定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的制作方法
专利名称：定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高炉无料钟炉顶布料装置，尤其涉及一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料装置。
近四十年来，大、中型高炉广泛采用定轴转动的溜槽型高炉无料钟炉顶布料器进行炉顶布料。这种运动形式的布料器全部为齿轮传动，结构复杂。除了电动机、减速器等标准通用设备外，其它传动零部件全被拥挤地整合在一个围绕中心下料管的称作气密箱的容器内。气密箱内空间狭小，其中的零部件在生产使用现场拆、装困难，无法更换。若有损坏，唯有将整机拆下，换上备用机。但整机更换极费时，突发性的临时更换会打乱钢铁联合企业的整个生产秩序，予防性的定期计划更换又会增加生产成本。1987年日本《川崎制铁技报19(1987)1，24-29&2，73-79》(日文版)公开了一种属于另一种运动形式——定点运动——的卡尔丹(万向节)型高炉无料钟炉顶布料器。该装置采用与机箱形成万向节式连接的圆锥筒形的漏斗作布料的工作件进行布料。该装置的传动特点是采用杆件传动，杆件之间的铰链结构简单。该装置存在的不足是首先，驱动布料漏斗转动和/或倾动的摆动轴和连杆构成一超大直径圆筒形结构，显得相当笨重。其次，在高温、高压和高粉尘煤气中工作，大直径圆筒形摆动轴与机箱间的动密封效果差，容易发生煤气泄漏。
针对上述技术存在的缺陷，专利申请(200410065799.9)公开说明书中提供了一种定点旋转漏斗型高炉无料钟炉顶布料装置。该装置采用一种叫套轴组合的机构，即用空心的转动轴和在空心转动轴的空腔内的中心杆取代原有的实心的转动轴。实心的转动轴的转动和轴向运动功能分别由空心转动轴和中心杆承担。这一改进使机构得到简化，装置的安全性提高。但该装置仍存在不足炉顶煤气虽然不再窜进齿轮箱，但机箱内因摆动轴瘦身留下众多轴承的防尘问题仍有待解决。
本发明针对上述现有技术存在的缺陷作出改进，目的在于提供一种具有使用安全、易磨损件防护有效和更换方便因而设备整体寿命高的高炉无料钟炉顶布料器。
为达到上述目的，本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器由机箱系统、转动机构、倾动机构、曲柄连杆机构和布料漏斗悬挂机构等部件所组成(驱动转动机构转动的动力机械——电动机和减速器等属通用标准设备，未包括在内)。机箱系统由布料机箱、中心下料管、传动机箱、齿轮箱和滑道等构成。布料漏斗悬挂机构包括摆动框架轴、漏斗托座和布料漏斗。其特点在于所述的摆动框架轴由位于布料机箱内的中空水冷框架与进入传动机箱的水平管形轴段连在一起的水平轴。其管形轴段上有一对长耳轴和两条上下对称的轴向切口。所述的漏斗托座为一短粗大漏斗，由锁定块和以其上耳轴为铰链轴的两个对半部分拼合而成，可方便地开、合和锁定以便更换布料漏斗。曲柄连杆机构由十形曲柄(或形曲柄)、连杆、水平中心杆、半六边形连杆、水平定位轮和气体轴承以及具有双重功能的摆动框架轴等零部件构成。其特点在于所述的水平中心杆位于摆动框架轴的管形轴段内。它通过连杆和半六边形连杆，使漏斗托座与十形或形曲柄始终保持队列式的同步或镜面对称同步运动关系。转动机构包括一对齿轮副、垂直空心转动轴、П形头、中间轮和套管轴等五大件。其特点在于П形头将推档轮和套管轴夹在其两壁之间，用其中一壁直接推动与其接触的中间轮和套管轴作定轴转动。倾动机构包括液压缸、滑块、垂直中心杆、垂直定位轮和双连杆等五大件以及具有双重功能的推套管轴。其特点在于所述的套管轴轴心线与其耳轴轴心线为两条在空间互相垂直的异面直线，垂直中心杆可以直接通过双连杆同套管轴相连接而不会出现“死机”。
上述定点运动漏斗型高炉炉顶布料器通过将驱动漏斗托座分别在两个方向摆动的两个传动杆件——摆动框架轴和水平中心连杆——整合在同一条轴心线上，使布料机箱与传动机箱之间的箱壁上仅留下一个轴按装孔，为杜绝布料机箱内煤气外泄创造了条件。布料机箱内不多的轴承采用气体隔离密封保护和有计划定期更换即可保本装置正常安全长期运行。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
图1(a)-(c)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第一实施例的构造示意图(倾角α＝0°)。
图1(d)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第一实施例处于工作状态(倾角α＞0°)时的构造示意图。
图2(a)-(c)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例的构造示意图(倾角α＝0°)。
图2(d)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例处于工作状态(倾角α＞0°)时的构造示意图。
图3是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的转动机构和倾动机构的放大图，(a)倾角α＝0°；(b)倾角α＞0°。
图4是安装完毕后和更换布料漏斗时的漏斗托座和布料漏斗示意图。
如图1所示，在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器第一实施例中，它由机箱系统1、转动机构2、倾动机构3、曲柄连杆机构4和布料漏斗悬挂机构5所构成(驱动转动机构转动的动力机械——电动机、减速器等属通用标准设备，这里从简)。
机箱系统1(见图1(a)、图1(b)和图3)由布料机箱11、中心下料管12、传动机箱13、齿轮箱14和滑道15等五大主件构成。布料机箱11安装在高炉炉头钢圈上。位于高炉中心线上的中心下料管12就在布料机箱11的上部。紧靠布料机箱11与其并立的传动机箱13顶上有齿轮箱14，齿轮箱14的顶上则为直立的滑道15。
布料漏斗悬挂机构5(见图1(a)、图1(b)和图4)由摆动框架轴51、漏斗托座52和布料漏斗53等三个主件组成。其中，摆动框架轴51是由位于布料机箱11内作为漏斗托座52支座的水冷框架与伸进传动机箱13的管形轴段构成的水平异形轴。其管形轴上有与框架处在同一平面内的一对长耳轴和一段以该平面为对称面的上、下对称的轴向切口。其框架上与管形轴段连接处有使管形轴段的空腔贯通的圆孔。该圆孔外侧和管形轴段轴向切口内有供曲柄连杆机构4的水平定位轮行走的水平滚道。摆动框架轴51框架的两端和管形轴段的自由端通过轴承按装在布料机箱11和传动机箱13箱壁的轴孔中。漏斗托座52是由主托521和副托522两个对半部分以及锁定块523组成的粗短漏斗(见图4)。主托521外表面有一根上耳轴、一个在该上耳轴对称位置上的上耳轴套和一对下耳轴；其半圆筒内表面与半圆锥筒内表面交接处有开口向上的三角形断面的半圆槽。副托522的外表面有与主托521的上耳轴和上耳轴套相对应的另一上耳轴套和另一上耳轴，且其上耳轴和上耳轴套以下的拼合面缺少一角。主托521和副托522分别将自己的上耳轴插入对方的上耳轴套中形成铰链结构。锁定块523位于其上耳轴之上主托521和副托522之间的缺口处。漏斗托座52通过其上耳轴按装在摆动框架轴51的框架上。它的按装除要求其上耳轴轴心线与摆动框架轴51的长耳轴轴心线平行，还要求摆动框架轴51轴心线、漏斗托座52中心线、漏斗托座52的上耳轴轴心线和高炉中心线四线相交于一点。因副托522的拼合面缺少一角，布料漏斗53和锁定块523按装到位后，在布料漏斗53的重力作用下漏斗托座52呈微张开状。座落在漏斗托座52内的布料漏斗53为一细长漏斗，其圆筒部份外径略小于漏斗托座52圆筒部份内径，而其圆锥筒外表面锥度则与漏斗托座52的圆锥筒内表面锥度相同。布料漏斗53的圆筒外表面与圆锥筒外表面交接处有与主托521内表面上开口向上的三角形断面半圆槽相对应的开口向下的三角形断面圆槽。
