CN111020090A - 一种高炉风口管自动捕捉对中装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉风口管自动捕捉对中装置，包括升降机构、水平设置在升降机构顶部的轴向移动板、通过直线导轨可移动地设置在轴向移动板顶面上的水平移动板、竖直设置在水平移动板上的第一弹簧组件、设置在其中心通孔内的支撑轴顶端的关节轴承、以及位于关节轴承顶部的风口管对中底座，风口管对中底座上开设有V形通槽，图像采集设备水平设置且其前端设置在V形通槽内；图像采集设备水平设置且其前端设置在V形通槽内；该装置利用对中底座的V形槽的自适应原理配合能够调节高度位置偏差、水平位置偏差和角度偏差的机械结构实现图像采集设备与风口管对中，精度高、成本低，且可靠性好。

Description

一种高炉风口管自动捕捉对中装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种高炉风口管自动捕捉对中装置。

背景技术

在炼铁高炉系统中，高炉风口是十分重要设备，承担向高炉喷入热风的重任，是高炉安全生产的重要保证。由于其长期承受高温、腐蚀、热疲劳和磨粒冲蚀，而很容易烧损，使冷却水流入高炉内部，造成炉温降低。严重时还可能导致水蒸气爆炸，造成铁水外流的重大生产事故。因此，及早发现风口破损是保证生产安全进行的重要前提条件。

为了更及时的发现风口破损，生产现场一般使用风口巡检机器人对风口进行实时监测，即利用风口巡检机器人绕高炉运动的过程中，依次将其上安装的图像采集设备对中至与高炉的各个风口管的中轴线重合，通过采集高炉风口管内的火焰的红外图像判断风口管是否存在或即将出现破损的问题；但是由于实际生产中的风口管受到安装角度、持续高温、以及承压等因素的影响很容易发生风口管变形，最终导致每个风口管的高度位置、角度位置等都不一样，给监测装置的自动捕捉对中工作以及后期的图像处理工作均造成了很大的困难。

发明内容

本发明的目的是针对目前存在问题提出一种能够在自动实现将图像采集设备与高炉风口管进行对中的高炉风口管自动捕捉对中装置。

为此，本发明技术方案如下：

一种高炉风口管自动捕捉对中装置，包括自下而上依次设置的升降机构、轴向移动板、水平移动机构、第一弹簧组件、关节轴承、风口管对中底座和图像采集设备；其中，

轴向移动板水平设置在升降机构顶部以随升降机构在轴向上往复移动；

水平移动机构包括平行设置的两组直线导轨、一块水平移动板和两个第二弹簧组件；两组直线导轨对称设置在轴向移动板的顶面上，水平移动板水平设置并固定在两组直线导轨的滑块上，使水平移动板能够随滑块在其轨道上沿水平方向往复移动；两个第二弹簧组件设置在两组直线导轨之间且分别位于水平移动板两侧；第二弹簧组件包括第二弹簧座和水平设置的第二弹簧，第二弹簧座设置在水平移动板邻侧，使第二弹簧的一端套装并固定在第二弹簧座上、另一端端面固定在移动板的侧边上，使移动板的初始位置保持在轴向移动板的中心处；

第一弹簧组件包括第一弹簧座、套装在第一弹簧座外侧的第一弹簧和固定在第一弹簧座的中心通孔内的支撑轴；第一弹簧座以其轴线方向垂直于水平移动板的方式固定在水平移动板的顶面上；

关节轴承设置在支撑轴的顶端，其外球面内圈体以过盈配合的方式固定在支撑轴顶端外侧，并使第一弹簧的顶端抵在关节轴承的外球面内圈体的底端端面上；

风口管对中底座固定在关节轴承的内球面外圈体的顶端端面上，其为一自其顶面开设有一槽宽自上而下逐渐减小的V形通槽的条形块；风口管对中底座的轴线方向与直线导轨的轴线方向相互垂直；

图像采集设备水平设置且其前端设置并固定在风口管对中底座的V形通槽内，使图像采集设备能够与设置在风口管对中底座上的风口管对中。

进一步地，图像采集设备包括设置在相机防护套内的笔式相机；其中，笔式相机与相机防护套同轴设置；相机防护套水平设置且其前端设置并固定在风口管对中底座上，其尺寸与风口管对中底座的尺寸相适应，使笔式相机的镜头的中轴线与设置在风口管对中底座内的风口管的中轴线重合。

