ПОДЪЕМНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ НА УСТАНОВКАХ RH
LIFTING MECHANISM FOR STEEL-TEAMING LADLES IN STEEL PROCESSING AT RH PLANTS

Изобретение относится к подъемному механизму для подъема заполненного жидкой сталью ковша со сталевоза к погружным трубам сосуда для вакуумной обработки на установке RH.
В так называемой установке RH жидкую сталь подвергают вакуумной обработке, при которой сосуд для вакуумной обработки с его погружными трубами погружают в находящийся в ковше стальной расплав. Для сокращения при этом времени обработки существует требование установки как можно большего диаметра погружных труб в соответствии с габаритами ковша. В производственной практике для этого в одном варианте сосуд для вакуумной обработки опускают в стоящий на сталевозе ковш. С этим, однако, связан тот недостаток, что сосуд для вакуумной обработки содержит многочисленные присоединения для создания вакуума и пропускания/отсоса обрабатывающих газов, так что каждое движение сосуда для вакуумной обработки означает соответствующую нагрузку на присоединения и их подводы.
В качестве альтернативы ковши поднимают посредством подходящих подъемных механизмов со сталевоза или же вместе с ним и подводят к погружным трубам неподвижно установленного сосуда для вакуумной обработки. Это происходит посредством крановых канатных подвесов или гидравлических подъемных устройств, обеспечивающих точное вертикальное движение ковша, поскольку из-за желаемого большого диаметра погружных труб должно быть обеспечено точное позиционирование ковша относительно погружных труб. Подобные крановые канатные подвесы, как и гидравлические подъемные устройства, занимают, однако, много места и требуют соответственно высоких конструктивных и инвестиционных затрат.
Более дешевыми являются подъемные механизмы с поворотным рычагом, выполненным с возможностью перемещения гидроцилиндром и вращения вокруг шарнира при подъеме или опускании. Такой подъемный механизм с поворотным рычагом уже реализован для движения сосуда для вакуумной обработки на установке RH и известен, например, из публикации „Secondary Metallurgy - Fundamentals, Processes, Applications“, Verlag Stahleisen GmbH, Dűsseldorf, 2002, Figur 3.2.1.5.
Недостаток подобных подъемных механизмов с поворотным рычагом в том, что при вращательном движении поворотного рычага принудительным образом происходит не только вертикальное движение, то есть движение подъема, удерживаемого поворотным рычагом ковша, но и зависимое от угла поворота и соответствующих радиусов горизонтальное движение с горизонтальным смещением вертикальной оси ковша. Эта кинематика при использовании подобного подъемного механизма с поворотным рычагом для подвода ковша к погружным трубам сосуда для вакуумной обработки привела бы к тому, что диаметры погружных труб пришлось бы соответственно уменьшить, чтобы принять в расчет горизонтальное движение ковша при его подъеме или опускании.
В основе изобретения лежит задача создания подъемного механизма для содержащего жидкую сталь ковша с целью его подъема со сталевоза к погружным трубам сосуда для вакуумной обработки на установке RH, который работал бы на базе вращаемых подъемных консолей, однако в значительной степени без возникающего при вращательном движении подъемных консолей горизонтального движения ковша.
Решение этой задачи, включая предпочтительные варианты и модификации изобретения, приведено в тексте формулы, приложенной к данному описанию.
Основная идея изобретения предусматривает подъемный механизм, состоящий из двух подъемных консолей, приводимых в контакт одним своим концом с выполненными на ковше держателями и закрепленных другим своим опорным концом в неподвижной опоре, причем опора состоит из расположенной на опорных концах подъемных консолей, выполненной в форме отрезка дуги окружности ходовой направляющей и аксиально неподвижно ведущей ходовую направляющую при вращательном движении подъемных консолей направляющей качения таким образом, что за счет возникающего при движении подъема смещения точки ввода нагрузки в опоре происходит уменьшение горизонтального движения ковша. С изобретением связано то преимущество, что вращение подъемных консолей для подъема или опускания ковша за счет выполнения опоры с обкатывающейся по неподвижной направляющей качения ходовой направляющей в форме отрезка дуги окружности и связанное с этим смещение центра вращения для движения поворота подъемных консолей вызывают также горизонтальное смещение подъемных консолей, которое компенсирует горизонтальное смещение ковша, связанное с путем поворота при движении подъема или опускания ковша.
