專利名稱：帶有懸臂的旋轉裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使工作件在靜止位置和工作位置之間旋轉的、帶懸臂的旋轉裝置。這種裝置(例如)可用于將一個出鋼口堵塞槍從其靜止位置旋轉至位于高爐的出鋼口前面的工作位置，以及接著將該堵塞槍壓緊在該出鋼口上。
一種傳統的出鋼口堵塞槍的旋轉裝置，從本質上來說，包括固定的支承結構和懸臂。懸臂的兩端中的一個以可旋轉的方式安裝在該支承結構上。在大多數情況下，利用液壓缸來使該懸臂旋轉。一般，為了使該堵塞槍能夠旋轉得盡可能遠而超出出鋼槽的范圍，這種旋轉裝置的旋轉范圍應盡可能的大。除此以外，還必需考慮，現代的出鋼口堵塞槍工作時的堵塞壓力日益增高。結果，用于將該堵塞槍壓緊在該出鋼口上的該旋轉裝置也必需設計成能承受較大的壓緊力。
在US-A-3765663中，說明了出鋼口堵塞槍的旋轉裝置的兩個不同的實施例。在第一個實施例中，液壓缸安裝在懸臂的支承結構上的固定杠桿臂和懸臂的后端之間。為了達到足夠大的壓力，這個裝置的旋轉角度限制在大約90°。為了將旋轉范圍擴展至超過90°，US-A-3765663建議在液壓缸和支承結構之間配置杠桿系統。這個杠桿系統由U形件構成；該U形件的一端以有接點的方式固定在該支承結構上；而所述U形零件的另一端，利用連接桿以有接點的方式與懸臂連接。液壓缸設置在上述支承結構和該U形件之間。
為了使旋轉角度擴大超出90°范圍以外，建議使用有幾個液壓缸的旋轉裝置。例如，DE-A-2035697公開了一種出鋼口堵塞槍的旋轉裝置，該裝置具有一個用于產生旋轉運動的主液壓缸，和一個較小的、用于克服該主液壓缸的死點的輔助液壓缸。該主液壓缸安裝在位于懸臂后端的第一杠桿臂和從懸臂的支承結構突出出來的第一固定杠桿之間。輔助液壓缸使該懸臂旋轉，超出該主液壓缸的死點之外。當超過死點時，液壓換向閥改變該雙作用式主液壓缸的行程方向。
US-A-4544143公開了一種兩個尺寸相等的液壓缸的出鋼口堵塞槍的旋轉裝置。第一液壓缸安裝在懸臂的支承結構上的一個固定點和旋轉框架之間。這個旋轉框架以可旋轉方式安裝在該支承結構上，其旋轉軸線與上述懸臂的旋轉軸線在同一軸線上。第二液壓缸安裝在該旋轉框架和該懸臂的后端之間。該兩個液壓缸可以同時動作，或按特定的順序動作。它們各自在該懸臂在其旋轉范圍內的運動中起到一定作用。在工作位置，當將該堵塞槍壓緊在出鋼口上時，第一液壓缸必需將在該旋轉框架上的第二個液壓缸產生的力矩，傳遞至上述支承結構上。由于兩個液壓缸的杠桿臂的尺寸大致相同，因此，兩個液壓缸設計成強度相等。還應指出，第二液壓缸上所帶的，用于將第二液壓缸的力傳遞至懸臂上的杠桿臂不受旋轉框架位置的影響。
本發明的一個目的是要改善US-A-4544143中已知的該旋轉裝置的力的傳遞。
這個目的可利用根據權利要求1的一種旋轉裝置來達到。這種旋轉裝置，與US-A-4544143中所述的裝置一樣，包括用于支承工作件的懸臂；支承結構，懸臂的一端以可繞旋轉軸旋轉的方式安裝在該支承結構上；第一線性驅動裝置，一般為一個液壓缸，使懸臂在其靜止位置和其工作位置之間旋轉，其中，線性驅動裝置通過第一回轉接頭與懸臂連接；旋轉臂，一端安裝在所述支承結構上，可以圍繞著旋轉軸旋轉，其中，線性驅動裝置又通過第二回轉接頭與所述旋轉臂的自由端連接；和作動器驅動裝置，使旋轉臂相對于所述支承結構旋轉。
