CN110793331A - 一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置 - Google Patents

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杜晓钟
张忠
赵宏强
马晓昂
张明智
赵建军
李旭云
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Abstract

本发明提供一种用于冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，安装在烧穿器上，其组成为：直杆型球头关节、直线轴承、多维度环形压力传感器、伺服减速机、滚珠丝杠、配重。用直线轴承将机械臂小臂部分和烧穿器连接杆连接，这样可以提高测量精度；在烧穿器连接杆后端直线轴承内部装上多维度环形压力传感器，这样增加多维传感器的使用寿命，也可以检测到烧穿器前段的受力，增加检测精度，从而能对烧穿器进行有效的控制，降低碳棒的损坏率；最后伺服减速机可以控制滚珠丝杠上配重的位移，能有效降低机械臂的载荷，从而降低生产事故风险。

Description

一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置
技术领域
本发明属于烧穿器技术领域，具体为一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置。
背景技术
现如今用于冶炼的自动烧穿器在工作时其在机器人与烧穿器的连接部位大多为直杆型球头关节连接或者是机械臂直接连接。因烧穿器为杠杆形式，且其前端较重、较长，而为减小控制烧穿器工作的机械臂的行程，往往烧穿器支点后端都较短，这就造成了对机械臂的质量要求、载荷要求等较高。而且在有些场合下修整、烧穿大型炉口时会要求烧穿器做圆弧运动，而现有的自动烧穿器为机械手直接抓取，因为没有补偿，所以只能依靠机械臂本身移动来实现烧穿器的柔性工作，从而对机械臂的控制增加了很大的难度。而且烧穿工作中，机械臂不能对烧穿器前端的力有明确的感知，所以在烧穿工作中很容易将烧穿器的碳棒损坏。
发明内容
为了克服自动烧穿器与机械臂连接带来的烧穿精度不足和烧穿器碳棒的损坏的问题，本发明提供一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是：
一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，安装在烧穿器上，所述烧穿器包括底座，安装在底座上的机械臂、导向杆，烧穿器碳棒夹，安装在烧穿器碳棒夹上的碳棒，还包括自动补偿平衡装置，所述自动补偿平衡装置，包括直杆型球头关节、直线轴承、烧穿器连接杆、多维度环形压力传感器、配重、配重架、伺服减速机，所述烧穿器连接杆后端安装在直线轴承内，前端与烧穿器碳棒夹固定连接，所述导向杆与烧穿器连接杆前部铰接，所述配重架安装在烧穿器连接杆上，位于导向杆与烧穿器连接杆铰接点后部，配重架上安装有伺服减速机驱动的滚珠丝杠，滚珠丝杠滑块与配重固定连接，所述烧穿器连接杆后端安装多维度环形压力传感器，所述多维度环形压力传感器与伺服减速机线路连接，用于控制配重位置，所述直线轴承后端与直杆型球头关节前端固定连接，直杆型球头关节后端与机械臂固定连接。
所述烧穿器连接杆后端固定连接有后端盖。
所述烧穿器连接杆后端设置有细变径段，用于安装多维度环形压力传感器，多维度环形传感器位于直线轴承内。
所述伺服减速机由伺服电机与减速机组成。
所述烧穿器连接杆分为前杆与后杆，前杆与后杆固定连接。
所述配重架安装在后杆上。
所述导向杆，包括支杆，旋转安装在支杆顶端的铰接座，所述烧穿器连接杆下部设置有铰接凸台，铰接座与铰接凸台配合。
还包括一个压力变送器，压力变送器与多维度环形压力传感器、伺服减速机控制器线路连接。
本发明的优点和有益效果是：本发明的自动补偿平衡装置可以自动调节平衡，烧穿器的操作原理为杠杆原理，利用发明的自动补偿平衡装置可以将机械臂与烧穿器的碳棒连接起来后，当杠杆会平衡时，机械臂只需要很小的力就可以控制烧穿器的动作，即降低机械臂的工作载荷，而且降低电机功率以及各部件所需刚度和强度，从而降低了制造成本；也能够提高机械臂的柔性运动，从而大大提高了烧穿效率，同时也降低了烧穿器碳棒的损坏率；由于支点前后力平衡，则传感器受到的干扰力很小，从而增加了检测精度。
附图说明
图1、本发明的装置与烧穿器的安装结构示意图。
图2、烧穿器连接杆的前杆结构示意图。
图3、图2的左视图。
图4、本发明装置的结构示意图。
图5、图3的烧穿器连接杆和直线轴承部分的AA剖视图。
图6、本发明的直杆型球头关节结构图。
图中:1、碳棒； 2、烧穿器碳棒夹；3、导向杆；4、自动补偿平衡装置；5、机械臂； 6、烧穿器连接杆后端盖； 7、多维度环形压力传感器；8、后杆；9、后端盖固定螺栓；10、直线轴承；11、上吊挂耳环式配重架；12、伺服减速机；13、配重；14、滚珠丝杠；15、直杆型球头关节；16、直线轴承法兰；17、前杆。
具体实施方式
图1-6所示， 一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，安装在烧穿器上，烧穿器包括底座，安装在底座上的机械臂5、导向杆，烧穿器碳棒夹2，安装在烧穿器碳棒夹上的碳棒1，自动补偿平衡装置4。
自动补偿平衡装置，包括直杆型球头关节15、直线轴承10、由前杆17和后杆8法兰连接形成的烧穿器连接杆、多维度环形压力传感器7、配重、上吊挂耳环结构的配重架、伺服电机与减速机组成的伺服减速机。
