機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-方坯結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì)【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(duì)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(zhǎng)，以形成質(zhì)量良好的坯殼，保證連鑄過(guò)程正常而穩(wěn)定的進(jìn)行。在澆注鋼水時(shí)，假設(shè)結(jié)晶器靜止不動(dòng)，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(shí)的阻力，導(dǎo)致出現(xiàn)坯殼“拉不動(dòng)〞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(dòng)時(shí)，這就能使其內(nèi)壁獲得比擬良好的潤(rùn)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(shí)還可以改善鑄坯的外表質(zhì)量，因此結(jié)晶器振動(dòng)裝置具有重要的作用。 全套圖紙，加153893706 本文通過(guò)對(duì)連鑄開展歷史，以及結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的開展和結(jié)晶器振

2、動(dòng)方式的改良進(jìn)行了闡述，提出了電液伺服裝置驅(qū)動(dòng)，并對(duì)其振動(dòng)規(guī)律及工作原理做出了分析。然后繪制了機(jī)械簡(jiǎn)圖，并對(duì)其工藝參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，最終完成了本次設(shè)計(jì)。 本文主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： 1. 結(jié)晶器振動(dòng)正弦參數(shù)確實(shí)定 通過(guò)負(fù)滑脫量、頻率和周期、結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)的速度和加速度以及負(fù)滑脫時(shí)間的計(jì)算，來(lái)確定鑄坯的工藝參數(shù)。 2. 結(jié)晶器振動(dòng)裝置機(jī)械計(jì)算 設(shè)計(jì)校核了雙搖桿機(jī)構(gòu)的主要局部，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推出機(jī)架結(jié)構(gòu)。 3. 結(jié)晶器振動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由系統(tǒng)所需動(dòng)力選擇恰當(dāng)?shù)囊簤焊准耙簤罕谩２?duì)系統(tǒng)的輔助原件進(jìn)行了計(jì)算和選擇，同時(shí)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(dòng)裝置；振動(dòng)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(dòng)技術(shù) 6 6

11、6 7 10 第三章 結(jié)晶器振動(dòng)方案的選擇 14 14 14 15 15 15 3.6 振動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 19 第四章 結(jié)晶器正弦振動(dòng)的參數(shù)分析 22 22 22 23 24 第五章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置機(jī)械設(shè)計(jì) 26 26 27 Ⅰ的校核 27 Ⅱ的校核 30 34 第六章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(jiǎn)稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過(guò)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(guó)家出現(xiàn)的連鑄技術(shù)是一項(xiàng)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(shì)。 　　連續(xù)鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過(guò)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(guò)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(guó)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(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了90％以上的連鑄比。中國(guó)那么在改革開放后才真正開始了對(duì)國(guó)外連鑄技術(shù)的消化和移植；到九十年代初中國(guó)的連鑄比僅為30％。 　　WAM公司作為中國(guó)最早的一家民營(yíng)專業(yè)化連鑄技術(shù)公司，從1992年成立起就致力于中國(guó)連鑄技術(shù)的開展和創(chuàng)新，為推動(dòng)國(guó)內(nèi)連鑄鋼鐵業(yè)的迅速開展，提高國(guó)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(guó)家“七五〞攻關(guān)工程，鑄鐵經(jīng)過(guò)水平連鑄方法生產(chǎn)的型材，無(wú)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(wú)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(guó)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(lái)，中國(guó)繼續(xù)保持快速開展連鑄的態(tài)勢(shì)，2007年連鑄坯產(chǎn)量到達(dá)47430萬(wàn)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(guò)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(shí)由于連鑄品種質(zhì)量的穩(wěn)定提高，高溫、無(wú)缺陷鑄坯技術(shù)的開展，使煉鋼與軋鋼工序通過(guò)連鑄坯熱送熱裝變得更為緊湊。在中國(guó)，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(shuō)新世紀(jì)以來(lái)，連鑄技術(shù)不斷推動(dòng)著中國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速開展。 1990年中國(guó)連鑄坯產(chǎn)量只有1480萬(wàn)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(wàn)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(guó)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(guó)以長(zhǎng)材為主的鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)。 如果說(shuō)上世紀(jì)90年代，中國(guó)連鑄開展以小方坯連鑄的強(qiáng)勁開展帶動(dòng)全國(guó)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(lái)，中國(guó)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(zhǎng)的態(tài)勢(shì)；其次隨著板、帶、管鋼材消費(fèi)的增長(zhǎng)，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(wú)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(shí)，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(jì)、自主制造的國(guó)產(chǎn)連鑄機(jī)的比例越來(lái)越大。連鑄坯產(chǎn)量、連鑄比的快速增長(zhǎng)新世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)連鑄繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。2000~2007年，中國(guó)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(zhǎng)的趨勢(shì)。至2007年，中國(guó)鋼鐵工業(yè)連鑄比已到達(dá)98.86%?？梢哉f(shuō)連鑄的快速增長(zhǎng)仍然是推動(dòng)鋼鐵工業(yè)開展的技術(shù)動(dòng)力。 新世紀(jì)中國(guó)連鑄開展的另一個(gè)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(shì)，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(guò)小方坯連鑄機(jī)的增幅。 按