Чтобы переносить значительные возникающие усилия, в одном примере осуществления изобретения предусмотрено, что ходовая направляющая в форме отрезка дуги окружности и неподвижная направляющая качения снабжены входящими в зацепление между собой зубчатыми венцами.
В зависимости от условий монтажа подобного подъемного механизма в качестве альтернативы постоянному радиусу ходовой направляющей в форме отрезка дуги окружности в одном примере может быть предусмотрено, что радиус ходовой направляющей в форме отрезка дуги окружности изменяется в зависимости от положения вращения и длины подъемных консолей и что вследствие этого ходовая направляющая выполнена криволинейной формы. Таким образом, возможно лучшее согласование степени горизонтального смещения подъемных консолей во вращательной опоре в зависимости от угла вращения.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что обе подъемные консоли соединены между собой посредством проходящей сверху сталевоза поперечной соединительной балки, причем приведенная во вращение за счет движения подъемных консолей поперечная соединительная балка удерживается и направляется опорой. Симметричное расположение и выполнение подъемных консолей с поперечной соединительной балкой обеспечивает хорошее восприятие нагрузки также в опоре.
В качестве альтернативы при этом может быть предусмотрено, что ходовая направляющая в форме отрезка дуги окружности выполнена непосредственно на самой поперечной соединительной балке или что поперечная соединительная балка размещена в кожухе, а ходовая направляющая в форме отрезка дуги окружности выполнена на кожухе.
Поскольку, согласно одному варианту осуществления изобретения, каждая из обеих подъемных консолей снабжена соответствующим гидроцилиндром, в одном особом варианте осуществления изобретения может быть также предусмотрено, что только одной из подъемных консолей придан гидроцилиндр, а поперечная соединительная балка выполнена с крутильной жесткостью и с возможностью захвата второй подъемной консоли при движении нагруженной гидроцилиндром первой подъемной консоли.
Для облегчения рабочих процессов и сокращения технологических циклов, согласно одному варианту осуществления изобретения, может быть предусмотрено, что поперечная соединительная балка охватывает сверху сталевоз на высоте и с возможностью перемещения сталевоза с установленным на нем ковшом под поперечной соединительной балкой, так что сталевозы выполнены с возможностью свободного проезда под подъемным механизмом.
Поскольку ковш во время вращательного движения подъемных консолей должен оставаться ориентированным по своей вертикали, согласно одному примеру ковша с держателями, выполненными в виде радиально отстоящих в обе стороны цапф, предусмотрено, что подъемные консоли имеют на своем конце люлькообразные посадочные элементы для цапф, обеспечивающие движение цапф относительно подъемных консолей. Таким образом, ковш своими цапфами подвижно подвешен в люлькообразных посадочных элементах и при вращательных движениях подъемных консолей самопроизвольно ориентируется каждый раз по вертикали.
В другом альтернативном варианте ковши снабжены в качестве держателей радиально отстоящими в обе стороны цапфами и закрепленными на них с возможностью вращения серьгами, причем серьги служат для зацепления крановых крюков для перемещения ковшей в рабочем процессе. Поскольку серьги установлены с возможностью вращения относительно находящихся на ковше цапф, ковш при манипулировании им посредством воздействующих на серьги манипуляторов самопроизвольно ориентируется каждый раз по вертикали. Для этого предусмотрено, что подъемные консоли имеют на своих концах охватывающие серьги снизу с геометрическим замыканием посадочные элементы, так что во время движения подъема или опускания ковша, а также в течение времени обработки ковш с серьгами установлен в посадочных элементах подъемных консолей; перекос серег в поднятом положении обработки ковша при этом не является недостатком, поскольку ковш подвешен в серьгах с возможностью вращения и поэтому за счет лежащего ниже центра тяжести ориентируется по вертикали.
