自平衡升降装置

技术领域

本发明属于机械平衡技术领域，涉及自平衡升降装置。

背景技术

随着冶金设备技术的发展，设备向绿色节能方向的发展同样也刻不容缓，设备机构的开发思路需要进一步向减少能源消耗的方向改进。

在冶金设备行业，很多设备因执行机构自重大，承载高，均需要在工作状态对机构进行平衡消除机械连接间隙，避免承载冲击。传统的方法一般通过液压缸或者气缸的结构来产生所需的平衡力。这种方法，设备上的机械结构虽然相对简单，但需要增加设备运行时自身的供能消耗，此外设备还需要配套泵站、中间配管等配套设施，导致设备的运营维护成本相对较高。

目前，六辊钢管冷矫矫直机的上辊升降装置的机构特点就是采用传统的液压缸产生平衡力来对执行机构进行平衡。为了推进设备的绿色节能化，有必要设计一种新的平衡方法，以实现绿色节能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供自平衡升降装置，以实现绿色节能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

自平衡升降装置，包括动力源，动力源连接有减速机，减速机具有至少3个呈平行设置的输出轴；部分输出轴连接有平衡丝杆，平衡丝杆与固定在机架上的平衡螺母形成平衡丝杆螺母副，平衡丝杆的另一端与被平衡件转动连接以使被平衡件跟随平衡丝杆升降；平衡丝杆靠近被平衡件的一端设有阻尼装置以对被平衡件施加预拉力；部分输出轴连接有承压丝杆，且承压丝杆位于平衡丝杆之间，承压丝杆与固定在机架上的承压螺母形成承压丝杆螺母副，承压丝杆另一端与被平衡件接触以对被平衡件施加预压力；平衡丝杆、承压丝杆的升降速率一致，以使被平衡件受到的平衡力保持恒定。

可选地，承压丝杆通过球面副与被平衡件连接。

可选地，与平衡丝杆连接的减速机的输出轴的旋转方向相同或不同。

可选地，承压丝杆为一根，平衡丝杆为两根，两根平衡丝杆对称或非对称布置在承压丝杆的两侧。

可选地，减速机的输出轴为空心轴，与对应丝杆的扭矩传递方式为花键、键、扁头或方头。

可选地，阻尼装置的弹性体产生的弹力对被平衡件进行力平衡，阻尼装置的弹性体的型式为螺旋弹簧、碟簧、气体阻尼体、或液体阻尼体。

本发明的有益效果在于：

本发明通过将减速机的动力分配给承压丝杆和平衡丝杆，并在平衡丝杆与被平衡件之间设置能够对被平衡件产生预拉力的阻尼装置，承压丝杆对被平衡件产生预压力，预拉力与预压力对被平衡件预紧以减小或消除机械间隙，并实现升降装置的自平衡。

本发明能够替换类似需要供能产生平衡力进行平衡的机构，可以大幅减少设备运行过程中的能源消耗，降低设备维护成本，省去了平衡所需的供能装置，使在建设阶段的中间管路得到轻量化，可缩短一定的建设周期，并进一步降低成本，在节能环保方面具备较大的先进性，应用前景可观。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明自平衡升降装置的结构示意图一；

图2为本发明自平衡升降装置的结构示意图二。

附图标记：减速机1、平衡螺母2、平衡丝杆3、阻尼装置4、承压螺母5、承压丝杆6、被平衡件7、动力源8、左平衡螺母9、左平衡丝杆10、右平衡螺母11、右平衡丝杆12。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见附图1～2，自平衡升降装置，包括动力源8，动力源8连接有减速机1，减速机1具有至少3个呈平行设置的输出轴；部分输出轴连接有平衡丝杆3，平衡丝杆3与固定在机架上的平衡螺母2形成平衡丝杆螺母副，平衡丝杆3的另一端与被平衡件7转动连接以使被平衡件7跟随平衡丝杆3升降；平衡丝杆3靠近被平衡件7的一端设有阻尼装置以对被平衡件7施加预拉力；部分输出轴连接有承压丝杆6，且承压丝杆6位于平衡丝杆3之间，承压丝杆6与固定在机架上的承压螺母5形成承压丝杆螺母副，承压丝杆6另一端与被平衡件7接触以对被平衡件7施加预压力；平衡丝杆3、承压丝杆6的升降速率一致，以使被平衡件7受到的平衡力保持恒定。

本发明通过将减速机1的动力分配给承压丝杆6和平衡丝杆3，并在平衡丝杆3与被平衡件7之间设置能够对被平衡件7产生预拉力的阻尼装置4，承压丝杆6对被平衡件7产生预压力，预拉力与预压力对被平衡件7预紧以减小或消除机械间隙，并实现升降装置的自平衡。本发明取消了产生平衡力所需的液压缸及其辅助设备，平衡力由阻尼装置4在安装时的预压缩量产生，被平衡件7在升降过程中各个位置均存在稳定且大小相同的平衡力。本发明能够替换现有技术中的液压平衡缸进行平衡，具有减少动力源、简化设备管路、节能环保的优点。

本发明用于被平衡件7存在一维线性位移的场景，平衡力作用点位置不限，图示作用力数量两个，可根据实际使用情况，按此方法通过增加减速机齿轮箱输出轴数量和平衡丝杆3、平衡螺母2、阻尼装置4等组件实现对被平衡件7并联施加多平衡力的作用。

