Результат интеллектуальной деятельности: Манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам непрерывной разливки стали, и может быть использовано для быстрой замены погружных огнеупорных стаканов, экранирующих струю стали от воздушной атмосферы на участке промежуточный ковш-кристаллизатор слябовой машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известен манипулятор для быстрой замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок, включающий установленную в нижней и верхней неподвижных подшипниковых опорах поворотную колонну, снабженную горизонтальной консолью, на которой посредством двух пар планок подвешены два рычага, образующие параллелограммные механизмы и удерживающие платформу с размещенным на ней силовым цилиндром. При этом на передних концах рычагов шарнирно закреплена скоба для погружного стакана и с помощью тяги соединенная с корпусом цилиндра, приводящего в действие параллелограммные механизмы (Совершенствование разливочных систем промежуточных ковшей МНЛЗ / С.П. Еронько, А.Ю. Цупрун, К.В. Дубойский и др. // Электрометаллургия. - 2009. - №7. - С. 37-43).

Недостатком данного манипулятора является то, что ось его поворотной колонны должна находиться в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось поперечного сечения кристаллизатора МНЛЗ, так как во время замены погружного стакана продольные оси симметрии горизонтальной консоли и несущей скобы для погружного стакана также должны находиться в этой плоскости. В таком случае манипулятор не может применяться на современных двухручьевых МНЛЗ, снабженных самоходными тележками для транспортировки промежуточного ковша, поскольку направление передвижения тележки совпадает с продольной осью кристаллизатора, т.е. колонна является препятствием на пути тележки с ковшом при переводе его из рабочей позиции в резервную и обратно.

Кроме того, при использовании данного манипулятора операция уборки замененного стакана выполняется вручную, что повышает физические нагрузки и опасность труда разливщиков.

Ближайшим по технической сути к заявляемому решению является манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок, включающий основание, на котором смонтирована установленная в нижней и верхней неподвижных подшипниковых опорах поворотная колонна, снабженная горизонтальной пустотелой консолью, кинематически связанной с платформой, на которой размещен силовой цилиндр и закреплена на цапфах скоба для погружного стакана, имеющая возможность поворота в вертикальной плоскости с помощью привода относительно горизонтальной пустотелой консоли, одним своим концом жестко связанной с платформой, а привод поворота скобы для погружного стакана включает трансмиссионный вал, установленный в подшипниковых опорах внутри горизонтальной пустотелой консоли, причем на его конце, обращенном к поворотной колонне, закреплен рычаг, снабженный роликом, размещенным в профилированном направляющем пазу, выполненном на наружной цилиндрической поверхности корпуса верхней неподвижной подшипниковой опоры поворотной колонны, а другой конец вала жестко связан с одной из цапф скобы для погружного стакана (Еронько С.П., Ткачев М.Ю., Дубойский К.В. (UA). Манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок // Пат. Украины №96891 МПК B22D 41/56, B22D 11/106. №201015551; заявлено 23.12.2010; опубл. 12.12.2011. Бюл. №23. - 5 с.).

Указанный манипулятор позволяет выполнять быструю замену погружных стаканов при любом числе ручьев и различном типе устройств, осуществляющих транспортировку промежуточного ковша из рабочей позиции в резервную, однако он не обеспечивает механизированную уборку из полости кристаллизатора отработанного погружного стакана, что ухудшает условия и снижает безопасность труда обслуживающего персонала. Кроме того, данный манипулятор не обеспечивает возможность регулировки положения скобы для погружного стакана, относительно днища промежуточного ковша и его разливочного устройства при подготовке МНЛЗ к работе и в ходе разливки, когда возникает необходимость в уменьшении просвета между днищем ковша и кристаллизатором.

Существенные признаки известного манипулятора, совпадающие с признаками предлагаемого манипулятора:

1. Поворотная колонна, установленная на основании в неподвижных подшипниковых опорах.

2. Горизонтальная пустотелая консоль, кинематически связанная с платформой, на которой размещен силовой цилиндр.

