本发明涉及阳极板浇铸设备领域，尤其涉及阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构及其定量补充方法。
背景技术：
在部分有色金属的生产制造过程中，浇铸设备将熔融金属浇铸成重量和规格一致的阳极板。主要流程为熔融状态下的熔液自精炼炉出口流出，经过中间的引流槽注入到中间包，中间包作为浇铸系统熔液暂囤装置，待中间包内熔液量达到一定值时，中间包启动倾倒，熔液流入浇铸包，浇铸包下方设置了称重装置，对浇铸包内熔液重量进行计算且当该值达到系统设定值时，中间包停止倾倒动作回到初始位置，称重装置对浇铸包内铜水重量进行保存。
在冶炼过程中，对于浇铸来说，浇铸包内的熔液量越稳定，对于浇铸包来说就越容易控制，浇铸出来的阳极板物理规格就越好。
目前，中间包正在使用的驱动方式为液压驱动或普通电机驱动，只是控制中间包倾转来补充熔液，每次补充量之间差别大，且会有熔液补充溅出的状况，不仅浪费严重，而且导致清理工作量的加重，还会因为补充过快导致液体冲出，影响称重。而且采用电机驱动，当系统掉电时，电机不具有掉电复位功能，导致中间包保持现有状态，当为倾倒状态时，会一直补充给浇铸包液体，导致液体流出，可能会造成财产损失和人员伤亡。
如何设计阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构，使其中间包结构合理可称重且具有掉电自复位功能，能自动根据中间包内铜水的实际液面情况，来实时控制中间包倾倒的角度和和角加速度，避免中间包倾转过猛使液体冲出浇铸包造成生产事故的发生，保证安全生产且能降低工人操控强度，提高生产效率是急需解决的问题。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构及其定量补充方法，其具有能够实时检测中间包重量、实时进行角度控制、补充速度可调、补充重量精度高且中间包具有掉电自复位功能的效果。
本发明采用下述技术方案：
阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构，包括中间包、称重支架和称重装置，所述中间包位于称重支架的上部且与其转动连接，中间包与支撑支架之间安装有用于掉电时保持中间包平衡的自复位装置；中间包的一端连接驱动装置，中间包的另一端通过与其垂直的称重装置连接支撑架体，称重装置实时检测中间包内液体重量。
进一步的，所述自复位装置包括安装于中间包一侧的中间承载支撑和贯穿所述中间承载支撑的导向杆，导向杆的外侧套设有弹簧。
进一步的，所述导向杆底端与称重支架固定，中间承载支撑的上、下两侧分别设有第一弹簧、第二弹簧，且第一弹簧顶部设有阻挡机构。
进一步的，所述阻挡机构包括与第一弹簧相连的挡片和安装于导向杆顶端侧面的若干挡杆。
进一步的，所述称重装置包括称重传感器及其连接器，称重传感器的顶端和底端分别通过连接器连接挂钩。
进一步的，所述称重支架的一端设有两个相互平行的轴，所述轴通过轴承座安装于支撑架体的上部；称重支架的另一端连接称重装置。
进一步的，所述驱动装置包括伺服电机及其减速机，减速机与中间包的一端的转轴相连；所述伺服电机连接控制系统。
阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构的定量补充控制方法，分为前期阶段和后期阶段，其中，
前期阶段采用角度控制，预先计算中间包旋转角度后，通过控制系统控制伺服电机使中间包达到熔液流出临界点；达到熔液流出临界点后，进入后期阶段；
后期阶段采用补充流速反馈控制，通过称重传感器测得的中间包重量信号计算熔液流速，根据熔液流速控制中间包角度转动，使中间包内熔液按照设定补充流速进行补充。
进一步的，中间包前期旋转角度
其中，r表示中间包半径，h表示中间包内熔液高度，a表示熔液出口到中间包半圆间的横向距离。
