本发明涉及钢材轧制技术领域，特别涉及一种重力式弹簧倾翻机。
背景技术：
首先，热轧棒材及板型材生产过程中，需要将钢坯推送入加热炉内按照预先设定的温控曲线将炉内坯料均匀缓慢升温到轧制工艺所设定的开轧温度，并由出炉辊道导运输出后移送至下游各工序的热轧机组中，依次通过各机列不同道次共轭孔型的压下轧制变形，使坯料完成渐进式塑性延展变形工艺轧制流程，达到成品轧材所设计的合格外型尺寸要求。由于炉内加热温度、加热时间及空燃比的调节量存在偏差，难免会造成钢坯过热，表层出现一次过热氧化铁皮堆积，如果在下道轧制工序前不能将坯料表层的氧化铁皮完全去除，必将在后续轧制过程中造成轧辊咬入困难、打滑、孔型磨损等一系列问题，同时，表层氧化铁皮将会在轧辊径向压下轧制力的作用下压入型材表面，造成斑点、麻坑及结疤等表层轧制缺陷，影响产品外观质量，造成过程轧废，引起不必要的经济损失。
其次，蓄热式加热炉加热过程中，由于炉内钢坯下底面与炉体支撑水梁耐热滑块滑动接触，坯料承载支撑面暴露面积不足，无法充分接触辐射热源，只靠传导加热，导致炉内钢坯加热温度不均，尤其是钢坯底部，接触炉内纵水梁包扎的耐火材料区域，钢坯“黑印”明显，局部温差较大(相差约60℃左右)，造成坯料轧制咬合面“上热下凉”的情况，在轧机正常轧制时，被咬入的坯料容易向下弯曲，造成顶压轧机横梁、二道次不进、咬钢困难等工艺故障，严重时还会造成瞬间轧制电流骤升、轧辊瞬间冲击断裂等问题，引起重大工艺设备事故。
再次，常规热轧生产过程中，原料钢坯截面一般为正方形，但由于受上游工序“连铸钢坯”浇铸断面差异化影响，热轧生产线的原料钢坯有可能存在显著的外形偏差，当轧机咬入矩形断面方坯时，其截面长宽处的抗弯截面模量显著不同，变形抗力不符合工艺孔型设计的轧制要求，需要将钢坯整体翻转90°后再进行咬入轧制，便于现场轧制料型的精准控制。
综上所述，为避免钢坯一次过热氧化铁皮及炉内加热不均造成的种种不利因素的影响，满足现场轧制异性截面钢坯的工艺需求，往往需要在钢坯完成加热流程出炉后，在进入到下一轧制工序前对热钢坯整体翻转90°后再进行常规轧制流程，使其带有“黑印”的下底面朝向侧方，防止咬入时轧件弯头径向冲击辊槽，降低瞬间轧制冲击电流，减少工艺故障频次，便于现场轧制料型的控制及节奏的顺行，并同时将钢坯表层过热氧化铁皮“抖落”去除，改善成品轧材外观质量。
目前，国内热轧生产线普遍采取人工干预翻钢或机械翻转两种方式来解决现场热坯翻转的问题。采用人工干预手动翻钢现场工作量大、环境恶劣、易引发人身安全事故且需专人看守，不利于人力资源的合理调配；机械翻转多采用液压翻转式翻钢机，结构复杂体积笨重，需配置专门的液压传动机构，并将执行机构安置在出炉辊道的下方，现场安装及操作检修极其不便，需单独另外重新浇注安装混凝土基础，成本较高，且极易造成排渣沟氧化铁皮堆积，影响辊道及冲渣系统工作效率，对现场人员专业技能素质要求及维护使用成本较高，一旦出现液压系统外泄故障极易引起突发性油品火灾事故，造成现场人员及财产重大损失。
因此，如何研发一款结构简单、动作灵活高效、拆装便捷、维护使用成本低廉的自动钢坯翻转机，实现轧钢生产出炉热钢坯在进入到轧制工序前的自动90°翻转，满足现场轧制工艺需求是目前热轧生产现场亟待解决的技术瓶颈问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种重力式弹簧倾翻机，本重力式弹簧倾翻机能够对型/棒材热轧产线的加热炉出炉高温钢坯在轧制前进行90°翻转，改变坯料在两轧辊间共轭孔型轧制咬入面次序，提高轧机进口料型控制精度，满足现场轧制变形工艺需求，并清除钢坯表面过热氧化铁，改善轧材表面外观质量，提高现场生产节奏，降低轧制电流，减少工艺故障。同时，该设备具有结构简单、成本低廉、工作可靠、响应迅速、可适强的显著特点，是一款用途广泛、自动化程度高、安装便捷且通用性强的新型钢坯翻钢机。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种重力式弹簧倾翻机，包括驱动机构、立柱、横梁、两组承重杆组件、两组托料臂和两组旋转式弹簧阻尼体；所述驱动机构固定设置在所述立柱上，两组所述承重杆组件固定设置在所述横梁的两端，且两组所述承重杆组件关于所述驱动机构的几何对称中心线镜像对称设置，所述驱动机构的输出端与所述横梁的中心固定连接；所述托料臂包括横向部、竖向部和活动耳板，所述竖向部的下端与所述横向部固定连接并将所述横向部分割为托料臂前段和托料臂尾段，所述托料臂前段的长度大于所述托料臂尾段的长度，所述活动耳板设置在所述托料臂前段上，所述承重杆组件的一端与所述竖向部的上端铰接；两组所述旋转式弹簧阻尼体分别铰接在两组镜像对称设置的所述托料臂尾部的外侧面；所述旋转式弹簧阻尼体包括导向杆、阻尼弹簧、弹簧座和升降螺母；所述升降螺母与所述承重杆组件螺纹配合，所述升降螺母的侧面设置有铰接耳轴，所述铰接耳轴与所述弹簧座侧面的通孔铰接，所述阻尼弹簧轴向套装在所述导向杆上，所述阻尼弹簧的一端固定，所述阻尼弹簧的另一端游动，所述导向杆的顶部滑动设置在所述弹簧座上部的长椭圆孔中，所述导向杆的底部与所述托料臂尾部的外侧面铰接。