3. Закрепленная на цапфах скоба для погружного стакана, имеющая возможность поворота в вертикальной плоскости относительно консоли.

4. Механизм поворота скобы для погружного стакана относительно горизонтальной пустотелой консоли.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача, за счет дополнительных механизмов, обеспечить расширение функциональных и эксплуатационных возможностей манипуляционной системы быстрой смены погружного стакана промежуточного ковша слябовой МНЛЗ.

Технический результат достигается тем, что в манипуляторе для замены погружного стакана на слябовой МНЛЗ, содержащем основание, поворотную колонну, установленную на основании в нижней неподвижной подшипниковой опоре и связанную с верхней неподвижной подшипниковой опорой, горизонтальную пустотелую консоль, на одном конце которой установлена платформа, на которой размещен силовой цилиндр и закрепленная на цапфах скоба для погружного стакана, выполненная с возможностью поворота относительно горизонтальной пустотелой консоли в вертикальной плоскости под действием привода, при этом привод поворота скобы для погружного стакана содержит трансмиссионный вал, установленный в подшипниковых опорах и размещенный внутри горизонтальной пустотелой консоли, рычаг, установленный на конце трансмиссионного вала, обращенном к поворотной колонне, и соединенный с рычагом, ролик, размещенный в профилированном направляющем пазу, выполненном на наружной цилиндрической поверхности корпуса верхней неподвижной подшипниковой опоры поворотной колонны, причем другой конец трансмиссионного вала жестко связан с одной из цапф скобы для погружного стакана, отличающийся тем, что он снабжен механизмом уборки отработанного погружного стакана, содержащим пустотелую балку квадратного сечения, выполненную с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, две горизонтальные щеки, установленные на пустотелой балке, вертикальную ось, верхний конец которой неподвижно закреплен на горизонтальной пустотелой консоли, а на нижнем конце насажено зубчатое колесо, размещенное между горизонтальными щеками, шестерню-сателлит, опертую на горизонтальные щеки и взаимодействующую с зубчатым колесом, зубчатую рейку, установленную внутри пустотелой балки с возможностью продольного перемещения относительного нее и связанную одним концом со штоком гидроцилиндра, прикрепленного к пустотелой балке соосно ей, горизонтальный вал, установленный на подшипниковой опоре, корпус которой соединен со вторым концом зубчатой рейки, при этом на одном хвостовике горизонтального вала закреплен корпус пружинного схвата, а на другом - поворотный рычаг, соединенный с роликом, размещенным в направляющем пазу, выполненном в вертикальной пластине, жестко связанной с пустотелой балкой. Кроме того, манипулятор также содержит стационарную раму, на которой установлено основание, причем основание установлено с возможностью перемещения относительно стационарной рамы по трем взаимно перпендикулярным осям, а также он содержит следящий привод для перемещения основания относительно стационарной рамы по вертикальной оси».

На фиг. 1 показан манипулятор, вид сверху.

На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

На фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

На фиг. 5 показано относительное положение элементов конструкции манипулятора в его исходном положении.

На фиг. 6 - их положение перед завершением операции быстрой замены погружного стакана.

На фиг. 7 - их положение после завершения операции быстрой замены погружного стакана.

На фиг. 8 - положение элементов конструкции манипулятора после захвата механизмом уборки отработанного погружного стакана.

На фиг. 9 - положение частей манипулятора после завершения выведения изношенного погружного стакана из полости кристаллизатора.

На фиг. 10 - конечное положение элементов конструкции манипулятора с выведенным отработанным погружным стаканом.

