平行双阀板料流调节阀传动机构分析

黎华 盖晓明 黎勤

（1：河北省智能炉顶装备工程研究中心 河北 秦皇岛 066318；2：秦皇岛秦冶重工有限公司 河北 秦皇岛 066318；3：渤海钻探工程技术研究院 河北 任丘 062550）

1 前言

无料钟炉顶装料设备是高炉炼铁的关键设备，分为串罐和并罐两种结构形式；料流调节阀又称流量调节阀，是无料钟炉顶装料系统中起调节排料速度或排料时间的唯一设备，其结构形式主要有单阀板式、双阀板菱形开口式、双阀板平行对开式，起着控制、保持料罐内炉料向炉内的布料趋于均匀、合理的作用［1，2］。合理选择料流阀板的开口形状、快速准确地调整料流调节阀阀板的开度值，能够有效地控制料流速度、减小偏析，最终实现均匀布料，满足炼铁工艺的要求［3］。本文分析的平行双阀板料流调节阀，适用于并罐无料钟炉顶，通过具体分析可以更好地控制使用料流调节阀，达到最好的使用效果。

2 结构特点

平行双阀板料流调节阀结构如图1所示，其启闭采用液压驱动。驱动摇臂和摇臂分别控制右阀板和左阀板，使之摆动相应角度，从而控制阀门启闭。在摇臂轴上安装有接近开关，驱动摇臂轴上安装有编码器，用来实时监测阀门开启角度。

图1 平行双阀板料流调节阀结构图

该料流阀主要特点如下：

1）可调节阀板的开度，控制料流的大小，与布料溜槽合理配合而达到各种形式布料的要求。

2）精确控制料流调节阀开的角度。

3）避免原料与下密封阀接触，以防止密封阀磨损［4］。

3 料流调节阀工作原理

料流调节阀的开启与关闭均由液压缸驱动实现。其传动机构简图，如图2所示。

图2 平行双阀板料流调节阀传动机构简图

阀门开启时，液压缸通过驱动件1从图2所示位置带动右阀板逆时针转动α角；同时件1通过件2驱动件3带动左阀板顺时针转动β角，此时左右阀板逐渐由闭合状态变为分离状态，阀门逐渐开启，随杆系转角不同，阀门的开口也不同［5］。反之，阀门关闭。

4 料流调节阀传动机构分析

根据图2所示料流调节阀传动机构简图可知，件1、2、3、4构成平面四杆机构，其中件1和右阀板固定连接在一起，件3和左阀板固定连接在一起，件4为机架。平行双阀板料流调节阀右阀板转过α角各构件位置简图，如图3所示，为便于对传动机构进一步分析，将图2和图3合并，图2与图3合并后简图，如图4所示。

图3 右阀板转过α角各构件位置简图

图4 图2与图3合并后简图

根据图4中各构件的几何关系，由余弦定理可知：

式中：L1—连架杆AD长度，mm；

L2—连杆BD长度，mm；

L3—连架杆BC长度，mm；

L5—点C和点D′连线长度，mm；

L5—点B和点D′连线长度，mm；

LAC—点C和点A连线长度，mm；

LAB—点B和点A连线长度，mm；

α—右阀板转过角度，°；

β—左阀板转过角度，°；

γ—∠BCD′度数，°。

将式（1）、（2）、（3）、（4）联立可解得α和β关系式，即左右阀板的转角关系式：

以DN800料流调节阀为例，其具体各参数如下：

将上述各参数代入式（5）就可得到DN800料流调节阀左右阀板的转角关系式，并能绘制其α与β关系曲线，如图5所示。

图5 DN800料流调节阀左右阀板转角α与β关系曲线

为更清晰地比较α与β，进一步绘制α与（α－β）关系图，如图6所示。

由图5和图6可知在转动过程中α与β始终有一个差值，这个差值当α为38°时最大，为3.3°。

图6 DN800料流调节阀左右阀板转角α与（α－β）关系曲线

得到左右阀板转角关系式后，可以计算出阀板开口大小，阀板开口示意图，如图7所示，根据图7计算如式（6）－（8）：

图7 阀板开口示意图

式中：S右—右阀板开口尺寸；

S左—左阀板开口尺寸；

R—左、右阀板回转半径；

∠BAO—设计给定；

∠BCO—设计给定；

O右F、DB、O左F均垂直于AC。

由上述算式可知阀板的开口随阀板转角的变化而变化，因为α与β存在一个差值，因此左右阀板的开口也存在一个差值。

5 结论

料流调节阀是无料钟炉顶设备中的重要组成部分，其开启角度对高炉布料有直接影响，因此在设备运转过程中需对阀板开启角度进行实时监测。本文通过对平行双阀板料流调节阀的传动机构进行分析得到了料流调节阀左右阀板转角关系，这对阀板转动角度数据的采集和阀板开口的控制都有理论指导意义。