18、連鑄機(jī)流數(shù)統(tǒng)計(jì)，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(shuō)明了，中國(guó)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(zhǎng)材為主流的鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)。圖6示出了2006年中國(guó)鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，另外，1998年尚未有一臺(tái)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(gè)國(guó)家或一個(gè)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(guó)的連鑄比從2.1％開展到6.2％；至1990年，世界和中國(guó)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(guó)連鑄比到達(dá)95.3％左右，估計(jì)世界平均連鑄比2003年接近90％。從統(tǒng)計(jì)數(shù)字可以看出，中國(guó)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(shí)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(jì)和改造板坯連鑄機(jī)共約370臺(tái)；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(tái)；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯連鑄機(jī)共約150臺(tái)；達(dá)涅利的戴維公司也設(shè)計(jì)了10多臺(tái)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(tái)800流(有一些是重復(fù)改造的，按估計(jì)值未計(jì)入)。 截止到2002年底，中國(guó)共有551臺(tái)(1749流)連鑄機(jī)，其中板、方坯連鑄機(jī)分別為101臺(tái)(130流)、429臺(tái)(1564流)，圓坯、異形坯連鑄機(jī)分別為20臺(tái)(52流)、1臺(tái)(3流)。這些統(tǒng)計(jì)中

21、，絕大局部連鑄機(jī)是立足于中國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造的。 我國(guó)參加WTO后，人才、知識(shí)、科技與經(jīng)濟(jì)的全球化趨勢(shì)越來(lái)越清晰地展現(xiàn)出來(lái)。由于歷史及其他各方面原因，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和管理方式顯然具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。近幾年，我國(guó)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(guó)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(guó)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(tái)27流，還有繼續(xù)引進(jìn)的趨勢(shì)；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(guó)連鑄技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平還存在一定差距。

22、 圖為某連鑄機(jī)原振動(dòng)系統(tǒng)，從整體上看傳動(dòng)環(huán)節(jié)太多，從局部上看那么結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)過(guò)多。動(dòng)力由電機(jī)傳至外弧左偏心輪軸要經(jīng)過(guò)減速機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸等7個(gè)環(huán)節(jié)，僅聯(lián)軸器就用了4套。而運(yùn)動(dòng)傳至內(nèi)弧偏心那么還要多一個(gè)環(huán)節(jié)。從局部看，為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)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(dòng)臺(tái)需經(jīng)過(guò)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(dòng)裝置的振動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)太多。 圖1 某連鑄機(jī)原振動(dòng)系統(tǒng) 振動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)過(guò)多造成振動(dòng)不穩(wěn)定的原因可歸結(jié)如下： 　　(1)環(huán)節(jié)過(guò)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(guò)多導(dǎo)致振動(dòng)臺(tái)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(shí)機(jī)。 所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)連鑄機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量防止以上問(wèn)題的發(fā)生。 第二章 結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù) 最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止不動(dòng)的，在拉坯的過(guò)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(dòng)〞或拉漏鋼水的事故發(fā)生。因此，靜止不動(dòng)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(guó)的西格弗里德·容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動(dòng)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(guó)的艾爾文·羅西(Irving Rossi )獲得了容漢斯結(jié)

