一种导电料杆触底保护装置

技术领域

本发明涉及电渣炉技术领域，具体为一种导电料杆触底保护装置。

背景技术

导电料杆触底保护装置是根据气氛保护电渣炉工艺设计的一个关键保护装置，其工艺特点是：气氛保护电渣炉在冶炼前导电料杆需将待冶炼钢锭牢牢夹紧，而夹紧这一步骤就需触底保护装置对整个系统进行保护，防止在冶炼过程中，导电料杆触底不动，而滚珠丝杆继续旋转破坏整个系统。

而现有的导电料杆触底保护装置的结构为：利用一个行程开关和设置在导电料杆上的拨动件，当导电料杆夹待冶炼钢锭时需进行料杆触底动作时，这时导电料杆触底不动后，通过在导电料杆上设置的拨动件，触发行程开关，进而停止驱动机构动作，但是该触底保护设计存在一定缺陷，行程开关在频繁的动作会造成机械疲劳，导致限位失灵，从而会导致驱动机构持续带动滚珠丝杆转动破坏整个系统，造成经济损失和安全事故，为此提出一种导电料杆触底保护装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电料杆触底保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种导电料杆触底保护装置，包括：限位套、驱动机构和滚珠丝杆，所述限位套、驱动机构的输出端和滚珠丝杆的轴心线相重合；所述限位套的内壁沿其轴向依次设置有第一连接区、无齿区域和第二连接区；所述驱动机构的输出端通过第一连接区与限位套相连接；所述滚珠丝杆与限位套具有两种连接状态，其分别为正常状态和保护状态，所述滚珠丝杆处于正常状态时，所述滚珠丝杆的顶端通过第二连接区与限位套相连接，此时，所述驱动机构的输出轴能够通过限位套带动滚珠丝杆进行转动，所述滚珠丝杆处于保护状态时，所述滚珠丝杆的顶端通过无齿区域与限位套相连接，此时，所述驱动机构的输出轴只能带动限位套空转；导电料杆未触底时，所述滚珠丝杆处于正常状态，导电料杆触底时，所述滚珠丝杆由正常状态切换为保护状态。

本技术方案中优选的，其还包括：电气保护机构，所述电气保护机构包括：触发组件和触发开关，所述触发组件用于导电料杆触底时，触发所述触发开关，所述触发开关用于关停所述驱动机构。

本技术方案中优选的，所述触发组件包括滚珠螺母、触发室和感应套，所述滚珠螺母与滚珠丝杆活动螺接，所述滚珠螺母与感应套固定连接；所述触发室固定设置于丝杆导套上，所述滚珠螺母位于所述触发室内部，所述滚珠螺母和触发室之间设置有限位结构，所述限位结构能够防止滚珠螺母和触发室之间产生轴向的相对转动；所述滚珠丝杆处于正常状态时，所述感应套位于触发室的外部，所述滚珠丝杆由正常状态切换为保护状态过程中，所述滚珠螺母带动感应套缩回所述触发室的内部。

本技术方案中优选的，所述限位结构包括：限位块，所述限位块固定连接于所述滚珠螺母或者感应套的外部；开设于所述触发室内壁的限位槽，所述限位槽沿平行于滚珠丝杆轴心线的方向延伸，所述限位块与限位槽相适配。

本技术方案中优选的，所述触发开关为至少两个行程开关或者接近开关。

本技术方案中优选的，所述驱动机构的输出端相连接通过第一连接结构与限位套的第一连接区相连接；所述滚珠丝杆处于正常状态时，其顶端通过第二连接结构与限位套的第二连接区相连接，此时所述滚珠丝杆和限位套之间无法产生轴向的相对转动，所述滚珠丝杆由正常状态切换为保护状态的过程中，所述滚珠丝杆进行轴向位移，直至所述滚珠丝杆和限位套之间产生轴向的相对转动防止滚珠丝杆和限位套之间产生轴向的相对转动，所述机械保护机构由正常状态切换为保护状态时，所述滚珠丝杆能够沿第一方向与限位套产生相对位移，所述第一方向平行于滚珠丝杆的轴心线，所述机械保护机构处于保护状态时，所述滚珠丝杆和限位套之间的轴向限位解除。

本技术方案中优选的，还包括第一保护罩，所述第一连接结构、限位套和第二连接结构均设置于第一保护罩的内部，且第一保护罩的轴心线与滚珠丝杆的轴心线平行，所述驱动机构固定于所述第一保护罩的第一端，所述第一保护罩的第二端与料杆支架相固定。