Описанные ниже примеры осуществления изобретения изображены на чертежах, на которых представлено:
фиг.1: подъемный механизм со стоящим перед ним сталевозом на виде сбоку;
фиг.2: объект фиг.1 на виде спереди;
фиг.3: подъемный механизм по фиг.1 при воздействии подъемных консолей на ковш;
фиг.4: подъемный механизм по фиг.1 и 3 при приподнятом со сталевоза и поднятом в верхнее положение обработки ковшом;
фиг.5: опора с ходовой направляющей в форме отрезка дуги окружности и неподвижной направляющей качения в увеличенном отдельном виде;
фиг.6: взаимное расположение ковша и опоры для подъемных консолей в схематичном виде сбоку;
фиг.7: ковш с содержащими серьгу держателями и опорой для подъемных консолей в схематичном виде сбоку;
фиг.8 и 9: объект по фиг.3 и 4 в другом варианте.
Как видно, прежде всего, из фиг.1 и 2, для транспортировки ковша 11 служит сталевоз 10, на который для манипулирования установлен ковш 11. Для зацепления манипуляторов во время обычного рабочего процесса в изображенном примере ковш 11 снабжен отходящими вбок цапфами 12 в качестве держателя, так что за цапфы 12 ковша 11 могут быть зацеплены, например, крановые крюки.
Позицией 13 обозначен подъемный механизм для ковша 11, посредством которого ковш 11 может быть поднят к схематично показанным погружным трубам 22 сосуда для вакуумной обработки (не показан). Подъемный механизм 13 состоит из двух подъемных консолей 14, которые могут воздействовать на цапфы 12 ковша 11 с обеих сторон. Как видно из фиг.1 и 2, обе подъемные консоли 14 соединены между собой поперечной соединительной балкой 15, причем поперечная соединительная балка 15 размещена в кожухе 16. Кожух 16 опирается на расположенные сбоку от траектории движения сталевоза 10 фундаментные цоколи 23, так что в качестве подъемного механизма 13 образовано перекрывающее сталевоз 10 портальное устройство. При этом боковые фундаментные цоколи 23 рассчитаны такой высоты, что поперечная соединительная балка 15 перекрывает сталевоз 10 с установленным на нем ковшом 11 на высоте, обеспечивающей движение сталевоза 10 с установленным на нем ковшом 11 через подъемный механизм 13.
Поскольку для вращения подъемных консолей 14 предусмотрена опора 17, поперечная соединительная балка 15 установлена в кожухе 16, на нижних сторонах которого выполнено по одной ходовой направляющей 18 в форме отрезка дуги окружности, опирающейся на неподвижную направляющую качения 19, которая при вращательном движении подъемных консолей направляет ходовую направляющую 18 в форме отрезка дуги окружности в ее продольном направлении.
На своих передних концах подъемные консоли 14 имеют люлькообразные посадочные элементы 20, охватывающие снизу цапфы 12 ковша 11. За счет особого выполнения посадочных элементов 20 цапфы 12 ковша 11 могут двигаться в своих люлькообразных посадочных элементах 20 относительно подъемных консолей 14, так что покоящийся в посадочных элементах 20 ковш 11, как это описано ниже, самопроизвольно ориентируется своей вертикальной осью по вертикали за счет лежащего ниже центра тяжести.
На передние концы подъемных консолей 14 воздействуют гидроцилиндры 21, которые при выдвигании приподнимают подъемные консоли 14 и, тем самым, также ковш 11. В изображенном примере с приданным каждой подъемной консоли 14 гидроцилиндром 21 в случае сбоя одного цилиндра возможно регулируемое опускание ковша из поднятого положения оставшимся гидроцилиндром.
