专利名称：带有悬臂的旋转装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使工作件在静止位置和工作位置之间旋转的、带悬臂的旋转装置。这种装置(例如)可用于将一个出钢口堵塞枪从其静止位置旋转至位于高炉的出钢口前面的工作位置，以及接着将该堵塞枪压紧在该出钢口上。
一种传统的出钢口堵塞枪的旋转装置，从本质上来说，包括固定的支承结构和悬臂。悬臂的两端中的一个以可旋转的方式安装在该支承结构上。在大多数情况下，利用液压缸来使该悬臂旋转。一般，为了使该堵塞枪能够旋转得尽可能远而超出出钢槽的范围，这种旋转装置的旋转范围应尽可能的大。除此以外，还必需考虑，现代的出钢口堵塞枪工作时的堵塞压力日益增高。结果，用于将该堵塞枪压紧在该出钢口上的该旋转装置也必需设计成能承受较大的压紧力。
在US-A-3765663中，说明了出钢口堵塞枪的旋转装置的两个不同的实施例。在第一个实施例中，液压缸安装在悬臂的支承结构上的固定杠杆臂和悬臂的后端之间。为了达到足够大的压力，这个装置的旋转角度限制在大约90°。为了将旋转范围扩展至超过90°，US-A-3765663建议在液压缸和支承结构之间配置杠杆系统。这个杠杆系统由U形件构成；该U形件的一端以有接点的方式固定在该支承结构上；而所述U形零件的另一端，利用连接杆以有接点的方式与悬臂连接。液压缸设置在上述支承结构和该U形件之间。
为了使旋转角度扩大超出90°范围以外，建议使用有几个液压缸的旋转装置。例如，DE-A-2035697公开了一种出钢口堵塞枪的旋转装置，该装置具有一个用于产生旋转运动的主液压缸，和一个较小的、用于克服该主液压缸的死点的辅助液压缸。该主液压缸安装在位于悬臂后端的第一杠杆臂和从悬臂的支承结构突出出来的第一固定杠杆之间。辅助液压缸使该悬臂旋转，超出该主液压缸的死点之外。当超过死点时，液压换向阀改变该双作用式主液压缸的行程方向。
US-A-4544143公开了一种两个尺寸相等的液压缸的出钢口堵塞枪的旋转装置。第一液压缸安装在悬臂的支承结构上的一个固定点和旋转框架之间。这个旋转框架以可旋转方式安装在该支承结构上，其旋转轴线与上述悬臂的旋转轴线在同一轴线上。第二液压缸安装在该旋转框架和该悬臂的后端之间。该两个液压缸可以同时动作，或按特定的顺序动作。它们各自在该悬臂在其旋转范围内的运动中起到一定作用。在工作位置，当将该堵塞枪压紧在出钢口上时，第一液压缸必需将在该旋转框架上的第二个液压缸产生的力矩，传递至上述支承结构上。由于两个液压缸的杠杆臂的尺寸大致相同，因此，两个液压缸设计成强度相等。还应指出，第二液压缸上所带的，用于将第二液压缸的力传递至悬臂上的杠杆臂不受旋转框架位置的影响。
本发明的一个目的是要改善US-A-4544143中已知的该旋转装置的力的传递。
这个目的可利用根据权利要求1的一种旋转装置来达到。这种旋转装置，与US-A-4544143中所述的装置一样，包括用于支承工作件的悬臂；支承结构，悬臂的一端以可绕旋转轴旋转的方式安装在该支承结构上；第一线性驱动装置，一般为一个液压缸，使悬臂在其静止位置和其工作位置之间旋转，其中，线性驱动装置通过第一回转接头与悬臂连接；旋转臂，一端安装在所述支承结构上，可以围绕着旋转轴旋转，其中，线性驱动装置又通过第二回转接头与所述旋转臂的自由端连接；和作动器驱动装置，使旋转臂相对于所述支承结构旋转。
根据本发明，该旋转臂的旋转轴，不是如在US-A-4544143中所述那样，与该悬臂的旋转轴在同一轴线上的，而是彼此隔开一定距离。换句话说，该旋转臂安装成偏离该悬臂的中心线。由于该旋转臂的这种偏心安装，因此，可以增加上述线性驱动装置的力作用在悬臂上的杠杆臂长度。通过使偏心安装的旋转臂作适当旋转，就可以当该悬臂处在工作位置时，基本上不需用力而使该旋转臂的作动器改变方向。换句话说，该旋转臂可以旋转至这样一个位置，即当线性驱动装置的力传递至悬臂上时，线性驱动动装置不会将力矩作用在该旋转臂的作动器驱动装置上。当该悬臂从其静止位置旋转至其工作位置时，悬臂的液压缸和旋转臂的作动器驱动装置可以同时工作或顺序工作。本发明中的旋转臂的作动器对于上述悬臂在其旋转范围内的运动是起到一定作用的。与在US-A-4544143中所述的旋转装置比较，根据本发明的旋转装置结构更紧凑，价格更便宜，同时其旋转范围和传递至工作件上的压紧力都不会减小。
