機(jī)械畢業(yè)設(shè)計（論文）-方坯結(jié)晶器振動裝置設(shè)計【全套圖紙sw三維】

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1、摘要 結(jié)晶器是連鑄機(jī)的心臟部件。它的主要作用就是對結(jié)晶器中的鋼水提供快速而且均勻的冷卻環(huán)境，促使坯殼的快速均勻生長，以形成質(zhì)量良好的坯殼，保證連鑄過程正常而穩(wěn)定的進(jìn)行。在澆注鋼水時，假設(shè)結(jié)晶器靜止不動，坯殼容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn)生粘結(jié)，這就增大了拉坯時的阻力，導(dǎo)致出現(xiàn)坯殼“拉不動〞或者鋼水被拉漏事故發(fā)生，很難進(jìn)行澆注。而當(dāng)結(jié)晶器以一定的規(guī)律振動時，這就能使其內(nèi)壁獲得比擬良好的潤滑條件，從而減少了摩擦阻力又能防止鋼水和結(jié)晶器內(nèi)壁的粘結(jié)，同時還可以改善鑄坯的外表質(zhì)量，因此結(jié)晶器振動裝置具有重要的作用。 全套圖紙，加153893706 本文通過對連鑄開展歷史，以及結(jié)晶器振動技術(shù)的開展和結(jié)晶器振

2、動方式的改良進(jìn)行了闡述，提出了電液伺服裝置驅(qū)動，并對其振動規(guī)律及工作原理做出了分析。然后繪制了機(jī)械簡圖，并對其工藝參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行了分析計算，最終完成了本次設(shè)計。 本文主要的設(shè)計內(nèi)容包括： 1. 結(jié)晶器振動正弦參數(shù)確實定 通過負(fù)滑脫量、頻率和周期、結(jié)晶器運(yùn)動的速度和加速度以及負(fù)滑脫時間的計算，來確定鑄坯的工藝參數(shù)。 2. 結(jié)晶器振動裝置機(jī)械計算 設(shè)計校核了雙搖桿機(jī)構(gòu)的主要局部，并根據(jù)經(jīng)驗推出機(jī)架結(jié)構(gòu)。 3. 結(jié)晶器振動裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計計算 由系統(tǒng)所需動力選擇恰當(dāng)?shù)囊簤焊准耙簤罕谩２ο到y(tǒng)的輔助原件進(jìn)行了計算和選擇，同時提出了同步回路電液伺服系統(tǒng)。 關(guān)

3、鍵詞：連鑄；結(jié)晶器；振動裝置；振動規(guī)律；電液伺服裝置 Abstract The mould is the heart part of continuous casting machine. Its main role is to mould the steel in providing rapid and uniform cooling environment, promote the rapid and uniform shell growth, to form a good quality of billet shell, guarantee the normal an

4、d stable for continuous casting process. In pouring molten steel in crystallizer, motionless, shell and the mold wall to produce a cohesive, which increases the casting the resistance, led to the emergence of billet shell" sticks" or molten steel is breakout occurs, it is difficult to cast. When the

5、 mould in regular vibration, which can make the inner wall is obtained in comparison with good lubrication condition, thereby reducing the friction resistance and can prevent the molten steel and the inner wall of the crystallizer is bonded, but also can improve the surface quality of billet crystal

6、lizer vibration device, therefore has an important role. Based on the history and development of continuous casting crystallizer vibration technique, development and improvement of crystallizer vibration mode undertook elaborating, put forward to the electro-hydraulic servo device driver, and the v

7、ibration regularity and working principle are analyzed. Then draw the mechanical model, and the process parameters and motion parameters are analyzed and calculated, the final completion of the design. The main design content includes: 1.crystallizer vibration sinusoidal parameters Through the ne

8、gative slip quantity, frequency and cycle, mold movement velocity and acceleration and negative strip time calculation, to determine the process parameters of casting billet. 2.The device of vibration of crystallizer mechanical calculation Design of the double rocker mechanism the main part, and a

9、ccording to the experience introduction of frame structure. 3.The device of vibration of crystallizer of servo system design By the system the power required by the proper selection of hydraulic cylinder and hydraulic pump. And the system of auxiliary components were calculated and selected, simul

10、taneously proposed synchronous electro-hydraulic servo system. 4.dimensional design of crystallizer vibration device Key words: continuous casting ；crystallizer ；vibration device; vibration; electro-hydraulic servo device 目錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1 1 2 3 4 第二章 結(jié)晶器振動技術(shù) 6 6

11、6 7 10 第三章 結(jié)晶器振動方案的選擇 14 14 14 15 15 15 3.6 振動機(jī)構(gòu)的選擇 19 第四章 結(jié)晶器正弦振動的參數(shù)分析 22 22 22 23 24 第五章 結(jié)晶器振動裝置機(jī)械設(shè)計 26 26 27 Ⅰ的校核 27 Ⅱ的校核 30 34 第六章 結(jié)晶器振動裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計 35 35 36 36 36 37 37 39 39 39 39 40 40 42 42 44 45 45 45 46 46 46 46

12、46 47 47 48 第七章 三維建模 49 49 49 49 50 50 51 51 51 52 52 52 53 53 54 54 55 總結(jié) 56 致謝 57 參考文獻(xiàn) 58 第一章 緒論 連鑄即為連續(xù)鑄鋼〔英文，Continuous Steel Casting〕的簡稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。而在二十世紀(jì)五十年代在歐美國家出現(xiàn)的連鑄技術(shù)是一項把鋼水直接澆注成形的先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，

13、節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。 　　連續(xù)鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。 　　從上世紀(jì)八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用，到了上世紀(jì)九十年代初，世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實現(xiàn)了90％以上的連鑄比。中國那么在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術(shù)的消化和移植；到九十年代初中國的連鑄比僅為30％。 　　WAM公司作為中國最早的一家民營專業(yè)化連鑄技術(shù)公司，從1992年成立起就致力于中國連鑄技術(shù)的開展和創(chuàng)新，為推動國內(nèi)連鑄鋼鐵業(yè)的迅速開展，提高國內(nèi)連鑄比奉獻(xiàn)自己的一份力量。 　　

14、鑄鐵水平連鑄課題為國家“七五〞攻關(guān)工程，鑄鐵經(jīng)過水平連鑄方法生產(chǎn)的型材，無砂型鑄造經(jīng)常出現(xiàn)的夾渣、縮松等缺陷，其外表平整，鑄坯尺寸精度高(土L 0mm)無需外表粗加工，即可用于加工各種零件。特別是鑄鐵型材組織致密，灰鑄鐵型材石墨細(xì)小強(qiáng)度高，球鐵型材石墨球細(xì)小園整，機(jī)械性能兼有高強(qiáng)度與高韌性結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。目前國際上鑄鐵型材已廣泛運(yùn)用到制造液壓閥體，高耐壓零件，齒輪、軸、柱塞、印刷機(jī)輥軸及紡織機(jī)零部件。在汽車、內(nèi)燃機(jī)、液壓、機(jī)床、紡織、印刷、制冷等行業(yè)有廣泛用途。 新世紀(jì)以來，中國繼續(xù)保持快速開展連鑄的態(tài)勢，2007年連鑄坯產(chǎn)量到達(dá)47430萬t，鋼鐵工業(yè)連鑄比已達(dá)98.86%。隨著板、帶、管

