一种自动平衡转炉倾动转矩的系统.pdf

摘要
申请专利号：	CN99109380.1	申请日：	1999.06.29
公开号：	CN1259580A	公开日：	2000.07.12
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回\|\|\|公开\|\|\|实质审查的生效申请日:1999.6.29
IPC分类号：	C21C5/50	主分类号：	C21C5/50
申请人：	冶金工业部武汉钢铁设计研究院;
发明人：	鲍思贺
地址：	430080湖北省武汉市青山区冶金大道12号
优先权：
专利代理机构：	冶金专利事务所	代理人：	陈肖梅
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内容摘要

本发明公开了一种自动平衡转炉倾动转矩的系统,属于转炉的倾动机械领域。该系统包括空炉转矩平衡单元(1)、铁水转矩平衡单元(2)、恒量转矩发生单元(3)、调节单元(4)和微机控制单元(5),微机控制单元又包括空炉转矩平衡调节控制(6)、铁水转矩平衡调节控制(7)两部分。该技术能实现对变化转矩的随机补偿,从而能及时地、准确地平衡转炉倾动转矩。

权利要求书

1：一种自动平衡转炉倾动转矩的系统，包括空炉转矩平衡单元、铁水转矩平衡单元、恒量转矩发生单元、调节单元；空炉转矩平衡单元包括轮鼓、曲柄盘I、动滑轮、与齿条相连的定滑轮、与曲柄盘I相连的钢丝绳、平衡弹簧、离合器——齿轮组合件、齿条；铁水转矩平衡单元分两部分：一部分是类似空炉转矩平衡单元的装置，平衡铁水转矩经谐量分析后代表谐量转矩的那一部分；另一部分是经谐量分析后代表恒量转矩的那一部分。前者包括曲柄盘II、与齿条相连的定滑轮、与曲柄盘II相连的钢丝绳、离合器——齿轮组合件、齿条；后者包括自然曲率半径为R n的反旋弹簧，其内端装于一个半径为Rn的蓄力衬筒上，外端绕于半径为R 3 的出力衬筒上，R 3 ＞Rn，出力衬筒的一侧通过一出力衬筒驱动盘与离合器相连，另一侧对称地有驱动盘和离合器，还包括制动器、步进电机、离合器、驱动皮带轮、皮带、传动皮带轮；调节单元包括离合器--齿轮组合件、离合器--滑轮组合件、调节钢丝绳张力的驱动绳轮、步进电机、钢丝绳防松调节装置、移动滑轮用的齿条、调节钢丝绳张力的齿条，步进电机通过离合器调节齿条，从而调节平衡弹簧的张力，起到调节平衡力矩的作用；其特征在于：该系统还包括微机控制单元(5)，微机控制单元又包括空炉转矩平衡调节控制(6)、铁水转矩平衡调节控制(7)两部分。
2：根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的空炉转矩平衡调节控制为： (1)输入安装时实测值G k 、A 1 D、M 90° ′、M 45° ′、D IV-1 及预置冶炼周期τ和控制指标ε； (2)根据以下三式解出r、AB、μ，r＝(M 90° ′-G k AB)/μG k ， (3)令(G k AB) 0 ＝G k AB，(A 1 D) 0 ＝A 1 D； (4)测M 90° ′、M 135° ′，并判断二者是否相等，如相等，则延时τ以后再重复进行第(4)步，否则进行第(5)步； (5)根据以下二式解出(μG k r) 1 、(G k AB) 1 ，M 90° ′＝(μG k r) 1 + (G k AB) 1 ，M 135° ′＝(μG k r) 1 +(G k AB) 1 sin135°； (6) 是否大于ε％，如小于则延时τ以后再从第 (4)步开始进行，否则，根据下式解出(A 1 D) 1 ， ( G k AB ) 0 ( A 1 C ) ( A 1 D ) 0 = ( G k AB ) 1 ( A 1 C ) ( A 1 D ) 1 ; ]]> (7)判断ΔA 1 D＝(A 1 D) 0 -(A 1 D) 1 是否大于0，如等于0，则延时τ 以后进行第(4)步；如小于0，则输出信号使调节单元的步进电机IV-5 正向旋转γ Mk 角并令(A 1 D) 1 ＝(A 1 D) 0 +ΔA 1 D，γ Mk ＝360°(-ΔA 1 D/ πD IV-1 )；如大于0，则输出信号使调节单元的步进电机IV-5负向旋转γ Mk 角并令(A 1 D) 1 ＝(A 1 D) 0 -ΔA 1 D，γ Mk ＝360°ΔA 1 D/πD IV-1 ； (8)根据二式解出(G k ) 1 、(AB) 1 ，(G k ) 1 ＝(μG k r) 1 /μr， (AB) 1 ＝(G k AB) 1 /(G k ) 1 ； (9)令(G k AB) 0 ＝(G k AB) 1 ，(AB) 0 ＝(AB) 1 ，(G k ) 0 ＝(G k ) 1 ， (A 1 D) 0 ＝(A 1 D) 1 ，延时τ以后再从第(4)步开始往下进行；其中： G k 为空炉重； A 1 D为曲柄盘I-1的中心至钢丝绳I-7与滑轮I-4切点的距离； M 90° ′为倾渣后于α＝90°时在电动机16的轴上测得的转矩值； D IV-1 为离合器——齿轮组合件IV-1的齿轮的节园直径； τ为延时时间； r为转炉耳轴的摩擦半径； AB为空炉重心至耳轴中心的距离； μ为摩擦系数； M 135° ′为倾渣后于α＝135°时在电动机16轴上测得的转矩值； A 1 C为曲柄盘I-1上钢丝绳联结点C至盘中心A 1 点的距离； γ Mk 为步进电机在调节空炉转矩平衡单元时回转的角度。