Процесс подъема виден на фиг.3 и 4, причем на фиг.3 показан тот рабочий этап, на котором ковш 11 со своими цапфами 12 перемещен по люлькообразным посадочным элементам 20 подъемных консолей 14, а подъемные консоли 14 посредством гидроцилиндров 21 подняты уже настолько, что цапфы 12 лежат в люлькообразных посадочных элементах 20. При дальнейшем выдвигании гидроцилиндров 21 на фиг.4 ковш 11 приподнимается в направлении погружных труб 22 (не показаны), причем поясняемое ниже особое выполнение опор 17 для подъемных консолей 14 компенсирует возникающее в поворотном подъемном механизме горизонтальное смещение вертикальной оси ковша 11. Видно, что в приподнятом положении ковша 11 на фиг.4 произошло почти незаметное горизонтальное смещение вертикальной оси ковша 11, которым в рабочем процессе можно пренебречь.
Как видно более подробно на фиг.5, дугообразная ходовая направляющая 18 и направляющая 19 качения снабжены зубчатым венцом 25 и 26 соответственно, так что зубчатые венцы в процессе обкатывания входят в зацепление между собой, благодаря чему подъемные консоли 14 фиксированы в опоре 17 при своем перемещении. Позицией 34 при этом обозначена точка ввода нагрузки ходовой направляющей 18 в направляющую 19 качения, которая (точка) при обкатывании ходовой направляющей 18 в форме отрезка дуги окружности по направляющей 19 качения аксиально смещается (фиг.7). Это смещение приводит к тому, что при движении подъема возникает уменьшение горизонтального движения ковша.
1
Как видно из фиг.6, выполнение дугообразной ходовой направляющей 18 зависит от расчета, в частности, радиуса R, который приблизительно определяют по функции:
1
0
R=R(1-cosα)/α(радиан)
0
где α обозначает проходимый при движении подъема ковша 11 угол поворота, а R - радиус вращения цапф вокруг опоры 17.
1
0
Параметры R и R можно изменить в зависимости от пройденного ковшом 11 угла α поворота.
На фиг.6 также показано смещение центра вращения для движения поворота подъемных консолей, которое компенсирует горизонтальное смещение ковша, связанное с путем поворота при движении подъема или опускания ковша.
Как видно из фиг.7, в качестве держателей для размещения ковша могут быть расположены также особые боковые серьги 29, причем серьги 29 охватывают цапфы 12 и установлены с возможностью вращательного движения относительно них. На своем верхнем конце серьги 29 имеют соединительный штырь 33 для зацепления, например, крановых крюков. При подъеме ковша 11 за серьги 29 ковш 11 за счет вращаемого удержания цапф 12 в серьгах 29 каждый раз самопроизвольно ориентируется по вертикали. Эта кинематика показана в примере на фиг.7 для упора подъемных консолей 14 в ковш 11 за счет того, что подъемные консоли 14 снабжены на своем соответствующем переднем конце посадочными элементами 32, которые с геометрическим замыканием охватывают снизу соответствующую нижнюю часть 30 серьги 29, так что ковш 11 с серьгами 29 установлен в посадочных элементах 32 подъемных консолей 14 с геометрическим замыканием. При подъеме ковша 11 за счет вращения подъемных консолей 14 связанный с этим перекос серег 29 не имеет никаких последствий, поскольку ковш 11 с установленными с возможностью вращения в серьгах 29 цапфами 12 самопроизвольно ориентируется по вертикали. На фиг.7 видно также, что за счет удлинения центра вращения подъемных консолей 14 в опоре 17 происходит компенсация горизонтального смещения вертикальной оси 27 ковша 11, которое возникает в изображенном примере также только в пренебрежимо малой степени.
В изображенном на фиг.8 и 9 примере для лучшего применения возникающих на подъемном механизме 13 усилий на подъемных консолях 14 или на несущем поперечную соединительную балку 15 кожухе 16 предусмотрен противовес 31.
Признаки объектов, раскрытые в описании, формуле изобретения, реферате и на чертежах, могут быть существенными сами по себе или в произвольных комбинациях между собой для реализации изобретения в различных вариантах его осуществления.