15、材在鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例大幅上升，數(shù)量眾多的板坯、方坯、圓坯、異形坯及薄板坯連鑄機(jī)在新世紀(jì)投入生產(chǎn)。這一過程不僅促進(jìn)了煉鋼生產(chǎn)設(shè)備的大型化，而且還促進(jìn)了煉鐵生產(chǎn)設(shè)備的大型化；同時由于連鑄品種質(zhì)量的穩(wěn)定提高，高溫、無缺陷鑄坯技術(shù)的開展，使煉鋼與軋鋼工序通過連鑄坯熱送熱裝變得更為緊湊。在中國，連鑄的開展促進(jìn)了鋼鐵生產(chǎn)流程的進(jìn)一步優(yōu)化?？梢哉f新世紀(jì)以來，連鑄技術(shù)不斷推動著中國鋼鐵工業(yè)的快速開展。 1990年中國連鑄坯產(chǎn)量只有1480萬t，鋼鐵工業(yè)連鑄比為25.07%。至2000年，連鑄坯產(chǎn)量到達(dá)10522.4萬t，連鑄比到達(dá)84.81%。在此期間，小方坯連鑄開展尤為迅速。1988年中國擁有小方

16、坯的流數(shù)為206流，而至2000年那么增加到624流，增幅達(dá)202.9%，遠(yuǎn)高于板坯連鑄機(jī)流數(shù)的增幅，這主要取決于我國以長材為主的鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)。 如果說上世紀(jì)90年代，中國連鑄開展以小方坯連鑄的強(qiáng)勁開展帶動全國連鑄產(chǎn)量、連鑄比及全連鑄鋼廠的迅速開展為重要特征，那么新世紀(jì)以來，中國連鑄開展又呈現(xiàn)出更新的特點(diǎn)和豐富的內(nèi)涵。首先是連鑄產(chǎn)量和連鑄比繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢；其次隨著板、帶、管鋼材消費(fèi)的增長，板坯、方坯、圓坯、異形坯等多種連鑄機(jī)數(shù)量急劇增加。這期間尤其是薄板坯連鑄-連軋，無論生產(chǎn)規(guī)模還是相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，均到達(dá)了世界水平；在推進(jìn)高效化連鑄技術(shù)的同時，品種、質(zhì)量得到很大改善和提高。繼

17、續(xù)遵循“開放引進(jìn)與自主研發(fā)并重〞的原那么，自主設(shè)計、自主制造的國產(chǎn)連鑄機(jī)的比例越來越大。連鑄坯產(chǎn)量、連鑄比的快速增長新世紀(jì)以來，中國連鑄繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。2000~2007年，中國粗鋼產(chǎn)量增加幅度為280.7%，而連鑄坯產(chǎn)量的增幅為350.8%，連鑄比在這期間繼續(xù)保持了高速增長的趨勢。至2007年，中國鋼鐵工業(yè)連鑄比已到達(dá)98.86%?？梢哉f連鑄的快速增長仍然是推動鋼鐵工業(yè)開展的技術(shù)動力。 新世紀(jì)中國連鑄開展的另一個重要特征是，連鑄機(jī)型改變了上世紀(jì)以開展小方坯機(jī)型為主的趨勢，而向多樣化開展，尤其是板坯、方坯、圓坯、異型坯、薄板坯等機(jī)型的數(shù)量增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過小方坯連鑄機(jī)的增幅。 按

18、連鑄機(jī)流數(shù)統(tǒng)計，板坯鑄機(jī)由2000年的78流增加到2007年237流，增幅到達(dá)203.8%；方坯鑄機(jī)由378流增加到1323流，增幅達(dá)250%；圓坯鑄機(jī)由40流增加到173流，增幅達(dá)325.5%；異形坯鑄機(jī)由3流增加到15流，增幅達(dá)400%；而小方坯流數(shù)的增幅為64.6%。這充分說明了，中國鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，即板、帶、管材的消費(fèi)大幅增加，改變了上世紀(jì)以長材為主流的鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)。圖6示出了2006年中國鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，另外，1998年尚未有一臺薄板坯連鑄機(jī)正式投產(chǎn)，但至2007年已有13條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線投產(chǎn)，其中薄板坯連鑄機(jī)的流數(shù)為28流，開展速度很快。 連鑄坯的噸數(shù)與總鑄坯(錠

19、)的噸數(shù)之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)開展水平的重要標(biāo)志之一，也是連鑄設(shè)備、工藝、管理以及和連鑄有關(guān)的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)開展水平的綜合表達(dá)。1970年至1980年，世界平均連鑄比從4.4％開展到28.4％，中國的連鑄比從2.1％開展到6.2％；至1990年，世界和中國的連鑄比分別開展到62.8％和22.4％；到2001年，又分別開展到87.6％和92.0％。2003年，中國連鑄比到達(dá)95.3％左右，估計世界平均連鑄比2003年接近90％。從統(tǒng)計數(shù)字可以看出，中國的連鑄技術(shù)在近10多年內(nèi)得到了迅速開展。 世界上有許多連鑄技術(shù)實力較強(qiáng)的公司，如西馬克?德馬格、奧鋼聯(lián)、日本JSP公

20、司、達(dá)涅利(包括戴維)公司等。以板坯連鑄機(jī)為例，西馬克?德馬格公司從1962年至2001年新設(shè)計和改造板坯連鑄機(jī)共約370臺；奧鋼聯(lián)從1959年至2000年新建和改造板坯連鑄機(jī)共約181臺；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯連鑄機(jī)共約150臺；達(dá)涅利的戴維公司也設(shè)計了10多臺連鑄機(jī)。2001年末，世界上共有各類投產(chǎn)的板坯連鑄機(jī)約550臺800流(有一些是重復(fù)改造的，按估計值未計入)。 截止到2002年底，中國共有551臺(1749流)連鑄機(jī)，其中板、方坯連鑄機(jī)分別為101臺(130流)、429臺(1564流)，圓坯、異形坯連鑄機(jī)分別為20臺(52流)、1臺(3流)。這些統(tǒng)計中

21、，絕大局部連鑄機(jī)是立足于中國國內(nèi)設(shè)計制造的。 我國參加WTO后，人才、知識、科技與經(jīng)濟(jì)的全球化趨勢越來越清晰地展現(xiàn)出來。由于歷史及其他各方面原因，國外先進(jìn)技術(shù)和管理方式顯然具有競爭優(yōu)勢。近幾年，我國經(jīng)濟(jì)開展較快，冶金企業(yè)投放的技改資金比擬大，新上工程很多，連續(xù)鑄鋼工程也較多，但連鑄機(jī)設(shè)備和技術(shù)大局部還是靠引進(jìn)。我國薄板坯連鑄連軋已經(jīng)引進(jìn)了將近10條生產(chǎn)線；從2000年開始，我國先后全部引進(jìn)或引進(jìn)核心部位設(shè)備與技術(shù)的常規(guī)板坯連鑄機(jī)共有24臺27流，還有繼續(xù)引進(jìn)的趨勢；中薄板坯連鑄機(jī)、異型坯連鑄機(jī)全部引進(jìn)；大方坯連鑄機(jī)也有引進(jìn)的傾向。其原因主要是我國連鑄技術(shù)與國外先進(jìn)水平還存在一定差距。