3：根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的铁水转矩平衡调节控制为： (1)输入采样值(M d45° ) 0 、(A 1 D′) 0 、k、Rn、(R 1 ) 0 、T 0 、s、p、 i、D IV-1′ 、(M 45° ″) 1 ′、τ、ε； (2)输入上一炉次出钢后实测值(M 45° ″) 1 ′，及本炉次未出钢时实测值(M 45° ″) 1 ； (3)令(M d45° ) 1 ＝(M 45° ″)1-(M 45° ″) 1 ′； (4)判断[(M d45° ) 0 -(M d45° ) 1 ]/(M d45° ) 0 是否大于ε％，如小于ε ％，则延时τ以后重新进行第(2)步，否则，令ΔA 1 D′ ＝(A 1 D′) 0 {[(M d45° ) 0 -(M d45° ) 1 ]/(M d45° ) 0 }/2； (5)脱开离合器齿轮组合件IV-1、离合器滑轮组合件IV-3上离合器并啮合离合器齿轮组合件IV-1′的所有离合器，然后判断ΔA 1 D′ 是否大于0，如小于0，则启动IV-5正向转动γ Δ∑H ＝360°(-Δ A 1 D′)/πD IV-1 ′角，如大于0，则启动IV-5负向转动γ Δ∑H ＝360° ΔA 1 D′/πD IV-1 ′角；在步进电机执行完毕后恢复离合器齿轮组合件IV-1、离合器滑轮组合件IV-3啮合并使(A 1 D′) 0 ＝(A 1 D′) 0 ±Δ A 1 D′； (6)令ΔA 0 ＝A 0 {[(M d45° ) 0 -(M d45° ) 1 ]/(M d45° ) 0 }/2； (7)判断ΔA 0 是否大于0，如大于0，则令T 1 ＝T 0 -ΔA 0 ；如小于 0，则令T 1 ＝T 0 +ΔA 0 ； (8) ( R 3 ) 1 = Rn 2 T 1 - 2 kRn ± Rn 4 T 1 2 - 4 kR n 3 T 1 2 k , ]]> 取(R 3 ) 1 为大于Rn的较大的正值； (9)ΔR 3 ＝(R 3 ) 0 -(R 3 ) 1 ，啮合离合器III-2于驱动皮带轮III-3，脱开所有离合器与出力衬筒驱动盘之间的啮合，刹制动器III-14，判断 ΔR 3 是否大于0，如大于，则启动步进电机III-1负向转γ ΔA0 ＝360° ΔR 1 i/sp角，如小于，则启动步进电机III-1正向转γ ΔA0 ＝360°(-Δ R 1 )i/sp角；在步进电机执行完毕后，脱开离合器III-2于驱动皮带轮 III-3，松制动器III-14，恢复离合器与出力衬筒驱动盘之间的啮合； (10)令(R 3 ) 0 ＝(R 3 ) 1 ，T 0 ＝T 1 ，(M d45° ) 0 ＝(M d45° ) 1 ，(M 45° ″) 1 ′ ＝(M 45° ″) 1 ，延时τ以后又从第(2)步开始；其中： (M 45° ″) 1 为本炉次α＝45°尚未出钢时，在电动机16轴上测得的转矩值； (M 45° ″) 1 ′为前一炉次出钢后炉身返回至α＝-45°时在电动机 16轴上测得的转矩值； (A 1 D′) 0 为曲柄盘II-1中心至钢丝绳II-7与滑轮II-4切点的距离； k为计算反旋弹簧的驱动转矩时使用的参数，k＝Ebt 3 /24，E为反旋弹簧材质的弹性模量，b为反旋弹簧的断面宽度，t为反旋弹簧的断面厚度； Rn为蓄力衬筒外圆半径； ΔA 1 D′为铁水转矩有变动时，A 1 D′距离的调整量； T 0 为前一炉次反旋弹簧的转矩； s为涨缩棱锥斜面上的坡度； p为螺旋套丝扣的螺距； i为传动比； A 1 为曲柄盘I-1、II-1的中心； (M d45° ) 0 为前一炉α＝-45°时铁水转矩的实值； (M d45° ) 1 为本炉次α＝-45°时铁水转矩的实值； D IV-1 ′为离合器——齿轮组合件IV-1′的齿轮的节园直径； (R 3 ) 0 为出力衬筒外圆半径初始所置之值； γ Δ∑H 为对M d 平衡系统步进电机在调节谐量转矩∑H时回转的角度； γ ΔA0 为对M d 平衡系统步进电机在调节恒量转矩发生器转矩A 0 时回转的角度；
4：根据权利要求2、3任一所述的系统，其特征在于所述的ε％为大于0小于7％之间的任意设定的数值。