24、晶器振動(dòng)技術(shù)專利的使用權(quán)，并首次在美國(guó)約阿·勒德隆鋼公司廠的一臺(tái)方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動(dòng)結(jié)晶器。與此同時(shí)，容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯(Mannesmann)公司胡金根廠的一臺(tái)連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)上成功應(yīng)用結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)在這兩臺(tái)連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，為結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的根底。 在連鑄技術(shù)的開展過(guò)程中，只有采用了結(jié)晶器振動(dòng)裝置后，連鑄才能成功。結(jié)晶器振動(dòng)的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，同時(shí)獲得良好的鑄坯外表，因而結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(shí)拉出的裂痕，這就要求向下的運(yùn)動(dòng)速度大于拉坯速度，形成負(fù)滑脫。 機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)裝置由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器，分兩端傳動(dòng)兩個(gè)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(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器，連接兩個(gè)滾動(dòng)軸承支持的偏心軸，在每個(gè)偏心輪處裝有帶滾動(dòng)軸承的曲柄，并通過(guò)帶橡膠軸承的振動(dòng)連桿支撐振動(dòng)臺(tái)，產(chǎn)生振動(dòng)。 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(dòng)控制是保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)外的應(yīng)用情況說(shuō)明，采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺服振動(dòng)，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(dòng)控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置相比，可以方便地實(shí)現(xiàn)多種波形振動(dòng)、實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程監(jiān)督和實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)波形，并能在線修改非振動(dòng)方式及振動(dòng)頻率和幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)度。 結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的開展過(guò)程來(lái)看，結(jié)晶器振動(dòng)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(dòng)規(guī)律以及近幾年更為先進(jìn)的非正弦振動(dòng)規(guī)律。 結(jié)晶器振動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律即為結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律，結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律是結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)中最根本的內(nèi)容。因?yàn)閺慕Y(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)開展的歷史過(guò)程來(lái)看，每當(dāng)結(jié)晶器采用了一種新的振動(dòng)規(guī)律時(shí)，新的振動(dòng)規(guī)律都較過(guò)去的振動(dòng)規(guī)律更為合理，而且都對(duì)

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(dòng)技術(shù)開展歷史來(lái)看，矩形速度規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種結(jié)晶器振動(dòng)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(dòng)時(shí)與拉坯速度相同，即結(jié)晶器與鑄坯做同步運(yùn)動(dòng)，然后結(jié)晶器又以3倍的拉坯速度向上運(yùn)動(dòng)。其表達(dá)式如下： 式中：—結(jié)晶器振動(dòng)頻率 cpm S—振幅 mm —拉坯速度 mm/min 圖 2-1 矩形振動(dòng)規(guī)

28、律 生產(chǎn)實(shí)踐證明，矩形振動(dòng)方式對(duì)鑄坯的脫模是有效的，相比靜止不動(dòng)的結(jié)晶器，這種振動(dòng)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(dòng)方式的存在的缺點(diǎn)是:該振動(dòng)規(guī)律的實(shí)現(xiàn)是用凸輪來(lái)實(shí)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(dòng)，結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)與拉坯機(jī)構(gòu)之間要實(shí)行嚴(yán)格的電器連鎖;結(jié)晶器振動(dòng)速度在上升和下降時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處變化很大，其加速度在理論上等于無(wú)窮大。雖然凸輪曲線在上升和下降之間有過(guò)渡連接曲線使結(jié)晶器振動(dòng)的加速度達(dá)不到無(wú)窮大，但是仍然很大。過(guò)大加速度對(duì)鑄坯的外表質(zhì)量和振動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都是不利的，將對(duì)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(dòng)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(dòng)的過(guò)程中有一段較長(zhǎng)時(shí)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(dòng)運(yùn)動(dòng)〞。負(fù)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的平穩(wěn)性。 生產(chǎn)實(shí)踐證明，梯形速度規(guī)律是一種相比照擬好的振動(dòng)規(guī)律，因此這種振動(dòng)規(guī)律被使用了許多年。后來(lái)才被更為合理的

30、正弦振動(dòng)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(gè):一是正弦速度規(guī)律打破了前兩種速度振動(dòng)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(shí)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(dòng)規(guī)律 結(jié)晶器振動(dòng)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(dòng)的速度m/min h—振動(dòng)沖程〔倆倍振幅〕mm —振動(dòng)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(dòng)階段，但結(jié)晶器仍然有一小段負(fù)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)很平穩(wěn)。 3)由于結(jié)晶器振動(dòng)的加速度較小，因此可以采用較高頻率的振動(dòng)，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(dòng)規(guī)律是用偏心機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)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(dòng)精度高、潤(rùn)滑密封方便、易于采用高頻振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)?；谡艺駝?dòng)規(guī)律上述的優(yōu)點(diǎn)，它是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)晶器振動(dòng)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(lái)出現(xiàn)的一種新型振動(dòng)方式。非正弦速度規(guī)律主要特點(diǎn)是:負(fù)滑動(dòng)時(shí)間比擬短，這有利于減輕鑄坯外表振動(dòng)痕跡的深度，提高鑄坯外表質(zhì)量;較長(zhǎng)的正滑動(dòng)時(shí)間可增加保護(hù)渣的消耗量，有利于提高結(jié)晶器的潤(rùn)滑條件，減小拉坯阻力;結(jié)晶器向上振動(dòng)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(dòng)的重要影響主要是對(duì)潤(rùn)滑和振動(dòng)痕跡形成的作用。振動(dòng)的同 時(shí)要求提供結(jié)晶器