进一步的，补充时流速采用最小二乘法计算得到；通过计算得出的流速与设定流速对比，二者的差值作为调整信号的输入值，对中间包倾转角度进行实时调节控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用s型称重传感器作为称重装置，能够实时检测中间包内液体多少，并根据称重重量实时调节，不仅能够调节倾转炉的倾转角度，而且还能调节补充时的中间包倾转角度，使浇铸包内液体补充快速准确的前提下，减小液体飞溅；
(2)本发明采用伺服电机作为动力元件，使中间包角度控制形成闭环控制，响应速度快，控制准确，中间包侧面安装自复位装置，当系统失电时，能使中间包回到中间平衡位置；
(3)本发明在一次金属熔液补充中设计了两段浇铸控制方法，既满足了快速补充的要求，又满足了准确定量补充的要求，改变了目前只采用角度控制的局限性；通过增加后期流速控制，有效实现了每次浇铸前浇铸包内融液的稳定性，降低了系统变化幅度，提高生产出来阳极板物理规格的品质。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的轴侧图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的称重传感器结构示意图；
图5为本发明的自复位装置结构示意图；
图6为本发明的前期角度计算示意图；
其中，1-伺服电机，2-减速机，3-第一轴承，4-中间包，5-第二轴承，6-称重支架，7-支撑架体，8-承载支架，9-称重装置，10-自复位装置，11-球型轴承，12-挂钩，13-连接器，14-称重传感器，15-弹簧，16-中间承载支撑，17-导向杆，18-挡片，19-挡杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在浇铸包内熔液量不稳定、不能实时检测浇铸包重量、熔液补充控制存在局限性的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构及其定量补充方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提供了一种阳极板浇铸用中间包驱动和称重结构，包括中间包4、称重支架6、承载支架8、称重装置9、自复位装置10和支撑架体7，所述支撑架体7包括底座及其一侧的竖向支撑。
所述中间包4为铜液暂囤装置，为了满足双浇铸机构，中间包4两端设置两个出铜口，分别对两个的浇铸包进行熔液补充。
所述中间包4的底部安装承载支架8，承载支架8为中间包提供支撑；中间包4的两端分别连接转轴，中间包4通过转轴与承载支架8相连。
所述中间包4由驱动装置提供动力，驱动装置包括电机和减速机2。
其中，电机采用伺服电机1；由于伺服电机1作为动力元件，使中间包4角度控制形成闭环控制，响应速度快，控制准确。
所述伺服电机1通过减速机2与中间包4一端的转轴相连，伺服电机1为中间包4的转动提供动力来源，用于控制中间包4的转动角度；伺服电机1连接控制系统。
优选地，所述控制系统采用plc。
中间包4连接伺服电机1一端的转轴外侧套设第一轴承3，另一转轴外侧套设第二轴承5(此处第一、第二仅为描述方便，不区分轴承类型)。
所述第一轴承3和第二轴承5分别安装在轴承座内部，所述轴承座连接称重支架6。
所述称重支架6位于承载支架8的下部，形成一个浮动的支架；称重支架6与驱动装置同一侧设有相互平行的两个轴，所述轴通过安装于轴承座内部的球型轴承10与支撑架体7的底座相连。
所述轴承座位于底座上部一端；两个球型轴承10共同作用，使称重支架6以球型轴承10为支点，只能沿竖直方向移动。
所述中间包4远离支撑架体7竖向支撑的一端安装自复位装置10，所述自复位装置包括弹簧15、中间承载支撑16、导向杆17和挡片18，所述导向杆17底端与称重支架6固定连接，导向杆17的顶端侧面设置若干挡杆19。