Предлагаемый манипулятор включает стационарно размещенную раму 1 с закрепленным на ней с возможностью относительного перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей основанием 2, на котором смонтирована поворотная колонна 3, установленная в нижней 4 и верхней 5 неподвижных подшипниковых опорах и снабженная горизонтальной пустотелой консолью 6, жестко связанной с платформой 7. На этой платформе установлен силовой цилиндр 8 и на цапфах 9 и 10 закреплена скоба 11 для погружного стакана 12. Скоба для погружного стакана 11 имеет возможность поворота в вертикальной плоскости относительно горизонтальной пустотелой консоли 6 с помощью механизма, включающего трансмиссионный вал 13, установленный внутри горизонтальной пустотелой консоли в подшипниковых опорах 14 и 15. На конце трансмиссионного вала, обращенного к поворотной колонне 3, закреплен рычаг 16, снабженный роликом 17, размещенным в профилированном направляющем пазу 18, выполненном на наружной цилиндрической поверхности корпуса верхней неподвижной подшипниковой опоры 5 поворотной колонны. Другой конец трансмиссионного вала 13 жестко связан с цапфой 10 скобы для погружного стакана 11. Нижняя часть поворотной колонны 3 снабжена зубчатым колесом 19, посредством зубчатых передач связанным с электромеханическим приводом 20, закрепленным на основании 2. Сам манипулятор расположен на рабочей площадке сбоку промежуточного ковша 21, оборудованного разливочным устройством 22, в корпусе которого в направляющих пазах установлен в вертикальном положении рабочий огнеупорный погружной стакан 23.

Нижняя часть рабочего погружного стакана 23 погружена в жидкую сталь, находящуюся в кристаллизаторе 24. При этом продольная ось симметрии погружного стакана проходит через центр поперечного сечения кристаллизатора.

В состав манипулятора входит также механизм уборки отработанного погружного стакана, включающий пустотелую балку 25 квадратного сечения, посредством двух горизонтальных щек 26 и 27 связанную с возможностью поворота в горизонтальной плоскости с вертикальной осью 28, верхний конец которой неподвижно закреплен на горизонтальной пустотелой консоли 6. Между щеками 26 и 27 на вертикальной оси 28 жестко насажено зубчатое колесо 29, входящее в зацепление с шестерней-сателлитом 30, для которой щеки являются опорами. Шестерня-сателлит 30 находится также в зацеплении с зубчатой рейкой 31, установленной с возможностью относительного продольного перемещения внутри пустотелой балки 25. Один конец зубчатой рейки 31 связан со штоком силового цилиндра 32, соосно прикрепленного к торцу пустотелой балки 25. Второй конец зубчатой рейки 31 жестко соединен с корпусом подшипниковой опоры 33 горизонтального вала 34, на одном хвостовике которого закреплен корпус пружинного схвата 35, а на другом - поворотный рычаг 36, снабженный роликом 37, размещенным в направляющем пазу, выполненном в пластине 38, находящейся в вертикальной плоскости и жестко связанной с пустотелой балкой 25. При этом основание 2 имеет возможность поступательного перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей относительно стационарно размещенной рамы. Причем для перемещения в горизонтальной плоскости служат два винтовых механизма 39 и 40, приводимых в действие вручную с помощью маховичков 41 и 42, а движение основания в направлении вертикальной оси вдоль фиксирующих направляющих стоек 43 обеспечено с помощью мотор-редуктора 44, конической зубчатой пары 45 и винтовой передачи 46. Мотор-редуктор 44 имеет систему управления с обратной связью и датчиком положения промежуточного ковша 21. Пружинный схват, предназначенный для захвата и удержания удаляемого погружного стакана 23, представляет собой механическое неуправляемое неприводное захватное устройство клещевого типа и состоит из неподвижно закрепленного на торце горизонтального вала 34 корпуса 35 с шарнирно установленными в нем на осях 47 и 48 губками 49 и 50, соединенными между собой при помощи пружины растяжения 51, а также толкателя 52, стержень которого находится внутри пружины сжатия 53 и своей нижней частью посредством резьбы связан со стопором 54, удерживающим губки 49 и 50 во взведенном состоянии.