进一步地，升降机构包括设置在第一水平支撑板上的滚珠丝杠、直流电机、第一齿轮和第二齿轮，以及位于第一水平支撑板上方的第二水平支撑板；其中，直流电机以其输出轴竖直向下的方式固定在第一水平支撑板上，使其输出轴穿过开设于第一水平支撑板上的通孔并将其输出轴轴端以过盈配合的方式固定在第一齿轮的中心孔内；滚珠丝杠竖直设置且其螺杆两端分别通过设置在第一水平支撑板上的第一滚动轴承和设置在第二水平支撑板上的第二滚动轴承可自由转动地固定在第一水平支撑板与第二水平支撑板之间；滚珠丝杠的螺杆底端穿过开设在第一水平支撑板上的通孔并将其端部以过盈配合的方式设置在第二齿轮的中心孔内，且第二齿轮与第一齿轮相啮合；在滚珠丝杠的螺母外侧套装并固定有滑块，且在滑块顶面上对称且竖直设置有两组连接杆，两组连接杆的顶端固定在移动板的底面上；第一水平支撑板与第二水平支撑板之间均布固定有多根支撑柱。

进一步地，风口管对中底座的V形通槽的轴向长度为140mm。该轴向长度能够适用于各种规格的风口管的对中操作，既能够满足对中操作的有效支撑面积，也不会因尺寸过长不利于对中操作。

进一步地，在第二水平支撑板的上方还设置有第三水平支撑板，其上开设有轴向通孔，使第三水平支撑板套装在第一弹簧组件外侧；第三水平支撑板与第二水平支撑板之间均布固定有多根支撑柱，且在轴向移动板的两侧对称开设有两个轴向通孔，使轴向移动板穿装在两根对称设置的支撑柱上并通过设置在每个轴向通孔内的直线轴承实现轴向移动板可移动地穿装在两根支撑柱上。

进一步地，第一水平支撑板通过设置在其四角处的四个螺栓可拆卸地固定在一运动机构上。

与现有技术相比，该高炉风口管自动捕捉对中装置在结构设计上采用能够与风口管自适应的具有V形通槽对中底座结构，并配合升降机构解决了各风口管之间存在高低差的问题，配合水平移动机构解决了各风口管之间存在的左右偏差问题，配合关节解决了各风口管之间存在的角度不确定问题，并配合第一弹簧组件为风口管的自适应位置调整提供动力，从而解决相机支架刚性与柔性冲突的情况；综上，该装置在对中过程中的V型块自适应原理，采用较为简单的机械对中结构方式实现自动对中，避免使用高精度相机加图像处理的方式对中，不仅实现了更高的对中精度，同时成本更低，可靠性更好。

附图说明

图1为本发明的高炉风口管自动捕捉对中装置的剖视图；

图2为本发明的高炉风口管自动捕捉对中装置的移动板的俯视图；

图3为本发明的高炉风口管自动捕捉对中装置的侧视图；

图4为本发明的高炉风口管自动捕捉对中装置的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1～3所示，该高炉风口管自动捕捉对中装置包括自下而上依次设置在一架体上的升降机构、轴向移动板8、水平移动机构、第一弹簧组件、关节轴承5、风口管对中底座4和图像采集设备。

如图1和图4所示，架体包括自下而上间隔设置的第一水平支撑板21c、第二水平支撑板21b和第三水平支撑板21a；第一水平支撑板21c与第二水平支撑板21b之间通过分别设置在四个顶角处的四根支撑柱螺栓连接固定为一个整体；第二水平支撑板21b与第三水平支撑板21a之间通过分别设置在四个顶角处的四根支撑柱以及对称设置在水平支撑板的中心线两端的两根支撑柱螺栓连接固定为一个整体；此外，为了便于各部件的安装，在第一水平支撑板21c上间隔开设有两个安装通孔，在第二水平支撑板21b的中心处开设有一个滚珠轴承安装通孔，在第三水平支撑板21a上开设有第一弹簧组件的安装通孔；