曲柄连杆机构4(见图1(a)、图1(b)和图1(c))由十形曲柄41、连杆42、水平中心杆43、半六边形连杆44和水平定位轮45等组成。另外具有曲柄的销轴功能的摆动框架轴51也应列入。其中十形曲柄41由两件形铸或焊件套在摆动框架轴51的耳轴上拼合而成的十形部件。连杆42的一端与十形曲柄41的下端相铰接，其另一端在摆动框架轴51的管形轴段轴向切口内与水平中心杆43的一端相连。水平中心杆43位于摆动框架轴51的管形轴段空腔中，其另一端从框架内壁伸出，在布料机箱11内与中空通水冷却的半六边形连杆44的中点相连。半六边形连杆44的两端连接到漏斗托座52的下耳轴上。为了保证水平中心杆43的中心线与摆动框架轴51的轴心线同在一条直线上，水平中心杆43的两端装有在摆动框架轴51上的水平滚道内滚动的水平定位轮45。此外，为在漏斗托座52与十形曲柄41之间建立起同步关系，要求水平中心杆43的长度与漏斗托座52上耳轴到摆动框架轴51长耳轴之间距离相等；连杆42的长度与半六边形连杆44铰接点中心线间的距离相等；和十形曲柄41的下端铰接点到摆动框架轴51长耳轴的距离同漏斗托座52上、下耳轴间的距离相等。
转动机构2(见图3)由齿轮副21、垂直空心转动轴22、П形头23、中间轮24和套管轴25等五件组成。位于齿轮箱14内的齿轮副21的小齿轮通过其齿轮轴与箱外的标准传动机构相连，其大齿轮安装在垂直空心转动轴22上。垂直空心转动轴22为一中空管，与滑道15处在一条与摆动框架轴51的轴心线和其长耳轴轴心线相交于一点的铅直线上。垂直空心转动轴22向下伸进传动机箱13与П形头23相连。套管轴25通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承按装在十形曲柄41顶端(见图1(c))。中间轮24按其轮轴轴心线须与套管轴25轴心线平行的要求被按装在套管轴25两侧的耳轴上并在设定的倾动机构3的动作范围内始终位于П形头23的直立双壁之间。
倾动机构3(见图3)由液压缸31、滑块32、垂直中心杆33、垂直定位轮34和双连杆35等五大主件以及具有倾动功能的套管轴25所组成。液压缸31位于滑道15的上方，其活塞杆与滑道15中的滑块32铰接。垂直中心杆33位于垂直空心转动轴22的轴心线上，其上端像十形曲柄41的上端与套管轴25的连接一样与滑块32相连，其下端按装有被限定在П形头23的直立对称双壁内表面上的直立凹形断面轮槽内滚动的垂直定位轮34。双连杆35的两端分别与垂直中心杆33下端和套管轴25的耳轴相连。套管轴25的耳轴轴心线与其自身的轴心线为两条在空间互相垂直的异面直线。
如图2所示，在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例中，它由机箱系统1、转动机构2、倾动机构3、曲柄连杆机构4’和布料漏斗悬挂机构5构成。其中曲柄连杆机构4’包括形曲柄41’、连杆42’、水平中心杆43’、半六边形连杆44’、水平定位轮45’和气体轴承46’。其中除形曲柄41’和气体轴承46’是新的，其它四件的形状、尺寸、位置等参数与第一实施例中曲柄连杆机构4的同名零件完全相同。形曲柄41’由两个形的铸或焊接件分别套在摆动框架轴51的长耳轴上拼合而成。其唯一的曲柄端通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承与套管轴25相连。连杆42’的一端仍在原位与水平中心杆43’的一端连接，其另一端相应地改到新位置与形曲柄41’的曲柄铰连该新饺接点到摆动框架轴51的长耳轴的距离与漏斗托座52的上、下耳轴间的距离相等。为了让水平中心杆43’始终保持在摆动框架轴51的轴心线上，只在水平中心杆43’在摆动框架轴51的管形轴段轴向切口内的一端有水平定向轮45’，其另一支点则是在穿过摆动框架轴51的框架处采用气体轴承46’。这一变化相应地使摆动框架轴51框架上的水平滚道取消。
在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器中，除了齿轮副21的大、小齿轮之间和滑块32与滑道15之间以及所有轴承都有润滑，与炉顶煤气接触的轴承翮迷封填料还需采取防高温和高粉尘的保护措施为防高温，布料机箱11机箱内和箱壁上的轴承座都设计成中空可通水冷却。为防粉尘，采用往被保护物所在空间喷入压力高于炉顶煤气压力的中性气体或净煤气使被保护物与炉顶煤气隔开。该保护气均对人体有害，有的降低煤气发热值，不希望多用，更不允许向外泄漏。因此，布料机箱11机箱内和箱壁上位于轴端头的轴承座孔的外侧用盖板或盖碗封死，与传动机箱13相邻的布料机箱11的箱壁上的轴承座孔在其外侧采用填料密封。为堵住摆动框架轴51管形轴段与水平中心杆43(或水平中心杆43’)之间的缝隙，它在传动机箱13内的出口处有填料密封，并采用通入中性气体或净煤气(第一实施例)，或利用气体轴承46’的废气(第二实施例)来保护该密封填料。
定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的运转大致分单独转动、单独倾动和混合运动(转动+倾动)三类。单独转动(如单环布料)时，在前级动力和传动机构的驱动下转动机构2的齿轮副21的小齿轮推动大齿轮、垂直空心转动轴22和П形头23一起围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。转动的П形头23则通过其直立对称双壁推动中间轮24，并经由中间轮24又推动套管轴25和倾动机构3的双连杆35、垂直定位轮34和垂直中心杆33一起围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。布料器单独倾动(如更换布料漏斗)时，倾动机构3的滑块32在液压缸31的活塞的推动下在滑道14内作直线运动，并带动垂直中心杆33作垂直运动。垂直中心杆33通过双连杆35带动套管轴25、中间轮24和十形曲柄41(或形曲柄41’)一起运动十形曲柄41(或形曲柄41’)的中心线与垂直空心转动轴22的轴心线间的夹角(倾角)被改变，而中间轮24和套管轴25作圆弧运动。布料器混合运转(如多环布料)时，转动机构2和倾动机构3的这些零件全都动起来。但是其中一些仍只作单一运动，如齿轮副21的大齿轮、垂直空心转动轴22和П形头23只能转动，滑块32只能直线运动；另一些则要同时作两种运动，如中间轮24、套管轴25、垂直中心杆33、垂直定位轮34和双连杆35，它们既要在由它们的中心线或轴心线组成的一个被冠以“第一” (以区别于后一个可运动的平面)的平面内作“平面运动”，又要围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。只要不是单一的平动，不管是单独转动还是转动时又平动，由于它们形体内不同质点的角速度完全相同。这样的转动属于“定轴转动”。转动机构2的转动和倾动机构3的平动最后都由身兼转动和平动功能的套管轴25传递给十形曲柄41(或形曲柄41’)使后者可围绕垂直空心转动轴22的轴心线单独转动或在第一平面内单独平动——改变其与垂直空心转动轴22轴心线之间的夹角(倾角)，或同时转动和平动。但十形曲柄41(或形曲柄41’)转动时其形体内不同质点的角速度不相等，即十形曲柄41(或形曲柄41’)在以垂直空心转动轴22的轴心线为转动轴心线转动的同时还以其自身的中心线为转动轴心线作自转。因此，它的转动并非“定轴转动”，而属于“定点运动“范筹的定点运动式的转动(或定点转动)。十形曲柄41(或形曲柄41’)的定点运动同它们与机箱构成万向节式的连接有关。这种万向节式的连接使十形曲柄41(或形曲柄41’)能分别以摆动框架轴51的轴心线为摆动轴心线摆动和以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线摆动。十形曲柄41(或形曲柄41’)的定点运动实际是这两个摆动的合成运动。而漏斗托座52与机箱也有万向节式的连接关系，它能分别以摆动框架轴51的轴心线为摆动轴心线摆动和以其自己的上耳轴轴心线为摆动轴心线摆动。它的这两个摆动合成为漏斗托座52的定点运动。