本发明的承压丝杆6宜通过球面副与被平衡件7连接。被平衡件7受到的平衡力通过球面副传递给承压丝杆6，球面副用于卸除被平衡件7在不同于丝杆轴向的分力，并对被平衡件7在升降过程中的偏转量进行补偿。所以，此种连接方式能够有效解决在升降过程中因偏转倾斜造成丝杆螺母副受力偏载进而导致升降卡阻故障的问题。

本发明的承压丝杆6可为一根，平衡丝杆3可为两根，两根平衡丝杆3对称或非对称布置在承压丝杆6的两侧。左右两侧的阻尼装置4与被平衡件7的连接位置相对于承压丝杆6轴线可以对称布置(如图1)，也可不对称布置(如图2)，通过控制阻尼装置4的预压缩量，实现对平衡力大小的调节，以产生被平衡件7所需的平衡力；此外，也可以通过选用不同弹性系数的阻尼装置来实现相同压缩量的不同平衡力配置使被平衡件7所受力矩合乎要求。阻尼装置4的弹性体产生的弹力对被平衡件7进行力平衡，弹性体的型式包括但不限于：螺旋弹簧、碟簧、气体阻尼体、液体阻尼体。

本发明中与平衡丝杆3连接的减速机的输出轴的旋转方向相同或不同。减速机的输出轴为空心轴，与对应丝杆的扭矩传递方式包括但不限于：花键、键、扁头、方头。

当两平衡丝杆旋向相同时(如图1)，将动力源8的动力通过一拖三减速机分别输出到一根承压丝杆6和两根平衡丝杆3。承压丝杆6和平衡丝杆3分别通过固定的承压螺母5和平衡螺母2的螺纹副进行升降运动，通过合理配置螺纹副与减速机的输出总速比使三个丝杆的升降速率保持一致，从而保证阻尼装置4的压缩量在被平衡件7的升降过程中始终不变，被平衡件7受到的平衡力也因此保持恒定。

当两平衡丝杆旋向不同时(如图2)，将动力源8的动力通过一拖三减速机分别输出到承压丝杆6、右平衡丝杆12和左平衡丝杆10。承压丝杆6、右平衡丝杆12和左平衡丝杆10分别通过固定的承压螺母5、右平衡螺母11和左平衡螺母9的螺纹副进行升降运动，通过合理配置螺纹副与减速机的输出总速比使三个丝杆的升降速率保持一致，从而保证阻尼装置4的压缩量在被平衡件7的升降过程中始终不变，被平衡件7受到的平衡力也因此保持恒定。

实施例

自平衡升降装置，通过一台一拖三减速机将动力源8的输入动力分别传递到1个承压丝杆6和2个平衡丝杆3上，承压丝杆6和平衡丝杆3分别通过与机架固定的承压螺母5和平衡螺母2构成的3个丝杆螺母副完成对被平衡件7的升降动作；平衡丝杆3与阻尼装置4的中轴连接，通过设备安装时对前述阻尼装置4中弹性体的预压缩来获得所需要的平衡力，达到被平衡件7在升降的全行程中实现自平衡的目的。

本实施例为了使被平衡件7升降过程中各个位置均存在恒定的平衡力，将阻尼装置4与平衡丝杆3串联，平衡丝杆3与承压丝杆6的升降速率通过控制减速机与丝杆螺母副的总传动比相同，使阻尼装置4在被平衡件7升降过程的各个位置均能保持相对恒定的压缩量。为了消除被平衡件7在升降过程中的倾斜时对丝杆螺母副造成的偏载与卡阻，在被平衡件7与承压丝杆6间设置球面副，使丝杆副能够升降顺畅。平衡力的大小可通过安装时对阻尼装置4预压缩量的调整进行控制；也可通过选用不同弹性系数的阻尼装置4来实现在相同压缩量情况下的不同平衡力配置使被平衡件7所受力矩合乎使用要求。

两个阻尼装置4的平衡力大小可根据被平衡件7的实际需要分别调节平衡力大小，能够适配复杂的工作需要。同时，阻尼装置4及其连接的平衡丝杆3及螺母、减速机输出轴等组件可根据实际需要的平衡点数量增加并联组数，本发明适用的机械结构不局限于图示的两点平衡模式。

本实施例通过一拖三减速机将动力分配给承压丝杆6与两个平衡丝杆3，将减速机与丝杆螺母副传动的总速比配置相同使三个丝杆的升降速度保持相同，在平衡丝杆3与被平衡件7之间用能产生拉力的阻尼装置4连接，以产生所需平衡力。

本发明能够替换类似需要供能产生平衡力进行平衡的机构，可以大幅减少设备运行过程中的能源消耗，降低设备维护成本，省去了平衡所需的供能装置，使在建设阶段的中间管路得到轻量化，可缩短一定的建设周期和成本。此外，本发明不局限于本文提到的六辊钢管冷矫矫直机设备，类似原理的机构亦可参照此思路设计具体机构。

本发明的自平衡升降装置，使设备维护成本能够明显降低，结合前述提到的关于建设阶段的施工简化，相比于传统的平衡装置，实际应用成本上会明显下降。本发明直接省去了因自身平衡而需要的能源消耗，使机械设备在节能环保方向具备较大的先进性特点，应用前景较为可观。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。