本技术方案中优选的，所述第一连接结构为驱动机构的输出端与限位套的第一端相固定。

本技术方案中优选的，所述第一连接结构包括：第一限位连接件，所述第一限位连接件设置在驱动机构的输出端，所述第一限位连接件沿平行于第一方向上的外侧面设置有多个第一限位外齿，所述第一限位外齿沿第一方向延伸；设置在所述第一连接区并且与所述第一限位外齿一一对应的第一限位内齿，所述第一限位内齿沿第一方向延伸，所述第一限位外齿和第一限位内齿相啮合。

本技术方案中优选的，所述第二连接结构包括：第二限位连接件，所述第二限位连接件设置在滚珠丝杆的第一端，所述第二限位连接件沿平行于第一方向的外侧面设置有多个第二限位外齿，所述第二限位外齿沿第一方向延伸；设置在所述第二连接区并且与所述第二限位外齿一一对应的第二限位内齿，所述第二限位内齿沿第一方向延伸，所述滚珠丝杆处于正常状态时，所述第二限位连接件上的第二限位外齿与限位套上的第二限位内齿相啮合，所述滚珠丝杆由正常状态切换为保护状态的过程中，所述滚珠丝杆使得第二限位连接件位于所述限位套的无齿区域，所述第二限位外齿和第二限位内齿的啮合解除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该导电料杆触底保护装置，通过机械保护机构和电气保护机构设计出新的电气控制和机械控制思路，进行气氛保护电渣炉的导电料杆触底保护，通过完善的电气控制及机械结构设计，并按照工艺要求进行合理的控制，该保护装置能够有效地解决导电料杆在进行触底操作时，由于触底保护失灵导致系统损坏造成经济损失和人员伤害，该装置能很有效的保证导电料杆在进行触底动作时的安全。

该导电料杆触底保护装置，为了保证触底保护装置的使用寿命，采用了不直接接触的接近开关并且采用双限位参与控制，避免了触底保护装置出现机械疲劳现象导致限位灵敏度降低或失灵。

同时针对于电气控制失灵现象，设计了机械保护机构，而机械保护机构中的尼龙限位套可以在电气控制失灵的状况进行最后的保护，当触底时滚珠丝杆继续旋转，若电气保护失灵滚珠丝杆旋转到一定程度滚珠丝杆上的第二限位连接件会上升到限位套的无齿区域，驱动机构进行空转从而保证了设备的安全。

本发明的导电料杆触底保护装置已经成功应用于电渣作业区门型结构气氛保护电渣炉，实现了导电料杆触底的保护，最终实现了导电料杆触底的稳定性和设备的安全性，满足了电渣作业区门型结构气氛保护电渣炉稳定高产的生产要求，产能稳步提升，经济效益显著。

附图说明

图1为气氛保护电渣炉中料杆支架的立体图；

图2为气氛保护电渣炉中料杆支架的主视图；

图3为气氛保护电渣炉中料杆支架的右视图；

图4为本发明所提出的驱动机构和导电料杆连接的立体图；

图5为本发明所提出的驱动机构和导电料杆连接的后视图；

图6为本发明所提出的机械保护机构的立体图；

图7为本发明所提出的机械保护机构的剖视图；

图8为本发明所提出的机械保护机构的爆炸图；

图9为本发明所提出的触发组件的立体图；

图10为本发明所提出的触发组件的剖视图。

图中：1、料杆支架；2、驱动机构；3、导电料杆；4、限位杆；5、限位平台；6、机械保护机构；601、第一保护罩；602、第二限位连接件；603、第一限位连接件；604、限位套；605、无齿区域；7、电气保护机构；701、第二保护罩；702、触发室；703、滚珠螺母；704、感应套；8、滚珠丝杆；9、接近开关；10、丝杆导套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

在理解本技术方案之前，需要知道的是，如图10所示，由于本发明的原图结构较为复杂，为了使得便于对本发明的技术方案进行理解，滚珠丝杆8、滚珠螺母703中的螺纹均未画出，同时滚珠螺母703中的滚动钢珠也未画出。

同时，需要清楚的是，如图1至图3所示，气氛保护电渣炉中的导电料杆3一般是设置在料杆支架1上的，在现有技术中驱动机构2安装于料杆支架1的顶部，并且驱动机构2的输出端与滚珠丝杆8相连接，导电料杆3的内部固定连接有丝杆导套10，丝杆导套10的主要作用是使得滚珠丝杆8和导电料杆3之间的缝隙较小，防止在运动过程中产生晃动，而丝杆导套10上设置有滚珠螺母703，滚珠螺母703与滚珠丝杆8活动螺接，滚珠螺母703能够沿着滚珠丝杆8的轴心线带动丝杆导套10和导电料杆3进行上下移动，为了使得滚珠丝杆8在转动时，导电料杆3能够沿滚珠丝杆8轴向进行运动，因此还设置了防止导电料杆3产生自转的结构，其包括设置在导电料杆3顶部的限位平台5和设置在料杆支架1上并沿平行于滚珠丝杆8轴心线方向延伸的限位杆4，限位平台5上开设有限位槽，限位槽与限位杆4相卡接，进而在滚珠丝杆8进行转动时，导电料杆3不会绕滚珠丝杆8轴心线进行转动，其只会沿着滚珠丝杆8轴心线进行上下移动。

