带有悬臂的旋转装置

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。