平行雙閥板料流調節閥傳動機構分析

黎華 蓋曉明 黎勤

（1：河北省智能爐頂裝備工程研究中心 河北 秦皇島 066318；2：秦皇島秦冶重工有限公司 河北 秦皇島 066318；3：渤海鉆探工程技術研究院 河北 任丘 062550）

1 前言

無料鐘爐頂裝料設備是高爐煉鐵的關鍵設備，分為串罐和并罐兩種結構形式；料流調節閥又稱流量調節閥，是無料鐘爐頂裝料系統中起調節排料速度或排料時間的唯一設備，其結構形式主要有單閥板式、雙閥板菱形開口式、雙閥板平行對開式，起著控制、保持料罐內爐料向爐內的布料趨于均勻、合理的作用［1，2］。合理選擇料流閥板的開口形狀、快速準確地調整料流調節閥閥板的開度值，能夠有效地控制料流速度、減小偏析，最終實現均勻布料，滿足煉鐵工藝的要求［3］。本文分析的平行雙閥板料流調節閥，適用于并罐無料鐘爐頂，通過具體分析可以更好地控制使用料流調節閥，達到最好的使用效果。

2 結構特點

平行雙閥板料流調節閥結構如圖1所示，其啟閉采用液壓驅動。驅動搖臂和搖臂分別控制右閥板和左閥板，使之擺動相應角度，從而控制閥門啟閉。在搖臂軸上安裝有接近開關，驅動搖臂軸上安裝有編碼器，用來實時監測閥門開啟角度。

圖1 平行雙閥板料流調節閥結構圖

該料流閥主要特點如下：

1）可調節閥板的開度，控制料流的大小，與布料溜槽合理配合而達到各種形式布料的要求。

2）精確控制料流調節閥開的角度。

3）避免原料與下密封閥接觸，以防止密封閥磨損［4］。

3 料流調節閥工作原理

料流調節閥的開啟與關閉均由液壓缸驅動實現。其傳動機構簡圖，如圖2所示。

圖2 平行雙閥板料流調節閥傳動機構簡圖

閥門開啟時，液壓缸通過驅動件1從圖2所示位置帶動右閥板逆時針轉動α角；同時件1通過件2驅動件3帶動左閥板順時針轉動β角，此時左右閥板逐漸由閉合狀態變為分離狀態，閥門逐漸開啟，隨桿系轉角不同，閥門的開口也不同［5］。反之，閥門關閉。

4 料流調節閥傳動機構分析

根據圖2所示料流調節閥傳動機構簡圖可知，件1、2、3、4構成平面四桿機構，其中件1和右閥板固定連接在一起，件3和左閥板固定連接在一起，件4為機架。平行雙閥板料流調節閥右閥板轉過α角各構件位置簡圖，如圖3所示，為便于對傳動機構進一步分析，將圖2和圖3合并，圖2與圖3合并后簡圖，如圖4所示。

圖3 右閥板轉過α角各構件位置簡圖

圖4 圖2與圖3合并后簡圖

根據圖4中各構件的幾何關系，由余弦定理可知：

式中：L1—連架桿AD長度，mm；

L2—連桿BD長度，mm；

L3—連架桿BC長度，mm；

L5—點C和點D′連線長度，mm；

L5—點B和點D′連線長度，mm；

LAC—點C和點A連線長度，mm；

LAB—點B和點A連線長度，mm；

α—右閥板轉過角度，°；

β—左閥板轉過角度，°；

γ—∠BCD′度數，°。

將式（1）、（2）、（3）、（4）聯立可解得α和β關系式，即左右閥板的轉角關系式：

以DN800料流調節閥為例，其具體各參數如下：

將上述各參數代入式（5）就可得到DN800料流調節閥左右閥板的轉角關系式，并能繪制其α與β關系曲線，如圖5所示。

圖5 DN800料流調節閥左右閥板轉角α與β關系曲線

為更清晰地比較α與β，進一步繪制α與（α－β）關系圖，如圖6所示。

由圖5和圖6可知在轉動過程中α與β始終有一個差值，這個差值當α為38°時最大，為3.3°。

圖6 DN800料流調節閥左右閥板轉角α與（α－β）關系曲線

得到左右閥板轉角關系式后，可以計算出閥板開口大小，閥板開口示意圖，如圖7所示，根據圖7計算如式（6）－（8）：

圖7 閥板開口示意圖

式中：S右—右閥板開口尺寸；

S左—左閥板開口尺寸；

R—左、右閥板回轉半徑；

∠BAO—設計給定；

∠BCO—設計給定；

O右F、DB、O左F均垂直于AC。

由上述算式可知閥板的開口隨閥板轉角的變化而變化，因為α與β存在一個差值，因此左右閥板的開口也存在一個差值。

5 結論

料流調節閥是無料鐘爐頂設備中的重要組成部分，其開啟角度對高爐布料有直接影響，因此在設備運轉過程中需對閥板開啟角度進行實時監測。本文通過對平行雙閥板料流調節閥的傳動機構進行分析得到了料流調節閥左右閥板轉角關系，這對閥板轉動角度數據的采集和閥板開口的控制都有理論指導意義。