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申请/专利权人：郑州轻工业学院

摘要：本发明涉及一种三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法，本发明装置包括底座、依次铰接的机械大臂、机械小臂及机械小臂自由端铰接的刮铲，还包括履带及固定在履带上的铸锭模具，所述的履带通过机壳固定在地面上并在水平面内运动，所述的机械大臂、机械小臂和连接刮板的连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在履带运动平面的投影向履带的运动方向倾斜且与履带的运动方向形成一定夹角；刮板在浇注金属液后的铸锭模具的上表面进行刮渣运动时，该刮渣运动的速度沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度相同，该刮渣运动的速度垂直履带运动的分速度正好沿铸锭模具的长度方向，因此底座无需设置转动装置即可完成刮渣动作。

主权项：1.三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，该装置包括底座、铰接在底座上的机械大臂、与机械大臂铰接的机械小臂及机械小臂自由端铰接的刮铲，还包括履带及固定在履带上的铸锭模具，所述的履带通过机壳固定在地面上并在水平面内运动，其特征是：所述的底座与机壳均固定在地面上且底座位于机壳的侧面，在底座的上端与机械大臂的一端通过铰接轴甲铰接，该铰接轴甲与机械大臂固定，在底座上固定一个电机甲、电机甲的输出轴与铰接轴甲同轴固定，所述的机械大臂的另一端与机械小臂的一端通过铰接轴乙铰接，该铰接轴乙与机械小臂固定，在机械大臂上固定一个电机乙、电机乙的输出轴与铰接轴乙同轴固定，所述的刮铲包括连接杆及固定在连接杆上的刮板，刮铲的连接杆通过铰接轴丙铰接在机械小臂的另一端，该铰接轴丙与连接杆固定，在机械小臂上固定一个电机丙、电机丙的输出轴与铰接轴丙同轴固定，所述的刮板的下边沿与履带的运动方向平行，且刮板的刮渣下边沿的长度小于铸锭模具的宽度，所述的机械大臂、机械小臂和连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在履带运动平面的投影向履带的运动方向倾斜且与履带的运动方向的夹角为θ，所述的履带的运动速度为V2、刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1，V1·cosθ=V2；所述的铸锭模具呈长方体状并横向均匀固定在履带上，铸锭模具的长度方向垂直履带的运动方向；所述的刮板在机械大臂和机械小臂的驱动下的运动轨迹覆盖履带的宽度。

全文数据：三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法技术领域本发明涉及金属熔炼铸锭设备的技术领域，特别涉及三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法。背景技术在金属熔炼铸锭的生产过程中，连续浇铸机以固定速度带动浇壶运转，浇壶中的金属液流到铸锭模具中冷却成型，在成型前每条铸锭模具中的金属液表面会积聚氧化皮及浮渣，需要用刮板刮去,提高金属锭的质量及光洁度，传统生产中，上述刮除氧化皮及浮渣的动作主要仍由人工完成，生产效率相对较低，且由于金属液温度较高，容易烫伤操作者，安全性相对较差,因此现在大部分企业都采用多关节机械手来代替人工完成上述刮除氧化皮及浮渣的动作，但是这种机械臂的运动需要至少四个转动自由度，参见说明书附图5，类似这种机械臂在竖直面内的摆动，同时还需要底座存在水平的转动自由度以适应机械臂在不同竖直面内摆动，两个运动处于不同的平面内，形成一个空间坐标系，类似这种机械臂在的各个电机的控制程序编制时，由于各个臂都在空间坐标系内运动，这样每个电机运动的控制参数运算比较复杂，就造成程序编制过程也比较复杂，这就造成用户在使用这类机械臂进行除渣时，难于学习和应用，对使用者的学习能力和认知能力要求较高，这也是本领域工程人员丞待解决的问题。发明内容为了解决上述问题，本发明提出一种三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法。