根據本發明，該旋轉臂的旋轉軸，不是如在US-A-4544143中所述那樣，與該懸臂的旋轉軸在同一軸線上的，而是彼此隔開一定距離。換句話說，該旋轉臂安裝成偏離該懸臂的中心線。由于該旋轉臂的這種偏心安裝，因此，可以增加上述線性驅動裝置的力作用在懸臂上的杠桿臂長度。通過使偏心安裝的旋轉臂作適當旋轉，就可以當該懸臂處在工作位置時，基本上不需用力而使該旋轉臂的作動器改變方向。換句話說，該旋轉臂可以旋轉至這樣一個位置，即當線性驅動裝置的力傳遞至懸臂上時，線性驅動動裝置不會將力矩作用在該旋轉臂的作動器驅動裝置上。當該懸臂從其靜止位置旋轉至其工作位置時，懸臂的液壓缸和旋轉臂的作動器驅動裝置可以同時工作或順序工作。本發明中的旋轉臂的作動器對于上述懸臂在其旋轉范圍內的運動是起到一定作用的。與在US-A-4544143中所述的旋轉裝置比較，根據本發明的旋轉裝置結構更緊湊，價格更便宜，同時其旋轉范圍和傳遞至工作件上的壓緊力都不會減小。
在本發明的一個優選實施例中，旋轉臂可由作動器驅動裝置驅動，旋轉至工作位置，其中，在懸臂的工作位置上，線性驅動裝置的第二回轉接頭非常靠近包含旋轉臂的旋轉軸和該直線運動驅動器的第一回轉接頭的中心的平面。在這個位置上，當線性驅動裝置啟動時，該旋轉臂不承受力矩或只承受一個很小的力矩。因此，為了將該旋轉臂保持在其工作位置，該旋轉臂的作動器不需加力，或只需加一個很小的力。這樣，該旋轉臂的作動器可以設計成比懸臂的線性驅動裝置強度低得多。
在另一個實施例中，旋轉臂可由所述作動器驅動裝置驅動，旋轉至工作位置，其中，在懸臂的工作位置上，線性驅動裝置的第二回轉接頭位于包含旋轉臂的旋轉軸和線性驅動裝置的第一回轉接頭的中心的平面的另一側。換句話說，當該線性驅動裝置工作時，線性驅動裝置的第二回轉接頭旋轉超出該旋轉臂不受力矩作用的位置。還應注意，在旋轉動作過程中，作用在旋轉臂上的力矩會改變其作用方向。在這個旋轉裝置實施例中，支承結構最好具有一個在工作位置時，該旋轉臂與其接觸的支座。這個支座可以承受在線性驅動裝置工作時加在該旋轉臂上的力矩；結果，可使該旋轉臂的作動器驅動裝置完全卸載。作為支座的替代物，該旋轉臂的作動器驅動裝置可以具有一個與它作成一體的限位擋塊，利用該擋塊來限定上述旋轉臂的工作位置。
最好，該旋轉臂及其作動器驅動裝置設計成這樣當旋轉臂旋轉至其工作位置時，懸臂的旋轉軸與連接線性驅動裝置的兩個回轉接頭的直線之間的距離增大。結果，可使該線性驅動裝置的力傳遞至該懸臂的杠桿臂長度增大。因為通過該旋轉裝置傳遞至上述工作件上的壓緊力，是與由該線性驅動裝置傳遞至該懸臂的力矩成正比的，因此，該工作零件的壓緊力與上述的杠桿臂長度成比例地增大。換句話說，利用一個結構緊湊的線性驅動裝置，可以在上述旋轉裝置上產生非常大的壓緊力。
最好，一般為一個液壓缸的旋轉臂的作動器驅動裝置為第二線性驅動裝置，其一端以接頭的形式與所述支承結構的一個固定點連接，而其另一端則與所述旋轉臂連接(即其直徑小得多)；其中，第二線性驅動裝置比第一個線性驅動裝置小很多。這不但可使該旋轉裝置設計得更緊湊，價格更便宜；而且可以減少該旋轉裝置的油耗。還應指出，如果需要的話，該旋轉臂的作動器驅動裝置也可以是一個回轉驅動裝置(例如，一臺電機或一臺液壓回轉馬達)。