在本发明的第一实施例中，十形曲柄41通过摆动框架轴51将其前一个摆动传递给漏斗托座52。由于漏斗托座52和十形曲柄41以相同方式与摆动框架轴51相连，对摆动框架轴51来说，它转动(摆动是其一种形式)时，与其相连接的不同物体的角速度等定轴转动参数都相同，都等于摆动框架轴51的角速度等定轴转动参数。因此，漏斗托座52的前一个摆动与十形曲柄41的前一个摆动之间具有同轴式的同步关系。十形曲柄41又通过连杆42、水平中心杆43和半六边形连杆44将其后一个摆动传递给漏斗托座52。由于在按装漏斗托座52时要求其上耳轴与摆动框架轴51正交和与其长耳轴平行，这使得摆动框架轴51、漏斗托座52、半六边形连杆44、水平中心杆43、连杆42和十形曲柄41的轴心线或中心线共同构成一个与摆动框架轴51的长耳轴轴心线相垂直的被冠以“第二”的平面。再加上十形曲柄41的曲柄下端与连杆42的铰连点到摆动框架轴51的长耳轴的距离与漏斗托座52的上、下耳轴间的距离相等，水平中心杆43的长度与漏斗托座51的上耳轴到摆动框架轴51的长耳轴间的距离相等，以及连杆42两端铰连点间的距离与半六边形连杆44的铰接点中心线间的距离相等，在第二平面内摆动框架轴51的轴心线分别同漏斗托座52和半六边形连杆44、十形曲柄41和连杆42的中心线构成两个相等三角形。由这两个相等三角形的对应顶角相等，其中一对对应顶角是摆动框架轴51的轴心线与漏斗托座52和十形曲柄41的中心线三线结构中的同位角，得到漏斗托座52的中心线与十形曲柄41的中心线相平行。于是，漏斗托座52以其上耳轴轴心线为摆动轴心线的后一个摆动与十形曲柄41以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线的后一个摆动形成了队列式的同步运动关系。由于漏斗托座52的两个摆动分别与十形曲柄41的两个摆动完全同步，它们的合成运动——漏斗托座52的定点运动和十形曲柄41的定点运动——也因此在空间形成队列式的同步运动关系，即漏斗托座52和十形曲柄41有相同的倾角、转速和转动方向，就象整步走的一队士兵有一致的步伐一样。
在本发明的第二实施例中，漏斗托座52与形曲柄41’之间同样具有同轴式的同步运动关系。摆动框架轴51、漏斗托座52、半六边形连杆44’、水平中心杆43’、连杆42’和形曲柄41’的轴心线和中心线也构成一个与摆动框架轴51的长耳轴轴心线垂直的第二平面。在这个平面内摆动框架轴51的轴心线也分别与漏斗托座52和半六边形连杆44’、形曲柄41’和连杆42’的中心线构成两个相等三角形。它们的对应顶角相等。而漏斗托座52和形曲柄41’的中心线与摆动框架轴51的轴心线构成的三角形其两个底角正是这两个等三角形的一对对应顶角的补角，因而是一等腰三角形。漏斗托座52和形曲柄41’的中心线是这个等腰三角形的两个等腰边。因此，漏斗托座52与形曲柄41’之间具有以该等腰三角形的中线为对称轴的轴对称关系。于是，漏斗托座52以其上耳轴轴心线为摆动轴心线的摆动与形曲柄41’以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线的摆动成轴对称同步摆动。由于漏斗托座52的两个摆动分别与形曲柄41’的两个摆动同步，它们的合成运动——漏斗托座52的定点运动和形曲柄41’的定点运动——在空间就形成以通过上述等腰三角形中线并与摆动框架轴51轴心线相垂直的平面为镜面的镜面对称同步运动。其特点是漏斗托座52和形曲柄41’有相同的倾角和转速，相反的转动方向，就象对镜跳舞，镜外人和镜内人有相同的动作但动作方向相反或相对一样。
从上述说明和附图中可知首先，本发明采用电动机作为装置转动的动力，液压作为装置倾动的动力。它们可以同时运行，也可各自单独动作。在控制上互无依赖，也互不干扰，因而有利于布料精度提高。其次，本发明用П形头23的直立对称的双壁直接推动中间轮24和套管轴25转动，有效地提高了机构的刚性。其三，由图1(c)和图表2(c)可知，本发明的套管轴25的耳轴轴心线与套管轴25自身的轴心线为两条互相垂直的异面直线。其耳轴轴心线偏离其本体的轴心线一定距离的结果使得十形曲柄41(或形曲柄41’)的中心线和双连杆35的中心线永远不会在一条直线上，因而也就不会发生中心线处在在一条直线上的两个相连杆件受压时因处于不稳定平衡状态而不能动作的所谓“死机”问题。其四，由图1和图2可知，本发明将布料漏斗53和漏斗托座52置于布料机箱11内，用摆动框架轴51将它与布料机箱外的十形曲柄41(或形曲柄41’)连接。位于摆动框架轴51的管形轴段空腔内的水平中心杆43的两端通过连杆42和半六边形连杆44分别与十形曲柄41(或形曲柄41’)和漏斗托座52连接。这样的结构不仅在漏斗托座52与十形曲柄41(或形曲柄41’)之间建立起队列式的同步运动(或镜面对称同步运动)关系，而且在布料机箱11的箱壁上除了摆动框架轴51的按装孔外再无别的开孔，为杜绝布料机箱11内的炉顶煤气外泄创造了条件。其五，由于布料机箱11的密封得到解决，本装置仍处在高粉尘炉顶煤气环境中工作的轴承数量减到最少。对它们采用气体隔离密封保护并辅之以定期更换，对其它易磨损件加强保养，损坏后即时更换，可保整机使用寿命相应延长。其六，由于漏斗托座52是由两个对半部分拼合而成，更换布料漏斗53时可按以下步骤先将需要更换的布料漏斗53拆下(如图4所示)第一步，先将布料漏斗53倾角归零。然后启动转动机构2让套管轴25的耳轴转到摆动框架轴51管形轴段的自由端一边并与其成异面垂直；第二步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53抬高若干高度，使其外圆锥面与漏斗托座52的内圆锥面脱离，副托522则因重力而自动向主托521合拢；第三步，取下锁定块523；第四步，将布料漏斗53放下让其外表面上的开口向下的三角形断面圆槽扣在主托522的开口向上的三角形断面半圆槽上；第五步，驱动倾动机构3使漏斗托座52倾角升到最大，然后将副托522钩住；第六步，让主托521和布料漏斗53倾角归零；第七步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53再次上抬与主托521脱扣；第八步，驱动转动机构2旋转180°，然后再次驱动倾动机构3将主托521的倾角提升到最大限位；第九步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53运至炉外。随后，按与上述顺序相反的步骤按装新的布料漏斗。