具体内容如下：三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，该装置包括底座、铰接在底座上的机械大臂、与机械大臂铰接的机械小臂及机械小臂自由端铰接的刮铲，还包括履带及固定在履带上的铸锭模具，所述的履带通过机壳固定在地面上并在水平面内运动，其特征是：所述的底座与机壳均固定在地面上且底座位于机壳的侧面，在底座的上端与机械大臂的一端通过铰接轴甲铰接，该铰接轴甲与机械大臂固定，在底座上固定一个电机甲、电机甲的输出轴与铰接轴甲同轴固定，所述的机械大臂的另一端与机械小臂的一端通过铰接轴乙铰接，该铰接轴乙与机械小臂固定，在机械大臂上固定一个电机乙、电机乙的输出轴与铰接轴乙同轴固定，所述的刮铲包括连接杆及固定在连接杆上的刮板，刮铲的连接杆通过铰接轴丙铰接在机械小臂的另一端，该铰接轴丙与连接杆固定，在机械小臂上固定一个电机丙、电机丙的输出轴与铰接轴丙同轴固定，所述的刮板的下边沿与履带的运动方向平行，且刮板的刮渣下边沿的长度小于铸锭模具的宽度，所述的机械大臂、机械小臂和连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在与履带的运动方向的夹角为θ，所述的履带的运动速度为V2、刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1，V1·cosθ=V2。优选的，所述的电机甲、电机乙和电机丙均为步进电机或者伺服电机。优选的，所述的机壳的侧面固定一个开口向下的集渣桶，该集渣桶与底座均位于机壳的同一侧且与刮板的运动轨迹相对应。优选的，所述的铸锭模具呈长方体状并横向均匀固定在履带上，铸锭模具的长度方向垂直履带的运动方向。优选的，所述的刮板在机械大臂和机械小臂的驱动下的运动轨迹覆盖履带的宽度。优选的，所述的铰接轴甲的轴线所在的水平面与履带上铸锭模具上表面共面。优选的，所述的履带的运动速度为V2和刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1均为定值。一种应用上述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置的除渣方法，包括如下步骤：①启动履带使履带带动铸锭模具进行运动，速度为V2；②依次在铸锭模具内浇注金属液，注满金属液的铸锭模具在履带的带动下依次经过刮铲的下方；③刮铲上刮板的下边沿紧贴对应位置的铸锭模具的近端的上表面，电机甲驱动机械大臂摆动、电机乙驱动机械小臂摆动、电机丙驱动连接杆摆动，在三者的联合驱动下刮板沿铸锭模具的上表面向前推进，该推进的过程中，该刮板运动的速度V1沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度V2相同，抵消刮板在刮渣过程中履带运动速度的影响，使刮板沿履带运动方向的位移与同时间段内履带的运动位移相同，保证刮板在履带的运动方向上的位移相对于履带上的铸锭模具的位移不变；④上述刮板运动的速度V1垂直履带运动的分速度正好沿铸锭模具的长度方向完成刮渣运动，刮板运动到铸锭模具的远端时即将该铸锭模具浇注的金属液上的氧化皮及浮渣刮去后，刮板被抬起并移动至集渣桶内将刮板上的氧化皮及浮渣倒卸至集渣桶内即可；⑤重复上述过程依次对铸锭模具内浇注的金属液进行除渣。本发明的有益技术效果本发明一种三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法，本发明装置中的机械大臂、机械小臂和连接刮板的连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在履带运动平面的投影向履带的运动方向倾斜且与履带的运动方向形成一定夹角；刮板在浇注金属液后的铸锭模具的上表面进行刮渣运动时，该刮渣运动的速度沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度相同，抵消刮板在刮渣过程中履带运动速度的影响，该刮渣运动的速度垂直履带运动的分速度正好沿铸锭模具的长度方向，因此底座无需设置转动装置即可完成刮渣动作，由以往四个转动自由度的机械臂转变成现在只需三个在同一竖直面内的转动自由度（铰接轴甲、铰接轴乙、铰接轴丙分别形成的转动自由度）的机械臂，即可完成金属液表面的氧化皮及浮渣的捞起，且本发明的三个转动自由度均在同一竖直面内运动，将以往的空间坐标系转化为平面坐标系，充分简化了装置的运动过程，极度降低了运动过程中的控制参数的设计难度，这样对三个驱动电机的控制程序编制难度大幅度降低，利于更多使用者快速的学习和掌握，同时也利于生产效率的提升。