另外，为了进一步实现该高炉风口管自动捕捉对中装置能够环绕高炉依次与每根风口管对中并采集图像，该架体通过设置在第一水平支撑板21c的四角处的四个螺栓可拆卸地固定在一运动机构上，以实现通过控制运动机构的运动轨迹，使该对中装置依次移动至炉体的每个风口管处，进行图像采集设备与风口管的对中操作，为采集获得有效的风口管内炉火图像奠定基础。

如图1所示，升降机构包括设置在第一水平支撑板上的滚珠丝杠10、直流电机11、第一齿轮12a和第二齿轮12b；具体地，

直流电机11以其输出轴竖直向下的方式固定在第一水平支撑板21c上，使其输出轴穿过开设于第一水平支撑板21c上的通孔并将其输出轴轴端以过盈配合的方式安装在水平设置在第一水平支撑板21c下方的第一齿轮12a的中心孔内，实现直流电机11驱动第一齿轮12a同步转动；

滚珠丝杠10竖直设置且其螺杆两端分别通过设置在第一水平支撑板21c上的第一滚动轴承15a和设置在第二水平支撑板21b上的第二滚动轴承15b可自由转动地固定在第一水平支撑板21c与第二水平支撑板21b之间；其中，第一滚动轴承15a通过轴承座固定在第一水平支撑板21c顶面上，且保持第一滚动轴承的中心通孔与开设在第一水平支撑板21c上的一个安装通孔同轴设置，第二滚动轴承通过分别设置在第二水平支撑板21b顶面和底面上的两个轴承固定端盖开设于第二水平支撑板21b上的安装通孔内；同时，滚珠丝杠10的螺杆底端穿过开设在第一水平支撑板21c上的通孔并将其杆端以过盈配合的方式安装在水平设置于第一水平支撑板21c下方的第二齿轮12b的中心孔内，且第二齿轮12b与第一齿轮12a相啮合，实现第二齿轮12b与第一齿轮12a同步转动，并带动滚珠丝杠10的螺杆同步转动，进而使滚珠丝杠10的螺母相对于螺杆沿轴向上行或下行；

在滚珠丝杠10的螺母外侧套装并固定有一滑块16，且滑块16长度大于第二水平支撑板的宽度，使对称且竖直设置在滑块16顶面边缘处的两组连接杆17能够沿轴向延伸至轴向移动板8处，并固定在移动板8的底面上，使轴向移动板8能够随滚珠丝杠10的螺母在轴向上同步移动；在轴向移动板8的两侧对称开设有两个轴向通孔，使轴向移动板8穿装在对称设置于水平支撑板的中心线两端的两根支撑柱上，通过在轴向移动板8的两个轴向通孔内各设置有一个直线轴承9，使轴向移动板8可移动地穿装在两根支撑柱上，实现移动板8在两个直线轴承9的导向作用下沿轴向移动。

如图2所示，水平移动机构包括平行设置的两组直线导轨7、一块水平移动板19和两个第二弹簧组件；两组直线导轨7对称设置在轴向移动板8的顶面上，水平移动板19水平设置并固定在两组直线导轨7的滑块上，使水平移动板19能够随滑块在其轨道上沿水平方向往复移动；两个第二弹簧组件设置在两组直线导轨7之间且分别位于水平移动板19两侧；第二弹簧组件包括第二弹簧座和水平设置的第二弹簧14，第二弹簧座设置在水平移动板19邻侧，使第二弹簧14的一端套装并固定在第二弹簧座上、另一端端面固定在移动板19的侧边上，使移动板19的初始位置保持在轴向移动板8的中心处。

如图1和图3所示，第一弹簧组件包括第一弹簧座18、套装在第一弹簧座外侧的第一弹簧6和固定在第一弹簧座的中心通孔内的支撑轴20；第一弹簧座18以其轴线方向垂直于水平移动板19的方式固定在水平移动板19的顶面上；

如图1所示，关节轴承5设置在支撑轴20的顶端，其外球面内圈体以过盈配合的方式插装在支撑轴20端部外侧，使第一弹簧的顶端抵在关节轴承5的外球面内圈体的底端端面上。

风口管对中底座4固定在关节轴承5的内球面外圈体的顶端端面上，其为一自其顶面开设有一槽宽自上而下逐渐减小的V形通槽的条形块；风口管对中底座4的轴线方向与直线导轨7的轴线方向相互垂直；