在本发明的一个优选实施例中，旋转臂可由作动器驱动装置驱动，旋转至工作位置，其中，在悬臂的工作位置上，线性驱动装置的第二回转接头非常靠近包含旋转臂的旋转轴和该直线运动驱动器的第一回转接头的中心的平面。在这个位置上，当线性驱动装置启动时，该旋转臂不承受力矩或只承受一个很小的力矩。因此，为了将该旋转臂保持在其工作位置，该旋转臂的作动器不需加力，或只需加一个很小的力。这样，该旋转臂的作动器可以设计成比悬臂的线性驱动装置强度低得多。
在另一个实施例中，旋转臂可由所述作动器驱动装置驱动，旋转至工作位置，其中，在悬臂的工作位置上，线性驱动装置的第二回转接头位于包含旋转臂的旋转轴和线性驱动装置的第一回转接头的中心的平面的另一侧。换句话说，当该线性驱动装置工作时，线性驱动装置的第二回转接头旋转超出该旋转臂不受力矩作用的位置。还应注意，在旋转动作过程中，作用在旋转臂上的力矩会改变其作用方向。在这个旋转装置实施例中，支承结构最好具有一个在工作位置时，该旋转臂与其接触的支座。这个支座可以承受在线性驱动装置工作时加在该旋转臂上的力矩；结果，可使该旋转臂的作动器驱动装置完全卸载。作为支座的替代物，该旋转臂的作动器驱动装置可以具有一个与它作成一体的限位挡块，利用该挡块来限定上述旋转臂的工作位置。
最好，该旋转臂及其作动器驱动装置设计成这样当旋转臂旋转至其工作位置时，悬臂的旋转轴与连接线性驱动装置的两个回转接头的直线之间的距离增大。结果，可使该线性驱动装置的力传递至该悬臂的杠杆臂长度增大。因为通过该旋转装置传递至上述工作件上的压紧力，是与由该线性驱动装置传递至该悬臂的力矩成正比的，因此，该工作零件的压紧力与上述的杠杆臂长度成比例地增大。换句话说，利用一个结构紧凑的线性驱动装置，可以在上述旋转装置上产生非常大的压紧力。
最好，一般为一个液压缸的旋转臂的作动器驱动装置为第二线性驱动装置，其一端以接头的形式与所述支承结构的一个固定点连接，而其另一端则与所述旋转臂连接(即其直径小得多)；其中，第二线性驱动装置比第一个线性驱动装置小很多。这不但可使该旋转装置设计得更紧凑，价格更便宜；而且可以减少该旋转装置的油耗。还应指出，如果需要的话，该旋转臂的作动器驱动装置也可以是一个回转驱动装置(例如，一台电机或一台液压回转马达)。
在根据本发明的旋转装置的一个优选实施例中，当该旋转臂在静止位置时，上述线性驱动装置的第二个回转接头是这样配置的即当该悬臂在静止位置时，驱动该悬臂工作的第一个线性驱动装置的位置，基本上与该悬臂平行。结果，该旋转装置在静止位置时特别紧凑，因此，占据的安装空间很小。
最好，应当指出，根据本发明的旋转装置可以方便地在出钢口堵塞机上使用。
现在，根据附图来详细地说明本发明的实施例，其中
图1为带有根据本发明的旋转装置的出钢口堵塞机，位于高炉前面的静止位置时的平面图；图2为与图1相同的视图，但该旋转装置用示意图的形式表示；图3为图1所示的该出钢口堵塞机在中间位置时的平面图；图4为与图3相同的视图，但该旋转装置用示意图的形式表示；图5为图1所示的出钢口堵塞机在出钢口上的工作位置时的平面图；图6为与图5相同的视图，但该旋转装置用示意图的形式表示；图7为与图6相同的视图，但该旋转装置的设计作了改变。
在图1中可以看出处在高炉12(图中示意性地用一个圆弧表示)前面静止位置的根据本发明的出钢口堵塞机10。该出钢口堵塞机10基本上由根据本发明的旋转装置14和公知的出钢口堵塞枪16组成。后者这里不作进一步的详细说明。