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述旋转式弹簧阻尼体还包括底座螺母；所述导向杆为通长全丝结构的螺杆轴，所述底座螺母与所述导向杆的下部螺纹配合；所述阻尼弹簧的顶部与所述弹簧座的上平面压紧接触，所述阻尼弹簧的底部固定安装在所述底座螺母上；优选地，所述阻尼弹簧采用圆柱螺旋压缩弹簧或碟簧；优选地，所述弹簧座为l型结构。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述托料臂还包括丝杠；所述托料臂前段的底部设置有两组滑动轴承，所述丝杠转动设置在两组所述滑动轴承中；所述活动耳板底部的下端与所述丝杠连接，所述活动耳板的顶部高出所述托料臂前段，旋转所述丝杠能够改变所述活动耳板与所述竖向部之间的距离；优选地，所述托料臂整体采用50mm的厚钢板线性切割成型，所述托料臂前段中间处设置有宽度为10mm的横移滑道。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，还包括升降小车；所述升降小车包括小车轮轴、小车压板、提升板和两个伸缩梁；所述伸缩梁为长条形板状构件，在所述伸缩梁高度方向上的中部设置有凹槽滑道，所述凹槽滑道由所述伸缩梁的后端面向所述伸缩梁的前端面延伸，所述凹槽滑道的长度方向与所述伸缩梁的长度方向一致，所述提升板固定设置在两个所述伸缩梁的上表面，所述小车压板的两端固定设置在两个所述伸缩梁的后端面，所述横梁固定设置在所述伸缩梁的前端面，所述提升板与所述驱动机构的输出端固定连接；所述小车轮轴滑动设置在所述凹槽滑道中，所述立柱的相对的两内侧壁设置有导向滑道，所述小车轮轴的两端分别与所述导向滑道滑动连接；两组所述承重杆组件关于所述升降小车的几何对称中心线镜像对称设置。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述升降小车还包括调节杆和第二深沟球轴承；所述小车轮轴的几何对称中心线处设置有台阶盲孔，所述第二深沟球轴承设置在所述台阶盲孔中，所述小车压板的中间位置设置有细牙螺母与所述调节杆旋配；所述调节杆的一端穿过所述小车压板与所述第二深沟球轴承配合；优选地，所述升降小车还包括配重块，所述配重块设置在所述调节杆的另一端；优选地，所述细牙螺母是型号为m36的细牙螺母。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述小车轮轴的两端分别设置有第一深沟球轴承，所述立柱的主框架采用相对设置的两个槽钢拼焊而成，所述槽钢的凹槽作为所述导向滑道，两个所述槽钢的腹板之间的距离大于所述小车轮轴的轴长，两个所述槽钢的翼缘之间的距离小于所述小车轮轴的轴长；所述小车轮轴的两端通过所述第一深沟球轴承与所述导向滑道滑动连接。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述承重杆组件包括承重杆、套筒和承重螺母；所述套筒固定设置在所述横梁的前侧面，所述承重螺母转动设置在所述套筒内，所述承重螺母与所述承重杆的外螺纹配合，所述升降螺母与所述承重杆螺纹配合。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述承重杆具有外螺纹，且所述承重杆的外螺纹是牙型角为60°的三角形外螺纹；所述承重杆的底部焊接有叉型结构的耳环，所述耳环内嵌装青铜材质的第一轴套与所述托料臂铰接；优选地，所述承重杆的顶部设置有两组防松螺母。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述承重杆组件还包括手柄、第三深沟球轴承、上压盖和下压盖；所述承重螺母的顶部固定设置有四组所述手柄；所述套筒为长方体空心结构，所述套筒的内部设置有上下两组台阶孔，每组所述台阶孔内均设置有一个所述第三深沟球轴承，所述上压盖和所述下压盖分别固定设置在所述套筒的上下两端；所述承重螺母的外圆柱面上对称设置有上下两组圆柱台肩，所述圆柱台肩与所述第三深沟球轴承转动连接。
进一步地，在上述的重力式弹簧倾翻机中，所述承重螺母为空心式双轴肩圆柱体结构，所述承重螺母的中心设置有通长光孔，所述通长光孔内车制m50的细牙内螺纹。
分析可知，本发明公开一种重力式弹簧倾翻机的实施例实现了如下技术效果：
