本发明涉及冶金工程技术领域，一种应用于钢铁冶金连铸机中的高度自动化的钢包长水口操纵系统。
背景技术：
现代化钢铁企业的连铸机在浇注过程中，为了得到高质量铸坯，钢水要求是全过程无氧化保护浇注。其中从钢包回转台到中间罐的钢水通过钢包长水口连接保护，实现此过程的无氧化保护浇注。钢包长水口操纵系统的作用是安装和拆卸钢包长水口，具有使长水口升降、倾翻、移动、回转和将水口与钢包滑动水口随动的功能。在浇注过程中钢包长水口随钢包升降，始终保证上水口压紧钢包滑动水口。
据前期市场调研，国内长水口操纵机械手现在有两种：
一、大多数中小钢厂目前使用的长水口操纵机械手，大都是上世纪八九十年代设计制造的，技术很落后，靠配重把长水口和钢包滑动水口压紧，没有随动功能，在操纵钢包长水口机械手时，需要至少2名工人进行人工手动操作，并且岗位必须留人观察。
二、近几年的新上项目采用的长水口操纵机械手，长水口夹持连杆机构手动旋转，连杆臂旋转、伸缩及倾斜均为手动。
国内炼钢厂的连铸车间用的钢包长水口操纵装置大部分都采用人工手动和配重式的。这两种钢包长水口操纵系统工作时都需要至少2名工人协同配合，花费比较长的时间才能完成长水口安装和拆卸的任务，导致工作效率很低；同时此处岗位必须留人观察，而此处环境十分恶劣(高温、烟雾、粉尘等)，甚至于有漏钢导致发生危险的可能。
技术实现要素：
根据上述提出的技术问题，而提供一种高度自动化的钢包长水口操纵系统，用于解决现有的连铸车间用的钢包长水口操纵装置，大部分都采用人工手动和配重式的，工作时，需要至少2名工人协同配合，劳动强度大而工作效率却很低；同时此处岗位必须留人观察，而此处环境恶劣的缺点。
一种高度自动化的钢包长水口操纵系统，包括：机械手和液压系统；所述机械手的底座上设置有支柱，所述的支柱上设置有回转支座，所述的回转支座一端设置于支柱的上端，并且能够相对支柱回转，另一端通过轴承安装有联接轴；所述的联接轴上设置有安装架，所述的安装架中部铰接有回转臂，所述的回转臂的前端内孔设置有伸缩筒，末端设置有蜗轮箱；所述的伸缩筒前端伸出回转臂，并且能够相对回转臂径向转动；所述的安装架上部通过轴承座和轴套安装有升降液压缸，所述升降液压缸的伸缩杆前端同回转臂铰接，使升降液压缸伸缩能够控制回转臂俯仰升降工作；所述蜗轮箱的两侧分别设置有液压马达和手轮。所述的液压系统包括液压升降系统和液压旋转系统。
作为优选所述液压升降系统中压力油由pe经高压球阀、单向阀ii、减压溢流阀到升降液压缸的有杆腔，带动钢包长水口抬升。
当钢包长水口抬升时，手动换向阀要处于位置"a"，实现手动换向阀油口p、b导通，压力油pe经过高压球阀，手动换向阀油口p、b口打开液控单向阀，实现钢包长水口抬升时，升降液压缸的无杆腔的油液经单向节流阀、液控单向阀，手动换向阀a、t、单向节流阀回系统油箱。
当钢包长水口下降时，手动换向阀处于位置"b"，手动换向阀油口p、a导通，压力油pe经过高压球阀，手动换向阀油口p、a、液控单向阀，单向节流阀到升降液压缸的无杆腔，升降液压缸有直腔的油液经减压溢流阀的a、t口、阻尼孔塞、单向节流阀回系统油箱。
作为优选所述液压旋转系统中电动机带动恒压变量柱塞泵旋转，恒压变量柱塞泵排出的压力油经电磁换向阀中位机能卸荷，实现电动机无负荷启动，此时系统处于卸荷状态。
当电磁换向阀左端电磁铁得电时，电磁换向阀油口p到油口b导通，恒压变量柱塞泵排出的压力油经电磁换向阀的p、b控制液压马达正向旋转，从而带动钢包长水口的正向旋转。
当电磁换向阀右端电磁铁得电时，电磁换向阀油口p到油口a导通，恒压变量柱塞泵排出的压力油，经电磁换向阀的p、a控制液压马达反向旋转，从而带动钢包长水口的反向旋转。