说明书

一种自动平衡转炉倾动转矩的系统
    本发明涉及一种自动平衡转炉倾动转矩的系统，属于转炉的倾动机械领域。

    中国专利申请CN1083115A公开了一种平衡转炉倾动转矩的滑轮弹簧组合，其包括空炉转矩平衡系统、铁水转矩平衡系统、摩擦转矩平衡系统以及调节装置系统。其用简单的机械元件的组合，即滑轮、弹簧和钢丝绳的组合将转炉的倾动转矩分别平衡，从而将通常所需倾动功率降低达90％以上。但是，当由于炉衬腐蚀、炉口粘钢、炉底冻钢和炉口塌衬等因素引起倾动转矩变化时，该公开技术不能实现对变化转矩的随机补偿，从而不能很好地、准确地平衡倾动转矩。

    本发明的目的在于提供一种能自动调节各转矩平衡单元、能准确地、及时地平衡转炉倾动转矩的系统。

    本发明提出的技术解决方案为：

    一种自动平衡转炉倾动转矩的系统，包括空炉转矩平衡单元、铁水转矩平衡单元、恒量转矩发生单元、调节单元；空炉转矩平衡单元包括轮鼓、曲柄盘I、动滑轮、与齿条相连的定滑轮、与曲柄盘I相连的钢丝绳、平衡弹簧、离合器——齿轮组合件、齿条；铁水转矩平衡单元分两部分：一部分是类似空炉转矩平衡单元的装置，平衡铁水转矩经谐量分析后代表谐量转矩的那一部分；另一部分是经谐量分析后代表恒量转矩的那一部分。前者包括曲柄盘II、与齿条相连地定滑轮、与曲柄盘II相连的钢丝绳、离合器——齿轮组合件、齿条；后者包括自然曲率半径为Rn的反旋弹簧，其内端装于一个半径为Rn的蓄力衬筒上，外端绕于半径为R3的出力衬筒上，R3＞Rn，出力衬筒的一侧通过一出力衬筒驱动盘与离合器相连，另一侧对称地有驱动盘和离合器，还包括制动器、步进电机、离合器、驱动皮带轮、皮带、传动皮带轮；调节单元包括离合器--齿轮组合件、离合器--滑轮组合件、调节钢丝绳张力的驱动绳轮、步进电机、钢丝绳防松调节装置、移动滑轮用的齿条、调节钢丝绳张力的齿条，步进电机通过离合器调节齿条，从而调节平衡弹簧的张力，起到调节平衡力矩的作用；该系统还包括微机控制单元，微机控制单元又包括空炉转矩平衡调节控制、铁水转矩平衡调节控制两部分。

    所述的空炉转矩平衡调节控制为：

    (1)输入安装时实测值Gk、A1D、M90°′、M45°′、DIV-1及预置冶炼周期τ和控制指标ε；

    (2)根据以下三式解出r、AB、μ，r＝(M90°′-GkAB)/μGk，

    (3)令(GkAB)0＝GkAB，(A1D)0＝A1D；

    (4)测M90°′、M135°′，并判断二者是否相等，如相等，则延时τ以后再重复进行第(4)步，否则进行第(5)步；

    (5)根据以下二式解出(μGkr)1、(GkAB)1，M90°′＝(μGkr)1+(GkAB)1，M135°′＝(μGkr)1+(GkAB)1sin135°；

    (6)是否大于ε％，如小于则延时τ以后再从第(4)步开始进行，否则，根据下式解出(A1D)1，(GkAB)0(A1C)(A2D)0=(GkAB)1(A1C)(A1D)1;]]>