本重力式弹簧倾翻机依靠旋转式弹簧阻尼体阻尼缓冲，实现托料臂中的热态钢坯上升过程中的定角度倾斜，使其达到临界倾翻角度，并在升降小车回落过程中将上升势能转化为下降的冲击动能，依靠瞬间冲击载荷的作用使临界倾翻状态的钢坯接触辊道表面的瞬间打破姿态平衡，实现重力冲击翻转，并除掉其表层过热氧化铁皮，高效、便捷的实现上述钢坯90°自动翻转的目的。本重力式弹簧倾翻机能够对型/棒材热轧产线的加热炉出炉高温钢坯在轧制前进行90°翻转，改变坯料在两轧辊间共轭孔型轧制咬入面次序，提高轧机进口料型控制精度，满足现场轧制变形工艺需求，并清除钢坯表面过热氧化铁，改善轧材表面外观质量，提高现场生产节奏，降低轧制电流，减少工艺故障。该设备具有结构简单、成本低廉、工作可靠、响应迅速、可适强的显著特点，是一款用途广泛、自动化程度高、安装便捷且通用性强的新型钢坯翻钢机。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2为本发明一实施例中部分结构的结构示意图；
图3为图2中m向的向视图；
图4为图3中e-e向的剖视图；
图5为本发明一实施例中升降小车的结构示意图；
图6为图5中a-b-c向的剖视图；
图7为本发明一实施例中伸缩梁的结构示意图；
图8为本发明一实施例中小车压板的结构示意图；
图9为本发明一实施例中调节杆的结构示意图；
图10为本发明一实施例中提升板的结构示意图；
图11为本发明一实施例中小车轮轴的结构示意图；
图12为本发明一实施例中套筒的结构示意图；
图13为本发明一实施例中承重螺母的主视图；
图14为本发明一实施例中承重螺母的俯视图；
图15为本发明一实施例中承重杆处的结构示意图；
图16为本发明一实施例中升降螺母的结构示意图；
图17为本发明一实施例中弹簧座的结构示意图；
图18为本发明一实施例中托料臂的运动简图；
图19为本发明一实施例的气动控制原理图；
图20为本发明一实施例中承重杆的结构示意图；
图21为本发明一实施例中托料臂的主视图；
图22为本发明一实施例中托料臂的俯视图；
图23为本发明一实施例中托料臂中横向部和竖向部的结构示意图；
图24为本发明一实施例中活动耳板的主视图；
图25为本发明一实施例中活动耳板的左视图；
图26为本发明一实施例中活动耳板的俯视图；
图27为本发明一实施例中初始工位的工序示意图；
图28为本发明一实施例中空载提升工位的工序示意图；
图29为本发明一实施例中重载提升倾翻工位的工序示意图；
图30为本发明一实施例中回落重力翻转工位的工序示意图；
图31为本发明一实施例中坯料倾翻完成后恢复原位的工序示意图。
附图标记说明：
15-底座，21-升降气缸，44-立柱，52-套筒滚子链，53-升降小车，531-小车轮轴，532-第一深沟球轴承，533-小车压板，534-调节杆，535-配重块，536-第二深沟球轴承，5361-轴承挡块，537-提升板，538-伸缩梁，61-横梁，62-承重杆组件，621-承重杆，622-手柄，623-上压盖，624-第三深沟球轴承，625-套筒，626-承重螺母，628-下压盖，63-托料臂，631-第一销轴，633-第一轴套，634-活动耳板，635-丝杠，636-第二轴套，637-第二销轴，64-旋转式弹簧阻尼体，641-升降螺母，642-弹簧座，643-阻尼弹簧，644-导向杆，645-底座螺母。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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。
所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1至图31所示，根据本发明的实施例，提供了一种重力式弹簧倾翻机，包括驱动机构、立柱44、横梁61、两组承重杆组件62、两组托料臂63和两组旋转式弹簧阻尼体64；驱动机构固定设置在立柱44上，两组承重杆组件62固定设置在横梁61的两端，且两组承重杆组件62关于驱动机构的几何对称中心线镜像对称设置，驱动机构的输出端与横梁61的中心固定连接；托料臂63包括横向部、竖向部和活动耳板634，竖向部的下端与横向部固定连接并将横向部分割为托料臂前段和托料臂尾段，托料臂前段的长度大于托料臂尾段的长度，活动耳板634设置在托料臂前段上，承重杆组件62的一端与竖向部的上端铰接；两组旋转式弹簧阻尼体64分别铰接在两组镜像对称布置的托料臂63尾部的外侧面；旋转式弹簧阻尼体64包括导向杆644、阻尼弹簧643、弹簧座642和升降螺母641；升降螺母641与承重杆组件62螺纹配合，升降螺母641的侧面设置有铰接耳轴，铰接耳轴与弹簧座642侧面的通孔铰接，阻尼弹簧643轴向套装在导向杆644上，阻尼弹簧643的一端固定，阻尼弹簧643的另一端游动，导向杆644顶部滑动设置在弹簧座642上部的长椭圆孔中，导向杆644的底部与托料臂63尾部的外侧面铰接。