本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器除高炉外，其它竖炉炉顶布料也可采用。
权利要求
1.一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，它是由机箱系统(1)、转动机构(2)、倾动机构(3)、曲柄连杆机构(4)(或曲柄连杆机构(4’))和布料漏斗悬挂机构(5)所组成。其中布料漏斗悬挂机构(5)包括摆动框架轴(51)、漏斗托座(52)和布料漏斗(53)。其特征在于所述的摆动框架轴(51)由位于布料机箱(11)内的中空水冷框架与传动机箱(13)内的管形轴段穿过机箱壁构成的水平异形轴。其管形轴段上有与框架处于同一平面的长耳轴和一段以该平面为对称平面的上、下对称的轴向切口。其框架上与管形轴段连接处有使管形轴段的空腔贯通的圆孔，圆孔外侧和管形轴段的轴向切口内有供曲柄连杆机构(4)的水平定位轮(45)行走的水平滚道(采用曲柄连杆机构(4’)时，只有管形轴段的轴向切口内有水平滚道)。摆动框架轴(51)的框架两端和管形轴段的自由端通过轴承按装在布料机箱(11)和传动机箱(13)箱壁的轴按装孔中。
2.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其布料漏斗悬挂机构(5)特征在于所述的漏斗托座(52)是由主托(521)、副托(522)两个对半部分和锁定块(523)所组成的短粗形漏斗。主托(521)外表面上有一根上耳轴、一个在该上耳轴对称位置上的上耳轴套和一对下耳轴。其半圆筒内表面与半圆锥筒内表面交接处有开口向上的三角形断面半圆槽。副托(522)外表面上有与主托(521)的上耳轴和上耳轴套相对应的上耳轴套和上耳轴。其上耳轴和上耳轴套以下的拼合面因缺一角而与其底面成钝角。主托(521)和副托(522)分别将自己的上耳轴插入对方的上耳轴套内形成铰链结构。所述的锁定块(523)为一插接件。它位于其上耳轴之上主托(521)和副托(522)之间的缺口中。
3.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其布料漏斗悬挂机构(5)特征在于所述的布料漏斗(53)为一细长漏斗。其圆筒部份的外径略小于漏斗托座(52)的圆筒部份内径，而其外圆锥面与漏斗托座(52)的内圆锥面锥度相同。布料漏斗(53)的圆筒外表面与圆锥筒外表面交接处有可与主托(521)内表面上的开口向上的三角形断面半圆槽互相扣住的开口向下的三角形断面圆槽。
4.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中转动机构(2)包括齿轮副(21)、垂直空心转动轴(22)、∏形头(23)、中间轮(24)和套管轴(25)。其特征在于所述的中间轮(24)按装在套管轴(25)的耳轴两端，其轮轴轴心线与套管轴的轴心线相平行。所述的∏形头(23)在设定的倾动机构(3)的动作范围内始终将中间轮(24)和套管轴(25)夹在其直立对称的双壁之间。
5.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中倾动机构(3)包括液压缸(31)、滑块(32)、垂直中心杆(33)、垂直定位轮(34)和双连杆(35)以及套管轴(25)。其特征在于所述的垂直中心杆(33)的上端通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承同与其同在摆动框架轴(51)的轴心线上的直立的滑道(15)中的滑块(32)连接，其下端直接通过双连杆(35)与套管轴(25)连接。滑块(32)则与采用液压作为动力的液压缸(31)的活塞柄铰接。
6.根据权利要求5所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其倾动机构(3)特征在于所述的套管轴(25)的轴心线与其耳轴的轴心线为两条在空间互相垂直但不相交的异面直线。
7.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中曲柄连杆机构(4)包括 形曲柄(41)、连杆(42)、水平中心杆(43)、半六边形连杆(44)和水平定位轮(45)以及摆动框架轴(51)。其特征在于所述的部分中空通水冷却的水平中心杆(43)位于摆动框架轴(51)的管形轴段空腔内，水平中心杆(43)的长度等于漏斗托座(52)的上耳轴到摆动框架轴(51)的长耳轴间的距离。连杆(42)将 形曲柄(41)下端与水平中心杆(43)位于摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的一端相连。所述的半六边形连杆(44)为中空结构，可通水冷却，它将水平中心杆(43)的另一端与漏斗托座(52)的下耳轴相连接。连杆(42)两端铰接点间的距离与半六边形连杆(44)铰接点中心线间的距离相等， 形曲柄(41)的从其下端铰连点到摆动框架轴(51)的长耳轴的距离与漏斗托座(52)上、下耳轴间的距离相等。
8.根据权利要求7所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其曲柄连杆机构(4)特征在于所述的水平中心杆(43)靠其两端被限定在摆动框架轴(51)框架上和管形轴段轴向切口内水平滚道上的水平定位轮(45)保持在摆动框架轴(51)的轴心线上。
9.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中曲柄连杆机构(4’)包括 形曲柄(41’)、连杆(42’)、水平中心杆(43’)、半六边形连杆(44’)、水平定位轮(45’)和气体轴承(46’)。其特征在于所述的 形曲柄(41’)是由两个 形铸或焊接件分别套在摆动框架轴(51)的长耳轴上拼合而成的 形构件。连杆(42’)的一端同 形曲柄(41’)的某一点连接，其另一端与在摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的水平中心杆(43’)的一端相连。 形曲柄(41’)上从与连杆(42’)铰连的铰接点到摆动框架轴(51)的长耳轴轴心线的距离与漏斗托座(52)的上、下耳轴间的距离相等。其它零件的参数和零件之间的连接关系与曲柄连杆机构(4)的同名零件的参数和零件间连接关系相同。
10.根据权利要求9所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其曲柄连杆机构(4’)特征在于所述的水平中心杆(43’)靠其在摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的一端的被限定在水平滚道内的水平定位轮(45’)和位于摆动框架轴(51)的框架与管形轴段连接处的框架内的气体轴承(46’)保持在摆动框架轴(51)的轴心线上。
全文摘要
本发明公开了一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料器。它包括转动、倾动、曲柄连杆和布料漏斗悬挂四个机构。该装置的布料漏斗通过可方便地开合更换漏斗的漏斗托座与机箱构成万向节式的连接。由电动机驱动的转动机构和由液压驱动的倾动机构推动亦与机箱成万向节式连接的曲柄，最后通过同在一直线上的摆动框架轴和水平中心杆的传递推动布料漏斗作定点运动式的转动和/或倾动来进行布料作业。由于整机以杆件传动为主，结构简单，容易加工制造。易磨损零件，尤其是轴承，拆、装容易，在现场就可更换，整机寿命因此可提高。曲柄连杆机构采用全新结构，使用安全有了保证，气封气体用量也可减少。布料漏斗内料流因无溢出可能，其转速提高，布料均匀度也会提高。