    (7)判断ΔA1D＝(A1D)0-(A1D)1是否大于0，如等于0，则延时τ以后进行第(4)步；如小于0，则输出信号使调节单元的步进电机IV-5正向旋转γMk角并令(A1D)1＝(A1D)0+ΔA1D，γMk＝360°(-ΔA1D/πDIV-1)；如大于0，则输出信号使调节单元的步进电机IV-5负向旋转γMk角并令(A1D)1＝(A1D)0-ΔA1D，γMk＝360°ΔA1D/πDIV-1；

    (8)根据二式解出(Gk)1、(AB)1，(Gk)1＝(μGkr)1/μr，(AB)1＝(GkAB)1/(Gk)1；

    (9)令(GkAB)0＝(GkAB)1，(AB)0＝(AB)1，(Gk)0＝(Gk)1，(A1D)0＝(A1D)1，延时τ以后再从第(4)步开始往下进行；

    其中：

    Gk为空炉重；

    A1D为曲柄盘I-1的中心至钢丝绳I-7与滑轮I-4切点的距离；

    M90°′为倾渣后于α＝90°时在电动机16的轴上测得的转矩值；

    DIV-1为离合器——齿轮组合件IV-1的齿轮的节园直径；

    τ为延时时间；

    r为转炉耳轴的摩擦半径；

    AB为空炉重心至耳轴中心的距离；

    μ为摩擦系数；

    M135°′为倾渣后于α＝135°时在电动机16轴上测得的转矩值；

    A1C为曲柄盘I-1上钢丝绳联结点C至盘中心A1点的距离；

    γMk为步进电机在调节空炉转矩平衡单元时回转的角度。

    所述的铁水转矩平衡调节控制为：

    (1)输入采样值(Md45°)0、(A1D′)0、k、Rn、(R1)0、T0、s、p、i、DIV-1′、(M45°″)1′、τ、ε；

    (2)输入上一炉次出钢后实测值(M45°″)1′，及本炉次未出钢时实测值(M45°″)1；

    (3)令(Md45°)1＝(M45°″)1-(M45°″)1′；

    (4)判断[(Md45°)0-(Md45°)1]/(Md45°)0是否大于ε％，如小于ε％，则延时τ以后重新进行第(2)步，否则，令ΔA1D′＝(A1D′)0{[(Md45°)0-(Md45°)1]/(Md45°)0}/2；

    (5)脱开离合器齿轮组合件IV-1、离合器滑轮组合件IV-3上离合器并啮合离合器齿轮组合件IV-1′的所有离合器，然后判断ΔA1D′是否大于0，如小于0，则启动IV-5正向转动γΔ∑H＝360°(-ΔA1D′)/πDIV-1′角，如大于0，则启动IV-5负向转动γΔ∑H＝360°ΔA1D′/πDIV-1′角；在步进电机执行完毕后恢复离合器齿轮组合件IV-1、离合器滑轮组合件IV-3啮合并使(A1D′)0＝(A1D′)0±ΔA1D′；

    (6)令ΔA0＝A0{[(Md45°)0-(Md45°)1]/(Md45°)0}/2；

    (7)判断ΔA0是否大于0，如大于0，则令T1＝T0-ΔA0；如小于0，则令T1＝T0+ΔA0；

    (8)(R3)1=Rn2T1-2kRn±Rn4T12-4kRn3T12k,]]>取(R3)1为大于Rn的较大的正值；

    (9)ΔR3＝(R3)0-(R3)1，啮合离合器III-2于驱动皮带轮III-3，脱开所有离合器与出力衬筒驱动盘之间的啮合，刹制动器III-14，判断ΔR3是否大于0，如大于，则启动步进电机III-1负向转γΔA0＝360°ΔR1i/sp角，如小于，则启动步进电机III-1正向转γΔA0＝360°(-ΔR1)i/sp角；在步进电机执行完毕后，脱开离合器III-2于驱动皮带轮III-3，松制动器III-14，恢复离合器与出力衬筒驱动盘之间的啮合；