22、 圖為某連鑄機(jī)原振動系統(tǒng)，從整體上看傳動環(huán)節(jié)太多，從局部上看那么結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)過多。動力由電機(jī)傳至外弧左偏心輪軸要經(jīng)過減速機(jī)、聯(lián)軸器、傳動軸等7個環(huán)節(jié)，僅聯(lián)軸器就用了4套。而運(yùn)動傳至內(nèi)弧偏心那么還要多一個環(huán)節(jié)。從局部看，為了實現(xiàn)振動機(jī)構(gòu)振幅可調(diào)，在機(jī)構(gòu)中增加了偏心套。從偏心軸至振動臺需經(jīng)過偏心軸、偏心套、軸承、連桿以及關(guān)節(jié)軸承等環(huán)節(jié)。由此可見，該振動裝置的振動系統(tǒng)環(huán)節(jié)太多。 圖1 某連鑄機(jī)原振動系統(tǒng) 振動系統(tǒng)環(huán)節(jié)過多造成振動不穩(wěn)定的原因可歸結(jié)如下： 　　(1)環(huán)節(jié)過多使系統(tǒng)剛度降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)固有頻率降低。 　　(2)環(huán)節(jié)過多導(dǎo)致振動臺四點(diǎn)振幅及相位誤差增大。 　　(3)增加了

23、系統(tǒng)存在間隙的時機(jī)。 所以我們在設(shè)計連鑄機(jī)振動系統(tǒng)時應(yīng)盡量防止以上問題的發(fā)生。 第二章 結(jié)晶器振動技術(shù) 最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止不動的，在拉坯的過程中坯殼很容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn)生粘結(jié)，從而出現(xiàn)坯殼“拉不動〞或拉漏鋼水的事故發(fā)生。因此，靜止不動的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化開展。直到1933年現(xiàn)代連鑄的奠基人一德國的西格弗里德·容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動裝置，并成功地將它應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。 1949年S·容漢斯的合伙人美國的艾爾文·羅西(Irving Rossi )獲得了容漢斯結(jié)

24、晶器振動技術(shù)專利的使用權(quán)，并首次在美國約阿·勒德隆鋼公司廠的一臺方坯連鑄試驗機(jī)上采用了振動結(jié)晶器。與此同時，容漢斯振動結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯(Mannesmann)公司胡金根廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機(jī)上成功應(yīng)用結(jié)晶器振動技術(shù)在這兩臺連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，為結(jié)晶器振動技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅實的根底。 在連鑄技術(shù)的開展過程中，只有采用了結(jié)晶器振動裝置后，連鑄才能成功。結(jié)晶器振動的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，同時獲得良好的鑄坯外表，因而結(jié)晶器向上運(yùn)動時，減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結(jié)，以防止坯殼受到較大的應(yīng)力，使鑄坯外表出現(xiàn)裂紋;而當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動時，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈

25、合結(jié)晶器上升時拉出的裂痕，這就要求向下的運(yùn)動速度大于拉坯速度，形成負(fù)滑脫。 機(jī)械振動的振動裝置由直流電動機(jī)驅(qū)動，通過萬向聯(lián)軸器，分兩端傳動兩個蝸輪減速機(jī)，其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套，蝸輪減速機(jī)后面再通過萬向聯(lián)軸器，連接兩個滾動軸承支持的偏心軸，在每個偏心輪處裝有帶滾動軸承的曲柄，并通過帶橡膠軸承的振動連桿支撐振動臺，產(chǎn)生振動。 在新型連鑄生產(chǎn)工藝中，采用帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制是保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。國外的應(yīng)用情況說明，采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺服振動，能夠有效地減少鑄坯與結(jié)晶器間的摩擦力，從而防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被拉裂，減小鑄坯振痕，提高鑄坯質(zhì)量川一〔9

26、l。帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動裝置相比，可以方便地實現(xiàn)多種波形振動、實現(xiàn)連鑄過程監(jiān)督和實時顯示振動波形，并能在線修改非振動方式及振動頻率和幅值等參數(shù)，實現(xiàn)控制過程的平穩(wěn)過度。 結(jié)晶器振動技術(shù)的開展過程來看，結(jié)晶器振動技術(shù)先后經(jīng)歷了矩形速度規(guī)律、梯形速度規(guī)律值到目前應(yīng)用最廣泛的正弦振動規(guī)律以及近幾年更為先進(jìn)的非正弦振動規(guī)律。 結(jié)晶器振動速度隨時間的變化規(guī)律即為結(jié)晶器振動規(guī)律，結(jié)晶器振動規(guī)律是結(jié)晶器振動技術(shù)中最根本的內(nèi)容。因為從結(jié)晶器振動技術(shù)開展的歷史過程來看，每當(dāng)結(jié)晶器采用了一種新的振動規(guī)律時，新的振動規(guī)律都較過去的振動規(guī)律更為合理，而且都對

27、鑄坯的連續(xù)澆注、鑄坯的外表質(zhì)量及拉坯速度的提高產(chǎn)生了重大的影響。 (1)矩形速度規(guī)律 從結(jié)晶器振動技術(shù)開展歷史來看，矩形速度規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種結(jié)晶器振動方式，如圖2-1中的曲線1所示即為它速度變化規(guī)律[3]。矩形速度規(guī)律的主要特點(diǎn)是:結(jié)晶器在向下振動時與拉坯速度相同，即結(jié)晶器與鑄坯做同步運(yùn)動，然后結(jié)晶器又以3倍的拉坯速度向上運(yùn)動。其表達(dá)式如下： 式中：—結(jié)晶器振動頻率 cpm S—振幅 mm —拉坯速度 mm/min 圖 2-1 矩形振動規(guī)

28、律 生產(chǎn)實踐證明，矩形振動方式對鑄坯的脫模是有效的，相比靜止不動的結(jié)晶器，這種振動方式大大提高了鑄坯的外表質(zhì)量，提高了連鑄的生產(chǎn)效率，在早期得到廣泛應(yīng)用。但此種振動方式的存在的缺點(diǎn)是:該振動規(guī)律的實現(xiàn)是用凸輪來實現(xiàn)的，但是凸輪的加工制造比擬麻煩;為了保證結(jié)晶器與鑄坯之間速度嚴(yán)格的同步運(yùn)動，結(jié)晶器振動機(jī)構(gòu)與拉坯機(jī)構(gòu)之間要實行嚴(yán)格的電器連鎖;結(jié)晶器振動速度在上升和下降時的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處變化很大，其加速度在理論上等于無窮大。雖然凸輪曲線在上升和下降之間有過渡連接曲線使結(jié)晶器振動的加速度達(dá)不到無窮大，但是仍然很大。過大加速度對鑄坯的外表質(zhì)量和振動系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是不利的，將對設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，因而也不能

