CN111337239B - 全自动钢包弹簧测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全自动钢包弹簧测量仪及测量方法，属于冶金钢包机构装配测量设备的技术领域。包括固定结构、加载结构和转换结构，所述固定结构与钢包上的弹簧组件连接，所述加载结构与外界加载设备连接，外界加载设备作用所述加载结构后通过转换结构带动固定结构对弹簧组件中的弹簧进行测量，可以实现对弹簧组快速进行拉力测试，同时，通过软、硬限位方式准确测量拉伸位移与拉伸力的对应值，当检测完成后，卸载加载力，借助弹簧压缩力，检测装置迅速复位，另整个检测装置结构紧凑、携带方便、操作简单、维护方便，满足于工作现场的检测需要。

Description

全自动钢包弹簧测量仪及测量方法

技术领域

本发明属于冶金钢包机构装配测量设备的技术领域，具体的涉及便于携带和操作的全自动测量钢包弹簧的设备及测量方法。

背景技术

随着创新社会发展的需要，各行各业对金属材料质量的要求日趋提高，尤其是基础工业的钢材质量亦日益提高。减少转炉出钢时的下渣量是改善钢水质量的一个重要环节，它可以减少钢水回磷、回硫，提高合金收得率。因此，有效的挡渣不仅可改善炉后环境还可减少脱氧剂及合金消耗，减少钢包粘渣，延长钢包使用寿命，起到降低钢产品成本的作用。

在钢包滑动机构内部中排布多组成套的螺旋弹簧组件，其目的是保证滑动板与固定板能够顺畅相对移动的同时，滑动板与固定板还能够完全贴合，避免钢水从其间隙渗出甚至泄露，为此，需要掌握弹簧组件的拉伸量与拉力之间的对应关系，以便于在装配时精确控制滑动板与固定板之间的预紧力。目前，传统的弹簧测量仪器一般体积较大且不利于测量操作也不便于携带，测量数据也不直观。

发明内容

本发明所要解决现有技术中的不足，故此提出全自动钢包弹簧测量仪及测量方法，可以实现对弹簧组快速进行拉力测试，同时，通过软、硬限位方式准确测量拉伸位移与拉伸力的对应值，当检测完成后，卸载加载力，借助弹簧压缩力，检测装置迅速复位，另整个检测装置结构紧凑、携带方便、操作简单、维护方便，满足于工作现场的检测需要。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案：

全自动钢包弹簧测量仪，包括固定结构、加载结构和转换结构，所述固定结构与钢包上的弹簧组件连接，所述加载结构与外界加载设备连接，外界加载设备作用所述加载结构后通过转换结构带动固定结构对弹簧组件中的弹簧进行测量。

进一步的，所述固定结构包括连接头、底板和连接件，所述连接头与弹簧组件的活动杆连接且二者之间为间隙配合，所述底板通过连接件与连接头连接。

进一步的，所述转换结构包括固定板、转换体和压力传感器，所述固定板和转换体均设置在底板和连接头之间，所述固定板活动设置在连接件上，所述固定板上设有连接柱，所述固定板通过连接柱固定连接有定位支撑头，所述定位支撑头设置在连接头的外侧，所述转换体固定连接在固定板背对连接柱的一侧，所述压力传感器固定安装在底板相对转换体的一侧，所述加载结构通过转换体作用至压力传感器致使底板和连接头整体带动弹簧组件的活动杆移动。

进一步的，所述转换体内开设有转换通道，所述转换通道内设有同时运动且运动方向不同的加载杆和推动杆，所述加载杆和推动杆的一端均外露于转换通道的外侧，所述推动杆正对于压力传感器设置。

进一步的，所述加载杆和推动杆通过楔形转换、流体转换和球形转换中的任意一种形式实现角度转换和运动传递。

进一步的，所述压力传感器与推动杆之间预留有间隙。

进一步的，还包括具有上下调节、锁紧功能的限位件，所述限位件可调节连接在转换体上且一端延伸至转换通道内，所述限位件上设有线性刻度标尺，所述线性刻度标尺上的刻度值与弹簧组件的弹簧形变量呈对应关系。