文档编号C21B7/00GK101092652SQ20061016440
公开日2007年12月26日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年6月20日
发明者徐寿华 申请人:徐寿华
技术领域：
本发明涉及一种高炉无料钟炉顶布料装置，尤其涉及一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料装置。
近四十年来，大、中型高炉广泛采用定轴转动的溜槽型高炉无料钟炉顶布料器进行炉顶布料。这种运动形式的布料器全部为齿轮传动，结构复杂。除了电动机、减速器等标准通用设备外，其它传动零部件全被拥挤地整合在一个围绕中心下料管的称作气密箱的容器内。气密箱内空间狭小，其中的零部件在生产使用现场拆、装困难，无法更换。若有损坏，唯有将整机拆下，换上备用机。但整机更换极费时，突发性的临时更换会打乱钢铁联合企业的整个生产秩序，予防性的定期计划更换又会增加生产成本。1987年日本《川崎制铁技报19(1987)1，24-29&2，73-79》(日文版)公开了一种属于另一种运动形式——定点运动——的卡尔丹(万向节)型高炉无料钟炉顶布料器。该装置采用与机箱形成万向节式连接的圆锥筒形的漏斗作布料的工作件进行布料。该装置的传动特点是采用杆件传动，杆件之间的铰链结构简单。该装置存在的不足是首先，驱动布料漏斗转动和/或倾动的摆动轴和连杆构成一超大直径圆筒形结构，显得相当笨重。其次，在高温、高压和高粉尘煤气中工作，大直径圆筒形摆动轴与机箱间的动密封效果差，容易发生煤气泄漏。
针对上述技术存在的缺陷，专利申请(200410065799.9)公开说明书中提供了一种定点旋转漏斗型高炉无料钟炉顶布料装置。该装置采用一种叫套轴组合的机构，即用空心的转动轴和在空心转动轴的空腔内的中心杆取代原有的实心的转动轴。实心的转动轴的转动和轴向运动功能分别由空心转动轴和中心杆承担。这一改进使机构得到简化，装置的安全性提高。但该装置仍存在不足炉顶煤气虽然不再窜进齿轮箱，但机箱内因摆动轴瘦身留下众多轴承的防尘问题仍有待解决。
本发明针对上述现有技术存在的缺陷作出改进，目的在于提供一种具有使用安全、易磨损件防护有效和更换方便因而设备整体寿命高的高炉无料钟炉顶布料器。
为达到上述目的，本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器由机箱系统、转动机构、倾动机构、曲柄连杆机构和布料漏斗悬挂机构等部件所组成(驱动转动机构转动的动力机械——电动机和减速器等属通用标准设备，未包括在内)。机箱系统由布料机箱、中心下料管、传动机箱、齿轮箱和滑道等构成。布料漏斗悬挂机构包括摆动框架轴、漏斗托座和布料漏斗。其特点在于所述的摆动框架轴由位于布料机箱内的中空水冷框架与进入传动机箱的水平管形轴段连在一起的水平轴。其管形轴段上有一对长耳轴和两条上下对称的轴向切口。所述的漏斗托座为一短粗大漏斗，由锁定块和以其上耳轴为铰链轴的两个对半部分拼合而成，可方便地开、合和锁定以便更换布料漏斗。曲柄连杆机构由十形曲柄(或形曲柄)、连杆、水平中心杆、半六边形连杆、水平定位轮和气体轴承以及具有双重功能的摆动框架轴等零部件构成。其特点在于所述的水平中心杆位于摆动框架轴的管形轴段内。它通过连杆和半六边形连杆，使漏斗托座与十形或形曲柄始终保持队列式的同步或镜面对称同步运动关系。转动机构包括一对齿轮副、垂直空心转动轴、П形头、中间轮和套管轴等五大件。其特点在于П形头将推档轮和套管轴夹在其两壁之间，用其中一壁直接推动与其接触的中间轮和套管轴作定轴转动。倾动机构包括液压缸、滑块、垂直中心杆、垂直定位轮和双连杆等五大件以及具有双重功能的推套管轴。其特点在于所述的套管轴轴心线与其耳轴轴心线为两条在空间互相垂直的异面直线，垂直中心杆可以直接通过双连杆同套管轴相连接而不会出现“死机”。
上述定点运动漏斗型高炉炉顶布料器通过将驱动漏斗托座分别在两个方向摆动的两个传动杆件——摆动框架轴和水平中心连杆——整合在同一条轴心线上，使布料机箱与传动机箱之间的箱壁上仅留下一个轴按装孔，为杜绝布料机箱内煤气外泄创造了条件。布料机箱内不多的轴承采用气体隔离密封保护和有计划定期更换即可保本装置正常安全长期运行。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
图1(a)-(c)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第一实施例的构造示意图(倾角α＝0°)。
图1(d)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第一实施例处于工作状态(倾角α＞0°)时的构造示意图。
图2(a)-(c)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例的构造示意图(倾角α＝0°)。
图2(d)是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例处于工作状态(倾角α＞0°)时的构造示意图。
图3是本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的转动机构和倾动机构的放大图，(a)倾角α＝0°；(b)倾角α＞0°。
图4是安装完毕后和更换布料漏斗时的漏斗托座和布料漏斗示意图。
如图1所示，在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器第一实施例中，它由机箱系统1、转动机构2、倾动机构3、曲柄连杆机构4和布料漏斗悬挂机构5所构成(驱动转动机构转动的动力机械——电动机、减速器等属通用标准设备，这里从简)。
机箱系统1(见图1(a)、图1(b)和图3)由布料机箱11、中心下料管12、传动机箱13、齿轮箱14和滑道15等五大主件构成。布料机箱11安装在高炉炉头钢圈上。位于高炉中心线上的中心下料管12就在布料机箱11的上部。紧靠布料机箱11与其并立的传动机箱13顶上有齿轮箱14，齿轮箱14的顶上则为直立的滑道15。
布料漏斗悬挂机构5(见图1(a)、图1(b)和图4)由摆动框架轴51、漏斗托座52和布料漏斗53等三个主件组成。其中，摆动框架轴51是由位于布料机箱11内作为漏斗托座52支座的水冷框架与伸进传动机箱13的管形轴段构成的水平异形轴。其管形轴上有与框架处在同一平面内的一对长耳轴和一段以该平面为对称面的上、下对称的轴向切口。其框架上与管形轴段连接处有使管形轴段的空腔贯通的圆孔。该圆孔外侧和管形轴段轴向切口内有供曲柄连杆机构4的水平定位轮行走的水平滚道。摆动框架轴51框架的两端和管形轴段的自由端通过轴承按装在布料机箱11和传动机箱13箱壁的轴孔中。漏斗托座52是由主托521和副托522两个对半部分以及锁定块523组成的粗短漏斗(见图4)。主托521外表面有一根上耳轴、一个在该上耳轴对称位置上的上耳轴套和一对下耳轴；其半圆筒内表面与半圆锥筒内表面交接处有开口向上的三角形断面的半圆槽。副托522的外表面有与主托521的上耳轴和上耳轴套相对应的另一上耳轴套和另一上耳轴，且其上耳轴和上耳轴套以下的拼合面缺少一角。主托521和副托522分别将自己的上耳轴插入对方的上耳轴套中形成铰链结构。锁定块523位于其上耳轴之上主托521和副托522之间的缺口处。漏斗托座52通过其上耳轴按装在摆动框架轴51的框架上。它的按装除要求其上耳轴轴心线与摆动框架轴51的长耳轴轴心线平行，还要求摆动框架轴51轴心线、漏斗托座52中心线、漏斗托座52的上耳轴轴心线和高炉中心线四线相交于一点。因副托522的拼合面缺少一角，布料漏斗53和锁定块523按装到位后，在布料漏斗53的重力作用下漏斗托座52呈微张开状。座落在漏斗托座52内的布料漏斗53为一细长漏斗，其圆筒部份外径略小于漏斗托座52圆筒部份内径，而其圆锥筒外表面锥度则与漏斗托座52的圆锥筒内表面锥度相同。布料漏斗53的圆筒外表面与圆锥筒外表面交接处有与主托521内表面上开口向上的三角形断面半圆槽相对应的开口向下的三角形断面圆槽。