    (10)令(R3)0＝(R3)1，T0＝T1，(Md45°)0＝(Md45°)1，(M45°″)1′＝(M45°″)1，延时τ以后又从第(2)步开始；

    其中：

    (M45°″)1为本炉次α＝45°尚未出钢时，在电动机16轴上测得的转矩值；

    (M45°″)1′为前一炉次出钢后炉身返回至α＝-45°时在电动机16轴上测得的转矩值；

    (A1D′)0为曲柄盘II-1中心至钢丝绳II-7与滑轮II-4切点的距离；

    k为计算反旋弹簧的驱动转矩时使用的参数，k＝Ebt3/24，E为反旋弹簧材质的弹性模量，b为反旋弹簧的断面宽度，t为反旋弹簧的断面厚度；

    Rn为蓄力衬筒外圆半径；

    ΔA1D′为铁水转矩有变动时，A1D′距离的调整量；

    T0为前一炉次反旋弹簧的转矩；

    s为涨缩棱锥斜面上的坡度；

    p为螺旋套丝扣的螺距；

    i为传动比；

    A1为曲柄盘I-1、II-1的中心；

    (Md45°)0为前一炉α＝-45°时铁水转矩的实值；

    (Md45°)1为本炉次α＝-45°时铁水转矩的实值；

    DIV-1′为离合器——齿轮组合件IV-1′的齿轮的节园直径；

    (R3)0为出力衬筒外圆半径初始所置之值；

    γΔ∑H为对Md平衡系统步进电机在调节谐量转矩∑H时回转的角度；

    γΔA0为对Md平衡系统步进电机在调节恒量转矩发生器转矩A0时回转的角度；

    所述的ε％为大于0小于7％之间的任意设定的数值。

    本发明相比于现有技术具有如下优点：当由于炉衬腐蚀、炉口粘钢、炉底冻钢和炉口塌衬等因素引起倾动转矩变化时，本发明技术能自动调节各转矩平衡单元，实现对变化转矩的随机补偿，从而准确地、及时地平衡转炉倾动转矩。

    下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

    图1是本发明系统的结构框图。

    图2本发明系统的总体机械构成示意图。

    图3空炉转矩平衡单元的构成示意图。

    图4铁水转矩平衡单元的构成示意图。

    图5恒量转矩发生单元的构成示意图。

    图6调节单元的构成示意图。

    一种自动平衡转炉倾动转矩的系统，包括空炉转矩平衡单元1、铁水转矩平衡单元2、恒量转矩发生单元3、调节单元4；空炉转矩平衡单元包括转炉耳轴22上的轮鼓11、装于驱动副轴A1-A1上的轮鼓、曲柄盘I-1、动滑轮I-3和I-5、与齿条相连的定滑轮I-4、定滑轮I-2、与曲柄盘I-1相连的钢丝绳I-7、平衡弹簧I-9、离合器——齿轮组合件IV-1、齿条IV-10；铁水转矩平衡单元包括曲柄盘II-1、与齿条相连的定滑轮II-4、与曲柄盘II-1相连的钢丝绳II-7、离合器——齿轮组合件IV-1′、齿条IV-10′；调节单元包括离合器--齿轮组合件IV-1、IV-1′、IV-2、IV-2′，离合器--滑轮组合件IV-3，调节钢丝绳张力的驱动绳轮IV-4，步进电机IV-5，钢丝绳防松调节装置IV-9、IV-9′，移动滑轮用的齿条IV-10、IV-10′，调节钢丝绳张力的齿条IV-11、IV-11′，步进电机通过离合器调节齿条，从而调节平衡弹簧的张力，起到调节平衡转矩的作用；恒量转矩发生单元包括自然曲率半径为Rn的反旋弹簧III-10，其内端装于一个半径为Rn的蓄力衬筒III-11上，外端绕于直径为R3的出力衬筒III-12上，R3＞Rn，出力衬筒的一侧通过一出力衬筒驱动盘III-8与离合器III-7相连，另一侧对称地有驱动盘III-13和离合器III-15，恒量转矩发生单元还包括制动器III-14、步进电机III-1、离合器III-2、驱动皮带轮III-3、皮带III-4、传动皮带轮III-5；该系统还包括微机控制单元5，微机控制单元又包括空炉转矩平衡调节控制6、铁水转矩平衡调节控制7两部分。

    取ε％为5％，延时时间τ置为该炉冶炼一炉的周期时间，按照所述的空炉转矩平衡调节控制6、铁水转矩平衡调节控制7的控制步骤和方法对空炉转矩平衡单元1、铁水转矩平衡单元2进行控制调节，实现了对转炉转矩的自适应平衡调节，实现了转炉转矩平衡的机电一体化。