进一步的，所述加载结构包括加载连接板，所述加载连接板固定连接在转换本体上且位于加载杆的外侧。

本发明还公开了全自动钢包弹簧测量仪的测量方法，包括以下步骤：

A、仪器组装：

A1、首先将压力传感器固定安装在底板上，定位支撑头通过连接柱与固定板固定连接为整体；

A2、后使用连接件将底板、固定板和连接头连接为整体，并保证固定板在连接件上自由滑动；

B、仪器安装与测量：

B1、定位支撑头与弹簧组件的侧面贴合，使用连接头与钢包上弹簧组件的活动杆连接；

B2、根据线性刻度标尺调节限位件至所需档位控制弹簧组件活动杆的外伸行程，使用加载设备与加载连接板连接，通过加载设备的输出端作用加载杆，加载杆通过转换通道与推动杆同时运动，开始阶段为推动杆在预留间隙内空行程，后推动杆作用至压力传感器带动底板和连接头同时运动，使得弹簧组件的活动杆被向外拉伸。

与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：

本发明通过外界加载设备与加载连接板连接，使得输出端作用在加载杆上，通过转换方式推动推动杆外伸对压力传感器进行施压，根据线性刻度标尺调节限位件至所需档位控制活动杆的有效行程，便于直观其弹簧变形量，由于压力传感器固定安装在底板上，底板又通过连接件与连接头连接为一联动整体，连接头与弹簧组件中的活动杆连接，在随加载杆运动的推动杆作用下，底板和连接头整体外移，固定板上通过连接柱固定一定位支撑头，固定板、转换体和定位支撑头在底板和连接头整体外移时，在反向作用力作用下使得定位支撑头自动与弹簧组件的侧面接触和找正，起到定位和支撑的作用。采用楔形转换、流体转换和球形转换中的任意一种形式及其实现条件，可以满足不同工况要求；当测试结束后需要卸荷时借助弹簧弹力，可以使得加载机构迅速复位，且避免了弹簧在回弹过程中的反跳现象而造成的危害，这是其它测试机构无法避免的问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明整体结构的侧视图；

图3为图2中采用球形转换方式的A-A的剖视图；

图4为图2中采用球形转换方式的B-B的剖视图；

图5为采用球形转换方式的转换体的剖视图；

图6为采用球形转换方式球体的运动分析图；

图7为采用流体转换方式的转换体的剖视图；

图8为采用楔形转换方式的转换体的剖视图。

图中：1、连接头；2、定位支撑头；3、连接柱；4、固定板；5、转换体；6、压力传感器；7、底板；8、连接件；9、加载连接板；10、限位件；11、加载杆； 12、推动杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图8所示，全自动钢包弹簧测量仪，包括固定结构、加载结构和转换结构，固定结构与钢包上的弹簧组件连接，加载结构与外界加载设备连接，外界加载设备作用加载结构后通过转换结构带动固定结构对弹簧组件中的弹簧进行测量。

进一步优选地方案，固定结构包括连接头1、底板7和连接件8，连接头1 上开设有与弹簧组件的活动杆相适配的连接槽，连接头1通过连接槽与弹簧组件的活动杆连接且二者之间为间隙配合，底板7通过连接件8与连接头1连接，连接件8为双头螺栓且外侧设有导套，底板7和连接头1分别位于连接件8的两端并均通过螺母和导套实现在连接件8上的位置固定。

进一步优选地方案，转换结构包括固定板4、转换体5和压力传感器6，固定板4和转换体5均设置在底板7和连接头1之间，固定板4上开设有连接通孔，固定板4通过连接通孔活动设置在连接件8的导套上，固定板4上设有连接柱3，固定板4通过连接柱3固定连接有一定位支撑头2，定位支撑头2的移动方向垂直于固定板4设置，定位支撑头2设置在连接头1的外侧，且定位支撑头2和连接头1的连接槽均为下部开放设置，转换体5可以采用整体结构形式也可以采用分体结构，转换体5固定连接在固定板4背对连接柱3的一侧，压力传感器6固定安装在底板7相对转换体5的一侧，加载结构通过转换体5作用至压力传感器 6致使底板7和连接头1组成的一联动整体带动弹簧组件的活动杆移动。

进一步优选地方案，转换体5内开设有转换通道，转换通道内设有同时运动且运动方向不同的加载杆11和推动杆12，二者之间设有转换介质，加载杆11 和推动杆12的一端均外露于转换通道的外侧，推动杆12正对于压力传感器6设置，加载设备的输出端直接作用加载杆11。