29、采用高頻率振動方式。 (2)梯形速度規(guī)律 梯形速度規(guī)律是在矩形速度規(guī)律的根底上進(jìn)行了一些改良，如圖2-2中的曲線2所示即為梯形速度變化規(guī)律。梯形速度規(guī)律的主要特點(diǎn)是:結(jié)晶器在向下振動的過程中有一段較長時間其速度略大于鑄坯的拉坯速速，即現(xiàn)在所稱的“負(fù)滑動運(yùn)動〞。負(fù)滑動運(yùn)動可以在坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以使結(jié)晶器里已經(jīng)斷裂的坯殼被壓合，并且能夠使粘結(jié)在結(jié)晶器內(nèi)壁上的坯殼強(qiáng)制脫模;從圖1.1中曲線2可以看出結(jié)晶器振動速度在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，變化比擬緩和，這將有利于提高結(jié)晶器振動的平穩(wěn)性。 生產(chǎn)實踐證明，梯形速度規(guī)律是一種相比照擬好的振動規(guī)律，因此這種振動規(guī)律被使用了許多年。后來才被更為合理的

30、正弦振動規(guī)律所取代。 (3)正弦速度規(guī)律 正弦速度規(guī)律如圖2-2的曲線所示(正弦速度與余弦速度相同)。之所以選擇正弦規(guī)律的主要原因有兩個:一是正弦速度規(guī)律打破了前兩種速度振動規(guī)律結(jié)晶器和鑄坯之間有一定的速度關(guān)系的框架，重點(diǎn)發(fā)揮結(jié)晶器的脫模作用;二是速度規(guī)律的實現(xiàn)用偏心輪取代了之前使用的凸輪。 圖2-2 正弦和非正弦振動規(guī)律 結(jié)晶器振動的正弦速度規(guī)律曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 式中 — 結(jié)晶器運(yùn)動的速度m/min h—振動沖程〔倆倍振幅〕mm —振動頻率1/min 從圖2-2中的曲線可以看出正弦速度規(guī)律的主要特點(diǎn)如下： 1)結(jié)晶

31、器與鑄坯之間沒有同步運(yùn)動階段，但結(jié)晶器仍然有一小段負(fù)滑動運(yùn)動，這有利于拉裂坯殼的“愈合〞和粘結(jié)坯殼的脫模。 2)由于結(jié)晶器振動速度是按正弦曲線變化，其加速度就是按照余弦曲線變化的。因此速度與加速度的變化都很平穩(wěn)，這也使結(jié)晶器的振動很平穩(wěn)。 3)由于結(jié)晶器振動的加速度較小，因此可以采用較高頻率的振動，這有利于消除坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)，也就提高了結(jié)晶器的脫模作用。 4)結(jié)晶器正弦振動規(guī)律是用偏心機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，采用偏心機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)具有加工制造容易、運(yùn)動精度高、潤滑密封方便、易于采用高頻振動的優(yōu)點(diǎn)。基于正弦振動規(guī)律上述的優(yōu)點(diǎn)，它是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)晶器振動規(guī)律。它在方坯、板

32、坯及薄板坯連鑄機(jī)上都有最廣泛的應(yīng)用。 (4)非正弦速度規(guī)律 如圖2-2的非正弦速度規(guī)律[4]。它是近年來出現(xiàn)的一種新型振動方式。非正弦速度規(guī)律主要特點(diǎn)是:負(fù)滑動時間比擬短，這有利于減輕鑄坯外表振動痕跡的深度，提高鑄坯外表質(zhì)量;較長的正滑動時間可增加保護(hù)渣的消耗量，有利于提高結(jié)晶器的潤滑條件，減小拉坯阻力;結(jié)晶器向上振動速度與拉坯速度之差較小，有利于減小結(jié)晶器施加給鑄坯向上作用的摩擦力，即可減小坯殼中的拉應(yīng)力，減小鑄坯拉裂事故的發(fā)生。這些都有利于拉坯速度的提高，有利于連鑄生產(chǎn)效率的提高。 結(jié)晶器振動的重要影響主要是對潤滑和振動痕跡形成的作用。振動的同 時要求提供結(jié)晶器

33、潤滑，兩者的共同作用是減小坯殼和結(jié)晶器壁間的摩擦力，以得到最好的外表質(zhì)量和防止粘結(jié)漏鋼的最正確平安性。 2.4.1 結(jié)晶器振動與保護(hù)渣的關(guān)系 如前所述，結(jié)晶器振動對于改善結(jié)晶器壁間的潤滑是非常有效的，但對于結(jié)晶器振動如何影響結(jié)晶器保護(hù)渣的消耗和保護(hù)渣的潤滑作用，其機(jī)理并不十分清楚。早期的研究曾提出一個負(fù)滑脫期間保護(hù)渣流入量的模型，但是隨后的試驗結(jié)果說明，保護(hù)渣消耗量是正滑脫時間的增函數(shù)，圖2-3示出了保護(hù)渣消耗量與正滑脫時間的關(guān)系。可見，對于振動結(jié)晶器，正滑脫時間越長，保護(hù)渣消耗量越大，由此也引起了大量的爭論。對于增加保護(hù)渣消耗而言，正滑脫期間和負(fù)滑脫期間是振動周期內(nèi)的兩個必不可少的過程:

34、正滑脫期間，結(jié)晶器相對坯殼向上運(yùn)動，保護(hù)渣在結(jié)晶器鋼水彎月面處形成的渣圈上移，液渣由鋼液面向彎月面流動的通道被“翻開〞，促進(jìn)了液渣彎月面附近流動和聚集，由于摩擦力作用液態(tài)渣的一局部被“拔出〞;負(fù)滑脫期間，結(jié)晶器相對坯殼向下運(yùn)動，渣圈隨結(jié)晶器下移，液渣受到壓力而向結(jié)晶器和坯殼間填充，同時，由于壓縮的作用，液渣流動的通道被“關(guān)閉〞，也局部阻礙了鋼液面上的液渣向彎月面附近流動。結(jié)晶器周期性振動的結(jié)果，導(dǎo)致液渣在彎月面處的流動、聚集以及向結(jié)晶器和坯殼間填充的重復(fù)進(jìn)行，從而改善了結(jié)晶器的潤滑狀況。當(dāng)液渣的填充成為限制性環(huán)節(jié)時，負(fù)滑脫時間反映振動參數(shù)對保護(hù)渣消耗的影響;當(dāng)液渣供給成為限制性環(huán)節(jié)時，那么正滑

35、脫時間反映振動參數(shù)對 保護(hù)渣消耗的影響。通過對生產(chǎn)、試驗數(shù)據(jù)的綜合評價，研究發(fā)現(xiàn)，保護(hù)渣消耗量與總的周期時間有很好的對應(yīng)關(guān)系(見圖1.5)，并得到如下的實驗公式： 式中：Q---單位面積的保護(hù)渣消耗量，； Vc--拉坯速度，m/min； f----振動頻率Hz； η---保護(hù)渣的液渣粘度，pa.s. 圖 2-3 保護(hù)渣消耗量與正滑脫時間的對應(yīng)關(guān)系 很明顯，它是保護(hù)渣粘度和振動頻率的函數(shù)，給出了一個與時間有關(guān)的保護(hù)渣消耗機(jī)制，由于高頻振動以及高拉速減少了坯殼的“接觸時間〞，保護(hù)渣消耗量降低。但是，上式中變量缺少了振幅s的影響，仍不能對結(jié)晶器振動的影響作

