一种用于中间包等离子加热的等离子发射体快速移动装置的制作方法

1.本实用新型涉及浇铸设备技术领域，尤其涉及一种用于中间包等离子加热的等离子发射体快速移动装置。


背景技术：

2.钢铁在连浇过程中，钢水从大包注入中间包中，钢水的温度会形成陡降，此时位于连浇平台上的中间包加热设备会对中间包里的钢水进行补温加热。此时中间包等离子加热设备位于连浇平台上，要实现加热，用于加热的等离子发射体需上升跨过平台护栏、减速机、中包车滚轮以及电控箱等设备。并且要旋转一定的角度对准中间包口，还要经向前的运动，才能使等离子发射体到达加热口的正上方开始加热程序。按现有的传动机构和plc控制方法，完成加热系统从接到指令到准备就绪，至少35秒以上的时间，还会产生运动设备的抖动。
3.另外，等离子发射体启动加热要在回转的大包变换位置稳定后才能开始，从大包稳定到中间包钢水液面距中间包底200mm经过的时间是10秒左右，也就是说，等离子加热启动到开始加热只有10秒左右的时间。按现有的传动机构和plc控制方法，35秒以上的响应时间过长，错过钢水陡降时的加热时机。而按传统方法，过快的运动会产生设备、备件的共振和剧烈抖动，从而引起设备的损坏，而且按传统方法，如果实现了快速移动，等离子发射体在引弧时的慢速运动难以实现。再有，从安全上考虑，如果正在加热时发生了漏钢等严重的事故，加热设备及等离子发射体需要快速收回到平台上来，一是保护加热设备本身，同时也是为大包及中间包抽升让出空间。而大包及中间包逃生时间为10秒左右。按传统的方法，加热系统以35秒的响应时间也难以完成防护安全的任务。
4.因此，针对以上不足，需要提供一种用于中间包等离子加热的等离子发射体快速移动装置。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本实用新型要解决的技术问题是解决现有的等离子发射体传动机构快速移动时容易产生抖动，而且响应时间慢的问题。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于中间包等离子加热的等离子发射体快速移动装置，包括底座、中心柱、升降箱体、平移箱体、等离子发射体和配重缆绳，中心柱水平转动连接在底座上，升降箱体滑动连接在中心柱上以使升降箱体上下移动，平移箱体滑动连接在升降箱体上以使平移箱体水平移动，等离子发射体固连在平移箱体上，配重缆绳一端固连在升降箱体顶部，配重缆绳另一端伸入中心柱内并连接有配重块。
9.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，升降箱体为凹字形块体，升降箱体插接在中心柱外；中心柱远离平移箱体一侧转动连接有升降丝杠，升降丝杠长度方向竖直，升降
箱体一端与升降丝杠螺纹连接，升降箱体另一端一侧与配重缆绳固连。
10.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，升降箱体远离升降丝杠一端与中心柱外壁面间距小于20mm。
11.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，升降箱体一端固连有支撑杆件，支撑杆件长度方向水平，支撑杆件上转动连接有平移丝杠，平移丝杠长度方向与支撑杆件长度方向相同，平移箱体螺纹连接在平移丝杠上，平移箱体与支撑杆件滑动连接。
12.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，平移箱体一侧固连有倒l形的限位板块，限位板块弯折端一侧位于支撑杆件上方，限位板块弯折端另一侧位于支撑杆件远离平移箱体一侧，限位板块内侧竖直面与支撑杆件侧壁面抵接。
13.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，支撑杆件顶部固连有滑轨，滑轨长度方向与支撑杆件长度方向相同，限位板块位于支撑杆件上方一端底部固连有滑块，滑块与滑轨滑动连接。
14.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，中心柱内部开设有空腔，配重块滑动连接在空腔内；中心柱顶部转动连接有转轮，配重缆绳绕过转轮分别与升降箱体和配重块相连。
15.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，配重块重量与升降箱体及升降箱体上负载的结构总重相同。