为了防止导电料杆3触底，导致设备损坏，如图4和图5所示，本发明提供一种技术方案：一种导电料杆触底保护装置，其限位套604、驱动机构2和滚珠丝杆8，限位套604、驱动机构2的输出端和滚珠丝杆8的轴心线相重合，限位套604的内壁沿其轴向依次设置有第一连接区、无齿区域605和第二连接区，驱动机构2的输出端通过第一连接区与限位套604相连接，滚珠丝杆8与限位套604具有两种连接状态，其分别为正常状态和保护状态，滚珠丝杆8处于正常状态时，滚珠丝杆8的顶端通过第二连接区与限位套604相连接，此时，驱动机构2的输出轴能够通过限位套604带动滚珠丝杆8进行转动，滚珠丝杆8处于保护状态时，滚珠丝杆8的顶端通过无齿区域605与限位套604相连接，此时，驱动机构2的输出轴只能带动限位套604空转；导电料杆3未触底时，滚珠丝杆8处于正常状态，导电料杆3触底时，滚珠丝杆8由正常状态切换为保护状态，需要清楚的是，在本发明中驱动机构2可以是各种各样能够用于进行驱动的设备，在本实施例中，由于在进行传动过程中需要对导电料杆3进行精准的控制，因此驱动机构2采用伺服电机。

为了使得使用者进一步理解本发明，将用于驱动机构2输出端和滚珠丝杆8相连接的结构命名为机械保护机构6，如图7和图8所示，机械保护机构6包括限位套604，驱动机构2的输出端通过第一连接结构与限位套604相连接，滚珠丝杆8通过第二连接结构与限位套604相连接，滚珠丝杆8处于正常状态时，第二连接结构能够使得滚珠丝杆8和限位套604之间产生轴向限位，防止滚珠丝杆8和限位套604之间产生轴向的相对转动，滚珠丝杆8由正常状态切换为保护状态过程中，滚珠丝杆8能够沿第一方向与限位套604产生相对位移，第一方向平行于滚珠丝杆8的轴心线，滚珠丝杆8处于保护状态时，滚珠丝杆8和限位套604之间的轴向限位解除，此时的伺服电机进行空转，其无法通过限位套604带动滚珠丝杆8进行转动。

具体的，第二连接结构包括：第二限位连接件602，第二限位连接件602设置在滚珠丝杆8的第一端，第二限位连接件602沿平行于第一方向的外侧面设置有多个第二限位外齿，第二限位外齿沿第一方向延伸，同时在限位套604的第二连接区上设置有与第二限位外齿一一对应的第二限位内齿，第二限位内齿沿第一方向延伸，滚珠丝杆8处于正常状态时，第二限位连接件602上的第二限位外齿与限位套604上的第二限位内齿相啮合，当驱动机构2的输出端转动时，其能够通过限位套604带动滚珠丝杆8进行转动，当导电料杆3触底时，驱动机构2仍然带动滚珠丝杆8进行转动，此时由于导电料杆3触底无法向下移动，因此转动的滚珠丝杆8会沿其轴心线向上运动，而在限位套604中部内壁设置有无齿区域605，当滚珠丝杆8带动第二限位连接件602上的第二限位外齿全部处于无齿区域605时，第二限位外齿和第二限位内齿的啮合解除，此时，驱动机构2无法通过限位套604带动滚珠丝杆8进行转动，即驱动机构2产生空转，相对于市面上的采用电气保护的方式来说，本发明的机械保护机构6其保护失误率基本为零，能够极大的提升设备整体的安全性。

需要知道的是，在设计时，可以将驱动机构2的输出端与限位套604的第一端直接相固定，但是为了进一步的保证整个装置的安全性，如图7和图8所示，可以采用第一连接结构连接驱动机构2的输出端和限位套604的第一端，其中第一连接结构包括：第一限位连接件603，第一限位连接件603设置在驱动机构2的输出端，第一限位连接件603沿平行于第一方向上的外侧面设置有多个第一限位外齿，第一限位外齿沿第一方向延伸，设置在限位套604的第一连接区并且与第一限位外齿一一对应的第一限位内齿，第一限位内齿沿第一方向延伸，第一限位外齿和第一限位内齿相啮合，其结构与第二连接结构类似，采用此种分体式设计的优势是，在制造限位套604时，可以采用尼龙材质，当某些原因导致导电料杆3触底后，滚珠丝杆8无法上升时，而尼龙材质的限位套604会被破坏，限位套604被破坏后，驱动机构2空转。