36、出滿. 結(jié)晶器的振動有利于鑄坯的脫模，可以提高拉坯速度，實現(xiàn)更高的效率，同樣由十脫模過程中凝殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦，產(chǎn)生振痕，帶來產(chǎn)品質(zhì)量的不良效果。為了更好地利用振動的優(yōu)點(diǎn)，得到合理的振動波形，我們首先分析一下結(jié)晶器的潤滑機(jī)理。 基于目前國內(nèi)鋼鐵廠家多數(shù)采用保護(hù)渣作為潤滑介質(zhì)，我們重點(diǎn)看一保護(hù)渣潤滑時候結(jié)晶器壁和坯殼之間的情況。如2-4所示在結(jié)晶器壁和坯殼之間有一層保護(hù)渣薄層，并目_在坯殼前面的為液態(tài)，在結(jié)晶器前面的為固態(tài)。結(jié)晶器中摩擦力產(chǎn)生的機(jī)理有兩種。當(dāng)結(jié)晶器相對于坯殼運(yùn)動是在液體保護(hù)渣薄層內(nèi)進(jìn)行，生的摩擦力稱為“液體摩擦力〞。 用下式來表示其大小:

37、 當(dāng)結(jié)晶器壁和固態(tài)保護(hù)渣之間產(chǎn)生相對運(yùn)動時，這種固體與固體接觸產(chǎn)生的摩擦力稱為“固體摩擦力〞，用如下的式子來表示: 對于從彎月面到結(jié)晶器出口的各個位置，根據(jù)操作條件(鑄造速度、結(jié) 晶器振動條件、保護(hù)渣物性)計算固體摩擦力和液體摩擦力的大小，據(jù)此來判斷是液體潤滑還是固體潤滑起支配作用。顯然這里應(yīng)該是較小的摩擦力起支配作用，并作為該處的摩擦力。 2.4.3 結(jié)晶器中摩擦力的分布 根據(jù)結(jié)晶器潤滑機(jī)理可以把液體摩擦力和固體摩擦力作為彎月面某一距離的函數(shù)來計算。結(jié)晶器采用正弦振動時其

38、計算結(jié)果如圖2-5所示。 液體摩擦力的最大值(曲線A和B)呈現(xiàn)十振動周期內(nèi)最大相對速度的時候，如圖2-2中的兩條曲線。當(dāng)相對速度等于零時，(，液體摩擦力，因此在一個振動周期中液體摩擦力在兩條曲線A和B之間變化。負(fù)滑動期間的相對速度比正滑動期間的小，因此負(fù)滑動期間的液體的摩擦力絕對值較小。 圖 2-5 結(jié)晶器內(nèi)液體保護(hù)渣摩擦力和固體保護(hù)渣摩擦力的分布 固體摩擦力是由兩條直線.fs表示的。 由圖2-5可以看出液體潤滑在結(jié)晶器上部起支配作用，在結(jié)晶器下部固體摩擦力比最大的液體摩擦力要小，因此在該部位固體潤滑起支配作用。 第三章 結(jié)晶器振動方案的選擇

39、 針對傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動偏心輪結(jié)晶器振動裝置存在的缺點(diǎn)，開發(fā)研制電液伺服驅(qū)動的結(jié)晶器振動裝置及計算機(jī)控制系統(tǒng)?；谥悄芸刂频母舅枷耄牧伎刂品椒?，滿足連鑄工藝對跟蹤正弦給定振動波形的要求，有效抑制非對稱負(fù)載造成的靜差，并提高系統(tǒng)的相頻寬。 連鑄是指使鋼水連續(xù)不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。它與傳統(tǒng)的“模鑄開坯〞工藝相比，具有明顯優(yōu)勢。連鑄坯的產(chǎn)量占整個鋼產(chǎn)量的百分率可反映一個國家煉鋼工藝的先進(jìn)水平，因而連鑄比的提高受到國內(nèi)外的廣泛重視。結(jié)晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機(jī)中的重要組成局部。結(jié)晶器的作用是為了對鋼水進(jìn)行一次冷卻

40、，使其形成坯殼，同時為了保證出料均勻，減少拉坯摩擦力，防止鋼水粘壁、漏鋼，改善鑄坯外表質(zhì)量。為此，需要通過一個振動機(jī)構(gòu)使結(jié)晶器 按一定的規(guī)律振動，既激振系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的直流電機(jī)或交流變頻電機(jī)驅(qū)動偏心凸輪的結(jié)晶激振系統(tǒng)相比，電液伺服驅(qū)動的連鑄機(jī)結(jié)晶器激振系統(tǒng)具有能實現(xiàn)正弦振動、易于實現(xiàn)計算機(jī)控制、布置方便和可以實現(xiàn)多流連鑄機(jī)共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點(diǎn)。本研究采用電液伺服結(jié)晶器激振系統(tǒng)，可以方便地產(chǎn)生各種振動規(guī)律，實現(xiàn)控制過程監(jiān)督、實時顯示并根據(jù)拉坯速度實時修改振動參數(shù)，提高連鑄坯質(zhì)量和提高金屬收得率，從而實現(xiàn)連鑄過程的自動化。 為完成上述目標(biāo)，本課題主要涉及以下方面的內(nèi)容：振

41、動規(guī)律的研究、控制律的研究及實現(xiàn)方法、結(jié)晶器電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計。 條件：結(jié)晶器的斷面尺寸：150X150 〔毫米×毫米〕 拉坯速度：4~5.5 米/分鐘 結(jié)晶器的振動波形：正弦波：3毫米 結(jié)晶器的重量：5噸 結(jié)晶器振動裝置是連鑄機(jī)及軋鋼機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備，使連鑄生產(chǎn)實現(xiàn)工業(yè)化。結(jié)晶器振動裝置必須能使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動，并且使振動具有一定的規(guī)律。結(jié)晶器振動裝置的振動動作一般是由電機(jī)、連桿、偏心輪等實現(xiàn)的。 由此可見，對結(jié)晶器振動裝置的振動規(guī)律、振動方法、動力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)的改造對提高連鑄質(zhì)量有重大的意義。 目前結(jié)晶器振動裝置的

42、形式主要有差動式振動機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動機(jī)構(gòu)、液壓伺服式振動機(jī)構(gòu)等。結(jié)晶器振動裝置的開展與創(chuàng)新主要是在它原有的根底上對振動規(guī)律、振動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)建立起來的。 圖3-1弧形連續(xù)鑄鋼設(shè)備 連鑄機(jī)上主要有澆鑄設(shè)備、結(jié)晶器及其振動設(shè)備、二冷段、拉矯裝置等。澆鑄設(shè)備是用來運(yùn)輸鋼水到澆鑄位置，用以進(jìn)行鋼水鑄入結(jié)晶器進(jìn)行澆鑄。結(jié)晶器及其振動裝置是通過振動裝置的振動使鋼水和具有一定坯殼的鑄坯與結(jié)晶器連續(xù)相對運(yùn)動實現(xiàn)連續(xù)澆鑄。經(jīng)過不斷的研究，結(jié)晶器振動機(jī)構(gòu)形式異常多。其中最具有代表性的是：差動式振動機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動機(jī)構(gòu)。 這種機(jī)構(gòu)是利用齒

