碎包裹在样本外面的纸筒，将样本从纸筒中剥离出来，样本及碎纸分离机构用于利用惯性将碎纸与样本分离，横移台车带动探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手23整体在测温取样枪1和之间风动送样装置26移动。

冶金取样探头样本自动分离及装样装置的两侧布置有自动测温取样枪1和风动送样装置26之间，冶金取样探头样本自动分离及装样装置可配合钢厂自动测温取样枪1及风动送样装置26使用，布置在自动测温取样枪1下，可在自动测温取样及风动送样装置26之间移动。

进一步地，探头剪切机构通过相应钢结构支撑在探头纸筒破碎机构的外壳10上。

进一步地，探头剪切机构由两片剪韧5及两组剪韧驱动机构组成，两组剪韧驱动机构分别与两片剪韧5连接，两片剪韧5相对布置于样本通道的两侧，两组剪韧驱动机构带动两片剪韧5相对运动，对包裹有纸筒的样板进行剪切；在剪韧驱动机构作用下，两片剪韧5相对运动，截取探头下端包裹样本的一段纸筒。

进一步地，剪韧驱动机构包括第一气缸4，第一气缸4与剪韧5连接，第一气缸4带动剪韧5来回移动。

进一步地，探头纸筒破碎机构包括滚筒14、滚筒传动机构、锥形体15和锥形体驱动装置，锥形体15设置于滚筒14底部，滚筒传动机构与滚筒14连接，带动滚筒14转动，锥形体驱动装置与锥形体15连接，锥形体驱动装置带动锥形体15上下移动，锥形体15向上移动至最高位置时可封住滚筒14底部的出口，向下移动时打开滚筒14的底部出口，滚筒14的内壁和锥形体15的外壁均沿周向分布有多个凸起；在滚筒14高速旋转时，包裹样本的纸筒在滚筒14内壁与锥形体15上的棱状凸起上高速碰撞，从而将样本表面纸筒撞碎。

进一步地，锥形体驱动装置包括连接杆件16和第二气缸17，第二气缸17通过连接杆件16与锥形体15连接，第二气缸17伸缩带动锥形体15上下移动。

进一步地，滚筒传动机构包括第一皮带6、第一带轮7和减速电机8，滚筒14竖直设置，滚筒14的外圈套设有大带轮，第一带轮7通过第一皮带6与大带轮连接，减速电机8与第一带轮7连接，通过第一皮带6带动滚筒14高速旋转。

进一步地，滚筒14中段为一圆柱体，上下两端均连接有收口锥体段，由钢板卷制而成，下收口锥体段的外圈与大带轮焊接，滚筒14的下锥体段和锥形体15的坡度均大于样本的摩擦角；便于样本可自由落入样本及碎纸分离机构中。

进一步地，滚筒14通过回转支撑9与探头纸筒破碎机构的外壳10连接，减速电机8和第二气缸17分别固定在样本及碎纸分离机构外壳10上。

进一步地，滚筒14内壁沿周向等间隔分布有多个棱状凸起且滚筒14内壁上的棱状凸起沿滚筒14母线方向布置，锥形体15外锥面沿周向等间隔分布有多个棱状凸起且锥形体15上的棱状凸起沿锥形体15母线方向布置。

进一步地，样本及碎纸分离机构包括外壳10、带轮装置、碎纸收集斗18和样本收集斗19，带轮装置、碎纸收集斗18和样本收集斗19均设置于外壳10内，带轮装置的输入端设置于外壳10的进口下方，碎纸收集斗18和样本收集斗19沿输送方向依次设置于带轮装置的输出端，碎纸收集斗18和样本收集斗19的下方分别设有碎纸箱20和样品盒21；带轮装置利用惯性将碎纸与样本分离，分离后的碎纸进入碎纸收集斗18，最后顺碎纸收集斗18落入碎纸箱20；分离后的样本进入样本收集斗19，最后顺样本收集斗19流入样本盒。

进一步地，样本盒通过样本盒存放块22设置于横移台车上。

进一步地，带轮装置包括两个第二带轮11和第二皮带12，两个第二带轮11之间通过第二皮带12连接，其中一个第二带轮11连接传动机构，传动机构通过第二带轮11带动第二皮带12绕第二带轮11转动，传动机构固定在样本及碎纸分离机构的外壳10上，两个第二带轮11通过轴承固定在外壳10上，传动机构可为电机。

进一步地，样本盒搬运机械手23包括回转装置33和机械手臂，机械手臂通过第一关节32与回转装置33连接，回转装置33带动机械手臂来回转动；使机械手臂在测温取样枪1和风动送样装置26两个方向间转动，样本盒搬运机械手23布置于横移台车上靠近风动送样装置26的一侧，用于将收集好样本的样品盒21搬运至风动送样装置26弹仓中。