在上述实施例中，立柱44的一端固定设置，可将立柱44的一端固定安装在底座15上，托料臂63是本重力式弹簧倾翻机中最下游的一环，也是整个重力式弹簧倾翻机中最为核心的关键性执行构件，托料臂63共计两组，两组托料臂63相对于升降小车53的几何对称中心线镜像左右对称设置，托料臂63的过程运动轨迹的设计将直接影响到钢坯翻转的动作精准性及作业效率。托料臂63采用非对称t型板框式结构，托料臂63包括横向部、竖向部和活动耳板634，竖向部的下端与横向部固定连接并将横向部分割为托料臂前段和托料臂尾段，托料臂前段承载区略长，用于托举钢坯，托料臂尾段较短，主要用于放置旋转式弹簧阻尼64。托料臂尾段焊接固定第一销轴631与导向杆644转动铰接配合，并各装配有一套旋转式弹簧阻尼体64，旋转式弹簧阻尼体64共计两组，两组旋转式弹簧阻尼体64分别铰接在两套镜像对称布置的托料臂63外侧面。旋转式弹簧阻尼体64主要由导向杆644、阻尼弹簧643、弹簧座642和升降螺母641等构件共同组合而成，其主要作用是为托料臂63重载倾翻时提供反向平衡阻尼力矩，减缓摆动冲击，并在托料臂63卸掉钢坯后继续空载下降时提供复位翻转力矩，使其重新摆动调整到最初的水平位置，为下一轮次的钢坯翻转做好姿态准备。升降螺母641套装在承重杆621上，可沿其轴线上下滑移，升降螺母641的侧面设计有铰接耳轴与弹簧座642转动铰接，其主要作用是调整导向杆644与托料臂63之间的水平夹角，进而调整阻尼弹簧643输出弹力的作用方向，使导向杆644运动灵活，其顶部能够在弹簧座642上部的长椭圆孔中无阻滞的自由滑移，并在托料臂63卸载复位后保持水平状态。待升降螺母641经现场实验调整定位后可用旋合在承重杆621上的上下两个螺母固定锁死。如果导向杆644运动存在明显阻滞，也可调整承重杆621上的上下两个螺母之间的旋配位置，使其与升降螺母641上下平面不再压紧锁死，而是留有适当配合间隙，使升降螺母641可在承重杆621上小范围的上下滑移，保留其轴向自由度。本重力式弹簧倾翻机依靠旋转式弹簧阻尼体64阻尼缓冲，实现托料臂63中的热态钢坯上升过程中的定角度倾斜，使其达到临界倾翻角度，并在回落过程中将上升势能转化为下降的冲击动能，依靠瞬间冲击载荷的作用使临界倾翻状态的钢坯接触辊道表面的瞬间打破姿态平衡，实现重力冲击翻转，并除掉其表层过热氧化铁皮，高效、便捷的实现上述钢坯90°自动翻转的目的。如图27至图31所示，通过升降小车53在立柱44中的提升运动使托料臂63在向上直线运动的同时实现其自身向下定角度的弹性阻尼摆动，以使钢坯翻转到临界平衡的倾翻角度，并在托料臂快速直线下降过程中依靠坯料自身重力冲击动能，破坏热态钢坯的姿态平衡，实现其冲击触地瞬间的90°翻转，并同时去除坯料表面氧化铁皮，具体要经过5个步骤：①初始工位、②空载提升工位、③重载提升倾翻工位、④回落重力翻转工位、⑤坯料倾翻完成后恢复原位。本重力式弹簧倾翻机能够对型/棒材热轧产线的加热炉出炉高温钢坯在轧制前进行90°翻转，改变坯料在两轧辊间共轭孔型轧制咬入面次序，提高轧机进口料型控制精度，满足现场轧制变形工艺需求，并清除钢坯表面过热氧化铁，改善轧材表面外观质量，提高现场生产节奏，降低轧制电流，减少工艺故障。该设备具有结构简单、成本低廉、工作可靠、响应迅速、可适强的显著特点，是一款用途广泛、自动化程度高、安装便捷且通用性强的新型钢坯翻钢机。
优选地，如图1和图17所示，在本发明一个实施例中，旋转式弹簧阻尼体64还包括底座螺母645；导向杆644为通长全丝结构的螺杆轴，底座螺母645与导向杆644的下部螺纹配合；阻尼弹簧643的顶部与弹簧座642上平面压紧接触，阻尼弹簧643的底部垂直固定安装在底座螺母645上；优选地，阻尼弹簧643采用圆柱螺旋压缩弹簧或碟簧；优选地，弹簧座642为直角的l型结构。弹簧座642为直角的l型结构，在弹簧座642的上平面上铣削长椭圆孔与导向杆644配合，长椭圆孔为通孔，使其顶部可在其长椭圆孔滑道中滑移，这里长椭圆孔是指该孔的横截面的两端为圆弧形，两圆弧对应的端点用直线连接以形成长椭圆孔形。弹簧座642侧面的通孔与升降螺母641上的销轴铰接配合，使弹簧座642可环绕升降螺母641销轴轴线自由旋转，以适应其与阻尼弹簧643及导向杆644的运动配合角度的变化，保留移动自由度，确保输出弹力作用方向不发生倾斜而导致偏载及滑移阻滞。导向杆644为通长全丝结构的螺杆轴，并在下部设计与其旋配的垫片及底座螺母645。阻尼弹簧643轴向套装在导向杆644上，阻尼弹簧643采用一端固定，一端游动的支撑固定方式，阻尼弹簧643的顶部为固定端，与弹簧座642上平面压紧接触，阻尼弹簧643的底部为调整游动端，垂直安装在底座螺母645上，并可随底座螺母645沿着导向杆644的轴线上下滑移，底座螺母645主要起到弹簧安装底座的作用，当旋转底座螺母645时，可调整阻尼弹簧643的预压缩量，改变其预紧力，从而优化弹簧的负载特性曲线，使托料臂63既能自由的重载缓冲倾斜摆动，又能灵活的空载水平复位。阻尼弹簧643可根据现场实际需求，选用圆柱螺旋压缩弹簧或碟簧均可。在本发明一个实施例中，优先选用碟簧，通过碟簧的不同组合方式(叠合或对合)及数量匹配，改变组合弹簧的刚度及负载特性曲线，满足现场实际工况需求。