该旋转装置14包括构成悬臂20的支承结构18的安装基座。支承结构18也可以不安装在地面上，而是悬挂起来。悬臂20的一端以可绕旋转轴22旋转的方式安装在该支承结构18上。在图1中，悬臂20在该支承结构18上的旋转轴的位置，用标号22表示。在大多数情况下，该旋转轴22是相对于垂直位置稍微向着高炉12倾斜的。出钢口堵塞枪16以可旋转的方式悬挂在该悬臂20的自由端上。出钢口堵塞枪16在该悬臂20上的旋转轴的位置，用标号24表示。控制杆26以有接点的形式与支承结构18和出钢口堵塞枪16的后端连接。这个控制杆26使出钢口堵塞枪16的方向随着该悬臂20的旋转角度而变化。
在图1中沿着悬臂20的长度放置的一个液压缸28使悬臂20围绕其旋转轴22旋转。在这个实施例中表示为活塞端部30的液压缸28的一端，通过第一回转接头32与悬臂20的前端连接。悬臂20有一个横向突出部分34，第一回转接头32可以方便地固定在该突出部分上(见图2)。在本实施例中表示为液压缸的支点的该液压缸28的第二端，通过第二回转接头36与旋转臂38连接。该旋转臂38以可以旋转的方式安装在支承结构18上的固定点上。图中，旋转臂38的旋转轴在支承结构18上的位置用标号40表示。本发明的一个重要特点是，旋转臂38的旋转轴40与该悬臂20的旋转轴22隔开一定距离。换句话说，从动力学的观点来看，支承结构18、悬臂20、旋转臂38和液压缸28形成了带有四个回转接头(22、32、36、40)的四连杆驱动组件(18、20、38、28)。
小得多的第二液压缸42的一端，以有接点的形式与支承结构18的固定点46连接；而其另一端与旋转臂38连接。这个液压缸44使旋转臂38可以相对于支承结构18旋转，这时，在驱动组件(18、20、38、28)中，液压缸28相对于悬臂20的位置改变。这样，液压缸28的杠杆臂相对于悬臂20的旋转轴22的位置也改变。
在图1和图2中，所表示的两个液压缸28和42都是在其长度最小的状态，即活塞和活塞杆都缩进去的状态。从图中可以看出，在这个位置时，该旋转装置12非常紧凑；并且，与其他已知的机械比较，该旋转装置占据的空间小。然而，另一方面，在这个位置上，力矩从液压缸28传递至悬臂20的前提条件是非常不利的。实际上，力传递的杠杆臂X1(即悬臂20的旋转轴22与连接液压缸28的两个回转接头32和36的中心的直线48之间的距离)较小。
图3和图4表示出钢口堵塞机20处在静止位置和工作位置之间的中间位置。比较图4和图2可以看出，在中间位置时，只有液压缸42的活塞杆伸出了。旋转臂38，沿着箭头50的方向，围绕着其旋转轴40从其静止位置旋转至所谓工作位置。由于旋转臂38的旋转运动，悬臂20从其图1和图2所示的静止位置旋转至图3和图4所示的中间位置。换句话说，小液压缸42使悬臂20围绕其旋转轴22旋转大约40°角。从图4中还可以看出，由于旋转臂38旋转至其工作位置，在图4位置上，从液压缸28传递至悬臂20的力矩的杠杆臂X2，比图2中所示的相应的杠杆臂X1大得多。
图5和图6表示出钢口堵塞机10处于工作位置上。在这个工作位置，出钢口堵塞枪16通过悬臂20紧紧地压在高炉12的出钢口51上。必须特别强调的是，在这个工作位置上，液压缸28的第二回转接头36非常靠近包含旋转臂38的旋转轴40和线性驱动装置28的第一回转接头32中心的平面48″。这就可保证，至少在理想的情况下，旋转臂38的液压缸42不需要承受反作用力的任何分力。实际上，如果液压缸28在被支承结构18支承的同时产生压紧堵塞枪16所需要的压力，则该液压缸42可能会承受较小的分力。事实上，如果液压缸28的两个回转接头32和36的中心，以及旋转臂38的旋转轴40都精确地位于平面48″内，则反作用力只通过该旋转臂38经回转接头40，直接作用在上述支承结构18上。换句话说，在这个位置上，液压缸28在旋转臂38上不施加任何扭矩作用，这是因为力的作用线是精确地通过旋转臂38的旋转轴40的。然而，实际上，当悬臂20处在工作位置时，旋转臂38和液压缸28的微小的对中误差是不可能避免的。例如，这种对中误差可以是由该悬臂20从静止位置旋转至工作位置时旋转角度可能有的微小改变而引起。考虑到这种对中误差，最好将液压缸42设计成这样当堵塞枪16压紧出钢口时，液压缸42可以补偿由液压缸28在旋转臂38上产生的残余力矩。