33、潤(rùn)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(dòng)與保護(hù)渣的關(guān)系 如前所述，結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)于改善結(jié)晶器壁間的潤(rùn)滑是非常有效的，但對(duì)于結(jié)晶器振動(dòng)如何影響結(jié)晶器保護(hù)渣的消耗和保護(hù)渣的潤(rùn)滑作用，其機(jī)理并不十分清楚。早期的研究曾提出一個(gè)負(fù)滑脫期間保護(hù)渣流入量的模型，但是隨后的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，保護(hù)渣消耗量是正滑脫時(shí)間的增函數(shù)，圖2-3示出了保護(hù)渣消耗量與正滑脫時(shí)間的關(guān)系?？梢?，對(duì)于振動(dòng)結(jié)晶器，正滑脫時(shí)間越長(zhǎng)，保護(hù)渣消耗量越大，由此也引起了大量的爭(zhēng)論。對(duì)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(dòng)周期內(nèi)的兩個(gè)必不可少的過(guò)程:

34、正滑脫期間，結(jié)晶器相對(duì)坯殼向上運(yùn)動(dòng)，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(dòng)的通道被“翻開〞，促進(jìn)了液渣彎月面附近流動(dòng)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(duì)坯殼向下運(yùn)動(dòng)，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(shí)，由于壓縮的作用，液渣流動(dòng)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(dòng)。結(jié)晶器周期性振動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致液渣在彎月面處的流動(dòng)、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(rùn)滑狀況。當(dāng)液渣的填充成為限制性環(huán)節(jié)時(shí)，負(fù)滑脫時(shí)間反映振動(dòng)參數(shù)對(duì)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(shí)，那么正滑

35、脫時(shí)間反映振動(dòng)參數(shù)對(duì) 保護(hù)渣消耗的影響。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)，保護(hù)渣消耗量與總的周期時(shí)間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(見圖1.5)，并得到如下的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 很明顯，它是保護(hù)渣粘度和振動(dòng)頻率的函數(shù)，給出了一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的保護(hù)渣消耗機(jī)制，由于高頻振動(dòng)以及高拉速減少了坯殼的“接觸時(shí)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(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的影響作

36、出滿. 結(jié)晶器的振動(dòng)有利于鑄坯的脫模，可以提高拉坯速度，實(shí)現(xiàn)更高的效率，同樣由十脫模過(guò)程中凝殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦，產(chǎn)生振痕，帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的不良效果。為了更好地利用振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，得到合理的振動(dòng)波形，我們首先分析一下結(jié)晶器的潤(rùn)滑機(jī)理。 基于目前國(guó)內(nèi)鋼鐵廠家多數(shù)采用保護(hù)渣作為潤(rùn)滑介質(zhì)，我們重點(diǎn)看一保護(hù)渣潤(rùn)滑時(shí)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(duì)于坯殼運(yùn)動(dòng)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(lái)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(lái)表示: 對(duì)于從彎月面到結(jié)晶器出口的各個(gè)位置，根據(jù)操作條件(鑄造速度、結(jié) 晶器振動(dòng)條件、保護(hù)渣物性)計(jì)算固體摩擦力和液體摩擦力的大小，據(jù)此來(lái)判斷是液體潤(rùn)滑還是固體潤(rùn)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(rùn)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(lái)計(jì)算。結(jié)晶器采用正弦振動(dòng)時(shí)其

38、計(jì)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(dòng)周期內(nèi)最大相對(duì)速度的時(shí)候，如圖2-2中的兩條曲線。當(dāng)相對(duì)速度等于零時(shí)，(，液體摩擦力，因此在一個(gè)振動(dòng)周期中液體摩擦力在兩條曲線A和B之間變化。負(fù)滑動(dòng)期間的相對(duì)速度比正滑動(dòng)期間的小，因此負(fù)滑動(dòng)期間的液體的摩擦力絕對(duì)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(rùn)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(rùn)滑起支配作用。 第三章 結(jié)晶器振動(dòng)方案的選擇