优选地，如图2至图4、图18、图21至图26所示，在本发明一个实施例中，托料臂63还包括丝杠635；托料臂前段的底部设置有两组滑动轴承，丝杠635转动设置在两组滑动轴承中，活动耳板634底部的下端与丝杠635连接，活动耳板634的顶部高出托料臂前段，旋转丝杠635能够改变活动耳板634与竖向部之间的距离；优选地，托料臂63整体采用50mm的厚钢板线性切割成型，托料臂前段中间处设置有宽度为10mm的横移滑道。活动耳板634底部设计有内螺纹与丝杠635的外螺纹牙型旋合，构成一组手动滑动螺旋副，当手动正向或反向旋转丝杠635时，活动耳板634会整体沿着丝杠635的轴线纵向往复直线滑移，从而带动活动耳板634顶部焊接固定的挡块沿着托料臂63中间的滑道左右直线移动，以适应不同截面规格的钢坯在滚道纵向不同位置处与托料臂63托举配合的精准位置度调整需求，使钢坯在托料臂63上最佳配合位置处倾斜、翻转。活动耳板634的另外一个主要作用是约束钢坯的横向滑移，防止升降小车53上升过程中，倾斜的钢坯从托料臂63上表面滑落，并在托料臂63快速下降过程中，钢坯触地翻转的瞬间起到承载及倾翻支撑用，以使倾斜的钢坯沿着与活动耳板634接触的边线，在钢坯自重及下降冲击载荷作用下，打破钢坯倾斜状态的力矩动平衡，越过动平衡倾斜角，定支点转动，实现钢坯的自动翻转。托料臂63整体采用50mm的厚钢板线性切割成型，中间预留10mm宽的滑道，用于装配活动耳板634，便于其横向调整时左右横移。
优选地，如图2至图4、图12和图20所示，在本发明一个实施例中，承重杆组件62包括承重杆621、套筒625和承重螺母626；套筒625固定设置在横梁61的前侧面，承重螺母626转动设置在套筒625内，承重螺母626与承重杆621的外螺纹配合，升降螺母641与承重杆621螺纹配合。承重杆组件62是一套螺母支撑旋转，螺杆轴向直线运动的滑动螺旋副机构，承重杆组件62总共设计有两组，承重杆组件62直接焊接固定在横梁61上，并相对于升降小车53的几何对称中心线镜像对称布置。套筒625为长方体空心结构设计，内部镗有上下两组台阶孔，各自独立套装两组第三深沟球轴承624，并分别用上压盖623及下压盖628轴向双向固定，构成一套完整的整体式双滚动轴承支撑座，焊接固定于横梁61侧面，并最终与横梁61整体焊接于升降小车53中的伸缩梁538前端面，与升降小车53固定联接为刚性整体构件。
优选地，如图1、图13和图14所示，在本发明一个实施例中，承重螺母626为空心式双轴肩圆柱体结构，中心钻削通长光孔，并车制m50细牙内螺纹，与承重杆621的外螺纹牙型旋配设计，其外圆柱面上对称设计有上下两组圆柱台肩，分别套装于套筒625的上下两组第三深沟球轴承624内圈上，并在承重螺母626顶部焊接固定有4组手柄622，便于人工省力操作。当正向或反向旋转手柄622时，承重螺母626可在套筒625内的第三深沟球轴承624承重及减摩下环绕其自身轴线周向灵活的自由旋转，而与承重螺母626相旋配的承重杆621会同步直线上升或下降，精准调整托料臂63工作面与钢坯下底面之间的空间距离，在底座15已经安装固定死，无法再继续调整设备整体标高的工况下，最大限度的补偿驱动机构的设计行程。
优选地，如图1至图4、图15和图20所示，在本发明一个实施例中，承重杆621具有外螺纹，且承重杆621的外螺纹为牙型角是60°的三角形外螺纹；承重杆621底部焊接有叉型结构的耳环，耳环内嵌装青铜材质的第一轴套633与托料臂63铰接；优选地，承重杆621顶部设置有两组防松螺母。承重杆621为细长杆状结构，牙型角为60°的三角形外螺纹，底部焊接有叉型结构的耳环，耳环内嵌装减摩青铜材质的第一轴套633，与托料臂63活动铰接，待托料臂63安装标高调整到位后依靠上述滑动螺旋副的三角形螺纹的牙型自锁性防脱定位，防止承重杆621在承重螺母626中突然失效下滑，另外，承重杆621顶部旋配有两组防松螺母放松，增加固定连接的可靠性，防止失效下坠。托料臂63的竖向部顶部设计一组滑动轴承的转动副，嵌入式装配第一轴套633，并与承重杆621底部的叉型结构耳环铰接，可绕第二销轴637的轴心左右自由旋转摇摆，以改变托料臂63及钢坯的水平倾角。托料臂前段的底部设计有内外孔存在明显大小区别的两组滑动轴承，并嵌入装配滑动减摩的第二轴套636，以便于拆装，使丝杠635能够从托料臂前段的端面，纵向套装入两组整体式滑动轴承中。