烧穿器连接杆后杆8后端安装在直线轴承10内，前杆17前端与烧穿器碳棒夹2法兰连接，直线轴承10的作用是通过其内部的滚珠把内部的滑动摩擦变为滚动摩擦，而且直线轴承10可对烧穿器进行距离补偿，因为烧穿器在机械臂5的控制下做圆周运动，所以在运动过程中烧穿器与机械臂5之间的距离会发生变化，其发生的距离变化会由后连接杆在直线轴承10中的移动来改变，从而达到距离补偿。
导向杆3，包括支杆，旋转安装在支杆顶端的铰接座，烧穿器连接杆前杆17下部设置有铰接凸台，铰接座与铰接凸台配合，该铰接点位于导向杆与烧穿器连接杆铰接点后部。
上吊挂耳环结构的配重架11安装在烧穿器连接杆后杆8上，其末端位置到多维度环形传感器7的距离是400mm，配重架上滑动连接配重吊挂耳环，配重架11上安装有伺服减速机12驱动的滚珠丝杠14，滚珠丝杠滑块与重吊挂耳环固定连接，重吊挂耳环上安装配重13。其中滚珠丝杠14直径为50mm，行程350mm，导程10mm，控制滚珠丝杠14的伺服减速机12由750W的伺服电机与减速比为1：100的减速机组成。
后杆8是直径为40mm长为1400mm的钢棒，钢棒尾部有直径为30mm的台阶，多维度环形压力传感器7装在直径为30mm的部分，其内径为30mm，外径为60mm，检测量程为0～1000Kg，报警范围是0～25Kg；在多维度环形压力传感器7外部套有直线轴承10，直线轴承10的内径为60mm，长度为210mm，直线轴承在这里还可以起到增加传感器寿命的作用。后杆后端盖6用后端盖螺栓9固定在后杆8后端，限制多维度环形传感器7的轴向移动，多维度环形压力传感器7与伺服减速机12的控制CPU线路连接，用于控制配重位置。
直线轴承10后端与直杆型球头关节15前端固定连接，直杆型球头关节15后端与机械臂5固定连接，直杆型球头关节15可对机械臂5进行角度补偿，使机械臂5在做圆周运动时烧穿器也能做同步圆周运动，达到开炉眼、扩炉眼的目的。
配重设置时，碳棒1的直径110mm，长3000mm，重量为54Kg，烧穿器碳棒夹2重量20Kg，则导向杆与前杆支点前的重量为90Kg。计算时按碳棒未磨损计算则：烧穿器前端的重心位置距离支点为2000mm，即其力矩为180N·m，后端的力矩为需与前端相同，其重心距离支点长度为950mm，滚珠丝杠14的重量为55Kg，根据杠杆平衡原理得出配重质量为135Kg。之后在烧穿器的不断使用中，碳棒1的重量会越来越轻，则配重的位置在伺服电机的控制下不断向支点方向移动。即重心位置向支点方向靠近且靠近距离与碳棒的损耗质量有关。
本发明装置能够为自动化烧穿工作降低制造成本、改善工作条件，提高工作精度。该装置工作原理是当烧穿器前端碳棒碰到障碍物后或者偏离设定位置时，后端的多维度环形传感器压力瞬时变大，压力变送器发送信号使机械臂停止工作或者变换烧穿点。
具体的烧穿器的自动补偿平衡装置工作方式为：在每次开机使用前多维度环形压力传感器7都会对烧穿器前端的重量进行检测，若小于25Kg则传递给压力变送器，经CPU处理后烧穿器开始工作。若大于25Kg，则输出信号到压力变送器，在经过CPU控制伺服减速机12改变配重在滚珠丝杠14上的位置直至环形传感器7输出值小于25Kg，在调节完毕后机械臂5开始控制烧穿器工作。在烧穿工作中当烧穿器碳棒1前端碰到障碍时，自动补偿平衡装置4中的多维度环形传感器7会传递一个震荡信号或者压力突变信号。当出现这种突变信号时，CPU控制机械臂5停止运动或使机械臂5将碳棒1进行其他方向的移动以免损坏碳棒1。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，安装在烧穿器上，所述烧穿器包括底座，安装在底座上的机械臂、导向杆，烧穿器碳棒夹，安装在烧穿器碳棒夹上的碳棒，其特征在于：还包括自动补偿平衡装置，所述自动补偿平衡装置，包括直杆型球头关节、直线轴承、烧穿器连接杆、多维度环形压力传感器、配重、配重架、伺服减速机，所述烧穿器连接杆后端安装在直线轴承内，前端与烧穿器碳棒夹固定连接，所述导向杆与烧穿器连接杆前部铰接，所述配重架安装在烧穿器连接杆上，位于导向杆与烧穿器连接杆铰接点后部，配重架上安装有伺服减速机驱动的滚珠丝杠，滚珠丝杠滑块与配重固定连接，所述烧穿器连接杆后端安装多维度环形压力传感器，所述多维度环形压力传感器与伺服减速机线路连接，用于控制配重位置，所述直线轴承后端与直杆型球头关节前端固定连接，直杆型球头关节后端与机械臂固定连接。
2.根据权利要求1所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述烧穿器连接杆后端固定连接有后端盖。
3.根据权利要求1所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述烧穿器连接杆后端设置有细变径段，用于安装多维度环形压力传感器，多维度环形传感器位于直线轴承内。
4.根据权利要求1所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述伺服减速机由伺服电机与减速机组成。
5.根据权利要求1所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述烧穿器连接杆分为前杆与后杆，前杆与后杆固定连接。
6.根据权利要求5所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述配重架安装在后杆上。
7.根据权利要求1所述的冶炼炉烧穿器的自动补偿平衡装置，其特征在于：所述导向杆，包括支杆，旋转安装在支杆顶端的铰接座，所述烧穿器连接杆下部设置有铰接凸台，铰接座与铰接凸台配合。
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