为了使旋转臂38的最后位置与悬臂20的不同旋转角度值相适应，液压缸42的行程最好设计成可调整的。为了做到这点，例如，可使液压缸42具有机械式的可调行程挡块。然而，如果悬臂20的旋转角度必须改变很大，则建议使用一个传感器来检测旋转臂38的补偿误差，并自动地调整液压缸42的行程，直至对中误差消除(即液压缸28的两个回转接头32和36的中心，及该旋转臂38的旋转轴40在平面48″上)为止。这种调整示意性表示在图6中。标号52表示一个角度传感器，它测量旋转臂38和液压缸28之间的角度，并将测量的值送至控制器54。然后，利用来自控制器54的输出信号56控制液压缸43的行程。为了调整液压缸42，如果需要的话，必需短时间地使上述液压缸28卸载。
在图6中，距离X3代表将液压缸28的力矩传递至悬臂20上时必需考虑的杠杆臂。应当指出，与已知的出钢口堵塞机比较，该杠杆臂X3较大。结果，液压缸28可以设计得比通常的要短，而不会减小该液压缸所产生的压力。还应特别强调的是，杠杆臂X3长度的增加不会对堵塞机在静止位置时的结构紧凑性有任何不良影响。
关于出钢口堵塞机的工作，还应当注意，在正常情况下，当将悬臂从其静止位置旋转至工作位置时，首先是小的液压缸42动作；然后，大的液压缸28动作。然而，也可以使两个液压缸28、42同时动作，或在该堵塞机达到工作位置之前，只使该小液压缸42动作很短一段时间。
图7表示处在工作位置的根据本发明的旋转装置的另一个实施例。如果将图7与图6比较，可以看出，线性驱动装置28的第二回转接头36偏离包含旋转臂38的旋转轴40和线性驱动装置28的第一回转接头32中心的平面48″较远。在这个位置上，该旋转臂38与上述支承结构18的一个支座60接触。在上述旋转装置的这个实施例中，当将力矩经液压缸28传递至悬臂20上时，作动器驱动装置42在悬臂20处在工作位置时不承受任何反作用力。事实上，反作用力分别通过回转轴承40或支座60直接传递至支承结构18上。作为另一种选择方案，图7的旋转臂38的位置，也可由设在该液压缸42的内部的一个行程限位装置来固定，即不需要在该支承结构18上设置一个另外的支座60。然而，在这种情况下，在力矩经液压缸传递至悬臂20的过程中，液压缸42会受到拉力作用。
在所述的旋转装置中，两个液压缸28、42在静止位置时的长度最小。液压缸的活塞杆的伸长就可使悬臂20从其静止位置旋转至其工作位置。应当注意，可以很容易地将该旋转装置重新设计成这样通过该二个液压缸的活塞杆的缩回，使该悬臂20从其工作位置旋转至其静止位置。
关于该旋转装置的液压油消耗问题，应该注意下列几点。对于该悬臂20的一个特定的旋转角而言，较小的液压缸42的油耗当然远比液压缸28的油耗要少。因此，上述液压缸42的旋转能力使悬臂20从其静止位置旋转至其工作位置时的总油耗明显减少。这样，与已知的旋转装置比较，液压缸28的直径可以较大，而不会使同一旋转角度的总油耗增加。因此，不需要使旋转装置的油耗增加很多，通过选择较大的液压缸28可使该旋转装置产生的压紧力增大。在这个意义上来说，油耗较小不但可以节约液压系统的成本，而且，在大多数情况下，还可降低能源消耗。
最后，应该指出，如果要求旋转角度大和压紧力大，则上述旋转装置的优点是特别显著的。
权利要求
1.一种用于使工作件(16)在其静止位置和工作位置之间旋转的装置，该装置包括用于支承工作件(16)的悬臂(20)；支承结构(18)，悬臂的一端以可绕旋转轴(22)旋转的方式安装在该支承结构(18)上；第一线性驱动装置(28)，使悬臂(20)在其静止位置和其工作位置之间旋转，其中，线性驱动装置(28)通过第一回转接头(32)与悬臂(20)连接；旋转臂(38)，一端安装在所述支承结构(18)上，可以围绕着旋转轴(40)旋转，其中，线性驱动装置(28)又通过第二回转接头(36)与所述旋转臂(28)的自由端连接；和作动器驱动装置(42)，使旋转臂(38)相对于所述支承结构旋转(18)；其特征在于，所述旋转臂(38)的旋转轴(40)与所述悬臂(20)的旋转轴(22)隔开一定距离。