43、輪或凸輪機(jī)構(gòu)的差動原理來實現(xiàn)結(jié)晶器的弧線運(yùn)動的，現(xiàn)以差動齒輪機(jī)構(gòu)為例來說明。 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動框架上，由凸輪或是偏心輪強(qiáng)迫框架下降，彈簧反力使其上升，它沒有一般振動機(jī)構(gòu)的振動臂，而是用一組齒輪和齒條來代替。振動框架由內(nèi)、外弧側(cè)的齒條6分別與節(jié)圓半徑相等的小齒輪2、4相嚙合。節(jié)圓半徑不等的扇形齒輪又分與小齒輪裝在同一根軸上。所以，當(dāng)扇形齒輪3、5擺動時，就使與其相連的兩個小齒輪產(chǎn)生不同的線速度，反響在振動框架的兩側(cè)齒條上，其上鞋運(yùn)動的線速度也不一樣。因而可是結(jié)晶器產(chǎn)生所要求的弧線振動。 圖3-2差動齒輪式振動機(jī)構(gòu)簡圖 此種機(jī)構(gòu)也稱為雙短臂式或是四連桿式振動機(jī)構(gòu)。它是

44、通過選擇適當(dāng)尺寸的兩個搖桿，使其在某一個瞬時的運(yùn)動是繞曲率半徑中心O點(diǎn)得圓弧線運(yùn)動。圓弧線的半徑應(yīng)當(dāng)是結(jié)晶器振動的曲率半徑R。既然有瞬時性，因此雙搖桿所實現(xiàn)的圓弧振動也是一個近似的圓弧軌跡。所以，使結(jié)晶器在圓弧徑向產(chǎn)生誤差。但由于結(jié)晶器的振幅與圓弧半徑相比很小，因此，瞬心位置變化所造成的運(yùn)動誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點(diǎn)振動軌跡的誤差不大于0.1mm。在雙搖桿式振動機(jī)構(gòu)中，兩個搖桿長度的選擇必須滿足：ab=cd(a`b`=c`d`),且ab(a`b`)與cd(c`d`)各自連線的延長線應(yīng)通過曲率中心O點(diǎn)。所以ad(a`d`)>bc(b`c`).R稱為大圓弧半徑，如圖示，它是目前廣泛應(yīng)用的

45、外弧雙短臂和內(nèi)弧雙短臂振動機(jī)構(gòu)。應(yīng)用前者時a點(diǎn)和d點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)。采用后者時，那么應(yīng)該把b`點(diǎn)和c`點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)以實現(xiàn)所要求的振動軌跡。 圖3-3雙短臂振動機(jī)構(gòu)原理圖 四偏心式振動機(jī)構(gòu)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型振動機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動軌跡準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。其設(shè)計原理與我國的差動齒輪相似，圖示是四偏心式振動機(jī)構(gòu)的一個實例。它是近年來新投產(chǎn)連鑄機(jī)中采用較多的一種。結(jié)晶器的弧線運(yùn)動是利用兩隊偏心輪距不同的偏心輪機(jī)連桿機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的。結(jié)晶器運(yùn)動的弧線定中是利用兩條板式彈簧來實現(xiàn)的。板式彈簧使結(jié)晶器只做弧線擺動，而不能產(chǎn)生前后左右的晃動。適中選擇彈簧的長度，可以是運(yùn)動軌跡誤差不大于0.0

46、2mm。振動臺架采用鋼結(jié)構(gòu)件，更換迅速方便。這種振動機(jī)構(gòu)是靠偏心輪連桿的推力，作用于振動臺的四角，使結(jié)晶器的運(yùn)動非常平穩(wěn)，不會由于結(jié)晶器的內(nèi)阻力作用點(diǎn)的偏移而是結(jié)晶器運(yùn)動不平穩(wěn)。其缺點(diǎn)是運(yùn)動零件較多，結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜。 圖3-4四偏心輪式振動機(jī)構(gòu) 傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動裝置是通過振動臺使結(jié)晶器產(chǎn)生正弦或非正弦振動，這種振動方式存在著振動質(zhì)量大及維修困難等缺點(diǎn)。為克服上述困難，盧森堡PW公司開發(fā)了一種采用本體振動式的新型方坯結(jié)晶器。其特點(diǎn)是只有結(jié)晶器銅管、導(dǎo)流水套和結(jié)晶器上的法蘭參與振動，而其他零部件如外水套、冷卻水、閃爍計數(shù)器、結(jié)晶器電磁攪拌器及足輥等不參與振動。因而具有振動質(zhì)量小

47、，結(jié)構(gòu)簡單、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。 結(jié)晶器的運(yùn)動是又液壓缸借助一個振動臂來產(chǎn)生的。為平安起見，采用水油混合物作為工作介質(zhì)。振動沖程為h=0~8mm，頻率為f=0~600/min在線自動調(diào)節(jié)。 圖3-5本體振動式方坯結(jié)晶器 此種液壓振動裝置主要由兩個液壓振動單元組成。如圖示，液壓振動單元主要由活動臺板式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，固定臺、活動臺及液壓缸總成等組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單、緊湊，便于布置。設(shè)備的布置可實現(xiàn)結(jié)晶器精確的仿弧運(yùn)動，結(jié)晶器區(qū)域空間大，無需撤除振動裝置即可實現(xiàn)電磁攪拌器、扇形段的無障礙更換。振動裝置本身更換便捷，只需撤除結(jié)晶器即可獨(dú)立更換內(nèi)弧或外弧振動單元，結(jié)晶器安裝后，冷

48、卻水路自動接通，無需人工接管。 圖3-6結(jié)晶器振動液壓伺服裝置 3.6 振動機(jī)構(gòu)的選擇 結(jié)晶器振動技術(shù)是連鑄的一個根本特征，基于不同的理論，結(jié)晶器振動技術(shù)也經(jīng)歷了復(fù)雜的過程，早期主要由凸輪實現(xiàn)的正弦振動，由于波形單一，在線不能調(diào)節(jié)，未能實現(xiàn)振動波形的優(yōu)化;由于采用偏心機(jī)構(gòu)使機(jī)械動作更加簡便，故結(jié)晶器正弦振動得到了開展，并不斷地對其振動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)高頻振動以改善鑄坯外表質(zhì)量;目前開發(fā)的液壓振動，波形選擇范圍寬，并且調(diào)節(jié)容易，振動機(jī)構(gòu)具有很高的穩(wěn)定性，對于改善結(jié)晶器內(nèi)的潤滑效果，降低摩擦阻力以及為初始凝殼的順利形成創(chuàng)造了最適宜的條件，可以實現(xiàn)連鑄過程振動的最優(yōu)化。對于改善鑄坯

