摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置 本发明涉及一种高炉无料钟布料装置，尤其涉及一种溜槽为摆动式的无钟炉顶布料装置。
近一、二十年来，高炉炉顶布料装置广泛采用无料钟式。1972年卢森堡PW公司发明的无料钟炉顶布料布置，为旋转溜槽式，它的槽形溜槽一端吊挂在位于高炉中心的竖直圆筒下端，布料装置的驱动装置可以使旋转溜槽进行旋转和倾动的运动。这种装置虽然布料区域比钟式炉顶有所扩大，但无法在炉顶的中心轴线区域布料，即存在着布料死区；此外，这种装置结构复杂，在布料装置的传动机构中使溜槽进行旋转和倾动运动的专用齿轮全部设置在高炉内部，因此为了保护这些齿轮，齿轮箱内必须通氮气或净煤气进行冷却和保压，这样就会降低炉顶煤气的发热值，以及增加运行费用。
1988年5月日本《川崎制铁技术报告)》(英文版)(“KAWASAKI STEEL TECHNICALREPORT NO.18”)(16-24页)公开了一种摆动溜槽式无钟炉顶布料装置，该装置的分配溜槽是一个内部中空截头圆锥筒形体，它吊挂在伸入炉内的叉形悬臂摇架的两叉之间，一摇杆与留在炉壳外的悬臂摇架正交联接，而摇杆下端通过联杆与溜槽耳轴上的曲柄相连。摇杆在驱动装置驱动下以悬臂摇架和摇杆交点的垂直线为中心线作旋转运动，旋转的摇杆分别推动悬臂摇架和溜槽耳轴摆动，这两个相互垂直的摆动最后合成溜槽绕高炉中心线的旋转运动。这种摆动式溜槽布料装置与旋转式溜槽布料装置相比较，结构简单，而且摇架是运用了水冷方式，成本较低，润滑又易于解决，但是当驱动装置中的主动杆与从动杆处于一直线时，两杆易发生相顶现象，这样就处于机构的“死点”位置，就很难实现分配溜槽的中心布料，即这种摆动式方式仍旧存在着布料“死区”，并未实现金方位布科。
本发明的目的是针对上述现有技术存在地缺陷提供一种可以在炉喉内部实现全方位布料的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置。
本发明的另一目的在于提供一种将驱动装置尽可能设置在高炉炉喉外部的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置。
为达到上述目的，本发明所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置是由圆锥筒形的布料溜槽、摇架机构和驱动装置所构成，摇架机构采用的是中空水冷方式，其特点在于所述的摇架机构是由两个处于同一水平面上、横架在炉喉断面上的X轴摇架、Y轴摇架所构成，Y轴摇架在相交处呈曲轴形状，以避开X轴摇架，布料溜槽悬挂在X轴摇架、Y轴摇架上，X轴摇架、Y轴摇架的两端各自伸至炉壳外，每个摇架各有一端分别与设置在炉喉外部的该布料装置的驱动装置相连，X轴摇架、Y轴摇架与炉壳之间有填料密封装置；所述的驱动装置可以通过带动X轴、Y轴摇架摆动以驱动布料溜槽的旋转和倾动。
上述摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置通过其驱动装置使得两个摇架在同一平面上分别沿两个垂直方向摆动，而合成绕炉顶中心旋转的圆周运动，当两个摇架摆动振幅同时为零时，悬挂在摇架上的布料溜槽恰好在炉顶的中心位置上，这样就可以完成炉顶的中心布料；此外驱动装置是安装在炉喉外壳外，拆装、维修、润滑方便；炉喉内机构结构也极其简单，这样就不需在炉内通氮气或净煤气进行冷却和保压，因而会提高炉顶煤气的发热值，降低运行费用。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的第一种实施例的结构示意图。
图2是图1所示装置中的谐振动发生机构的运动原理图。
图3是图1所示装置中的谐振动--摆动转换机构的另一种实施结构的主视图。
图4是图3所示的谐振动--摆动转换机构的左视图。
图5是本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的另一种实施例的结构示意图。
图6是图5所示装置中的偏心轴承组件的结构示意图。