图像采集设备水平设置且其前端设置并固定在风口管对中底座4的V形通槽内；具体地，图像采集设备包括设置在相机防护套2内的笔式相机1；其中，笔式相机1与相机防护套2同轴设置；相机防护套2水平设置且其前端设置在风口管对中底座4上，并通过自相机防护套2上方压配在相机防护套2上的端盖22，将相机防护套2固定在风口管对中底座4上，其中，端盖22通过设置在其两端的螺栓紧固在风口管对中底座4上；相机防护套2的尺寸与风口管对中底座4的尺寸相适应，使笔式相机1的镜头的中轴线与设置在风口管对中底座4内的风口管的中轴线重合。

如图1和图4所示，该高炉风口管自动捕捉对中装置的工作原理为：由于高炉各个风口小径的高低、左右、角度等都不确定，且运动机构也存在一定的定位误差，因此，采用该高炉风口管自动捕捉对中装置进行图像采集设备与高炉的风口管进行对中时，首先利用运动机构将该装置移动至待对中操作的风口管处，并使风口管对中底座4位于风口管3下方；启动直流电机11，此时直流电机11正向转动，带动第一齿轮12a同步正向转动，第一齿轮12a带动与其啮合连接的第二齿轮12b同步反向转动，进而带动滚珠丝杠10的螺杆同步反向转动，实现滚珠丝杠10螺母带动滑块16沿轴向上行，同时与滑块16通过连接杆17连接的轴向移动板8在两个直线轴承9的导向作用下同步沿轴向上行，并使第一弹簧6呈压缩状态；在该过程中，当风口管3存在高低位置偏差问题时，风口管对中底座4在同步上行过程中，使其V形槽的槽壁与风口管逐渐贴合；当风口管3存在角度偏差问题时，风口管对中底座4底端的关节轴承5使风口管对中底座4随着压力发生角度转动，以使其V形槽与风口管3完全贴合；当风口管3存左右位置偏差时，由于第一弹簧6在风口管对中底座4与风口管3的贴合过程中不断压缩，使第一弹簧座18受到的压力也不断增，其压力作用在水平移动板19上，使直线导轨7因承压不平衡而在水平方向上发生左右移动，实现调整小车定位的误差；最终实现风口管3完全与风口管对中底座4的V形槽相贴合，同样设置在风口管对中底座4上的图像采集设备中的笔式相机1的镜头的中轴线与风口管3的中轴线重合，自动对中操作完成；

而当图像采集完成后，直流电机11反向转动，带动第一齿轮12a同步反转动，第一齿轮12a带动与其啮合连接的第二齿轮12b同步正向转动，进而带动滚珠丝杠10的螺杆同步正向转动，实现滚珠丝杠10螺母带动滑块16沿轴向下行，同时与滑块16通过连接杆17连接的轴向移动板8在两个直线轴承9的导向作用下同步沿轴向下行，风口管对中底座4与风口管3分离；在该过程中，第一弹簧6恢复至原始状态，关节轴承5也恢复至初始状态，风口管对中底座4也恢复至原始状态；同时，由于第一弹簧座18不再受力，使水平移动板19不在承受第一弹簧座18施加的压力而在对称设置于其两侧的第二弹簧组的作用下恢复至初始位置，此时，直线导轨7也同时在第二弹簧14的作用下自动恢复原状。待该装置全部恢复至初始状态，即可在运动机构的作用下，移动至下一个风口管进行图像采集。

Claims (6)

1.一种高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，包括自下而上依次设置的升降机构、轴向移动板(8)、水平移动机构、第一弹簧组件、关节轴承(5)、风口管对中底座(4)和图像采集设备；其中，