在根據本發明的旋轉裝置的一個優選實施例中，當該旋轉臂在靜止位置時，上述線性驅動裝置的第二個回轉接頭是這樣配置的即當該懸臂在靜止位置時，驅動該懸臂工作的第一個線性驅動裝置的位置，基本上與該懸臂平行。結果，該旋轉裝置在靜止位置時特別緊湊，因此，占據的安裝空間很小。
最好，應當指出，根據本發明的旋轉裝置可以方便地在出鋼口堵塞機上使用。
現在，根據附圖來詳細地說明本發明的實施例，其中
圖1為帶有根據本發明的旋轉裝置的出鋼口堵塞機，位于高爐前面的靜止位置時的平面圖；圖2為與圖1相同的視圖，但該旋轉裝置用示意圖的形式表示；圖3為圖1所示的該出鋼口堵塞機在中間位置時的平面圖；圖4為與圖3相同的視圖，但該旋轉裝置用示意圖的形式表示；圖5為圖1所示的出鋼口堵塞機在出鋼口上的工作位置時的平面圖；圖6為與圖5相同的視圖，但該旋轉裝置用示意圖的形式表示；圖7為與圖6相同的視圖，但該旋轉裝置的設計作了改變。
在圖1中可以看出處在高爐12(圖中示意性地用一個圓弧表示)前面靜止位置的根據本發明的出鋼口堵塞機10。該出鋼口堵塞機10基本上由根據本發明的旋轉裝置14和公知的出鋼口堵塞槍16組成。后者這里不作進一步的詳細說明。
該旋轉裝置14包括構成懸臂20的支承結構18的安裝基座。支承結構18也可以不安裝在地面上，而是懸掛起來。懸臂20的一端以可繞旋轉軸22旋轉的方式安裝在該支承結構18上。在圖1中，懸臂20在該支承結構18上的旋轉軸的位置，用標號22表示。在大多數情況下，該旋轉軸22是相對于垂直位置稍微向著高爐12傾斜的。出鋼口堵塞槍16以可旋轉的方式懸掛在該懸臂20的自由端上。出鋼口堵塞槍16在該懸臂20上的旋轉軸的位置，用標號24表示。控制桿26以有接點的形式與支承結構18和出鋼口堵塞槍16的后端連接。這個控制桿26使出鋼口堵塞槍16的方向隨著該懸臂20的旋轉角度而變化。
在圖1中沿著懸臂20的長度放置的一個液壓缸28使懸臂20圍繞其旋轉軸22旋轉。在這個實施例中表示為活塞端部30的液壓缸28的一端，通過第一回轉接頭32與懸臂20的前端連接。懸臂20有一個橫向突出部分34，第一回轉接頭32可以方便地固定在該突出部分上(見圖2)。在本實施例中表示為液壓缸的支點的該液壓缸28的第二端，通過第二回轉接頭36與旋轉臂38連接。該旋轉臂38以可以旋轉的方式安裝在支承結構18上的固定點上。圖中，旋轉臂38的旋轉軸在支承結構18上的位置用標號40表示。本發明的一個重要特點是，旋轉臂38的旋轉軸40與該懸臂20的旋轉軸22隔開一定距離。換句話說，從動力學的觀點來看，支承結構18、懸臂20、旋轉臂38和液壓缸28形成了帶有四個回轉接頭(22、32、36、40)的四連桿驅動組件(18、20、38、28)。
小得多的第二液壓缸42的一端，以有接點的形式與支承結構18的固定點46連接；而其另一端與旋轉臂38連接。這個液壓缸44使旋轉臂38可以相對于支承結構18旋轉，這時，在驅動組件(18、20、38、28)中，液壓缸28相對于懸臂20的位置改變。這樣，液壓缸28的杠桿臂相對于懸臂20的旋轉軸22的位置也改變。
在圖1和圖2中，所表示的兩個液壓缸28和42都是在其長度最小的狀態，即活塞和活塞桿都縮進去的狀態。從圖中可以看出，在這個位置時，該旋轉裝置12非常緊湊；并且，與其他已知的機械比較，該旋轉裝置占據的空間小。然而，另一方面，在這個位置上，力矩從液壓缸28傳遞至懸臂20的前提條件是非常不利的。實際上，力傳遞的杠桿臂X1(即懸臂20的旋轉軸22與連接液壓缸28的兩個回轉接頭32和36的中心的直線48之間的距離)較小。