16.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，中心柱、升降丝杠和平移丝杠的旋转均由电机控制。
17.作为对本实用新型的进一步说明，优选地，中心柱一侧设有限位台，限位台突出中心柱侧壁面以使升降箱体下移能与限位台顶端面接触；限位台高度高于控制升降丝杠转动的电机高度。
18.(三)有益效果
19.本实用新型的上述技术方案具有如下优点：
20.本实用新型通过采用大导程丝杆与配重块结合，解决了等离子加热工艺所需要的快速与慢速的矛盾。另外通过建模与仿真，解决了等离子发射体的移动路径问题，同时对路径与控制进行优化，实现了等离子发射体快速到达加热位置进行加热，缩短了准备时间，减小了中间包钢水温度波动，增加钢坯结晶均匀性，提高了产品质量。
附图说明
21.图1是本实用新型的总装效果图；
22.图2是本实用新型的后视图；
23.图3是本实用新型的底座上装置布置图；
24.图4是本实用新型的中心柱上装置布置图；
25.图5是图4中a的放大图；
26.图6是本实用新型的中心柱剖面图。
27.图中：1、底座；11、旋转控制电机；12、旋转传动组件；13、底板；14、轴承；2、中心柱；21、升降控制电机；22、升降传动组件；23、升降丝杠；24、基台；25、限位台；26、空腔；3、升降箱体；31、平移控制电机；32、平移传动组件；33、平移丝杠；34、支撑杆件；35、滑轨；4、平移箱
体；41、限位板块；42、滑块；5、等离子发射体；6、配重缆绳；61、转轮；62、配重块。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.一种用于中间包等离子加热的等离子发射体快速移动装置,结合图1、图2，包括底座1、中心柱2、升降箱体3、平移箱体4、等离子发射体5和配重缆绳6，中心柱2水平转动连接在底座1上，升降箱体3滑动连接在中心柱2上以使升降箱体3上下移动，平移箱体4滑动连接在升降箱体3上以使平移箱体4水平移动，等离子发射体5固连在平移箱体4上，配重缆绳6一端固连在升降箱体3顶部，配重缆绳6另一端伸入中心柱2内并连接有配重块62。
30.结合图1、图3，底座1安装在连浇平台上，底座1上固连有旋转控制电机11，旋转控制电机11输出端连接有旋转传动组件12，旋转传动组件12内设有皮带和带轮组成的减速传动构件，或者设由齿轮组构成的减速传动构件。中心柱2底部固连有底板13，底板13与旋转传动组件12相连，以使旋转控制电机11通过旋转传动组件12使得底板13带动中心柱2转动。底座1位于底板13下方设有轴承14，轴承14为滚珠止推轴承，轴承14顶部与底板13相连，设置轴承14用于支撑底板13并降低底板13转动时产生的摩擦力，使中心柱2能够快速且顺滑地转动，进而能使等离子发射体5可以在检修位、工作位、待加热位之间变换。
31.结合图1、图3，中心柱2为方形柱体，中心柱2一侧固连有基台24，基台24突出中心柱2外，基台24上固连有升降控制电机21，升降控制电机21输出端连接有升降传动组件22，升降传动组件22也安装在基台24上，升降传动组件22内设有皮带和带轮组成的减速传动构件，或者设由齿轮组构成的减速传动构件。升降传动组件22输出端处转动连接有升降丝杠23，升降丝杠23长度方向竖直，升降丝杠23顶部与中心柱2转动连接，升降丝杠23与升降箱体3螺纹连接。升降控制电机21可通过升降传动组件22使升降丝杠23转动，进而可使升降箱体3上下移动。
32.等离子发射体5在加热过程中需要两种下降的速度，一种是快速下降，发生在等离子发射体5到达中间包加热口上方时快速下降到过加热位置，速度应该达到每秒500mm。第二种是慢速下降，发生在等离子发射体5到达加热位置后，需要经缓缓下降引弧，速度为每秒10mm,普通丝杆导程为20mm,当快速下降时要达到每秒500mm的速度，丝杆每秒要转动25圈，由于连浇平台的结构特点，一是平台是由钢结构组成，虽然具有一定的钢度强度，但是同时也具有一定的抖动量，二是平台本身无法进行钢性加固，所以安装在平台上的等离子加热设备的稳定性有限，加上丝杆本身是细长的结构特点，在升降丝杆23转动超过每秒钟10转的情况下，丝杆本身会出现剧烈抖动的情况，等离子加热体5出现晃动的情况，此种情况使得加热无法进行。本技术使用升降丝杠23采用了导程达到100mm的丝杠，这样丝杆的转数只要达到每秒5转，就可能达到升降模块每秒升降或下降500mmm，这样就消除了丝杆的抖动现象，实现了等离子发射体5的快速及平稳下降和上升。
33.结合图2、图6，中心柱2的高度可达到6-8米，采取竖向布置，即满足了配重系统的