39、 針對(duì)傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪結(jié)晶器振動(dòng)裝置存在的缺點(diǎn)，開發(fā)研制電液伺服驅(qū)動(dòng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。基于智能控制的根本思想，改良控制方法，滿足連鑄工藝對(duì)跟蹤正弦給定振動(dòng)波形的要求，有效抑制非對(duì)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(guò)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(shì)。連鑄坯的產(chǎn)量占整個(gè)鋼產(chǎn)量的百分率可反映一個(gè)國(guó)家煉鋼工藝的先進(jìn)水平，因而連鑄比的提高受到國(guó)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(duì)鋼水進(jìn)行一次冷卻

40、，使其形成坯殼，同時(shí)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(guò)一個(gè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)使結(jié)晶器 按一定的規(guī)律振動(dòng)，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(dòng)偏心凸輪的結(jié)晶激振系統(tǒng)相比，電液伺服驅(qū)動(dòng)的連鑄機(jī)結(jié)晶器激振系統(tǒng)具有能實(shí)現(xiàn)正弦振動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制、布置方便和可以實(shí)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(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示并根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動(dòng)參數(shù)，提高連鑄坯質(zhì)量和提高金屬收得率，從而實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程的自動(dòng)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(dòng)規(guī)律的研究、控制律的研究及實(shí)現(xiàn)方法、結(jié)晶器電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 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(dòng)波形：正弦波：3毫米 結(jié)晶器的重量：5噸 結(jié)晶器振動(dòng)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化。結(jié)晶器振動(dòng)裝置必須能使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動(dòng)，并且使振動(dòng)具有一定的規(guī)律。結(jié)晶器振動(dòng)裝置的振動(dòng)動(dòng)作一般是由電機(jī)、連桿、偏心輪等實(shí)現(xiàn)的。 由此可見，對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)裝置的振動(dòng)規(guī)律、振動(dòng)方法、動(dòng)力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)的改造對(duì)提高連鑄質(zhì)量有重大的意義。 目前結(jié)晶器振動(dòng)裝置的

42、形式主要有差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓伺服式振動(dòng)機(jī)構(gòu)等。結(jié)晶器振動(dòng)裝置的開展與創(chuàng)新主要是在它原有的根底上對(duì)振動(dòng)規(guī)律、振動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等附屬機(jī)構(gòu)建立起來(lái)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(dòng)設(shè)備、二冷段、拉矯裝置等。澆鑄設(shè)備是用來(lái)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(dòng)裝置是通過(guò)振動(dòng)裝置的振動(dòng)使鋼水和具有一定坯殼的鑄坯與結(jié)晶器連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆鑄。經(jīng)過(guò)不斷的研究，結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)形式異常多。其中最具有代表性的是：差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動(dòng)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(dòng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng)的，現(xiàn)以差動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明。 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)臂，而是用一組齒輪和齒條來(lái)代替。振動(dòng)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(dòng)時(shí)，就使與其相連的兩個(gè)小齒輪產(chǎn)生不同的線速度，反響在振動(dòng)框架的兩側(cè)齒條上，其上鞋運(yùn)動(dòng)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(dòng)。 圖3-2差動(dòng)齒輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此種機(jī)構(gòu)也稱為雙短臂式或是四連桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是

44、通過(guò)選擇適當(dāng)尺寸的兩個(gè)搖桿，使其在某一個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)是繞曲率半徑中心O點(diǎn)得圓弧線運(yùn)動(dòng)。圓弧線的半徑應(yīng)當(dāng)是結(jié)晶器振動(dòng)的曲率半徑R。既然有瞬時(shí)性，因此雙搖桿所實(shí)現(xiàn)的圓弧振動(dòng)也是一個(gè)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(dòng)誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點(diǎn)振動(dòng)軌跡的誤差不大于0.1mm。在雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)搖桿長(zhǎng)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(zhǎng)線應(yīng)通過(guò)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(dòng)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用前者時(shí)a點(diǎn)和d點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)。采用后者時(shí)，那么應(yīng)該把b`點(diǎn)和c`點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)所要求的振動(dòng)軌跡。 圖3-3雙短臂振動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型振動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)軌跡準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。其設(shè)計(jì)原理與我國(guó)的差動(dòng)齒輪相似，圖示是四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。它是近年來(lái)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(dòng)是利用兩隊(duì)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(dòng)的弧線定中是利用兩條板式彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)的。板式彈簧使結(jié)晶器只做弧線擺動(dòng)，而不能產(chǎn)生前后左右的晃動(dòng)。適中選擇彈簧的長(zhǎng)度，可以是運(yùn)動(dòng)軌跡誤差不大于0.0