如图1所示，在本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的第一种实施例中，它由圆锥筒形布料溜槽1、X轴摇架2和Y轴摇架3以及与X轴摇架2、Y轴摇架3相连的驱动装置所构成，该实施方式中包括两个结构相同的驱动装置。布料溜槽1通过一对上部耳轴4吊挂在横贯炉喉直径的X轴摇架2的中间椭圆环5上。Y轴摇架3与X轴摇架2同处一水平面且互相垂直成十字形布置，但它不通过炉喉中心，而是偏于炉喉圆截面的一侧、在X轴摇架2中间椭圆环5以外，Y轴摇架3在两摇架相交处呈曲轴形状，以避开X轴摇架2，两摇架的两端均伸出炉外，两摇架与炉壳6之间有密封填料7密封，X轴摇架2中空，可以通水进行冷却，Y轴摇架3在炉内非曲轴部分轴身悬挂有炉内万向杆12，炉内万向杆12下端与马蹬形连杆13相铰连，马蹬形连杆13与布料溜槽1的中部的耳轴8相连。炉内万向杆12的长度NQ与布料溜槽1两个上部耳轴4到两个中部耳轴8的中心距OP相等，而马蹬形连杆13的长度QP与炉内万向杆12与Y轴摇架3的连接点到布料溜槽中心线的转动点间的距离NO相等，因此OPQN四点构成一平行四边形，这样当X轴摇架2和Y轴摇架3运动时，炉内万向杆12始终与布料溜槽1中心线平行。
X轴摇架2、Y轴摇架3的另一端分别与各自的驱动装置相连。驱动装置主要包括：动力发生机构9、谐振动发生机构10、谐振动--摆动转换机构11。其中动力发生机构9由马达及减速机9-1和主动齿轮9-2构成。
谐振动发生机构10中，有一个与主动齿轮9-2啮合的中心齿轮10-1，中心齿轮10-1的侧面有一距其轴心为中心齿轮10-1节圆半径的行星轴10-2，行星轴10-2上有一节圆半径与中心齿轮10-1节圆半径相等的行星齿轮10-3，行星齿轮10-3节圆上也有一短轴叫谐振输出轴10-4，行星齿轮10-3的外面则套有一个内齿节圆半径恰好等于中心齿轮10-1节圆直径、以中心齿轮10-1的轴心为中心的圆环齿轮10-5，圆环齿轮10-5内齿图与行星齿轮10-3内啮合，外环上的轮齿与一个倾角调节齿轮10-6啮合，圆环齿轮10-5的外齿面可以为90°的扇形面，倾角调节齿轮10-6由一专用马达及减速机10-7驱动。
在谐振动--摆动转换机构11中，谐振输出轴10-4通过一个T形套管I11-1与之相连，T形套管I11-1套装在滑杆11-2上，而滑杆11-2则与一组曲柄--连杆机构相连。在这组机构中，X轴摇架2与固定轴11-3之间的轴间距、长连杆11-4的长度、滑杆11-2的长度三者相等。上部短连杆11-5、下部短连杆11-6、短曲柄11-8的长度三者亦相等，且等于长曲柄11-7长度的一半。此外长曲柄11-7的一端固定在X轴摇架2上，其正中间与下部短连杆11-6连接，另一端经T形套管II11-9与滑杆11-2相连，T形套管I11-1、T形套管II11-9可以在滑杆11-2上滑动。这样，滑杆11-2就始终与这组曲柄--连杆机构组成可以变动的两个平行四边形平面连杆机构。
如图2所示，上述谐振发生机构的运动原理如下：在平面座标的横座标系上取A点，纵座杆上取B点，作连线AB，若AB长度不变，且A点只能在横座标上移动，B点只能在纵座标上移动，则AB线中点C的轨迹是以座标中心O为圆心，OC为半径的一个圆(称内圆)。再以O点为圆心，AB线长度为半径作圆(称外圆)，则OC线的延长线与外圆的交点D在横座标上的投影就是A点。当C点沿内圆匀速旋转时，D点亦以相同的等角速度沿外圆运动，D点的投影A点就在横座标上作谐振动。在实际的谐振动发生机构中，内圆被中心齿轮10-1所代替，C点就是行星轴10-2，AB线用行星齿轮10-3代替，A点就是谐振输出轴10-4，外圆被圆环齿轮10-5的内齿圈所代替，而D点就是行星齿轮与圆环齿轮10-5的内齿圈的啮合点。
本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的第一种实施例的布料过程如下：在马达及减速机9-1区动下，主动齿轮9-2转动；中心齿轮10-1在主动齿轮9-2的啮合驱动下匀速旋转，中心齿轮10-1上的行星轴10-2就推动行星齿轮10-3在圆环齿轮10-5的内齿圈内啮合滚动，而谐振输出轴10-4就会沿着圆环齿轮10-5中的一条直径作直线的谐振动。