所述液压马达的回油经电磁换向阀的a、t或b、t经单向阀iii、回油过滤器回油箱。
作为优选所述的单向节流阀包括第一单向节流阀.和第二单向节流阀；所述液压升降系统中设置有用于补油的单向阀i、用于系统安全保护的溢流阀i、用于显示压力的压力表、用于监控液压缸的有杆腔压力的压力继电器、用于稳压、吸收压力冲击的蓄能器。
作为优选所述液压旋转系统中设置有用于确保系统安全的溢流阀ii、用于补油的单向阀iv、用于保证系统工作稳定性的单向阀iii和用于保证系统清洁度的带单向阀的过滤器。
作为优选所述的蜗轮箱上通过托架设置有扶手。
作为优选所述的升降液压缸上设置有护盖。
作为优选所述的伸缩筒前端通过叉头设置有长水口托环。
作为优选所述的升降液压缸的升降行程s≥1000mm，所述的升降液压缸为φ80/φ45-180的高压活塞缸。
作为优选所述的液压马达为bm2-250型号液压马达。
与现有技术相比较，本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，具有以下优点：
1、本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，通过液压系统驱动液压缸和液压马达，利用连铸机本身固有的液压系统，通过合理的设计，实现了由手工重体力劳动到自动化功能的实现，降低了企业的人工成本和人工劳动强度，进一步提高了连铸车间自动化水平。
2、本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，通过按钮操作、液压系统驱动，使之具有升降、倾翻、移动、回转和将钢包长水口与钢包滑动水口随动的功能，实现了两名工人协同配合工作到只要一名工人，降低了企业的人工成本和人工劳动强度。
3、本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，岗位只需1名工人也不必留人观察，避免了此处岗位必须留人观察，而此处环境十分恶劣(高温、烟雾、粉尘等)，甚至于有漏钢导致发生危险的可能，提高了安全性。
本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，实现了由手工重体力劳动到自动化功能的实现，降低了企业的人工成本和人工劳动强度，进一步提高了连铸车间自动化水平，增强了企业产品的市场竞争力，并且为进一步实现连铸机的无人化课题打下基础。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
图3是图1的a-b剖视图。
图4是本发明液压升降系统的原理图。
图5是本发明液压旋转系统的原理图。
其中：1、扶手，2、护盖，3、回转臂，4、伸缩筒，5、长水口托环，6、叉头，7、回转支座，8、支柱，9、托架，10、手轮，11、蜗轮箱，12、轴承，13、升降液压缸，14、轴承座，15、轴套，16、联接轴，17、底座，18、液压马达；
21、手动换向阀，22、液控单向阀，23、单向节流阀，23.1、第一单向节流阀，23.2、第二单向节流阀，
24、测压接头，24.1、第一测压接头，24.2、第二测压接头，
25、单向阀i，26、溢流阀i，27、蓄能器，28、压力继电器，29、压力表，30、减压溢流阀，31、单向阀ii，32、阻尼孔塞，33、高压球阀，34、单向节流阀；
35、单向阀iii，36、溢流阀ii，37、单向阀iv，38、带单向阀的过滤器，39、电磁换向阀。
具体实施方式