需要进一步清楚的是，在上述结构中，可以去除第一限位连接件603和第二限位连接件602，而将第一限位外齿直接设置在驱动机构2的输出端上，将第二限位外齿直接设置在滚珠丝杆8上，如图8所示，第一限位连接件603和第二限位连接件602均呈圆管状结构，其均通过键槽和键分别与驱动机构2的输出端和滚珠丝杆8实现轴向的限位，而在使用时，第一限位外齿和第二限位外齿均为损耗件，当损坏后，可以直接将第一限位连接件603和第二限位连接件602更换即可，快捷方便。

同时为了对上述的结构进行保护，如图6和图7所示，机械保护机构6还包括第一保护罩601，而第一连接结构、限位套604和第二连接结构均设置于第一保护罩601的内部，且第一保护罩601的轴心线与滚珠丝杆8的轴心线平行，如图1和图4所示，驱动机构2固定于第一保护罩601的第一端，第一保护罩601的第二端与料杆支架1相固定。

需要清楚的是，本发明中的机械保护机构6是导电料杆3触底后的最后保护，而常规的触底保护还是采用电气保护，因此在本实施例中还需要设计电气保护机构7，电气保护机构7包括：触发组件和触发开关，触发组件用于滚珠丝杆8由正常状态切换为保护状态过程中，触发触发开关，触发开关用于关停驱动机构2，其可以与现有技术中的电气保护机构7一致，采用拨动件和行程开关进行导电料杆3的触底保护，在本发明的另一个实施例中，如图9和图10所示，触发组件包括滚珠螺母703、触发室702和感应套704，由于滚珠螺母703与滚珠丝杆8活动螺接，滚珠螺母703与感应套704固定连接，触发室702固定设置于丝杆导套10上，滚珠螺母703位于触发室702内部，滚珠螺母703和触发室702之间设置有限位结构，限位结构能够防止滚珠螺母703和触发室702之间产生轴向的相对转动，滚珠丝杆8处于正常状态时，感应套704位于触发室702的外部，触发开关则为多个接近开关9，如图4所示，多个接近开关9均安装在限位平台5上，并且接近开关9均指向感应套704，多个接近开关9均与驱动机构2进行电性连接，如图10所示，当导电料杆3触底停止向下移动，此时滚珠丝杆8继续转动，而在滚珠丝杆8的带动下和限位结构的作用下，滚珠螺母703还能够沿着滚珠丝杆8的轴向向下移动，同时向下移动的滚珠螺母703能够使得感应套704缩回触发室702的内部，当接近开关9检测到感应套704的变化时，驱动机构2关停，此时若驱动机构2成功关停，则滚珠丝杆8停止转动，若驱动机构2未通过接近开关9关停，则滚珠丝杆8才会由正常状态切换为保护状态，形成双重保护，同时为了对触发组件进行保护，在触发组件的外部套设有第二保护罩701，而第二保护罩701固定螺接在限位平台5的底部。

上述的限位结构可以类似于第一连接结构和第二连接结构上的限位内齿和限位外齿结构，作为本发明中的另一种实施例，限位结构包括：限位块，限位块固定连接于滚珠螺母703或者感应套704的外部，而在触发室702的内壁开设有限位槽，限位槽沿平行于滚珠丝杆8轴心线的方向延伸，限位块与限位槽相适配，滚珠螺母703和感应套704只能够通过限位块沿着限位槽进行轴向的移动，而不能进行轴向的转动。

将本发明的导电料杆触底保护装置应用到气氛保护电渣炉中，用导电料杆3进行夹棒子测试触底限位，并测试电气保护机构7和机械保护机构6的可靠性，电气保护机构7中的接近开关9数量为两个，分别命名为一号和二号，测试时，首先测试一号接近开关的触底限位，操作导电料杆3触底，触底后限位将信号传给PLC，PLC接收到信号后切断伺服电机的动作指令让导电料杆3停止动作，从而保护设备的安全，同理测试二号接近开关的触底限位。

采用本方法共测试了80次上述情况，均能保证输入输出信号的正常，实现导电料杆3动作的停止这个功能，达到保护的作用，满足设备使用性能。

进一步的，测试电气保护机构7失灵后如何利用机械保护机构6进行再次保护，具体方法如下：当一号接近开关和二号接近开关的限位都失灵后(失灵包括限位损坏、限位控制电源丢失、限位距离过大等)，PLC接收不到信号，导电料杆3无法停止动作，这时滚珠丝杆8继续向下走，机械保护机构6切断伺服电机和滚珠丝杆8之间的连接，伺服电机空转。

采用本方法共测试了40次上述情况，均能保证伺服电机空转，实现了导电料杆3的触底保护。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。