优选地，如图2至图10所示，在本发明一个实施例中，还包括升降小车53；升降小车53包括小车轮轴531、小车压板533、提升板537和两个伸缩梁538；伸缩梁538为长条形板状构件，在伸缩梁538高度方向上的中部设置有凹槽滑道，凹槽滑道由伸缩梁538的后端面向伸缩梁538的前端面延伸，凹槽滑道的长度方向与伸缩梁538的长度方向一致，提升板537固定设置在两个伸缩梁538的上表面，小车压板533的两端固定设置在两个伸缩梁538的后端面，横梁61固定设置在伸缩梁538前端面，提升板537与驱动机构的输出端固定连接；小车轮轴531滑动设置在凹槽滑道中，立柱44的相对的两内侧壁设置有导向滑道，小车轮轴531的两端分别与导向滑道滑动连接；两组承重杆组件62关于升降小车53的几何对称中心线镜像对称布置。升降小车53是极其重要的滑移升降构件，其主要作用是对承重杆组件62及托料臂63进行纵向位置坐标的改变，将驱动机构的功率输出转化为钢坯高度上的重力势能，为后续钢坯回落翻转的动能冲击提供能量储备。升降小车53为长方型框架拼装结构设计，由两侧面的两件伸缩梁538、后面的一件小车压板533及顶部的一件提升板537共同组合而成。其顶部的提升板537直接焊接在两件伸缩梁538上表面，来传递驱动机构的输出拉力。
优选地，如图1至图11所示，在本发明一个实施例中，升降小车53还包括调节杆534和第二深沟球轴承536；小车轮轴531的几何对称中心线处设置有台阶盲孔，第二深沟球轴承536设置在台阶盲孔中，小车压板533的中间位置设置有细牙螺母与调节杆534旋配；调节杆534的一端穿过小车压板533与第二深沟球轴承536配合；优选地，升降小车53还包括配重块535，配重块535设置在调节杆534的另一端；优选地，细牙螺母是型号为m36的细牙螺母。
在上述实施例中，小车压板533用螺栓分别固定在两件伸缩梁538后端面，并在其中间位置设计m36的细牙螺母与调节杆534旋配。在调节杆534上设计旋配有配重块535，来平衡托料臂63在承载钢坯上升工况下所造成的额外倾翻力矩，增加立柱44的稳定性。实际使用过程中，现场可根据不同规格钢坯的实际重量，对配重块535在调节杆534上旋转，改变其横向位置坐标，从而改变配重块535重心相对于立柱44的力臂距离，满足现场倾翻力矩平衡的实际需求，提高系统运动的平稳性及灵活性，缩短响应时间。伸缩梁538为长条形板状构件，中间铣削凹槽滑道，并包覆住正方形横截面结构的小车轮轴531的上下表面，使其可沿滑道纵向滑移。小车轮轴531几何对称中心线位置处铣削台阶盲孔，并设计有第二深沟球轴承536与调节杆534配合，使调节杆534与小车轮轴531联接为相对活动旋转的整体构件，可沿调节杆534轴线同步纵向滑移。其中，第二深沟球轴承536的型号为200深沟球轴承。当手动旋转调节杆534时，由于小车轮轴531相对于立柱44静止不动，小车压板533上的内螺纹会沿着调节杆534轴线纵向往复移动，从而带动两件伸缩梁538在小车轮轴531的上下表面沿其自身滑道横向滑移调整，并最终改变托料臂63相对于钢坯的平面位置坐标，以适应现场由于安装结构布局所限，在底座15已经安装定位的情况下，托料臂63仍无法触及钢坯或接触量偏少的特殊工况。
优选地，如图2至图6所示，在本发明一个实施例中，小车轮轴531两端分别设置有第一深沟球轴承532，立柱44的主框架采用相对设置的两个槽钢拼焊而成，槽钢的凹槽作为导向滑道，两个槽钢的腹板之间的距离大于小车轮轴531的轴长，两个槽钢的翼缘之间的距离小于小车轮轴531的轴长；小车轮轴531两端通过第一深沟球轴承532与导向滑道滑动连接。立柱44的两侧主框架采用180热轧槽钢，槽钢凹槽作为导向滑道，直接安置小车轮轴531中的第一深沟球轴承532，使其可沿槽钢凹槽上下直线纯滚动，并在槽钢上下翼缘的内侧焊接轴承挡块5361，防止小车轮轴531的轴向串动，使升降小车53在采用滚动摩擦减少升降阻滞的工况下，只保留上下移动的纵向自由度，限制其左右横向自由度、即为减少摩擦阻滞，提高升降小车53升降运动的灵活性及精准性，小车轮轴531两侧分别装配有第一深沟球轴承532，采用滚动摩擦的形式使深沟球轴承在立柱44两侧的槽钢凹槽内上下滚动滑移，为防止第一深沟球轴承532的轴向串动，在立柱44的槽钢上下翼缘的边侧焊接轴承挡块5361，固定轴系装配，其中，第一深沟球轴承532为412深沟球轴承。驱动机构拉动升降小车53沿着立柱44的两侧主框架槽钢直线升降运动。