如图1到图5所示，一种高度自动化的钢包长水口操纵系统，包括：机械手和液压系统；所述的机械手包括扶手1、护盖2、回转臂3、伸缩筒4、长水口托环5、叉头6、回转支座7、支柱8、托架9、手轮10、蜗轮箱11、轴承12、升降液压缸13、轴承座14、轴套15、联接轴16、底座17和液压马达18。
所述机械手的底座17上设置有支柱8，所述的支柱8上设置有回转支座7，所述的回转支座7一端设置于支柱8的上端，并且能够相对支柱8回转，另一端通过轴承12安装有联接轴16；所述的联接轴16上设置有安装架，所述的安装架中部铰接有回转臂3，所述的回转臂3的前端内孔设置有伸缩筒4，末端设置有蜗轮箱11；所述的蜗轮箱11上通过托架9设置有扶手1。
所述的伸缩筒4前端伸出回转臂3，并且能够相对回转臂3径向转动；所述的伸缩筒4前端通过叉头6设置有长水口托环5。
所述的安装架上部通过轴承座14和轴套15安装有升降液压缸13，所述升降液压缸13的伸缩杆前端同回转臂3铰接，使升降液压缸13伸缩能够控制回转臂3俯仰升降工作；所述的升降液压缸13上设置有护盖2。所述蜗轮箱11的两侧分别设置有液压马达18和手轮10。
所述的液压系统包括液压升降系统和液压旋转系统；所述液压升降系统中压力油由pe经高压球阀33、单向阀ii31、减压溢流阀30到升降液压缸13的有杆腔，带动钢包长水口抬升。
当钢包长水口抬升时，手动换向阀21要处于位置"a"，实现手动换向阀21油口p、b导通，压力油pe经过高压球阀33，手动换向阀21油口p、b口打开液控单向阀22，实现钢包长水口抬升时，升降液压缸的无杆腔的油液经单向节流阀23、液控单向阀22，手动换向阀21a、t、单向节流阀34回系统油箱；
当钢包长水口下降时，手动换向阀21处于位置"b"，手动换向阀21油口p、a导通，压力油pe经过高压球阀33，手动换向阀21油口p、a、液控单向阀22，单向节流阀23到升降液压缸13的无杆腔，升降液压缸13有直腔的油液经减压溢流阀30的a、t口、阻尼孔塞32、单向节流阀23回系统油箱。
所述的单向节流阀23包括第一单向节流阀23.1和第二单向节流阀23.2；
所述液压升降系统中设置有用于补油的单向阀i25、用于系统安全保护的溢流阀i26、用于显示压力的压力表29、用于监控液压缸的有杆腔压力的压力继电器28、用于稳压、吸收压力冲击的蓄能器27。
压力表29用于显示压力，压力继电器28用于监控液压缸的有杆腔压力，当压力低于6mpa时发出报警信号，同时关闭大包滑动水口，防止产生漏钢事故，确保人身和设备安全，蓄能器27用于稳压、吸收压力冲击等作用。
溢流阀i26用于系统安全保护，当钢包长水口抬升时，如果手动换向阀21未动作，或者液控单向阀22未打开，升降液压缸的无杆腔的油液经溢流阀i26溢流回油箱。
单向阀i25用于补油，防止升降液压缸的无杆腔吸空；第二单向节流阀23.2为回油节流，用于调整升降液压缸的抬升速度，第一单向节流阀23.1为进油节流用于调整升降液压缸的下降速度。
所述液压旋转系统中电动机带动恒压变量柱塞泵旋转，恒压变量柱塞泵排出的压力油经电磁换向阀中位机能卸荷，实现电动机无负荷启动，此时系统处于卸荷状态。
当电磁换向阀39左端电磁铁得电时，电磁换向阀39油口p到油口b导通，恒压变量柱塞泵排出的压力油经电磁换向阀39的p、b控制液压马达18正向旋转，从而带动钢包长水口的正向旋转。
当电磁换向阀39右端电磁铁得电时，电磁换向阀39油口p到油口a导通，恒压变量柱塞泵排出的压力油，经电磁换向阀39的p、a控制液压马达18反向旋转，从而带动钢包长水口的反向旋转。