46、2mm。振動(dòng)臺(tái)架采用鋼結(jié)構(gòu)件，更換迅速方便。這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)是靠偏心輪連桿的推力，作用于振動(dòng)臺(tái)的四角，使結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，不會(huì)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(dòng)不平穩(wěn)。其缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件較多，結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜。 圖3-4四偏心輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置是通過(guò)振動(dòng)臺(tái)使結(jié)晶器產(chǎn)生正弦或非正弦振動(dòng)，這種振動(dòng)方式存在著振動(dòng)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(dòng)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(dòng)，而其他零部件如外水套、冷卻水、閃爍計(jì)數(shù)器、結(jié)晶器電磁攪拌器及足輥等不參與振動(dòng)。因而具有振動(dòng)質(zhì)量小

47、，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。 結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)是又液壓缸借助一個(gè)振動(dòng)臂來(lái)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(dòng)沖程為h=0~8mm，頻率為f=0~600/min在線自動(dòng)調(diào)節(jié)。 圖3-5本體振動(dòng)式方坯結(jié)晶器 此種液壓振動(dòng)裝置主要由兩個(gè)液壓振動(dòng)單元組成。如圖示，液壓振動(dòng)單元主要由活動(dòng)臺(tái)板式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，固定臺(tái)、活動(dòng)臺(tái)及液壓缸總成等組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、緊湊，便于布置。設(shè)備的布置可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器精確的仿弧運(yùn)動(dòng)，結(jié)晶器區(qū)域空間大，無(wú)需撤除振動(dòng)裝置即可實(shí)現(xiàn)電磁攪拌器、扇形段的無(wú)障礙更換。振動(dòng)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(dòng)單元，結(jié)晶器安裝后，冷

48、卻水路自動(dòng)接通，無(wú)需人工接管。 圖3-6結(jié)晶器振動(dòng)液壓伺服裝置 3.6 振動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)是連鑄的一個(gè)根本特征，基于不同的理論，結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)也經(jīng)歷了復(fù)雜的過(guò)程，早期主要由凸輪實(shí)現(xiàn)的正弦振動(dòng)，由于波形單一，在線不能調(diào)節(jié)，未能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)波形的優(yōu)化;由于采用偏心機(jī)構(gòu)使機(jī)械動(dòng)作更加簡(jiǎn)便，故結(jié)晶器正弦振動(dòng)得到了開展，并不斷地對(duì)其振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)以改善鑄坯外表質(zhì)量;目前開發(fā)的液壓振動(dòng)，波形選擇范圍寬，并且調(diào)節(jié)容易，振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的穩(wěn)定性，對(duì)于改善結(jié)晶器內(nèi)的潤(rùn)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(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程振動(dòng)的最優(yōu)化。對(duì)于改善鑄坯

49、外表質(zhì)量，提高拉坯速度，液壓振動(dòng)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(dòng)是連鑄生產(chǎn)過(guò)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(dòng)機(jī)或交流變頻電動(dòng)機(jī)通過(guò)偏心輪驅(qū)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器振動(dòng)。和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置相比，電液伺服驅(qū)動(dòng)的連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置可以很方便地產(chǎn)生各種振動(dòng)規(guī)律、實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)波形并可根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動(dòng)參數(shù)、布置方便和可很方便地實(shí)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心凸輪結(jié)晶器振動(dòng)裝置存在的難以在線改變振動(dòng)波形和響應(yīng)速度慢等問(wèn)題、本文開發(fā)研制了采用電液伺服控制實(shí)現(xiàn)的結(jié)