进一步优选地方案，加载杆11和推动杆12通过楔形转换、流体转换和球形转换中的任意一种形式实现角度转换和运动传递，通过多种方式及其实现条件，可以满足不同工况要求。

进一步优选地方案，压力传感器6与推动杆12之间预留有间隙，以消除弹簧组件的制造误差。

进一步优选地方案，还包括具有上下调节、锁紧功能的限位件10，限位件 10通过螺纹匹配实现可调节连接在转换体5上且一端延伸至转换通道内，限位件 10上设有线性刻度标尺，线性刻度标尺上的刻度值与弹簧组件的弹簧形变量呈对应关系，根据线性刻度标尺调节限位件10至所需档位控制弹簧组件活动杆的有效行程，便于直观其弹簧变形量，再结合压力传感器6直接得出其拉伸力和拉伸位移(弹簧形变量)的对应关系。

进一步优选地方案，加载结构包括加载连接板9，加载连接板9固定连接在转换本体上且位于加载杆11的外侧，加载连接板9与加载杆11之间通过导柱和导套配合方式，以减小摩擦力。

本发明的发明点主要包括以下几点：弹簧定量测试装置结构紧凑、携带方便、操作简单、维护方便，满足于工作现场的检测，改变了检测设备只能用于专用实验室操作的观念；提出了转换形式的多种方式及其实现条件，可以满足不同工况要求；分析了球形转换机构的运动过程，可以有效到运用到弹簧测试装置的定量测试；有效利用了测试后弹簧的恢复力，当测试结束后需要卸荷时借助弹簧弹力，使加载机构迅速复位，且避免了弹簧在回弹过程中的反跳现象而造成的危害，这是其它测试机构无法避免的问题；利用机械限位和接触角度限位的软硬结合的限位方式，使检测弹簧拉伸位移量更为准确。

全自动钢包弹簧测量仪的测量方法，包括以下步骤：

A、仪器组装：

A1、首先将压力传感器6固定安装在底板7上，定位支撑头2通过连接柱3 与固定板4固定连接为整体；

A2、后使用连接件8将底板7、固定板4和连接头1连接为整体，并保证固定板4在连接件8上自由滑动；

B、仪器安装与测量：

B1、定位支撑头2与弹簧组件的侧面贴合，使用连接头1与钢包上弹簧组件的活动杆连接；

B2、根据线性刻度标尺调节限位件10至所需档位控制弹簧组件活动杆的外伸行程，使用加载设备与加载连接板9连接，通过加载设备的输出端作用加载杆 11，加载杆11通过转换通道内的转换介质与推动杆12同时运动，开始阶段为推动杆12在预留间隙内空行程，后推动杆12作用至压力传感器6带动底板7和连接头1同时运动，使得弹簧组件的活动杆被向外拉伸。

以下再列举出几个优选实施例或应用实施例，以帮助本领域技术人员更好的理解本发明的技术内容以及本发明相对于现有技术所做出的技术贡献：

实施例1：

如图1至图6所示，全自动钢包弹簧测量仪，包括连接头1、固定板4、连接柱3、定位支撑头2、转换体5、连接件8、底板7、加载连接板9和压力传感器6。

连接头1与弹簧组件的活动杆连接且二者为间隙配合，固定板4设置在连接头1背对弹簧组件的一侧，固定板4通过连接柱3与定位支撑头2形成固接，定位支撑头2位于连接头1的外侧，定位支撑头2在工作时在反向作用力的作用下可以自动与弹簧组件的侧面接触和找正，起到定位和支撑的作用。

转换体5固定连接在固定板4背对连接头1的一侧，转换体5内部开设有转换通道，转换通道的两端分别活动设置有一推动杆12和一加载杆11，二者之间设有转换介质，加载杆11和推动杆12之间使用球形转换方式传递实现角度转换和运动传递，加载杆11被外界加载设备的输出端直接作用，随加载杆11的移动进而推动杆12沿弹簧组件的活动杆移动方向进行移动。

加载连接板9固定连接在转换体5上且与加载杆11采用导柱和滑套的配合方式实现滑动配合，以减小摩擦力保证加载杆11的运动顺畅。

底板7设置在转换体5背对固定板4的一侧，压力传感器6固定在底板7相对推动件12的一侧，底板7通过连接件8上的螺母和导套与连接头1连接为一联动整体且连接件8上的导套和固定板4形成滑动配合。