附图说明图1为三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置工作的立体结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1的后视图；图4为三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置的立体结构示意图；图5为现有机械臂的结构示意图；图中：1.底座、2.电机甲、3.铰接轴甲、4.机械大臂、5.铰接轴乙、6.电机乙、7.机械小臂、8.电机丙、9.铰接轴丙、10.连接杆、11.刮板、12.铸锭模具、13.履带、14.机壳、15.集渣桶、16.刮板的下边沿。具体实施方式实施例一，参见图1-4，三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，该装置包括底座、铰接在底座上的机械大臂、与机械大臂铰接的机械小臂及机械小臂自由端铰接的刮铲，还包括履带及固定在履带上的铸锭模具，所述的履带通过机壳固定在地面上并在水平面内运动，所述的底座与机壳均固定在地面上且底座位于机壳的侧面，在底座的上端与机械大臂的一端通过铰接轴甲铰接，该铰接轴甲与机械大臂固定，在底座上固定一个电机甲、电机甲的输出轴与铰接轴甲同轴固定，所述的机械大臂的另一端与机械小臂的一端通过铰接轴乙铰接，该铰接轴乙与机械小臂固定，在机械大臂上固定一个电机乙、电机乙的输出轴与铰接轴乙同轴固定，所述的刮铲包括连接杆及固定在连接杆上的刮板，刮铲的连接杆通过铰接轴丙铰接在机械小臂的另一端，该铰接轴丙与连接杆固定，在机械小臂上固定一个电机丙、电机丙的输出轴与铰接轴丙同轴固定，所述的机械大臂、机械小臂和连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在履带运动平面的投影向履带的运动方向倾斜且与履带的运动方向的夹角为θ，所述的履带的运动速度为V2、刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1，V1·cosθ=V2，保证刮板运动过程中的一个分速度与履带的运动速度相同，抵消刮板在刮渣过程中履带运动速度的影响，使刮板沿履带运动方向的位移与同时间段内履带的运动位移相同，保证刮板在履带的运动方向上的位移相对于履带上的铸锭模具的位移不变，同时刮板在垂直履带运动方向上的位移完成铸锭模具上金属液的刮渣，所述的电机甲、电机乙和电机丙均为步进电机或者伺服电机。所述的刮板的下边沿与履带的运动方向平行，且刮板的下边沿的长度小于铸锭模具的宽度，因为整个装置相对于机壳是倾斜的，因此将刮板的下边沿设计成相对倾斜状即与履带的运动方向平行，使刮板下边沿尽可能地清除铸锭模具中的金属液表面积聚的氧化皮及浮渣。所述的机壳的侧面固定一个开口向下的集渣桶，该集渣桶与底座均位于机壳的同一侧且与刮板的运动轨迹相对应，用于收集刮板铲刮下来的浮渣。所述的铸锭模具呈长方体状并横向均匀固定在履带上，铸锭模具的长度方向垂直履带的运动方向，保证刮板运动方向的垂直分量沿铸锭模具的长度方向，便于完成刮渣过程。所述的刮铲在机械大臂和机械小臂的驱动下的运动轨迹覆盖履带的宽度，所述的铰接轴甲的轴线所在的水平面与履带上铸锭模具上表面共面，所述的履带的运动速度为V2和刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1均为定值。由于刮板运动的速度V1沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度V2相同，因此底座无需设置转动装置去抵消履带的运动位移即可完成刮渣动作，由以往四个转动自由度的机械臂转变成现在只需三个转动自由度（铰接轴甲、铰接轴乙、铰接轴丙分别形成的转动自由度）的机械臂，即可完成金属液表面的氧化皮及浮渣的捞起，且本发明的三个转动自由度均在同一竖直面内运动，充分简化了装置的运动过程，，这样对三个驱动电机的控制程序编制难度大幅度降低，利于更多使用者快速的学习和掌握，同时也利于生产效率的提升。实施例二.参见图1-4，一种应用实施例一所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置的除渣方法，包括如下步骤：①启动履带使履带带动铸锭模具进行运动，速度为V2；②依次在铸锭模具内浇注金属液，注满金属液的铸锭模具在履带的带动下依次经过刮铲的下方；③刮铲上刮板的下边沿紧贴相应的铸锭模具的近端的上表面，电机甲驱动机械大臂摆动、电机乙驱动机械小臂摆动、电机丙驱动连接杆摆动，在三者的联合驱动下刮板沿铸锭模具的上表面向前推进，该推进的过程中，该刮板运动的速度V1沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度V2相同，抵消刮板在刮渣过程中履带运动速度的影响，使刮板沿履带运动方向的位移与同时间段内履带的运动位移相同，保证刮板在履带的运动方向上的位移相对于履带上的铸锭模具的位移不变；④上述刮板运动的速度V1垂直履带运动的分速度正好沿铸锭模具的长度方向完成刮渣运动，刮板运动到铸锭模具的远端时即将该铸锭模具浇注的金属液上的氧化皮及浮渣刮去后，刮板被抬起并移动至集渣桶内将刮板上的氧化皮及浮渣倒卸至集渣桶内即可；⑤重复上述过程对依次对铸锭模具内浇注的金属液进行除渣。