Манипулятор работает следующим образом. Перед началом разливки во время подготовки МНЛЗ к работе осуществляют предварительную настройку системы манипулятора с целью привязки его подвижной части к продольной оси кристаллизатора 24 и днищу промежуточного ковша 21 в зависимости от толщины слябовой заготовки, которую планируется отливать, и заданным начальным просветом между ковшом и кристаллизатором. Необходимые настройки в горизонтальной плоскости выполняют последовательным перемещением основания 2 в нужном направлении с помощью винтовых механизмов 39 и 40, вращая маховички 41 и 42. Регулирование подвижной части манипулятора по высоте относительно днища промежуточного ковша 21 с датчиком положения обеспечивают путем подъема или опускания основания 2 вдоль фиксирующих направляющих стоек 43 с помощью винтовой передачи 46, приводимой в действие через коническую зубчатую пару 45 мотор-редуктором 44, управляемом при этом вручную. После этой регулировки систему управления мотор-редуктора 44 переводят в автоматический режим.

Во время серийной разливки стали закрытой струей периодически возникает необходимость в замене погружного стакана 23, экранирующего разливаемый металл от окружающей атмосферы. При выполнении указанной операции манипулятор размещен на раме 1, расположенной на рабочей площадке у промежуточно ковша 21. В исходной позиции поворотная колонна 3, горизонтальная консоль 6 и скоба для погружного стакана 11 с установленным в ней сменным погружным стаканом 12 занимают относительное положение, показанное на фиг. 5. При этом сменный погружной стакан 12 расположен горизонтально и удерживается зажимами скобы для погружного стакана 11, закрепленной на цапфах 9 и 10 в вырезе платформы 7. Фиксация скобы для погружного стакана относительно платформы обеспечена трансмиссионным валом 13, рычаг 16 которого своим роликом 17, находящимся в профилированном направляющем пазу 18, удерживает все элементы механизма в заданном положении. Пустотелая балка 25 вместе со щеками 26 и 27 с помощью силового гидроцилиндра 32 повернута относительно горизонтальной консоли 6 против часовой стрелки в крайнее положение на вертикальной оси 28. При этом шток силового гидроцилиндра 32 полностью выдвинут, а губки взведенного пружинного схвата расположены в вертикальной плоскости.

Для замены погружного стакана 23 необходимо включить электромеханический привод 20, который через зубчатые передачи и зубчатое колесо 19 осуществляет поворот колонны 3 в нижней 4 и верхней 5 неподвижных подшипниковых опорах. Вместе с колонной будет поворачиваться горизонтальная пустотелая консоль 6 и установленный внутри нее подшипниковых опорах 14 и 15 трансмиссионный вал 13 с прикрепленным рычагом 16. Ролик 17, перекатываясь по горизонтальному участку профилированного направляющего паза, выполненного на наружной цилиндрической поверхности верхней неподвижной опоры 5, будет обеспечивать неизменность положения рычага 16, трансмиссионного вала 13 и связанной с ним цапфой 10 скобой для погружного стакана 11, удерживающей параллельно рабочей площадке сменный погружной стакан 12. В момент перехода на криволинейный участок направляющего паза ролик 17, воздействующий на конец рычага 16, заставляет поворачиваться трансмиссионный вал 13 в подшипниковых опорах 14 и 15 относительно горизонтальной пустотелой консоли 6.