轴向移动板(8)水平设置在升降机构顶部以随升降机构在轴向上往复移动；

水平移动机构包括平行设置的两组直线导轨(7)、一块水平移动板(19)和两个第二弹簧组件；两组直线导轨(7)对称设置在轴向移动板(8)的顶面上，水平移动板(19)水平设置并固定在两组直线导轨(7)的滑块上，使水平移动板(19)能够随滑块在其轨道上沿水平方向往复移动；两个第二弹簧组件设置在两组直线导轨(7)之间且分别位于水平移动板(19)两侧；第二弹簧组件包括第二弹簧座和水平设置的第二弹簧(14)，第二弹簧座设置在水平移动板(19)邻侧，使第二弹簧(14)的一端套装并固定在第二弹簧座上、另一端端面固定在移动板(19)的侧边上，使移动板(19)的初始位置保持在轴向移动板(8)的中心处；

第一弹簧组件包括第一弹簧座(18)、套装在第一弹簧座外侧的第一弹簧(6)和固定在第一弹簧座的中心通孔内的支撑轴(20)；第一弹簧座(18)以其轴线方向垂直于水平移动板(19)的方式固定在水平移动板(19)的顶面上；

关节轴承(5)设置在支撑轴(20)的顶端，其外球面内圈体以过盈配合的方式固定在支撑轴(20)顶端外侧，并使第一弹簧(6)的顶端抵在关节轴承(5)的外球面内圈体的底端端面上；

风口管对中底座(4)固定在关节轴承(5)的内球面外圈体的顶端端面上，其为一自其顶面开设有一槽宽自上而下逐渐减小的V形通槽的条形块；风口管对中底座(4)的轴线方向与直线导轨(7)的轴线方向相互垂直；

图像采集设备水平设置且其前端设置并固定在风口管对中底座(4)的V形通槽内，使图像采集设备能够与设置在风口管对中底座(4)上的风口管对中。

2.根据权利要求1所述的高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，图像采集设备包括设置在相机防护套(2)内的笔式相机(1)；其中，笔式相机(1)与相机防护套(2)同轴设置；相机防护套(2)水平设置且其前端设置并固定在风口管对中底座(4)上，其尺寸与风口管对中底座(4)的尺寸相适应，使笔式相机(1)的镜头的中轴线与设置在风口管对中底座(4)内的风口管的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，升降机构包括设置在第一水平支撑板上(21c)的滚珠丝杠(10)、直流电机(11)、第一齿轮(12a)和第二齿轮(12b)，以及位于第一水平支撑板(21c)上方的第二水平支撑板(21b)；其中，直流电机(11)以其输出轴竖直向下的方式固定在第一水平支撑板上，使其输出轴穿过开设于第一水平支撑板(21c)上的通孔并将其输出轴轴端以过盈配合的方式固定在第一齿轮(12a)的中心孔内；滚珠丝杠(10)竖直设置且其螺杆两端分别通过设置在第一水平支撑板(21c)上的第一滚动轴承(15a)和设置在第二水平支撑板(21b)上的第二滚动轴承(15b)可自由转动地固定在第一水平支撑板(21c)与第二水平支撑板(21b)之间；滚珠丝杠(10)的螺杆底端穿过开设在第一水平支撑板(21c)上的通孔并将其端部以过盈配合的方式设置在第二齿轮(12b)的中心孔内，且第二齿轮(12b)与第一齿轮(12a)相啮合；在滚珠丝杠(10)的螺母外侧套装并固定有滑块(16)，且在滑块(16)顶面上对称且竖直设置有两组连接杆(17)，两组连接杆的顶端固定在移动板(8)的底面上；第一水平支撑板(21c)与第二水平支撑板(21b)之间均布固定有多根支撑柱。

4.根据权利要求1所述的高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，风口管对中底座(4)的V形通槽的轴向长度为140mm。

5.根据权利要求3所述的高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，在第二水平支撑板(21b)的上方还设置有第三水平支撑板(21a)，其上开设有轴向通孔，使第三水平支撑板(21a)套装在第一弹簧组件外侧；第三水平支撑板(21a)与第二水平支撑板之间均布固定有多根支撑柱，且在轴向移动板(8)的两侧对称开设有两个轴向通孔，使轴向移动板(8)穿装在两根对称设置的支撑柱上并通过设置在每个轴向通孔内的直线轴承(9)实现轴向移动板(8)可移动地穿装在两根支撑柱上。

6.根据权利要求3所述的高炉风口管自动捕捉对中装置，其特征在于，第一水平支撑板通过设置在其四角处的四个螺栓可拆卸地固定在一运动机构上。

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