所述液压马达18的回油经电磁换向阀39的a、t或b、t经单向阀iii35、回油过滤器18回油箱。
当电磁换向阀39断电时，依靠电磁换向阀的中位机能保持液压马达的工作位置，从而能够确保钢包长水口机构停在准确位置。
所述液压旋转系统中设置有用于确保系统安全的溢流阀ii36、用于补油的单向阀iv37、用于保证系统工作稳定性的单向阀iii35和用于保证系统清洁度的带单向阀的过滤器38。
溢流阀ii36用于防止钢包长水口机构的惯性负载导致管路的压力升高，从而确保系统的安全；单向阀iv37用于补油，防止管路吸空产生负压。单向阀iii35用于防止回油管路油液排空，保证系统的工作稳定性；带单向阀的过滤器38回油过滤器用于确保系统的清洁度，保证系统能够可靠地工作，回油过滤器带有旁通单向阀，防止滤芯堵塞时，系统回油可经旁通单向阀回到油箱，确保系统能够安全、可靠地工作。
本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，液压系统运行原理的设计比较关键，控制阀组及液压系统运行原理图见图4和图5所示。另外单独一条回路是由液压源直接连接到液压马达，通过控制阀控制整个机构的旋转，从而带动钢包长水口的旋转。
所述的升降液压缸13的升降行程s≥1000mm，所述的升降液压缸13为φ80/φ45-180的高压活塞缸。所述的液压马达18为bm2-250型号液压马达。
本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，升降液压缸13、液压马达18的选型设计为重点。
升降液压缸13为活塞缸，要支持回转臂3、伸缩筒4、长水口托环5、叉头6和钢包长水口等的重量，缸的升降行程s≥1000mm，根据系统压力计算选出合适的液压缸，根据系统压力计算，选用φ80/φ45-180的高压活塞缸。
液压马达18的选型设计为重点。液压马达18根据计算理论输出扭矩t、每转排油量q、转速n、所需流量q、输出功率p的计算：
输出扭矩：t＝f·(d/2)·ηm1
每转排油量：q＝2πt/(p×ηm)
转速：n1＝v/πd
所需流量：q＝q·n/η
输出功率：p＝p·q·η/61.2＝p·q·ηc·ηv·ηm/61.2
根据以上计算，选用液压马达型号为bm2-250。
工作时，升降液压缸13、护盖2、回转臂3、伸缩筒4、长水口托环5、叉头6和回转支座7组装在一起，形成钢包长水口操纵系统的升降部分，是通过液压手柄操作，控制液压升降系统，进而控制升降液压缸13伸缩，使钢包长水口升降以及保持与钢包滑动水口随动的功能。
液压马达18、蜗轮箱11、回转臂3、伸缩筒4、长水口托环5、叉头6、回转支座7和手轮10组装在一起，形成钢包长水口操纵系统的倾翻部分，是通过按钮操作，控制液压旋转系统，进而控制液压马达18，通过蜗轮箱11驱动伸缩筒4相对回转臂3转动，使钢包长水口翻转，其中手轮10是保护措施，在液压系统或者液压马达出故障时，人工摇动操作。
本设计中，扶手1、回转支座7、支柱8、托架9、轴承12、联接轴16和底座17组装在一起，形成钢包长水口操纵系统的主要支撑框架部分，是通过扶手1能够自由操作整个钢包长水口操纵系统的前进后退。
本发明所述的高度自动化的钢包长水口操纵系统，具有使长水口升降、倾翻、移动、回转和随动的功能，这些功能全部通过按钮操作，而且岗位只需1名工人也不必留人观察。降低了企业的人工成本和人工劳动强度，进一步提高了连铸车间自动化水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。