49、外表質(zhì)量，提高拉坯速度，液壓振動技術(shù)將以其突出的優(yōu)越性在連鑄生產(chǎn)中獲得廣泛地應(yīng)用。 如何控制結(jié)晶器按給定波形規(guī)律進(jìn)行振動是連鑄生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)迄今為至，工業(yè)中仍在廣泛使用直流電動機(jī)或交流變頻電動機(jī)通過偏心輪驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)晶器振動。和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動裝置相比，電液伺服驅(qū)動的連鑄機(jī)結(jié)晶器振動裝置可以很方便地產(chǎn)生各種振動規(guī)律、實現(xiàn)連鑄過程監(jiān)督、實時顯示振動波形并可根據(jù)拉坯速度實時修改振動參數(shù)、布置方便和可很方便地實現(xiàn)多連鑄機(jī)共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點(diǎn)。為了解決傳統(tǒng)的電動機(jī)驅(qū)動偏心凸輪結(jié)晶器振動裝置存在的難以在線改變振動波形和響應(yīng)速度慢等問題、本文開發(fā)研制了采用電液伺服控制實現(xiàn)的結(jié)

50、晶器振動裝置及其計算機(jī)控制系統(tǒng)。為了滿足連鑄工藝對跟蹤非正弦給定振動波形的要求，結(jié)合結(jié)晶器電液伺服振動系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于智能控制的根本思想對一些控制方法進(jìn)行了有機(jī)組合，有效地抑制了非對稱負(fù)載造成的靜差并提高了系統(tǒng)的相頻寬在小方坯連鑄機(jī)上的試驗說明了所開發(fā)的結(jié)晶器電液伺服振動裝置及其計算機(jī)控制系統(tǒng)可以滿足連鑄工藝的要 求，到達(dá)了提高連鑄自動化水平的目的。 所開發(fā)研制的結(jié)晶器電液伺服振動裝置結(jié)構(gòu)組成如圖3-5所示。相應(yīng)的計算機(jī)控制系統(tǒng)方塊圖如圖3-6示。采用閥控缸驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)晶器的往復(fù)振動，將液壓缸的位置(或結(jié)晶器鞍座的位置)通過位移傳感器反彼到綜合端與指令信號比擬得到誤差信號，然后由計

51、算機(jī)算得控制量并經(jīng)過D/A和電流負(fù)反彼放大器后驅(qū)動電液伺服閥構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用計算機(jī)產(chǎn)生各種指令信號(期望振動規(guī)律)，通過選擇適當(dāng)?shù)目刂坡墒瓜到y(tǒng)槍出跟蹤指令信號從而獲得所要求的振振動規(guī)律。 圖 3-7結(jié)晶器電液伺服振動裝置示意圖 圖 3-8結(jié)晶器振動波型計算機(jī)控制系統(tǒng)方塊圖 用閥控缸驅(qū)動雙搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)晶器的往復(fù)振動，將液壓缸的位置通過位移傳感器反響到綜合端與指令信號比擬得到誤差信號，然后由計算機(jī)算得控制量并經(jīng)過D/A和電流負(fù)反響放大器后驅(qū)動電液伺服閥構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用計算機(jī)產(chǎn)生各種指令信號，通過選擇適當(dāng)?shù)目刂坡墒瓜到y(tǒng)輸出跟蹤指令信號從而獲得所

52、要求的振動規(guī)律。 液壓振動的動力裝置為液壓動力站，它作為動力源向振動液壓缸提供穩(wěn)定的壓力和流量的油液。液壓動力站的信號有主站室內(nèi)的計算機(jī)通過PLC系統(tǒng)來控制，液壓振動的核心控制裝置為振動伺服閥。振動伺服閥靈敏度高，液壓動力站提供動力如有波動，伺服閥的動作就會失真，造成振動時運(yùn)動不平穩(wěn)和振動波形失真。為此，要在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器以吸收各類波動和沖擊，以保證整個系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。 正弦和非正弦曲線振動靠振動伺服閥控制，而振動伺服閥的空子信號來自曲線生成器，主控室的計算機(jī)通過PLC控制曲線生成器設(shè)定振動曲線〔同時也設(shè)定振幅和頻率〕。曲線生成器通過液壓缸傳來的壓力信號和位置反響信號來修正振幅和頻率。經(jīng)過

53、修正的振動曲線信號轉(zhuǎn)換成電信號來控制伺服閥。只要改變曲線生成器即可改變振動波形、振幅和頻率。曲線生成器輸入信號的波形、振幅和頻率可在線任意設(shè)定好振動曲線信號傳給伺服閥，即可控制振動液壓缸按設(shè)定參數(shù)振動。在軟件編程中，同時還設(shè)置多種報警和保護(hù)措施以防止重大事故的發(fā)生。這種在線任意調(diào)整振動波形、振幅和頻率是通常機(jī)械振動所不能實現(xiàn)的。 第四章 結(jié)晶器正弦振動的參數(shù)分析 在結(jié)晶器下振速度大于拉坯速度時，稱為“負(fù)滑脫〞。負(fù)滑脫量的定義為： 式中 -------------負(fù)滑脫量，%； -------------結(jié)晶器振動時的最大速度，m/min

54、; ------------拉坯速度，4.5m/min。 負(fù)滑脫能幫助“脫模〞，有利于拉裂坯殼的愈合。正玄振動的選30%～40%時效果較好。在這里選取為30%。那么由公式： 可得出結(jié)晶器的最大振動速為： =〔1+〕那么 〔1+30%〕 結(jié)晶器上下振動一次的時間稱為振動周期T，單位s。一分鐘內(nèi)振動的次數(shù)為頻率，單位次/min。求解頻率的公式為： 式中 ---------------結(jié)晶器振動頻率 ---------------振幅，3mm 故 圓頻率

55、 結(jié)晶器振動裝置的速度的大小方向是隨時間的變化而變化的，由于結(jié)晶器是按正弦曲線規(guī)律振動的，假設(shè)結(jié)晶器運(yùn)動時間為 t(s)，那么振動結(jié)晶器任一瞬間的運(yùn)動速度可由下式求出： 可知，結(jié)晶器的運(yùn)動速度是按正弦規(guī)律變化的 當(dāng)=0，t=0時， =0； =，t==0.025s時，sin=4.136m/min，方向向下； =, t=0.049s時，=5.85m/min,振動速度到達(dá)最大值； =, t=0.0735s時，=4.137m/min; =, t=0.098s時，=0；結(jié)晶器振動到最低點(diǎn)。準(zhǔn)備向上振動； =，t=0.123s時， =–4.137 m/min,方向向上；

56、 =，t=0.147s時 ，=–5.85m/min振動速度到達(dá)最大； =，t=0.172s時， =–4.137 m/min； =，t=0.195s時， =0。 結(jié)晶器振動裝置的加速度可由下式計算： = ×32cos m/ 由此可見結(jié)晶器振動的加速度是按余弦規(guī)律變化的 當(dāng)=0，t=0時，=3.12m/s,加速度具有最大值； =，t==0.025s時，=2.21m/s； =, t=0.049s時， =0； =, t=0.0735s時，=-2.21m/s; =, t=0.098