Вращение вала 13 через цапфу 10 передается скобе для погружного стакана 11, которая будет осуществлять поворот относительно платформы 7 сменного погружного стакана 12 до полного его перевода в вертикальное положение. Этот перевод завершится при подводе погружного стакана к торцу разливочного устройства 22 и расположении соосно с его направляющими пазами. После этого силовым цилиндром 8, расположенным на платформе 7, сменный погружной стакан 12 перемещают по направляющим разливочного устройства 22 до тех пор, пока он не займет место вышедшего из строя погружного стакана 23, экранирующего струю стали, истекающей из промежуточного ковша 21 в кристаллизатор 24. Скорость перемещения погружных стаканов такова, что процесс их смены длится 0.2-0.3 с, т.е. практически без прерывания струи жидкой стали. После этого силовой гидроцилиндр 32 включают на втягивание штока, который перемещает зубчатую рейку 31 вместе с корпусом подшипниковой опоры 33 внутри пустотелой балки 25. Поступательно движущаяся рейка приводит во вращение шестерню-сателлит 30, которая обкатываясь по зубчатому колесу 29, заставляет поворачиваться по часовой стрелке щеки 26 и 27 вместе с пустотелой балкой 25 относительно вертикальной оси 28, закрепленной на горизонтальной пустотелой консоли 6. Одновременно с этим при движении совместно с рейкой корпуса подшипниковой опоры 33 ролик 37, перемещаясь по направляющему пазу в пластине 38, воздействует на рычаг 36 и поворачивает его вместе с горизонтальным валом 34 и корпусом пружинного схвата 35. Губки 49 и 50 пружинного схвата займут горизонтальное положение, а толкатель 52 в момент контакта с замененным погружным стаканом 23, воздействуя на пружину сжатия 53, сместит стопор 54, освободив губки 49 и 50, которые повернутся относительно осей 47 и 48 и зажмут рабочий погружной стакан 23. Затем силовой гидроцилиндр 32 включают на выталкивание штока. При этом зубчатая рейка 31 и корпус подшипниковой опоры 33 движутся поступательно в обратном направлении внутри пустотелой балки 25, которая одновременно с этим осуществляет поворот в горизонтальной плоскости против часовой стрелки относительно вертикальной оси 28, а горизонтальный вал 34 под действием рычага 36 поворачивается и переводит губки 49 и 50 пружинного схвата из горизонтальной плоскости в вертикальную. Благодаря совокупности одновременно происходящих движений пустотелой балки 25, корпуса подшипниковой опоры 33 с горизонтальным валом 34 и корпусом пружинного схвата 35, замененный погружной стакан 23 совершит перемещение в пространстве по сложной траектории и будет выведен из полости кристаллизатора 24, заняв горизонтальное положение, показанное на фиг. 9. После этого включают электромеханический привод 20 для поворота колонны 3 в обратном направлении вместе с горизонтальной пустотелой консолью и пустотелой балкой 25 в конечное положение, показанное на фиг. 10, в результате чего отработанный погружной стакана будет убран из рабочей зоны. Для его извлечения из пружинного схвата используют дополнительное разжимное устройство, воздействующее через губки 49 и 50 на пружину растяжения 51. При этом толкатель 52 перемещается под действием пружины сжатия 53 в корпусе пружинного схвата 35 до тех пор, пока связанный с ним стопор 54 не обеспечит фиксацию губок пружинного схвата в раскрытом положении.

Если в процессе серийной разливки в период перед очередной заменой погружного стакана будет изменено расстояние между кристаллизатором 24 и днищем промежуточного ковша 21, благодаря наличию датчика его положения и системе управления с обратной связью мотор-редуктора 44, находящейся в автоматическом режиме, последний отработает команду на включение в нужном направлении и через коническую зубчатую пару 45 и винтовую передачу 46 обеспечит синхронное вертикальное перемещение относительно стационарной рамы 1 основания 2 вместе с поворотной колонной 3, горизонтальной пустотелой консолью 6 и пустотелой балкой 25, соответствующее изменению просвета между кристаллизатором 24 и днищем промежуточного ковша 21.

Таким образом, благодаря отличительным признакам заявляемый манипулятор обеспечивает полную механизацию работ, связанных с быстрой заменой погружного стакана в процессе серийной разливки стали на слябовой МНЛЗ. Его промышленное применение не только улучшит условия труда разливщиков и сократит в 2 раза длительность операции замены стакана, но и позволит повысить выход годной непрерывнолитой слябовой заготовки на 0,15% за счет сокращения длины ее участка, формировавшегося в неблагоприятных гидродинамических условиях, возникающих в полости кристаллизатора во время смены отработанного погружного стакана новым.