其中，在本发明一个实施例中，本重力式弹簧倾翻机的电控系统采用了plc辅助控制，可在钢坯输送辊道适当位置处增配光感式接近开关，当出炉坯料输送至靠近翻钢区域时，感应器捕捉到热态光感信号，并通过数据线传输到远程主控箱上，由其内部核心部件plc逻辑编程后输出直流数字电气信号，使现场气动电磁换向阀依次得电动作，来控制驱动机构运动，实现辊道上热态钢坯提升及回落过程中90°翻转，本重力式弹簧倾翻机的主控箱通过与机前传动辊道电控系统plc的双向联锁及逻辑运行。
另外，本重力式弹簧倾翻机的驱动机构可选性很多，只要是能够驱动升降小车53沿着立柱44的两侧主框架槽钢直线升降运动的装置即可，例如，驱动机构可采用普通电机或其他动力装置。如图1和图19所示，优选地，在本发明一个实施例中，驱动机构采用升降气缸21，升降气缸21通过套筒滚子链52与升降小车53中的提升板537连接，来带动升降小车53沿着立柱44的两侧主框架槽钢直线升降运动，升降气缸21电磁换向阀气动控制回路采用减压阀及节流阀来控制气动系统的压力与流量，调控其运行速度，从而改变升降小车53的下降速度，减缓坯料翻转时的重力冲击，同时，可在立柱44下底面设计加装缓冲阻尼弹簧，通过其与伸缩梁的瞬间碰撞接触，吸收升降小车53的下降冲击动能，减缓重力过载冲击，延长设备使用寿命，上述缓冲弹簧可根据现场实际需求，选用圆柱螺旋压缩弹簧或碟簧均可，优先选用碟簧，通过碟簧的不同组合方式(叠合或对合)及数量选择，改变组合弹簧的刚度及负载特性曲线，满足现场实际工况需求。同时，升降气缸21采用内部活塞带磁力环的sc系列气缸，当升降气缸21动作，导致升降小车53起升到一定高度时，安置在气缸外部拉杆上的电磁感应器接收到气缸内部活塞磁力环的磁力信号，并同步转化为直流数字电气信号，输送给气缸的电磁换向阀，使气缸瞬时停止动作或同步完成反向运动，从而完成钢坯90°翻转的动作流程。因此，可通过调整气缸拉杆上的电磁感应器的位置来控制气缸活塞杆伸缩的极限位置，并借助电控系统plc的逻辑编程实现坯料翻转流程的全自动化控制。如选用普通气缸，则需要在立柱或气缸活塞行程的某一适当位置加装两套电磁感应开关，来实现上述自动控制定位动作。由于不同规格坯料的重量存在偏差，导致其相应的临界倾翻角度显著不同，电磁感应开关的实际安装位置需要现场试验后再做确定，并需根据坯料规格的变化做出相应调整变化。这样本重力式弹簧倾翻机通过升降小车53的上下滑移，使托料臂63在上下直线往复运动的同时使钢坯翻转到临界平衡的倾翻角度，并在托料臂63快速直线下降过程中依靠坯料自身重力冲击动能，实现热态钢坯冲击触地瞬间的90°翻转，并同时去除坯料表面氧化铁皮。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本重力式弹簧倾翻机依靠旋转式弹簧阻尼体64阻尼缓冲，实现托料臂63中的热态钢坯上升过程中的定角度倾斜，使其达到临界倾翻角度，并在升降小车53回落过程中将上升势能转化为下降的冲击动能，依靠瞬间冲击载荷的作用使临界倾翻状态的钢坯接触辊道表面的瞬间打破姿态平衡，实现重力冲击翻转，并除掉其表层过热氧化铁皮，高效、便捷的实现上述钢坯90°自动翻转的目的。本重力式弹簧倾翻机能够对型/棒材热轧产线的加热炉出炉高温钢坯在轧制前进行90°翻转，改变坯料在两轧辊间共轭孔型轧制咬入面次序，提高轧机进口料型控制精度，满足现场轧制变形工艺需求，并清除钢坯表面过热氧化铁，改善轧材表面外观质量，提高现场生产节奏，降低轧制电流，减少工艺故障。该设备具有结构简单、成本低廉、工作可靠、响应迅速、可适强的显著特点，是一款用途广泛、自动化程度高、安装便捷且通用性强的新型钢坯翻钢机。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种重力式弹簧倾翻机，其特征在于，包括驱动机构、立柱、横梁、两组承重杆组件、两组托料臂和两组旋转式弹簧阻尼体；
所述驱动机构固定设置在所述立柱上，两组所述承重杆组件固定设置在所述横梁的两端，且两组所述承重杆组件关于所述驱动机构的几何对称中心线镜像对称设置，所述驱动机构的输出端与所述横梁的中心固定连接；
所述托料臂包括横向部、竖向部和活动耳板，所述竖向部的下端与所述横向部固定连接并将所述横向部分割为托料臂前段和托料臂尾段，所述托料臂前段的长度大于所述托料臂尾段的长度，所述活动耳板设置在所述托料臂前段上，所述承重杆组件的一端与所述竖向部的上端铰接；
两组所述旋转式弹簧阻尼体分别铰接在两组镜像对称设置的所述托料臂尾部的外侧面；
所述旋转式弹簧阻尼体包括导向杆、阻尼弹簧、弹簧座和升降螺母；