曲柄连杆机构4(见图1(a)、图1(b)和图1(c))由十形曲柄41、连杆42、水平中心杆43、半六边形连杆44和水平定位轮45等组成。另外具有曲柄的销轴功能的摆动框架轴51也应列入。其中十形曲柄41由两件形铸或焊件套在摆动框架轴51的耳轴上拼合而成的十形部件。连杆42的一端与十形曲柄41的下端相铰接，其另一端在摆动框架轴51的管形轴段轴向切口内与水平中心杆43的一端相连。水平中心杆43位于摆动框架轴51的管形轴段空腔中，其另一端从框架内壁伸出，在布料机箱11内与中空通水冷却的半六边形连杆44的中点相连。半六边形连杆44的两端连接到漏斗托座52的下耳轴上。为了保证水平中心杆43的中心线与摆动框架轴51的轴心线同在一条直线上，水平中心杆43的两端装有在摆动框架轴51上的水平滚道内滚动的水平定位轮45。此外，为在漏斗托座52与十形曲柄41之间建立起同步关系，要求水平中心杆43的长度与漏斗托座52上耳轴到摆动框架轴51长耳轴之间距离相等；连杆42的长度与半六边形连杆44铰接点中心线间的距离相等；和十形曲柄41的下端铰接点到摆动框架轴51长耳轴的距离同漏斗托座52上、下耳轴间的距离相等。
转动机构2(见图3)由齿轮副21、垂直空心转动轴22、П形头23、中间轮24和套管轴25等五件组成。位于齿轮箱14内的齿轮副21的小齿轮通过其齿轮轴与箱外的标准传动机构相连，其大齿轮安装在垂直空心转动轴22上。垂直空心转动轴22为一中空管，与滑道15处在一条与摆动框架轴51的轴心线和其长耳轴轴心线相交于一点的铅直线上。垂直空心转动轴22向下伸进传动机箱13与П形头23相连。套管轴25通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承按装在十形曲柄41顶端(见图1(c))。中间轮24按其轮轴轴心线须与套管轴25轴心线平行的要求被按装在套管轴25两侧的耳轴上并在设定的倾动机构3的动作范围内始终位于П形头23的直立双壁之间。
倾动机构3(见图3)由液压缸31、滑块32、垂直中心杆33、垂直定位轮34和双连杆35等五大主件以及具有倾动功能的套管轴25所组成。液压缸31位于滑道15的上方，其活塞杆与滑道15中的滑块32铰接。垂直中心杆33位于垂直空心转动轴22的轴心线上，其上端像十形曲柄41的上端与套管轴25的连接一样与滑块32相连，其下端按装有被限定在П形头23的直立对称双壁内表面上的直立凹形断面轮槽内滚动的垂直定位轮34。双连杆35的两端分别与垂直中心杆33下端和套管轴25的耳轴相连。套管轴25的耳轴轴心线与其自身的轴心线为两条在空间互相垂直的异面直线。
如图2所示，在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的第二实施例中，它由机箱系统1、转动机构2、倾动机构3、曲柄连杆机构4’和布料漏斗悬挂机构5构成。其中曲柄连杆机构4’包括形曲柄41’、连杆42’、水平中心杆43’、半六边形连杆44’、水平定位轮45’和气体轴承46’。其中除形曲柄41’和气体轴承46’是新的，其它四件的形状、尺寸、位置等参数与第一实施例中曲柄连杆机构4的同名零件完全相同。形曲柄41’由两个形的铸或焊接件分别套在摆动框架轴51的长耳轴上拼合而成。其唯一的曲柄端通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承与套管轴25相连。连杆42’的一端仍在原位与水平中心杆43’的一端连接，其另一端相应地改到新位置与形曲柄41’的曲柄铰连该新饺接点到摆动框架轴51的长耳轴的距离与漏斗托座52的上、下耳轴间的距离相等。为了让水平中心杆43’始终保持在摆动框架轴51的轴心线上，只在水平中心杆43’在摆动框架轴51的管形轴段轴向切口内的一端有水平定向轮45’，其另一支点则是在穿过摆动框架轴51的框架处采用气体轴承46’。这一变化相应地使摆动框架轴51框架上的水平滚道取消。
在本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器中，除了齿轮副21的大、小齿轮之间和滑块32与滑道15之间以及所有轴承都有润滑，与炉顶煤气接触的轴承翮迷封填料还需采取防高温和高粉尘的保护措施为防高温，布料机箱11机箱内和箱壁上的轴承座都设计成中空可通水冷却。为防粉尘，采用往被保护物所在空间喷入压力高于炉顶煤气压力的中性气体或净煤气使被保护物与炉顶煤气隔开。该保护气均对人体有害，有的降低煤气发热值，不希望多用，更不允许向外泄漏。因此，布料机箱11机箱内和箱壁上位于轴端头的轴承座孔的外侧用盖板或盖碗封死，与传动机箱13相邻的布料机箱11的箱壁上的轴承座孔在其外侧采用填料密封。为堵住摆动框架轴51管形轴段与水平中心杆43(或水平中心杆43’)之间的缝隙，它在传动机箱13内的出口处有填料密封，并采用通入中性气体或净煤气(第一实施例)，或利用气体轴承46’的废气(第二实施例)来保护该密封填料。
定点运动漏斗型高炉炉顶布料器的运转大致分单独转动、单独倾动和混合运动(转动+倾动)三类。单独转动(如单环布料)时，在前级动力和传动机构的驱动下转动机构2的齿轮副21的小齿轮推动大齿轮、垂直空心转动轴22和П形头23一起围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。转动的П形头23则通过其直立对称双壁推动中间轮24，并经由中间轮24又推动套管轴25和倾动机构3的双连杆35、垂直定位轮34和垂直中心杆33一起围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。布料器单独倾动(如更换布料漏斗)时，倾动机构3的滑块32在液压缸31的活塞的推动下在滑道14内作直线运动，并带动垂直中心杆33作垂直运动。垂直中心杆33通过双连杆35带动套管轴25、中间轮24和十形曲柄41(或形曲柄41’)一起运动十形曲柄41(或形曲柄41’)的中心线与垂直空心转动轴22的轴心线间的夹角(倾角)被改变，而中间轮24和套管轴25作圆弧运动。布料器混合运转(如多环布料)时，转动机构2和倾动机构3的这些零件全都动起来。但是其中一些仍只作单一运动，如齿轮副21的大齿轮、垂直空心转动轴22和П形头23只能转动，滑块32只能直线运动；另一些则要同时作两种运动，如中间轮24、套管轴25、垂直中心杆33、垂直定位轮34和双连杆35，它们既要在由它们的中心线或轴心线组成的一个被冠以“第一” (以区别于后一个可运动的平面)的平面内作“平面运动”，又要围绕垂直空心转动轴22的轴心线转动。只要不是单一的平动，不管是单独转动还是转动时又平动，由于它们形体内不同质点的角速度完全相同。这样的转动属于“定轴转动”。转动机构2的转动和倾动机构3的平动最后都由身兼转动和平动功能的套管轴25传递给十形曲柄41(或形曲柄41’)使后者可围绕垂直空心转动轴22的轴心线单独转动或在第一平面内单独平动——改变其与垂直空心转动轴22轴心线之间的夹角(倾角)，或同时转动和平动。但十形曲柄41(或形曲柄41’)转动时其形体内不同质点的角速度不相等，即十形曲柄41(或形曲柄41’)在以垂直空心转动轴22的轴心线为转动轴心线转动的同时还以其自身的中心线为转动轴心线作自转。因此，它的转动并非“定轴转动”，而属于“定点运动“范筹的定点运动式的转动(或定点转动)。十形曲柄41(或形曲柄41’)的定点运动同它们与机箱构成万向节式的连接有关。这种万向节式的连接使十形曲柄41(或形曲柄41’)能分别以摆动框架轴51的轴心线为摆动轴心线摆动和以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线摆动。十形曲柄41(或形曲柄41’)的定点运动实际是这两个摆动的合成运动。而漏斗托座52与机箱也有万向节式的连接关系，它能分别以摆动框架轴51的轴心线为摆动轴心线摆动和以其自己的上耳轴轴心线为摆动轴心线摆动。它的这两个摆动合成为漏斗托座52的定点运动。