57、s時，=-3.12m/s； =，t=0.123s時， =–2.21m/s,； =，t=0.147s時 ，=0m/s； =，t=0.172s時， =2.21m/s； =，t=0.196s時， =3.12m/s。 由此結(jié)晶器振動裝置完成了一個周期的振動，振動裝置進(jìn)入下一個周期的振動。 當(dāng)結(jié)晶器下振動的速度大于拉坯速度時就出現(xiàn)負(fù)滑脫，在本設(shè)計中拉坯速度=4.5m/min，設(shè)開始出現(xiàn)負(fù)滑脫的時間，那么有 那么 負(fù)滑脫總時間 結(jié)晶器的位置、速度曲線和鑄流速度曲線

58、〔從結(jié)晶器的最高位置開始〕如下列圖所示： 圖中，曲線1表示結(jié)晶器位置；曲線2表示結(jié)晶器的速度；曲線3表示鑄流速度；表示負(fù)滑脫時間。由于結(jié)晶器為上下運(yùn)動，而鑄流為連續(xù)向下運(yùn)動，這樣在各個位置時的運(yùn)動情況就有所不同，現(xiàn)分析如下： 位置1：結(jié)晶器速度=0，鑄流速度=拉坯速度=4.5m/min，結(jié)晶器在最高位置點(diǎn)； 位置2：結(jié)晶器速度加速到4.5m/min，鑄流速度=拉坯速度=4.5m/min，二者等質(zhì)同向，相對速度為0，開始負(fù)滑脫； 位置3：結(jié)晶器向下加速到最大速度5.85m/min，鑄流速度=拉坯速度=4.5m/min，結(jié)晶器速度超過拉坯速度，并到達(dá)最大值； 位置4：結(jié)晶器速度到達(dá)最

59、大后減速到4.5m/min，鑄流速度=拉坯速度=4.5m/min，結(jié)晶器速度減到等于位拉速，負(fù)滑脫結(jié)束。 位置5：結(jié)晶器速度=0，鑄流速度=拉坯速度=4.5m/min，結(jié)晶器處于最低位置； 位置6：結(jié)晶器速度向上加速到4.5m/min，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，二者等質(zhì)反向； 位置7：結(jié)晶器向上加速到最大值5.85m/min，鑄流速度=拉速=4.5m/min，二者相對速度最大。 位置8：結(jié)晶器回到初始位置，結(jié)束了一個周期的循環(huán)，下一循環(huán)開始。 從總的情況看：正玄振動方式采用高頻率、小振幅、較大的負(fù)滑脫量的振動較為有利。 第五章 結(jié)晶器振動裝置機(jī)械設(shè)計 結(jié)晶器振動

60、機(jī)構(gòu)簡圖如下所示: 作用在桿上的力 (1) 由式(1)得 Ⅰ的校核 A點(diǎn)由兩個軸承支撐著軸Ⅰ,該軸材料選用35CrMo,軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)如下列圖 軸承支反力 (2) 由式(2)得 彎矩計算如下: 截面1處的彎矩: 截面2處的彎矩: 截面3處的彎矩: 彎矩圖如下: 受力圖 彎矩圖 扭矩

61、圖 按疲勞強(qiáng)度校核平安系數(shù) 由彎矩圖可知中間截面處彎矩最大,截面1和截面3直徑突然變化,故是危險截面,需要校核。 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 受彎矩作用時的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù),取 －彎曲應(yīng)力幅 －外表質(zhì)量系數(shù) －絕對尺寸系數(shù) －彎曲等效系數(shù) －彎曲平均應(yīng)力 故平安 抗彎截面系數(shù) 抗扭截

62、面系數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 受彎矩作用時的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù),取 －彎曲應(yīng)力幅 －外表質(zhì)量系數(shù) －絕對尺寸系數(shù) －彎曲等效系數(shù) －彎曲平均應(yīng)力 故平安 同理可得,截面4處也平安。 Ⅱ的校核 軸承支反力 (2) 由式(2)得 B點(diǎn)由兩個軸承支撐著軸Ⅱ,該軸材料選用30CrMo,軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)如下列圖 軸Ⅱ 彎矩計算如下:

63、 截面1處的彎矩: 截面2處的彎矩: 截面3處的彎矩: 受力分析圖如下: 受力圖 彎矩圖 扭矩圖 按疲勞強(qiáng)度校核平安系數(shù) 由彎矩圖可知中間截面處彎矩最大,截面1和截面3直徑突然變化,故是危險截面,需要校核。 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 受彎矩作用時的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù),取 －彎曲應(yīng)力幅 －外表質(zhì)量系數(shù) －絕對尺寸系數(shù) －彎曲等效系數(shù)

64、 －彎曲平均應(yīng)力 故平安 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 受彎矩作用時的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù),取 －彎曲應(yīng)力幅 －外表質(zhì)量系數(shù) －絕對尺寸系數(shù) －彎曲等效系數(shù) －彎曲平均應(yīng)力 故平安 同理可得,截面4處也平安。 Ⅰ軸承校核 因桿EAB慢速擺動，所以兩軸承應(yīng)按靜負(fù)荷校核。計算公式如下： 式中 —額定靜負(fù)荷，N；

65、 —當(dāng)量靜負(fù)荷，N； —平安系數(shù)。 當(dāng)量靜負(fù)荷 那么 23060調(diào)心滾子軸承 故能夠使用。同理可得軸Ⅱ所用軸承能夠使用。 第六章 結(jié)晶器振動裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計 結(jié)晶器做正弦振動，采用雙缸驅(qū)動方式，并且要求每個振動缸控制伺服閥。根據(jù)設(shè)計要求，液壓伺服激振系統(tǒng)為雙缸振動過程。 系統(tǒng)主要由電液伺服閥，液壓缸，液壓泵站等幾局部組成。雙缸振動由兩個兩個電液伺服閥由電信號精準(zhǔn)控制，可以實現(xiàn)兩個油缸的激振運(yùn)動 工作中指令信號同時給兩個伺服閥，伺服閥通過電信號控制兩個液壓缸進(jìn)行振動，輸入流量輸出位移，同時將位移誤差進(jìn)行反響控制閥芯處于工作狀態(tài)，

66、液壓油經(jīng)由單向分流閥同時供給兩個伺服閥，經(jīng)閥芯開口進(jìn)入液壓缸驅(qū)動其運(yùn)動，計算機(jī)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，校正后在將調(diào)節(jié)后的信號送入伺服閥 根據(jù)參考資料[1]中表29-10冶金機(jī)械工作壓力為20~32MPa，初選壓力為P=20Mpa 系統(tǒng)最高工作壓力：P=20Mpa；正弦振動振幅：；振動頻率:32Hz；結(jié)晶器靜態(tài)重量：5噸 列出系統(tǒng)正弦振動方程： 振動位移方程：y=3sinwt 代入數(shù)據(jù)得出 y=32sin64t 由 可求出液壓缸活塞桿的速度公式 vmax=192cos64t 其中: —液壓缸活塞的位移 液壓缸的最大速度 vmax=192 給定設(shè)計條件中系統(tǒng)最大工作壓力為P=20Mpa，即在工作中不能超出所給定的系統(tǒng)最大工作壓力，選取系統(tǒng)的工作壓力為 設(shè)計要求系統(tǒng)最大輸出力F=mg(g+a)=41667N,考慮到 其他方面，取F=50000N 由于雙缸同步，每個液壓缸負(fù)載：