进一步地，机械手臂包括第一连杆31、第二连杆29、叉臂27、第二关节30和第三关节28，第一连杆31的一端通过第一关节32与回转装置33连接，另一端通过第二关节30与第二连杆29的一端连接，第二连杆29的另一端通过第三关节28与叉臂27连接，第二关节30和第三关节28均连接独立驱动装置，从而自行转动，叉臂27为U型，叉臂27的U形面的弧面与圆柱形样本盒相配。

进一步地，横移台车包括车架，车架底部分布有驱动车轮组，在平台上设有轨道25，横移台车设置于轨道25上，车架通过驱动车轮组沿轨道25移动；轨道25用于横移台车导向，横移台车用于承载上述探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构及样本盒搬运机械手23，同时在样本盒机械手搬运样本时朝风动送样装置26侧移动，便于机械手靠近风动送样装置26弹仓。在废探头顺溜槽溜走后，朝测温取样枪1侧移动，进入工作位。

进一步地，驱动车轮组连接有横移驱动装置24。

本发明的工作原理：

如图1所示，为本发明一较佳实施例的一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置，包括：

探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构、样本盒搬运机械手23、横移小车及轨道25等部分。

探头剪切机构，所述剪切机构布置在探头纸筒破碎机构入口上方，不与破碎机构连接，通过相应钢结构支撑在探头纸筒破碎机构外壳10上。探头剪切机构由两片剪韧及两组剪韧驱动机构组成，在剪韧驱动机构作用下，剪韧相对运动，截取探头下端包裹样本的一段纸筒。

探头纸筒破碎机构，所述探头纸筒破碎机构由滚筒14、回转支撑9、滚筒传动机构、锥形体15及锥形体驱动装置等组成。探头纸筒破碎机构安装在样本及碎纸分离机构入口处，通过回转支撑9外圈与探头纸筒破碎机构外壳10固定。探头纸筒破碎机构用于破碎包裹在样本外面的纸筒，将样本从纸筒中剥离出来。

样本及碎纸分离机构，所述样本及碎纸分离机构由外壳10、带轮装置、碎纸收集斗18、样本收集斗19等组成。样本及碎纸分离机构用于利用惯性将碎纸与样本分离，分离后的碎纸进入碎纸收集斗18，最后顺碎纸收集斗18落入碎纸箱20；分离后的样本进入样本收集斗19，最后顺样本收集斗19流入样本盒。

样本盒搬运机械手23，所述样本盒搬运机械手23由回转装置33、机械手臂组成，机械手臂与回转装置33通过第一关节32连接，机械臂可在回转装置33带动下在测温取样枪1及风动送样装置26两个方向间转动。样本盒搬运机械手23布置于横移台车上靠近风动送样装置26的一侧，用于将收集好样本的样品盒21搬运至风动送样装置26弹仓中。

横移台车，所述横移台车包括车架和安装于车架底部的驱动车轮组，与车辆组相配在平台上设有轨道25，用于横移台车导向。横移台车用于承载上述探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构及样本盒搬运机械手23等，同时在样本盒机械手搬运样本时朝风动送样装置26侧移动，便于机械手靠近风动送样装置26弹仓。在废探头顺溜槽溜走后，朝测温取样枪1侧移动，进入工作位。

上述方案中，所述探头破碎机构滚筒中段为一圆柱体，两端为收口锥形体，由钢板卷制而成。下锥体外部有焊接有一圈大带轮。滚筒内壁沿滚筒母线方向每隔一段距离布置有一道棱状凸起。上述方案中，所述锥形体锥面沿母线方向等间距布置棱状凸起。在滚筒高速旋转时，包裹样本的纸筒在滚筒内壁与锥形体上的棱状凸起上高速碰撞，从而将样本表面纸筒撞碎。滚筒下锥段及锥形体坡度应大于样本的摩擦角，便于样本可自由落入样本及碎纸分离机构中。

上述方案中，所述锥形体驱动装置一端与样本及碎纸分离机构外壳固定，另一端通过连杆与锥形体连接，在驱动装置作用下，锥形体可上线移动，向上移动时可封住滚筒出口，向下移动打开滚筒出口。

上述方案中，所述滚筒传动机构由带轮、减速电机8、皮带等组成。减速电机8固定在样本及碎纸分离机构外壳上，减速电机8驱动带轮，通过皮带带动滚筒高速旋转，滚筒旋转速度须大于180转/分。

上述方案中，所述样本及碎纸分离机构带轮装置，由传动机构、两个带轮及皮带组成，传动机构固定在样本及碎纸分离机构外壳上，两个带轮通过轴承固定在外壳上，两带轮间穿有皮带。

上述方案中，样本盒搬运机械手23的机械臂由第一连杆31、第二连杆29、叉臂、第二关节30、第三关节28等组成。第二关节30和第三可独立驱动，叉臂为U型，U形面的弧面与圆柱形样本盒相配。