在本发明的第一实施例中，十形曲柄41通过摆动框架轴51将其前一个摆动传递给漏斗托座52。由于漏斗托座52和十形曲柄41以相同方式与摆动框架轴51相连，对摆动框架轴51来说，它转动(摆动是其一种形式)时，与其相连接的不同物体的角速度等定轴转动参数都相同，都等于摆动框架轴51的角速度等定轴转动参数。因此，漏斗托座52的前一个摆动与十形曲柄41的前一个摆动之间具有同轴式的同步关系。十形曲柄41又通过连杆42、水平中心杆43和半六边形连杆44将其后一个摆动传递给漏斗托座52。由于在按装漏斗托座52时要求其上耳轴与摆动框架轴51正交和与其长耳轴平行，这使得摆动框架轴51、漏斗托座52、半六边形连杆44、水平中心杆43、连杆42和十形曲柄41的轴心线或中心线共同构成一个与摆动框架轴51的长耳轴轴心线相垂直的被冠以“第二”的平面。再加上十形曲柄41的曲柄下端与连杆42的铰连点到摆动框架轴51的长耳轴的距离与漏斗托座52的上、下耳轴间的距离相等，水平中心杆43的长度与漏斗托座51的上耳轴到摆动框架轴51的长耳轴间的距离相等，以及连杆42两端铰连点间的距离与半六边形连杆44的铰接点中心线间的距离相等，在第二平面内摆动框架轴51的轴心线分别同漏斗托座52和半六边形连杆44、十形曲柄41和连杆42的中心线构成两个相等三角形。由这两个相等三角形的对应顶角相等，其中一对对应顶角是摆动框架轴51的轴心线与漏斗托座52和十形曲柄41的中心线三线结构中的同位角，得到漏斗托座52的中心线与十形曲柄41的中心线相平行。于是，漏斗托座52以其上耳轴轴心线为摆动轴心线的后一个摆动与十形曲柄41以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线的后一个摆动形成了队列式的同步运动关系。由于漏斗托座52的两个摆动分别与十形曲柄41的两个摆动完全同步，它们的合成运动——漏斗托座52的定点运动和十形曲柄41的定点运动——也因此在空间形成队列式的同步运动关系，即漏斗托座52和十形曲柄41有相同的倾角、转速和转动方向，就象整步走的一队士兵有一致的步伐一样。
在本发明的第二实施例中，漏斗托座52与形曲柄41’之间同样具有同轴式的同步运动关系。摆动框架轴51、漏斗托座52、半六边形连杆44’、水平中心杆43’、连杆42’和形曲柄41’的轴心线和中心线也构成一个与摆动框架轴51的长耳轴轴心线垂直的第二平面。在这个平面内摆动框架轴51的轴心线也分别与漏斗托座52和半六边形连杆44’、形曲柄41’和连杆42’的中心线构成两个相等三角形。它们的对应顶角相等。而漏斗托座52和形曲柄41’的中心线与摆动框架轴51的轴心线构成的三角形其两个底角正是这两个等三角形的一对对应顶角的补角，因而是一等腰三角形。漏斗托座52和形曲柄41’的中心线是这个等腰三角形的两个等腰边。因此，漏斗托座52与形曲柄41’之间具有以该等腰三角形的中线为对称轴的轴对称关系。于是，漏斗托座52以其上耳轴轴心线为摆动轴心线的摆动与形曲柄41’以摆动框架轴51的长耳轴轴心线为摆动轴心线的摆动成轴对称同步摆动。由于漏斗托座52的两个摆动分别与形曲柄41’的两个摆动同步，它们的合成运动——漏斗托座52的定点运动和形曲柄41’的定点运动——在空间就形成以通过上述等腰三角形中线并与摆动框架轴51轴心线相垂直的平面为镜面的镜面对称同步运动。其特点是漏斗托座52和形曲柄41’有相同的倾角和转速，相反的转动方向，就象对镜跳舞，镜外人和镜内人有相同的动作但动作方向相反或相对一样。
从上述说明和附图中可知首先，本发明采用电动机作为装置转动的动力，液压作为装置倾动的动力。它们可以同时运行，也可各自单独动作。在控制上互无依赖，也互不干扰，因而有利于布料精度提高。其次，本发明用П形头23的直立对称的双壁直接推动中间轮24和套管轴25转动，有效地提高了机构的刚性。其三，由图1(c)和图表2(c)可知，本发明的套管轴25的耳轴轴心线与套管轴25自身的轴心线为两条互相垂直的异面直线。其耳轴轴心线偏离其本体的轴心线一定距离的结果使得十形曲柄41(或形曲柄41’)的中心线和双连杆35的中心线永远不会在一条直线上，因而也就不会发生中心线处在在一条直线上的两个相连杆件受压时因处于不稳定平衡状态而不能动作的所谓“死机”问题。其四，由图1和图2可知，本发明将布料漏斗53和漏斗托座52置于布料机箱11内，用摆动框架轴51将它与布料机箱外的十形曲柄41(或形曲柄41’)连接。位于摆动框架轴51的管形轴段空腔内的水平中心杆43的两端通过连杆42和半六边形连杆44分别与十形曲柄41(或形曲柄41’)和漏斗托座52连接。这样的结构不仅在漏斗托座52与十形曲柄41(或形曲柄41’)之间建立起队列式的同步运动(或镜面对称同步运动)关系，而且在布料机箱11的箱壁上除了摆动框架轴51的按装孔外再无别的开孔，为杜绝布料机箱11内的炉顶煤气外泄创造了条件。其五，由于布料机箱11的密封得到解决，本装置仍处在高粉尘炉顶煤气环境中工作的轴承数量减到最少。对它们采用气体隔离密封保护并辅之以定期更换，对其它易磨损件加强保养，损坏后即时更换，可保整机使用寿命相应延长。其六，由于漏斗托座52是由两个对半部分拼合而成，更换布料漏斗53时可按以下步骤先将需要更换的布料漏斗53拆下(如图4所示)第一步，先将布料漏斗53倾角归零。然后启动转动机构2让套管轴25的耳轴转到摆动框架轴51管形轴段的自由端一边并与其成异面垂直；第二步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53抬高若干高度，使其外圆锥面与漏斗托座52的内圆锥面脱离，副托522则因重力而自动向主托521合拢；第三步，取下锁定块523；第四步，将布料漏斗53放下让其外表面上的开口向下的三角形断面圆槽扣在主托522的开口向上的三角形断面半圆槽上；第五步，驱动倾动机构3使漏斗托座52倾角升到最大，然后将副托522钩住；第六步，让主托521和布料漏斗53倾角归零；第七步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53再次上抬与主托521脱扣；第八步，驱动转动机构2旋转180°，然后再次驱动倾动机构3将主托521的倾角提升到最大限位；第九步，用布料漏斗更换机将布料漏斗53运至炉外。随后，按与上述顺序相反的步骤按装新的布料漏斗。
本发明定点运动漏斗型高炉炉顶布料器除高炉外，其它竖炉炉顶布料也可采用。
权利要求