权利要求：1.三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，该装置包括底座、铰接在底座上的机械大臂、与机械大臂铰接的机械小臂及机械小臂自由端铰接的刮铲，还包括履带及固定在履带上的铸锭模具，所述的履带通过机壳固定在地面上并在水平面内运动，其特征是：所述的底座与机壳均固定在地面上且底座位于机壳的侧面，在底座的上端与机械大臂的一端通过铰接轴甲铰接，该铰接轴甲与机械大臂固定，在底座上固定一个电机甲、电机甲的输出轴与铰接轴甲同轴固定，所述的机械大臂的另一端与机械小臂的一端通过铰接轴乙铰接，该铰接轴乙与机械小臂固定，在机械大臂上固定一个电机乙、电机乙的输出轴与铰接轴乙同轴固定，所述的刮铲包括连接杆及固定在连接杆上的刮板，刮铲的连接杆通过铰接轴丙铰接在机械小臂的另一端，该铰接轴丙与连接杆固定，在机械小臂上固定一个电机丙、电机丙的输出轴与铰接轴丙同轴固定，所述的刮板的下边沿与履带的运动方向平行，且刮板的刮渣下边沿的长度小于铸锭模具的宽度，所述的机械大臂、机械小臂和连接杆均在同一竖直平面内摆动，该竖直平面在与履带的运动方向的夹角为θ，所述的履带的运动速度为V2、刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1，V1·cosθ=V2。2.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，其特征是：所述的电机甲、电机乙和电机丙均为步进电机或者伺服电机。3.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置及其除渣方法，其特征是：所述的机壳的侧面固定一个开口向下的集渣桶，该集渣桶与底座均位于机壳的同一侧且与刮板的运动轨迹相对应。4.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，其特征是：所述的铸锭模具呈长方体状并横向均匀固定在履带上，铸锭模具的长度方向垂直履带的运动方向。5.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，其特征是：所述的刮板在机械大臂和机械小臂的驱动下的运动轨迹覆盖履带的宽度。6.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，其特征是：所述的铰接轴甲的轴线所在的水平面与履带上铸锭模具上表面共面。7.根据权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置，其特征是：所述的履带的运动速度为V2和刮板沿履带上铸锭模具的上表面的运动速度为V1均为定值。8.一种应用权利要求1所述的三自由度的金属熔炼铸锭除渣成面装置的除渣方法，包括如下步骤：①启动履带使履带带动铸锭模具进行运动，速度为V2；②依次在铸锭模具内浇注金属液，注满金属液的铸锭模具在履带的带动下依次经过刮铲的下方；③刮铲上刮板的下边沿紧贴对应位置的铸锭模具的近端的上表面，电机甲驱动机械大臂摆动、电机乙驱动机械小臂摆动、电机丙驱动连接杆摆动，在三者的联合驱动下刮板沿铸锭模具的上表面向前推进，该推进的过程中，该刮板运动的速度V1沿履带运动的分速度正好与履带的运动速度V2相同，抵消刮板在刮渣过程中履带运动速度的影响，使刮板沿履带运动方向的位移与同时间段内履带的运动位移相同，保证刮板在履带的运动方向上的位移相对于履带上的铸锭模具的位移不变；④上述刮板运动的速度V1垂直履带运动的分速度正好沿铸锭模具的长度方向完成刮渣运动，刮板运动到铸锭模具的远端时即将该铸锭模具浇注的金属液上的氧化皮及浮渣刮去后，刮板被抬起并移动至集渣桶内将刮板上的氧化皮及浮渣倒卸至集渣桶内即可；⑤重复上述过程依次对铸锭模具内浇注的金属液进行除渣。

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