球形转换方式：利用圆球作为挤压介质来实现角度转换和运动的传递，其主要包括位于推动杆和加载杆之间的加载圆球和推动圆球。

球形转换可以将滑动摩擦转为滚动摩擦形式，减少摩擦力，同时对加工精度的要求相对较低，不需要过多考虑泄漏或配合精度等问题，另外，可以根据圆球之间相切位置或接触位置的不同，实现输入位移和输出位移、输入力与输出力的变化，并加以合理利用。

球形转换施加加载力的起始角度α建议在30°左右，终点角度值β在60°左右，这样就可以保证工人手动操作时较为省力，又可以保证卸载时圆球可以顺利复位，防止出现由于零部件加工精度不高而导致的死点；同时，选择这个角度范围，加载圆球的位移量与推动圆球的位移量的比值较大，工人操作时可以根据压力值的变化量初步确定是否加载到位，从而可以避免过度加载而造成限位机构的塑性变形，起到了软定位的效果。

实施例2：

如图7所示，采用流体转换形式是利用挤压不可压缩的流体介质来实现角度转换和运动的传递，主要包括位于推动杆12和加载杆11之间的流体介质组成，为了防止泄漏隐患的出现，尽量采用整体结构；推动杆结构形状采用圆形轴类结构，便于加工和配合副尺寸精度的保证。

输入与输出推动杆的截面尺寸可以根据实际需要进行配套选取，以实现增力或增速。流体转换方式对推动杆12、加载杆11和转换通道的加工精度要求极高，防止在使用过程中出现介质泄漏问题。

实施例3：

如图8所示，采用楔形转换方式，楔形转换方式是利用两带有楔形平面的杆相互挤压、摩擦来实现角度转换和运动的传递。其主要为楔形杆的加载杆11和推动杆12组成，其中，楔形杆可以是方形结构，也可以是圆形和方形组合形式。

楔形角度可以根据实际需要进行配套选取，以实现增力和减力。楔形角度以 45°为分界线，当楔形角度小于45°时，为增力传递方式，可以节省工人的操作强度。楔形转换形式对楔形杆的选材及加工精度要求较高，所选材料及其热处理方式要保证楔形杆的硬度和强度，便于克服反复使用中的磨损；楔形杆滑动副的加工精度可以保证楔形杆的传导部分与滑套或滑槽之间的配合间隙，如果配合间隙过大，可能会导致运动不顺畅，甚至出现卡死现象。

工作原理：

首先连接头1与弹簧组件的活动杆连接，两者之间采用间隙配合；

加载杆11在加载设备输出端作用下通过转换体5内转换通道内的滚动体或者是类似流体类的介质作定向移动，从而将驱动力按比例施加到推动杆12上，当推动杆12接触到传感器6时，在作用力与反作用力的作用下通过连接件8带动连接头1实现压缩弹簧的动作。

工作时，定位支撑头2在推动杆12作用在压力传感器6上的反向作用力作用下自动与弹簧组件的侧面接触和找正，起到有效定位和支撑的作用；

其中，为了保证加载杆11的运动顺畅，加载杆11和加载连接板9一般采用导柱与滑套的配合方式，以减小摩擦力；

在起始状态，压力传感器6与推动杆12之间留有一定的间隙，以消除弹簧组件的制造误差，并保证安装顺利；

连接件8两端连接底板7和连接头1，使各部件形成一联动整体，且中间通过长导套贯穿于固定板4形成滑动配合，当加载杆11在外力作用下竖直方向移动时，将推动转换体5中的滚动体或类似流体的介质作定向移动，从而带动推动杆12作水平方向的移动，当推动杆12接触到压力传感器6时，将驱动压力传感器6、底板7以及连接头1进行水平移动，开始阶段为空行程阶段，压力传感器 6显示的压力数值极小，主要是将安装间隙消除；此后进入到正常拉伸弹簧和测试阶段在测试过程中，转换体5中安装限位件10，根据线性刻度标尺调节限位件 10至所需档位控制活动杆的有效行程，标尺中的数值与弹簧形变量呈对应关系直观其弹簧变形量，当滚动体或加载杆11接触到限位件10的末端时，加载杆11 的加载力将施加到限位件10上，而不产生水平方向的力，从而实现了定量测试弹簧拉力的作用。当测试完成后，需要卸荷时借助弹簧弹力，与加载机构的加载回程力达到近似平衡，使加载机构迅速复位，且避免了弹簧在回弹过程中的反跳现象而造成的危害。