1.一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，它是由机箱系统(1)、转动机构(2)、倾动机构(3)、曲柄连杆机构(4)(或曲柄连杆机构(4’))和布料漏斗悬挂机构(5)所组成。其中布料漏斗悬挂机构(5)包括摆动框架轴(51)、漏斗托座(52)和布料漏斗(53)。其特征在于所述的摆动框架轴(51)由位于布料机箱(11)内的中空水冷框架与传动机箱(13)内的管形轴段穿过机箱壁构成的水平异形轴。其管形轴段上有与框架处于同一平面的长耳轴和一段以该平面为对称平面的上、下对称的轴向切口。其框架上与管形轴段连接处有使管形轴段的空腔贯通的圆孔，圆孔外侧和管形轴段的轴向切口内有供曲柄连杆机构(4)的水平定位轮(45)行走的水平滚道(采用曲柄连杆机构(4’)时，只有管形轴段的轴向切口内有水平滚道)。摆动框架轴(51)的框架两端和管形轴段的自由端通过轴承按装在布料机箱(11)和传动机箱(13)箱壁的轴按装孔中。
2.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其布料漏斗悬挂机构(5)特征在于所述的漏斗托座(52)是由主托(521)、副托(522)两个对半部分和锁定块(523)所组成的短粗形漏斗。主托(521)外表面上有一根上耳轴、一个在该上耳轴对称位置上的上耳轴套和一对下耳轴。其半圆筒内表面与半圆锥筒内表面交接处有开口向上的三角形断面半圆槽。副托(522)外表面上有与主托(521)的上耳轴和上耳轴套相对应的上耳轴套和上耳轴。其上耳轴和上耳轴套以下的拼合面因缺一角而与其底面成钝角。主托(521)和副托(522)分别将自己的上耳轴插入对方的上耳轴套内形成铰链结构。所述的锁定块(523)为一插接件。它位于其上耳轴之上主托(521)和副托(522)之间的缺口中。
3.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其布料漏斗悬挂机构(5)特征在于所述的布料漏斗(53)为一细长漏斗。其圆筒部份的外径略小于漏斗托座(52)的圆筒部份内径，而其外圆锥面与漏斗托座(52)的内圆锥面锥度相同。布料漏斗(53)的圆筒外表面与圆锥筒外表面交接处有可与主托(521)内表面上的开口向上的三角形断面半圆槽互相扣住的开口向下的三角形断面圆槽。
4.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中转动机构(2)包括齿轮副(21)、垂直空心转动轴(22)、∏形头(23)、中间轮(24)和套管轴(25)。其特征在于所述的中间轮(24)按装在套管轴(25)的耳轴两端，其轮轴轴心线与套管轴的轴心线相平行。所述的∏形头(23)在设定的倾动机构(3)的动作范围内始终将中间轮(24)和套管轴(25)夹在其直立对称的双壁之间。
5.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中倾动机构(3)包括液压缸(31)、滑块(32)、垂直中心杆(33)、垂直定位轮(34)和双连杆(35)以及套管轴(25)。其特征在于所述的垂直中心杆(33)的上端通过两套面对面按装的圆锥滚子轴承同与其同在摆动框架轴(51)的轴心线上的直立的滑道(15)中的滑块(32)连接，其下端直接通过双连杆(35)与套管轴(25)连接。滑块(32)则与采用液压作为动力的液压缸(31)的活塞柄铰接。
6.根据权利要求5所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其倾动机构(3)特征在于所述的套管轴(25)的轴心线与其耳轴的轴心线为两条在空间互相垂直但不相交的异面直线。
7.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中曲柄连杆机构(4)包括 形曲柄(41)、连杆(42)、水平中心杆(43)、半六边形连杆(44)和水平定位轮(45)以及摆动框架轴(51)。其特征在于所述的部分中空通水冷却的水平中心杆(43)位于摆动框架轴(51)的管形轴段空腔内，水平中心杆(43)的长度等于漏斗托座(52)的上耳轴到摆动框架轴(51)的长耳轴间的距离。连杆(42)将 形曲柄(41)下端与水平中心杆(43)位于摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的一端相连。所述的半六边形连杆(44)为中空结构，可通水冷却，它将水平中心杆(43)的另一端与漏斗托座(52)的下耳轴相连接。连杆(42)两端铰接点间的距离与半六边形连杆(44)铰接点中心线间的距离相等， 形曲柄(41)的从其下端铰连点到摆动框架轴(51)的长耳轴的距离与漏斗托座(52)上、下耳轴间的距离相等。
8.根据权利要求7所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其曲柄连杆机构(4)特征在于所述的水平中心杆(43)靠其两端被限定在摆动框架轴(51)框架上和管形轴段轴向切口内水平滚道上的水平定位轮(45)保持在摆动框架轴(51)的轴心线上。
9.根据权利要求1所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其中曲柄连杆机构(4’)包括 形曲柄(41’)、连杆(42’)、水平中心杆(43’)、半六边形连杆(44’)、水平定位轮(45’)和气体轴承(46’)。其特征在于所述的 形曲柄(41’)是由两个 形铸或焊接件分别套在摆动框架轴(51)的长耳轴上拼合而成的 形构件。连杆(42’)的一端同 形曲柄(41’)的某一点连接，其另一端与在摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的水平中心杆(43’)的一端相连。 形曲柄(41’)上从与连杆(42’)铰连的铰接点到摆动框架轴(51)的长耳轴轴心线的距离与漏斗托座(52)的上、下耳轴间的距离相等。其它零件的参数和零件之间的连接关系与曲柄连杆机构(4)的同名零件的参数和零件间连接关系相同。
10.根据权利要求9所述的定点运动漏斗型高炉炉顶布料器，其曲柄连杆机构(4’)特征在于所述的水平中心杆(43’)靠其在摆动框架轴(51)管形轴段轴向切口内的一端的被限定在水平滚道内的水平定位轮(45’)和位于摆动框架轴(51)的框架与管形轴段连接处的框架内的气体轴承(46’)保持在摆动框架轴(51)的轴心线上。
全文摘要
本发明公开了一种定点运动漏斗型高炉炉顶布料器。它包括转动、倾动、曲柄连杆和布料漏斗悬挂四个机构。该装置的布料漏斗通过可方便地开合更换漏斗的漏斗托座与机箱构成万向节式的连接。由电动机驱动的转动机构和由液压驱动的倾动机构推动亦与机箱成万向节式连接的曲柄，最后通过同在一直线上的摆动框架轴和水平中心杆的传递推动布料漏斗作定点运动式的转动和/或倾动来进行布料作业。由于整机以杆件传动为主，结构简单，容易加工制造。易磨损零件，尤其是轴承，拆、装容易，在现场就可更换，整机寿命因此可提高。曲柄连杆机构采用全新结构，使用安全有了保证，气封气体用量也可减少。布料漏斗内料流因无溢出可能，其转速提高，布料均匀度也会提高。
文档编号C21B7/00GK101092652SQ20061016440
公开日2007年12月26日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年6月20日
发明者徐寿华 申请人:徐寿华
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