圖3和圖4表示出鋼口堵塞機20處在靜止位置和工作位置之間的中間位置。比較圖4和圖2可以看出，在中間位置時，只有液壓缸42的活塞桿伸出了。旋轉臂38，沿著箭頭50的方向，圍繞著其旋轉軸40從其靜止位置旋轉至所謂工作位置。由于旋轉臂38的旋轉運動，懸臂20從其圖1和圖2所示的靜止位置旋轉至圖3和圖4所示的中間位置。換句話說，小液壓缸42使懸臂20圍繞其旋轉軸22旋轉大約40°角。從圖4中還可以看出，由于旋轉臂38旋轉至其工作位置，在圖4位置上，從液壓缸28傳遞至懸臂20的力矩的杠桿臂X2，比圖2中所示的相應的杠桿臂X1大得多。
圖5和圖6表示出鋼口堵塞機10處于工作位置上。在這個工作位置，出鋼口堵塞槍16通過懸臂20緊緊地壓在高爐12的出鋼口51上。必須特別強調的是，在這個工作位置上，液壓缸28的第二回轉接頭36非常靠近包含旋轉臂38的旋轉軸40和線性驅動裝置28的第一回轉接頭32中心的平面48″。這就可保證，至少在理想的情況下，旋轉臂38的液壓缸42不需要承受反作用力的任何分力。實際上，如果液壓缸28在被支承結構18支承的同時產生壓緊堵塞槍16所需要的壓力，則該液壓缸42可能會承受較小的分力。事實上，如果液壓缸28的兩個回轉接頭32和36的中心，以及旋轉臂38的旋轉軸40都精確地位于平面48″內，則反作用力只通過該旋轉臂38經回轉接頭40，直接作用在上述支承結構18上。換句話說，在這個位置上，液壓缸28在旋轉臂38上不施加任何扭矩作用，這是因為力的作用線是精確地通過旋轉臂38的旋轉軸40的。然而，實際上，當懸臂20處在工作位置時，旋轉臂38和液壓缸28的微小的對中誤差是不可能避免的。例如，這種對中誤差可以是由該懸臂20從靜止位置旋轉至工作位置時旋轉角度可能有的微小改變而引起。考慮到這種對中誤差，最好將液壓缸42設計成這樣當堵塞槍16壓緊出鋼口時，液壓缸42可以補償由液壓缸28在旋轉臂38上產生的殘余力矩。為了使旋轉臂38的最后位置與懸臂20的不同旋轉角度值相適應，液壓缸42的行程最好設計成可調整的。為了做到這點，例如，可使液壓缸42具有機械式的可調行程擋塊。然而，如果懸臂20的旋轉角度必須改變很大，則建議使用一個傳感器來檢測旋轉臂38的補償誤差，并自動地調整液壓缸42的行程，直至對中誤差消除(即液壓缸28的兩個回轉接頭32和36的中心，及該旋轉臂38的旋轉軸40在平面48″上)為止。這種調整示意性表示在圖6中。標號52表示一個角度傳感器，它測量旋轉臂38和液壓缸28之間的角度，并將測量的值送至控制器54。然后，利用來自控制器54的輸出信號56控制液壓缸43的行程。為了調整液壓缸42，如果需要的話，必需短時間地使上述液壓缸28卸載。
在圖6中，距離X3代表將液壓缸28的力矩傳遞至懸臂20上時必需考慮的杠桿臂。應當指出，與已知的出鋼口堵塞機比較，該杠桿臂X3較大。結果，液壓缸28可以設計得比通常的要短，而不會減小該液壓缸所產生的壓力。還應特別強調的是，杠桿臂X3長度的增加不會對堵塞機在靜止位置時的結構緊湊性有任何不良影響。
關于出鋼口堵塞機的工作，還應當注意，在正常情況下，當將懸臂從其靜止位置旋轉至工作位置時，首先是小的液壓缸42動作；然后，大的液壓缸28動作。然而，也可以使兩個液壓缸28、42同時動作，或在該堵塞機達到工作位置之前，只使該小液壓缸42動作很短一段時間。