实施例4：

全自动钢包弹簧测量仪的测量方法，包括以下步骤：

A、仪器组装：

A1、首先将压力传感器6固定安装在底板7上，定位支撑头2通过连接柱(3) 与固定板4固定连接为整体；

A2、后使用连接件8将底板7、固定板4和连接头1连接为整体，并保证固定板4在连接件8上自由滑动；

B、仪器安装与测量：

B1、定位支撑头2与弹簧组件的侧面贴合，使用连接头1与钢包上弹簧组件的活动杆连接；

B2、根据线性刻度标尺调节限位件10至所需档位控制弹簧组件活动杆的外伸行程，使用加载设备与加载连接板9连接，通过加载设备的输出端作用加载杆 11，加载杆11通过转换通道与推动杆12同时运动，开始阶段为推动杆12在预留间隙内空行程，后推动杆12作用至压力传感器6带动底板7和连接头1同时运动，使得弹簧组件的活动杆被向外拉伸。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。本发明在具体阐述时仅仅以90度为转换角度，但转换角度不局限于该角度。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.全自动钢包弹簧测量仪，其特征在于，包括固定结构、加载结构和转换结构，所述固定结构与钢包上的弹簧组件连接，所述加载结构与外界加载设备连接，外界加载设备作用所述加载结构后通过转换结构带动固定结构对弹簧组件中的弹簧进行测量；

所述固定结构包括连接头(1)、底板(7)和连接件(8)，所述连接头(1)与弹簧组件的活动杆连接且二者之间为间隙配合，所述底板(7)通过连接件(8)与连接头(1)连接；

所述转换结构包括固定板(4)、转换体(5)和压力传感器(6)，所述固定板(4)和转换体(5)均设置在底板(7)和连接头(1)之间，所述固定板(4)活动设置在连接件(8)上，所述固定板(4)上设有连接柱(3)，所述固定板(4)通过连接柱(3)固定连接有定位支撑头(2)，所述定位支撑头(2)设置在连接头(1)的外侧，所述转换体(5)固定连接在固定板(4)背对连接柱(3)的一侧，所述压力传感器(6)固定安装在底板(7)相对转换体(5)的一侧，所述加载结构通过转换体(5)作用至压力传感器(6)致使底板(7)和连接头(1)整体带动弹簧组件的活动杆移动；

所述转换体(5)内开设有转换通道，所述转换通道内设有同时运动且运动方向不同的加载杆(11)和推动杆(12)，所述加载杆(11)和推动杆(12)的一端均外露于转换通道的外侧，所述推动杆(12)正对于压力传感器(6)设置；

所述加载结构包括加载连接板(9)，所述加载连接板(9)固定连接在转换本体上且位于加载杆(11)的外侧。

2.根据权利要求1所述的全自动钢包弹簧测量仪，其特征在于，所述加载杆(11)和推动杆(12)通过楔形转换、流体转换和球形转换中的任意一种形式实现角度转换和运动传递。

3.根据权利要求1所述的全自动钢包弹簧测量仪，其特征在于，所述压力传感器(6)与推动杆(12)之间预留有间隙。

4.根据权利要求1所述的全自动钢包弹簧测量仪，其特征在于，还包括具有上下调节、锁紧功能的限位件(10)，所述限位件(10)可调节连接在转换体(5)上且一端延伸至转换通道内，所述限位件(10)上设有线性刻度标尺，所述线性刻度标尺上的刻度值与弹簧组件的弹簧形变量呈对应关系。

5.全自动钢包弹簧测量仪的测量方法，采用如权利要求4所述的测量仪，其特征在于，包括以下步骤：

A、仪器组装：

A1、首先将压力传感器(6)固定安装在底板(7)上，定位支撑头(2)通过连接柱(3)与固定板(4)固定连接为整体；

A2、后使用连接件(8)将底板(7)、固定板(4)和连接头(1)连接为整体，并保证固定板(4)在连接件(8)上自由滑动；

B、仪器安装与测量：

B1、定位支撑头(2)与弹簧组件的侧面贴合，使用连接头(1)与钢包上弹簧组件的活动杆连接；

B2、根据线性刻度标尺调节限位件(10)至所需档位控制弹簧组件活动杆的外伸行程，使用加载设备与加载连接板(9)连接，通过加载设备的输出端作用加载杆(11)，加载杆(11)通过转换通道与推动杆(12)同时运动，开始阶段为推动杆(12)在预留间隙内空行程，后推动杆(12)作用至压力传感器(6)带动底板(7)和连接头(1)同时运动，使得弹簧组件的活动杆被向外拉伸。