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)可由所述作动器驱动装置(42)驱动，旋转至工作位置，其中，在悬臂(20)的工作位置上，线性驱动装置(28)的第二回转接头(36)非常靠近包含旋转臂(38)的旋转轴(40)和该直线运动驱动器(28)的第一回转接头(32)的中心的平面(48″)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)可由所述作动器驱动装置(42)驱动，旋转至工作位置，其中，在悬臂(20)的工作位置上，线性驱动装置(28)的第二回转接头(36)位于包含旋转臂(38)的旋转轴(40)和线性驱动装置(28)的第一回转接头(32)的中心的平面(48″)的另一侧。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)可利用机械的方法锁定在其工作位置上。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在工作位置时，旋转臂(38)与支承结构的支座接触。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，作动器驱动装置(42)具有一个确定该旋转臂(38)的工作位置的限位挡块。
7.如权利要求1～6中任何一项所述的装置，其特征在于，当旋转臂(38)旋转至其工作位置时，悬臂(20)的旋转轴(22)与连接线性驱动装置(28)的两个回转接头(32、36)的直线之间的距离增大。
8.如权利要求1～7中任何一项所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)的作动器驱动装置(42)为第二线性驱动装置，其一端以接头的形式与所述支承结构(18)的一个固定点连接，而其另一端则与所述旋转臂(38)连接；其中，第二线性驱动装置(42)比第一个线性驱动装置(28)小很多。
9.如权利要求1～7中任何一项所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)的作动器驱动装置(42)为一种回转驱动装置。
10.如权利要求1～9中任何一项所述的装置，其特征在于，旋转臂(38)可由作动器驱动装置(42)驱动旋转至静止位置，其中，所述线性驱动装置(28)的第二回转接头(36)设置成，当悬臂(20)在静止位置时，第一线性驱动装置(28)的位置基本上与悬臂(20)平行。
11.如权利要求1～10中任何一项所述的装置，其特征在于，第一线性驱动装置(28)沿着悬臂(20)在横向配置，其中，第一线性驱动装置(28)的第一回转接头(32)，在横向与该悬臂(20)的自由端固定。
12.如权利要求1～11中任何一项所述的装置，其特征在于，第一线性驱动装置(28)为液压缸。
13.一种出钢口堵塞机，包括如权利要求1～12中任何一项所述的旋转装置(12)。
全文摘要
本发明涉及一种可使工作件16在静止位置和工作位置之间旋转的装置14。该装置包括臂20和支承结构18,该臂20的一端以可以旋转的方式安装在所述支承结构18上。带有作动驱动装置42的旋转臂38的一端以可以旋转的方式设置在所述支承结构18上。所述旋转臂38的另一端与升高驱动装置28活动连接;而所述升高驱动装置的第二端与悬臂20铰接。该旋转臂38的旋转轴40的位置与悬臂20的旋转轴22隔开一个设定的距离,使杠杆臂可以增大。这使得该升高驱动装置28在工作位置时可将其动力传递给悬臂20。当该悬臂20在工作位置时,该旋转臂38的偏心位置使旋转臂38的驱动装置42基本上不需要动力就可改变运动方向。该旋转装置14特别适合于用在出钢口堵塞机上。
文档编号C21B7/12GK1260008SQ98806047
公开日2000年7月12日 申请日期1998年5月2日 优先权日1997年6月12日
发明者埃米尔·罗纳迪, 菲利普·马利沃尔, 维克托·克雷默 申请人:保尔·沃特公司