圖7表示處在工作位置的根據本發明的旋轉裝置的另一個實施例。如果將圖7與圖6比較，可以看出，線性驅動裝置28的第二回轉接頭36偏離包含旋轉臂38的旋轉軸40和線性驅動裝置28的第一回轉接頭32中心的平面48″較遠。在這個位置上，該旋轉臂38與上述支承結構18的一個支座60接觸。在上述旋轉裝置的這個實施例中，當將力矩經液壓缸28傳遞至懸臂20上時，作動器驅動裝置42在懸臂20處在工作位置時不承受任何反作用力。事實上，反作用力分別通過回轉軸承40或支座60直接傳遞至支承結構18上。作為另一種選擇方案，圖7的旋轉臂38的位置，也可由設在該液壓缸42的內部的一個行程限位裝置來固定，即不需要在該支承結構18上設置一個另外的支座60。然而，在這種情況下，在力矩經液壓缸傳遞至懸臂20的過程中，液壓缸42會受到拉力作用。
在所述的旋轉裝置中，兩個液壓缸28、42在靜止位置時的長度最小。液壓缸的活塞桿的伸長就可使懸臂20從其靜止位置旋轉至其工作位置。應當注意，可以很容易地將該旋轉裝置重新設計成這樣通過該二個液壓缸的活塞桿的縮回，使該懸臂20從其工作位置旋轉至其靜止位置。
關于該旋轉裝置的液壓油消耗問題，應該注意下列幾點。對于該懸臂20的一個特定的旋轉角而言，較小的液壓缸42的油耗當然遠比液壓缸28的油耗要少。因此，上述液壓缸42的旋轉能力使懸臂20從其靜止位置旋轉至其工作位置時的總油耗明顯減少。這樣，與已知的旋轉裝置比較，液壓缸28的直徑可以較大，而不會使同一旋轉角度的總油耗增加。因此，不需要使旋轉裝置的油耗增加很多，通過選擇較大的液壓缸28可使該旋轉裝置產生的壓緊力增大。在這個意義上來說，油耗較小不但可以節約液壓系統的成本，而且，在大多數情況下，還可降低能源消耗。
最后，應該指出，如果要求旋轉角度大和壓緊力大，則上述旋轉裝置的優點是特別顯著的。
權利要求
1.一種用于使工作件(16)在其靜止位置和工作位置之間旋轉的裝置，該裝置包括用于支承工作件(16)的懸臂(20)；支承結構(18)，懸臂的一端以可繞旋轉軸(22)旋轉的方式安裝在該支承結構(18)上；第一線性驅動裝置(28)，使懸臂(20)在其靜止位置和其工作位置之間旋轉，其中，線性驅動裝置(28)通過第一回轉接頭(32)與懸臂(20)連接；旋轉臂(38)，一端安裝在所述支承結構(18)上，可以圍繞著旋轉軸(40)旋轉，其中，線性驅動裝置(28)又通過第二回轉接頭(36)與所述旋轉臂(28)的自由端連接；和作動器驅動裝置(42)，使旋轉臂(38)相對于所述支承結構旋轉(18)；其特征在于，所述旋轉臂(38)的旋轉軸(40)與所述懸臂(20)的旋轉軸(22)隔開一定距離。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)可由所述作動器驅動裝置(42)驅動，旋轉至工作位置，其中，在懸臂(20)的工作位置上，線性驅動裝置(28)的第二回轉接頭(36)非常靠近包含旋轉臂(38)的旋轉軸(40)和該直線運動驅動器(28)的第一回轉接頭(32)的中心的平面(48″)。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)可由所述作動器驅動裝置(42)驅動，旋轉至工作位置，其中，在懸臂(20)的工作位置上，線性驅動裝置(28)的第二回轉接頭(36)位于包含旋轉臂(38)的旋轉軸(40)和線性驅動裝置(28)的第一回轉接頭(32)的中心的平面(48″)的另一側。