本发明实施样本自动分离及送样的过程为：自动测温取样装置自动取样完成后带动测温取样枪1上行到达更换探头位置，探头更换装置(APC)将探头夹住；夹紧到位信号到后，探头剪切装置在剪切机构驱动下，剪韧相对运动将探头下端含样本的一段纸筒切断，包裹纸筒的样本落入探头纸筒破碎机构。纸筒破碎机构高速旋转设定时间后，纸筒在筒壁与锥形体上凸棱的碰撞下破碎，样本露出。此时锥形体在驱动机构带动下向下运动，碎纸及样本落入样本及碎纸分离机构带轮装置上，带轮向右以一定速度运动，将碎纸及样本以一定水平初速度抛出，在重力及惯性作用下是碎纸、样本分别落入碎纸收集斗18及样本收集斗19，此后碎纸进入废纸箱，样本进入样本盒。程序控制一定延时后，样本盒搬运机械手23从待机位往样本盒方向转动，机械臂在三个关节作用下调整姿态，在机械臂叉头转至样本一侧时，在三个关节协同作用下，叉头将样本盒叉起。机械臂再往风动送样侧转动，此时横移台车也向风动送样装置26移动，直到样本盒被放入风动送样弹仓。样本盒在风动送样装置26中经加盖装置加盖后，发送到检化验室。在横移台车在风动送样装置26一侧时，溜管上方空间空出，此时探头更换装置夹紧机构松开，废探头在重力作用下落入溜管进入废探头收集斗。APC启动更换新探头动作，待新探头更换完成后，进入下一个取样工作循环。

综上所述，本发明一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置可配合钢厂自动测温取样枪1及风动送样装置26使用，布置在自动测温取样枪1下，可在自动测温取样及风动送样装置26之间移动，能完全取代人工将探头中钢水样本分离出来，并自动装入样本盒，自动投入风动送样弹仓，然后通过风动送样装置26发送至检化验室，实现了钢厂取样工序的完全自动化、无人化。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，包括探头剪切机构、探头纸筒破碎机构、样本及碎纸分离机构、样本盒搬运机械手和横移台车，探头剪切机构设置于探头纸筒破碎机构的上方，探头纸筒破碎机构安设于样本及碎纸分离机构入口处，样本及碎纸分离机构和样本盒搬运机械手设置于横移台车上，样本盒搬运机械手设置于样本及碎纸分离机构的一侧；

探头纸筒破碎机构包括滚筒、滚筒传动机构、锥形体和锥形体驱动装置，锥形体套设于滚筒底部，滚筒传动机构与滚筒连接，带动滚筒转动，锥形体驱动装置与锥形体连接，锥形体驱动装置带动锥形体上下移动，锥形体向上移动至最高位置时可封住滚筒底部的出口，向下移动时打开滚筒的底部出口，滚筒的内壁和锥形体的外壁均沿周向分布有多个凸起。

2.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，探头剪切机构包括两片剪韧和两组剪韧驱动机构，两组剪韧驱动机构分别与两片剪韧连接，两片剪韧相对布置于样本通道的两侧，两组剪韧驱动机构带动两片剪韧相对运动。

3.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，锥形体驱动装置包括连接杆件和气缸，气缸通过连接杆件与锥形体连接，气缸伸缩带动锥形体上下移动。

4.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，滚筒传动机构包括第一皮带、第一带轮和减速电机，滚筒竖直设置，滚筒的外圈套设有大带轮，第一带轮通过第一皮带与大带轮连接，减速电机与第一带轮连接，通过第一皮带带动滚筒旋转。

5.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，滚筒中段为一圆柱体，上下两端均连接有收口锥体段，下收口锥体段的外圈与大带轮焊接，滚筒的下锥体段和锥形体的坡度均大于样本的摩擦角。

6.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，滚筒内壁沿周向间隔分布有多个棱状凸起且滚筒内壁上的棱状凸起沿滚筒母线方向布置，锥形体外锥面沿周向间隔分布有多个棱状凸起且锥形体上的棱状凸起沿锥形体母线方向布置。

7.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，样本及碎纸分离机构包括外壳、带轮装置、碎纸收集斗和样本收集斗，带轮装置、碎纸收集斗和样本收集斗均设置于外壳内，带轮装置的输入端设置于外壳的进口下方，碎纸收集斗和样本收集斗沿输送方向依次设置于带轮装置的输出端，碎纸收集斗和样本收集斗的下方分别设有碎纸箱和样品盒。

8.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，样本盒搬运机械手包括回转装置和机械手臂，机械手臂通过第一关节与回转装置连接，回转装置带动机械手臂来回转动。

9.根据权利要求1所述的冶金取样探头样本自动分离及装样装置，其特征在于，横移台车包括车架，车架底部分布有驱动车轮组，在平台上设有轨道，横移台车设置于轨道上，车架通过驱动车轮组沿轨道移动。

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