使用要求，又符合连浇工艺现场的实际情况。中心柱2内部开设有空腔26，配重块62滑动连接在空腔26内。中心柱2顶部转动连接有转轮61，配重缆绳6绕过转轮61分别与升降箱体3和配重块62相连，其中配重块62重量与升降箱体3及升降箱体3上负载的结构总重相同。设置配重块62可用来平衡升降箱体3、平移箱体4、等离子发射体5的重量，使整个升降系统的运动实现随遇平衡，减少升降驱动力矩，保证升降运动快速、平稳。
34.结合图1、图4，升降箱体3为凹字形块体，升降箱体3插接在中心柱2外以使升降箱体3半包围中心柱2外，升降箱体3远离升降丝杠23一端与中心柱2外壁面间距小于20mm，既能避免升降箱体3与中心柱2产生摩擦，又可使升降箱体3的移动方向稳定。另外还可在中心柱2和升降箱体3之间安装滑轨滑块组，进一步稳定升降箱体3的运动方向。中心柱2一侧与升降丝杠23螺纹连接，升降箱体3另一侧固连有支撑杆件34，支撑杆件34水平伸出升降箱体3外并与平移箱体4滑动连接。升降箱体3顶端面固连有平移控制电机31，平移控制电机31输出端连接有平移传动组件32，平移传动组件32内置蜗轮蜗杆减速齿轮组，平移传动组件32输出端连接有平移丝杠33，平移丝杠33长度方向与支撑杆件34长度方向相同，平移丝杠33转动连接在支撑杆件34上，其中平移箱体4螺纹连接在平移丝杠33上，以使平移控制电机31通过平移传动组件32驱动平移丝杠33带动平移箱体4移动，进而能使等离子发射体进入到中间包内部加热钢水，而且上升并移位时可越过行走轮、减速机、控制柜和栏杆等众多连浇平台上的机械电器组件。
35.在配重块62的作用下，整个升降箱体3的运动是处于平衡状态，而且是接近随遇平衡状态。由于是随遇平衡，升降控制电机21以很小的力矩便可以驱动系统，否则，升降的驱动力矩便会需要很大，升降控制电机21的尺寸也要加大，这在钢水连浇平台上难以实现大尺寸电机的安装。而且由于升降丝杆23采用的大导程螺距，使丝杆失去自锁功能，而配重块62的设置使系统实现随遇平衡，系统可以停止在任何位置，不需要自锁，使用很小的外力就可以来保持升降箱体3不掉落。另外，中心柱2一侧设有限位台25，限位台25突出中心柱2侧壁面，限位台25高度高于升降控制电机21的高度，以使升降箱体3下移能与限位台25顶端面接触且不与升降控制电机21接触，以避免配重缆绳6断裂等问题导致升降箱体3突然下坠而将升降控制电机21等设备砸坏。
36.结合图2、图4，平移箱体4为方形壳体，平移箱体4一侧固连有倒l形的限位板块41，限位板块41弯折端一侧位于支撑杆件34上方，限位板块41弯折端另一侧位于支撑杆件34远离平移箱体4一侧，限位板块41内侧竖直面与支撑杆件34侧壁面抵接，以避免平移箱体4在移动时沿平移丝杠33轴线产生翻转，此外还能为平移丝杠33分担等离子反射体5的重力，避免平移丝杠33被压弯。结合图5，支撑杆件34顶部固连有滑轨35，滑轨35长度方向与支撑杆件34长度方向相同，限位板块41位于支撑杆件34上方一端底部固连有滑块42，滑块42与滑轨35滑动连接。加热启动后等离子发射体5需要水平的位移速度达到每秒500mm,为此，平移丝杠33采用了100mm的大导程，使得平移丝杠33的转速达到每秒5转，从而实现平移丝杠33平稳快速的移动，同时结合滑轨35和滑块42能使平移箱体4的移动也更为快速且顺滑。
37.另外，本技术先对中间包等离子加热电极移动空间进行建模与仿真，寻找出等离子发射体5从初始位置到加热位置的三维最优化路径，使其能在最短的时间内到达加热位置。通过建模与仿真，解决了电极移动路径问题，同时对路径与控制进行优化，实现了加热电极快速到达加热位置，缩短了准备时间，减小了中间包钢水温度波动，增加钢坯结晶均匀
性，提高了产品质量。
38.而且本技术采用西门子1500t控制器来控制整个中间包等离子加热系统，其具有较高的运算速度，以保证plc的快速响应。并采用西门子v90高性能伺服系统来控制各个电机的运行，plc通过profinet网络控制伺服系统运行，以保证整个系统的高性能、高响应速度。同时将原定的最优化路径导入到plc系统，plc根据路径，采用连续定位的方式控制伺服电机从初始位置到达加热位置。而且为了保持升降箱体3和平移箱体4在高速运行时的稳定性，不断调整优化伺服系统参数，包括加减速时间，加加速度，位置环pid等，使升降箱体3和平移箱体4能够高速且稳定的运行，进一步实现等离子发射体5的快速且不产生抖动的移动。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。