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)可利用機械的方法鎖定在其工作位置上。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，在工作位置時，旋轉臂(38)與支承結構的支座接觸。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，作動器驅動裝置(42)具有一個確定該旋轉臂(38)的工作位置的限位擋塊。
7.如權利要求1～6中任何一項所述的裝置，其特征在于，當旋轉臂(38)旋轉至其工作位置時，懸臂(20)的旋轉軸(22)與連接線性驅動裝置(28)的兩個回轉接頭(32、36)的直線之間的距離增大。
8.如權利要求1～7中任何一項所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)的作動器驅動裝置(42)為第二線性驅動裝置，其一端以接頭的形式與所述支承結構(18)的一個固定點連接，而其另一端則與所述旋轉臂(38)連接；其中，第二線性驅動裝置(42)比第一個線性驅動裝置(28)小很多。
9.如權利要求1～7中任何一項所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)的作動器驅動裝置(42)為一種回轉驅動裝置。
10.如權利要求1～9中任何一項所述的裝置，其特征在于，旋轉臂(38)可由作動器驅動裝置(42)驅動旋轉至靜止位置，其中，所述線性驅動裝置(28)的第二回轉接頭(36)設置成，當懸臂(20)在靜止位置時，第一線性驅動裝置(28)的位置基本上與懸臂(20)平行。
11.如權利要求1～10中任何一項所述的裝置，其特征在于，第一線性驅動裝置(28)沿著懸臂(20)在橫向配置，其中，第一線性驅動裝置(28)的第一回轉接頭(32)，在橫向與該懸臂(20)的自由端固定。
12.如權利要求1～11中任何一項所述的裝置，其特征在于，第一線性驅動裝置(28)為液壓缸。
13.一種出鋼口堵塞機，包括如權利要求1～12中任何一項所述的旋轉裝置(12)。
全文摘要
本發明涉及一種可使工作件16在靜止位置和工作位置之間旋轉的裝置14。該裝置包括臂20和支承結構18,該臂20的一端以可以旋轉的方式安裝在所述支承結構18上。帶有作動驅動裝置42的旋轉臂38的一端以可以旋轉的方式設置在所述支承結構18上。所述旋轉臂38的另一端與升高驅動裝置28活動連接;而所述升高驅動裝置的第二端與懸臂20鉸接。該旋轉臂38的旋轉軸40的位置與懸臂20的旋轉軸22隔開一個設定的距離,使杠桿臂可以增大。這使得該升高驅動裝置28在工作位置時可將其動力傳遞給懸臂20。當該懸臂20在工作位置時,該旋轉臂38的偏心位置使旋轉臂38的驅動裝置42基本上不需要動力就可改變運動方向。該旋轉裝置14特別適合于用在出鋼口堵塞機上。
文檔編號C21B7/12GK1260008SQ98806047
公開日2000年7月12日 申請日期1998年5月2日 優先權日1997年6月12日
發明者埃米爾·羅納迪, 菲利普·馬利沃爾, 維克托·克雷默 申請人:保爾·沃特公司