当谐振输出轴10-4作直线谐振动时，滑杆11-2通过T形套管I11-4实现平移运动，来回平移的滑杆11-2通过T形套管II11-9和下部短连杆11-6以及长连杆11-4构成的平面连杆机构，推动长曲柄11-7摆动，长曲柄11-7再推动X轴摇架2摆动。
Y轴摇架3一端所接的驱动装置的工作方式和过程同上所述。
X轴摇架2通过椭圆环5及一对上部耳轴4、Y轴摇架3通过曲柄12、马蹬形连杆13及一中部耳轴8，它们彼此互相推拉而带动布料溜槽1的摆动、旋转，以实现炉顶布料。
在谐振动发生机构10中，倾角调节齿轮10-6在其专用马达及减速机10-7的驱动下匀速旋转，并通过与圆环齿轮10-5的外部扇形齿面的啮合，驱动圆环齿轮10-5旋转一定的角度，谐振输出轴10-4运动直线也相应旋转相等的角度，这样谐振动的直线就与滑杆11-2的夹角θ发生变化。当θ＝90°时，即谐振输出轴10-4的谐振动直线与滑杆11-2相垂直时，滑杆11-2的平移运动运动范围4Rsinθ＝4Rsin90°＝4R(R为行星齿轮10-3节圆的半径)，即恰好为谐振输出轴10-4的谐振动幅度；如果θ减少，则4Rsinθ＜4R那么滑杆11-2的平移范围也减少；如果θ＝0°，则4Rsin0°＝0，这就意味谐振输出轴10-4的谐振动直线与滑杆11-2重合，谐振输出轴10-4虽仍作谐振动，但它推动的只是T形套管I11-1在滑杆11-2上空滑，滑杆11-2并不实现平移。由于通过倾角齿轮10-6的驱动，可以实现滑杆11-2平移幅度的变化，直至幅度为零，再加上谐振动--摆动转换机构的转换，可以实现X轴摇架2(或Y轴摇架3)摆动幅度的可调节，当X轴摇架2和Y轴摇架3的摆动幅度都同时为零情况下，布料溜槽1恰好在炉顶的中心线上，这样就可以实现中心区布料，从而达到全方位布料的目的。
图3、图4是上述谐振动-摆动转换机构11的另一种实施例的主视图、左视图。这个实施例中，谐振动--摆动转换机构11包括一个与固定轴11-3′、X轴摇架2轴心连线相垂直的固定滑杆11-10′，固定滑杆11-10′上有一个可以在上面来回移动的T形套管II11-9′，T形套管II11-9′与一个下部短连杆11-6′铰接，下部短连杆11-6′另一端与长连杆11-4′以及下部短曲柄11-7′三者铰接在一起，长连杆11-4′的另一端与上部短曲柄11-8′以及上部短连杆11-5′三者铰接在一起，上部短连杆11-5′的另一端与一个移动滑杆11-2′铰接在一起，移动滑杆11-2′的另一端与T形套管II11-9′铰接在一起，移动滑杆11-2′上套装一个可以滑动的T形套管I11-1′，T形套管I11-1′与谐振输出轴10-4连接，所述的上部短曲柄11-8′的另一端与固定轴11-3′铰接，下部短曲柄11-7′与X轴摇架2固接在一起，移动滑杆11-2′和长连杆11-4′的长度均等于固定轴11-3′到X轴摇架2之间的轴间距，上部短曲柄11-8′、下部短曲柄11-7′、上部短连杆11-5′、下部短连杆11-6′四者长度相等，因此该平面连杆机构亦可形成两个平行四边形机构。当谐振输出轴10-4在作谐振动时，通过该谐振动-转换机构11的转换，同样可实现X轴摇架2(或Y轴摇架3)的摆动。
上述的谐振动--摆动转换机构11并不局限于上述两种实施例，它还可以具有其它结构变形。只要曲柄-连杆机构运用了平行四边形结构，能够实现将谐振输出轴10-4的谐振动传递到X轴摇架2(或Y轴摇架3)的摆动均可。