优选地，导向杆17顶端两侧分别设有一个挡杆19。
中间承载支撑16与中间包4固定，导向杆17穿过中间承载支撑16，且二者之间具有间隙，使导向杆17可沿中间承载支撑16内自由移动。
所述中间承载支撑16为一固定件，只要能够起到对导向杆19的导向限位作用即可。
位于中间承载支撑16上部的导向杆17段外侧套设有第一弹簧，第一弹簧的顶端连接挡片18，通过挡杆19和挡片18对第一弹簧起到限位作用，第一弹簧的底端与中间承载支撑16上部固定。
中间承载支撑16与称重支架6之间的导向杆17段外侧套设有第二弹簧，第二弹簧顶端与中间承载支撑16下部固定，第二弹簧底端与称重支架6固定。
通过在导向杆17上、下段设置第一弹簧、第二弹簧，使中间包4在向左、向右倾斜时均能自动复位。
所述称重支架6的另一侧通过称重装置9悬挂于支撑架体7的竖向支撑一侧，通过力矩平衡来计算出重量。
称重装置9是整个中间包4的重量信号来源，其包括一个称重传感器13、两个连接器12和两个挂钩11，称重装置9沿竖直方向悬挂，
所述称重传感器13的一端通过连接器12、挂钩11悬挂于竖向支撑顶部下侧的挂环上；另一端通过连接器12、挂钩11悬吊与称重支架7连接的套环上。
优选地，所述称重传感器13选用s型称重传感器。
本申请通过称重传感器14能够实时检测中间包4内液体的多少，根据称重重量实时调节，不仅能够调节倾转炉的倾转角度，而且还能调节补充时的中间包4倾转角度，使浇铸包内液体补充快速准确的前提下，减小液体飞溅。
阳极板浇铸包内熔液补充控制方法，分为两个阶段，即前期阶段和后期阶段，前期阶段将中间包快速移动到计算出的临界点角度，后期阶段通过流速反馈控制中间包运动。
前期阶段采用角度控制，主要是实现中间包4快速达到熔液流出临界点，减少补充时间。
如图6所示，中间包4内部容积为一个半圆柱体，采集中间包4补充前重量为q，中间包内液体宽度度为l，液体密度为ρ,中间包4内熔液高度和中间包4内熔液重量有函数关系，中间包4内熔液高度h通过下式求解：
在已知中间包4内熔液高度的情况下，中间包4前期旋转角度
其中，r表示中间包4半径，a表示熔液出口到中间包半圆间的横向距离。
计算出前期所需旋转角度后，在补充前期，plc控制伺服电机1使中间包4快速达到熔液流出临界点。
当到达临界点后，熔液开始流出时，系统切换为补充速率反馈控制阶段，即后期阶段。
后期阶段采用补充流速反馈控制，主要是实现准确定量补充，减少飞溅，防止补充失控；通过中间包4的重量信号计算出流速，控制中间包4角度转动，使其按照设定补充流速进行准确跟随补充。
plc根据对中间包4重量的采样值计算出已流出熔液量，产生速度控制信号，使浇铸速度跟随给定的轨迹。
补充时流速计算主要是通过最小二乘法计算得出。
首先，根据称重传感器9对中间包4采集重量值，每10ms采集一次，连续采集十个离散的重量信息点，运用最小二乘法计算出该时刻的流速。
要采集某个时刻t1该点的补充速度，以时刻t1的重量值为起点(包括t1时刻的重量值)开始连续采集其后的10个时刻点的重量值，运用最小二乘法计算出的值作为该时刻t1的当前流速值。
然后，通过计算得出的流速与设定流速作对比，两者的差值作为调整信号的输入值，通过建立好的补充控制算法来对中间包4倾转角度进行实时调节控制，使熔液流出流速逼近于设定流速，防止中间包4倾转角度过大，造成熔液补充流量失控。
在中间包4熔液补充过程中，对收包点的重量的准确检测即对余熔液重量的判断，是影响熔液重量补充准确性的一个重要因素。
由于机械本身重心改变和惯性等因素影响，需要在设定重量的基础之上判断出提前收包重量的大小，提前收包量受流速和机械参数的影响提前收包量计算如下公式计算：
q1＝k2×s+b(3)
其中，q1表示提前收包量；k2表示调节系数；s表示流速计算值；b表示机器参数。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。