所述升降螺母与所述承重杆组件螺纹配合，所述升降螺母的侧面设置有铰接耳轴，所述铰接耳轴与所述弹簧座侧面的通孔铰接，所述阻尼弹簧轴向套装在所述导向杆上，所述阻尼弹簧的一端固定，所述阻尼弹簧的另一端游动，所述导向杆的顶部滑动设置在所述弹簧座上部的长椭圆孔中，所述导向杆的底部与所述托料臂尾部的外侧面铰接。
2.根据权利要求1所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述旋转式弹簧阻尼体还包括底座螺母；
所述导向杆为通长全丝结构的螺杆轴，所述底座螺母与所述导向杆的下部螺纹配合；
所述阻尼弹簧的顶部与所述弹簧座的上平面压紧接触，所述阻尼弹簧的底部固定安装在所述底座螺母上；
优选地，所述阻尼弹簧采用圆柱螺旋压缩弹簧或碟簧；
优选地，所述弹簧座为l型结构。
3.根据权利要求1所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述托料臂还包括丝杠；
所述托料臂前段的底部设置有两组滑动轴承，所述丝杠转动设置在两组所述滑动轴承中；
所述活动耳板底部的下端与所述丝杠连接，所述活动耳板的顶部高出所述托料臂前段，旋转所述丝杠能够改变所述活动耳板与所述竖向部之间的距离；
优选地，所述托料臂整体采用50mm的厚钢板线性切割成型，所述托料臂前段中间处设置有宽度为10mm的横移滑道。
4.根据权利要求1所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，还包括升降小车；
所述升降小车包括小车轮轴、小车压板、提升板和两个伸缩梁；
所述伸缩梁为长条形板状构件，在所述伸缩梁高度方向上的中部设置有凹槽滑道，所述凹槽滑道由所述伸缩梁的后端面向所述伸缩梁的前端面延伸，所述凹槽滑道的长度方向与所述伸缩梁的长度方向一致，所述提升板固定设置在两个所述伸缩梁的上表面，所述小车压板的两端固定设置在两个所述伸缩梁的后端面，所述横梁固定设置在所述伸缩梁的前端面，所述提升板与所述驱动机构的输出端固定连接；
所述小车轮轴滑动设置在所述凹槽滑道中，所述立柱的相对的两内侧壁设置有导向滑道，所述小车轮轴的两端分别与所述导向滑道滑动连接；
两组所述承重杆组件关于所述升降小车的几何对称中心线镜像对称设置。
5.根据权利要求4所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述升降小车还包括调节杆和第二深沟球轴承；
所述小车轮轴的几何对称中心线处设置有台阶盲孔，所述第二深沟球轴承设置在所述台阶盲孔中，所述小车压板的中间位置设置有细牙螺母与所述调节杆旋配；
所述调节杆的一端穿过所述小车压板与所述第二深沟球轴承配合；
优选地，所述升降小车还包括配重块，所述配重块设置在所述调节杆的另一端；
优选地，所述细牙螺母是型号为m36的细牙螺母。
6.根据权利要求4所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述小车轮轴的两端分别设置有第一深沟球轴承，所述立柱的主框架采用相对设置的两个槽钢拼焊而成，所述槽钢的凹槽作为所述导向滑道，两个所述槽钢的腹板之间的距离大于所述小车轮轴的轴长，两个所述槽钢的翼缘之间的距离小于所述小车轮轴的轴长；
所述小车轮轴的两端通过所述第一深沟球轴承与所述导向滑道滑动连接。
7.根据权利要求1所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述承重杆组件包括承重杆、套筒和承重螺母；
所述套筒固定设置在所述横梁的前侧面，所述承重螺母转动设置在所述套筒内，所述承重螺母与所述承重杆的外螺纹配合，所述升降螺母与所述承重杆螺纹配合。
8.根据权利要求7所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述承重杆具有外螺纹，且所述承重杆的外螺纹是牙型角为60°的三角形外螺纹；
所述承重杆的底部焊接有叉型结构的耳环，所述耳环内嵌装青铜材质的第一轴套与所述托料臂铰接；
优选地，所述承重杆的顶部设置有两组防松螺母。
9.根据权利要求7所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述承重杆组件还包括手柄、第三深沟球轴承、上压盖和下压盖；
所述承重螺母的顶部固定设置有四组所述手柄；
所述套筒为长方体空心结构，所述套筒的内部设置有上下两组台阶孔，每组所述台阶孔内均设置有一个所述第三深沟球轴承，所述上压盖和所述下压盖分别固定设置在所述套筒的上下两端；
所述承重螺母的外圆柱面上对称设置有上下两组圆柱台肩，所述圆柱台肩与所述第三深沟球轴承转动连接。
10.根据权利要求1所述的重力式弹簧倾翻机，其特征在于，所述承重螺母为空心式双轴肩圆柱体结构，所述承重螺母的中心设置有通长光孔，所述通长光孔内车制m50的细牙内螺纹。
技术总结