如图5所示，本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的另一种实施例的结构基本上与图1所示的结构相似，改进之处为驱动装置，它主要包括：动力发生机构9′和传动转换机构14。其中动力发生机构9′包括一在通用的马达、减速机组(图5中省略)驱动下旋转且可以上下移动的垂直于水平面的主传动轴9′-1、主动万向杆9′-3以及与主传动轴9′-1、主动万向杆9′-3相连的传动连杆9′-2，主动万向杆9′-3的万向接点(图中为A点)位于主传动轴9′-1的中心轴线上，在主动万向杆9′-3的上端与传动连杆9′-2连接之处有一偏心轴承组件9′-4，如图6所示，它包括一偏心轴承瓦套9′-5和嵌套在轴承瓦套9′-5内部的轴瓦9′-6，其目的是当主传动轴9′-1、主动万向杆9′-3和传动连杆9′-2运动处于一直线时，启动传动马达，使轴承组件9′-4旋转，由于偏心轴承组件9′-4偏心力矩的作用产生一水平离心力，而使得主动万向杆9′-3偏离出AA′轴线，避开了“死点”位置。所述的传动转换机构14为设置在动力发生机构9′、X轴、Y轴摇架2、3之间的平行四边形连杆机构，该机构可以将动力发生机构9′中的主动万向杆9′-3转动传递给X轴、Y轴摇架2、3，且当X轴、Y轴摇架2、3摆动时布料溜槽1的中心线与主动万向杆9′-3的轴心线相平行。
图5中提供了一种传动转换机构14的实现方式，即在该机构中，有一个在炉喉外与Y轴摇架3平行且在同一水平面的中间轴14-1，所述的中间轴14-1在A点处与主动万向杆9′-3连接，在中间轴14-1的一端H点处有一主动曲柄14-2，运动时主动万向杆9′-3、中间轴14-1和主动曲柄14-2三者始终在一平面内。X轴摇架2伸出炉喉的轴上有一位于中间轴14-1和X轴摇架2的轴心线交点E之外(左、右不限)的D点，在D点处有一与X轴摇架2连接的被动万向杆14-3，且运动时，被动万向杆14-3、X轴摇架2和布料溜槽1中心线OP始终在一平面内。Y轴摇架3伸出炉喉的轴上有一I点，在I点处有一与主动曲柄14-2等长、且同在一垂直与Y轴的平面内的被动曲柄14-4；此外，被动曲柄14-4、Y轴摇架3和炉内万向杆12在运动时也始终在一平面内。所述的主动万向杆9′-3和被动万向杆14-3之间有一连杆I14-5，主动曲柄14-2和被动曲柄14-4之间也有一连杆II14-6，且连杆I14-5的两个端点B、C与中间轴14-1上的A点、X轴摇架2上的D构成一平行四边形；连杆II14-6的两个端点J、K与Y轴摇架3上的I点、中间轴14-1上的H点也构成一平行四边形。因此，当这套驱动装置投入运作时，不管主动万向杆9′-3如何运动，布料溜槽1的中心线OP将与主动万向杆9′-3的轴心线AB始终保持平行(可以根据有关的几何理论加以验证)。这样，只要在高炉炉顶的炉喉外控制主动万向杆9′-3的运动，就可使炉喉内的布料溜槽1完全按主动万向杆9′-3的运动模式作各种运动。传动转换机构14的具体实现方式并不局限于上述的方式，它还可以有其它结构变形。只要该机构可以保证X轴、Y轴摇架2、3摆动时布料溜槽1的中心线OP与主动万向杆9′-3的轴心线AB相平行均可。
本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的第二种实施例的布料过程如下：在马达、减速机组驱动下，主传动轴9′-1旋转，从而带动传动连杆9′-2和主动万向杆9′-3绕AA′旋转，再通过传动转换机构14中连杆I14-5和被动万向杆14-3、主动曲柄14-2、连杆II14-6和被动曲柄14-4，它们将主动万向杆9′-3的绕垂直线AA′的旋转运动分解为两个互相垂直的X轴、Y轴摇架2、3的各自摆动，X轴、Y轴摇架2、3的摆动传到炉喉内，通过炉内万向杆12和马蹬形连杆13，两个摇架的摆动又合成为(布料溜槽1的)中心线OP绕垂直线OO′的旋转运动。布料溜槽1的(中心线)倾角，即为主动万向杆9′-3与垂直线AA′的夹角，随主传动轴9｀-1上下移动而改变，主传动轴9′-1下移时，布料溜槽1的(中心线)倾角增大，上移时则减小，直至倾角为零，进行中心布料；进行中心布料后，恢复大角度布料前，须先启动马达以驱动主传动轴9′-1旋转，使偏心轴瓦套9′-5产生一离心力，而使得主动万向杆9′-3偏离出AA′轴线，避开了“死点”位置，从而为主传动轴9′-1的下移创造条件，因此这种实施方式同样可以达到全方位布料的目的。
本发明的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，除了可适用于高炉之外，其它竖炉炉顶布料装置也可采用。