50、晶器振動(dòng)裝置及其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。為了滿足連鑄工藝對(duì)跟蹤非正弦給定振動(dòng)波形的要求，結(jié)合結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于智能控制的根本思想對(duì)一些控制方法進(jìn)行了有機(jī)組合，有效地抑制了非對(duì)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(yàn)說(shuō)明了所開發(fā)的結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)裝置及其計(jì)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(dòng)化水平的目的。 所開發(fā)研制的結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)組成如圖3-5所示。相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方塊圖如圖3-6示。采用閥控缸驅(qū)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的往復(fù)振動(dòng)，將液壓缸的位置(或結(jié)晶器鞍座的位置)通過(guò)位移傳感器反彼到綜合端與指令信號(hào)比擬得到誤差信號(hào)，然后由計(jì)

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

52、要求的振動(dòng)規(guī)律。 液壓振動(dòng)的動(dòng)力裝置為液壓動(dòng)力站，它作為動(dòng)力源向振動(dòng)液壓缸提供穩(wěn)定的壓力和流量的油液。液壓動(dòng)力站的信號(hào)有主站室內(nèi)的計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC系統(tǒng)來(lái)控制，液壓振動(dòng)的核心控制裝置為振動(dòng)伺服閥。振動(dòng)伺服閥靈敏度高，液壓動(dòng)力站提供動(dòng)力如有波動(dòng)，伺服閥的動(dòng)作就會(huì)失真，造成振動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)和振動(dòng)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(dòng)和沖擊，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。 正弦和非正弦曲線振動(dòng)靠振動(dòng)伺服閥控制，而振動(dòng)伺服閥的空子信號(hào)來(lái)自曲線生成器，主控室的計(jì)算機(jī)通過(guò)PLC控制曲線生成器設(shè)定振動(dòng)曲線〔同時(shí)也設(shè)定振幅和頻率〕。曲線生成器通過(guò)液壓缸傳來(lái)的壓力信號(hào)和位置反響信號(hào)來(lái)修正振幅和頻率。經(jīng)過(guò)

53、修正的振動(dòng)曲線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)控制伺服閥。只要改變曲線生成器即可改變振動(dòng)波形、振幅和頻率。曲線生成器輸入信號(hào)的波形、振幅和頻率可在線任意設(shè)定好振動(dòng)曲線信號(hào)傳給伺服閥，即可控制振動(dòng)液壓缸按設(shè)定參數(shù)振動(dòng)。在軟件編程中，同時(shí)還設(shè)置多種報(bào)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(dòng)波形、振幅和頻率是通常機(jī)械振動(dòng)所不能實(shí)現(xiàn)的。 第四章 結(jié)晶器正弦振動(dòng)的參數(shù)分析 在結(jié)晶器下振速度大于拉坯速度時(shí)，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(dòng)時(shí)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(dòng)的選30%～40%時(shí)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(dòng)速為： =〔1+〕那么 〔1+30%〕 結(jié)晶器上下振動(dòng)一次的時(shí)間稱為振動(dòng)周期T，單位s。一分鐘內(nèi)振動(dòng)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(dòng)頻率 ---------------振幅，3mm 故 圓頻率

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

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

57、s時(shí)，=-3.12m/s； =，t=0.123s時(shí)， =–2.21m/s,； =，t=0.147s時(shí) ，=0m/s； =，t=0.172s時(shí)， =2.21m/s； =，t=0.196s時(shí)， =3.12m/s。 由此結(jié)晶器振動(dòng)裝置完成了一個(gè)周期的振動(dòng)，振動(dòng)裝置進(jìn)入下一個(gè)周期的振動(dòng)。 當(dāng)結(jié)晶器下振動(dòng)的速度大于拉坯速度時(shí)就出現(xiàn)負(fù)滑脫，在本設(shè)計(jì)中拉坯速度=4.5m/min，設(shè)開始出現(xiàn)負(fù)滑脫的時(shí)間，那么有 那么 負(fù)滑脫總時(shí)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(shí)間。由于結(jié)晶器為上下運(yùn)動(dòng)，而鑄流為連續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，這樣在各個(gè)位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(guò)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(duì)速度最大。 位置8：結(jié)晶器回到初始位置，結(jié)束了一個(gè)周期的循環(huán)，下一循環(huán)開始。 從總的情況看：正玄振動(dòng)方式采用高頻率、小振幅、較大的負(fù)滑脫量的振動(dòng)較為有利。 第五章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置機(jī)械設(shè)計(jì) 結(jié)晶器振動(dòng)

60、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(jì)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(xiǎn)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(shí)的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時(shí)的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時(shí)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(duì)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(shí)的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時(shí)的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時(shí)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(duì)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(gè)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(jì)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(xiǎn)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(shí)的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時(shí)的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時(shí)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(duì)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(shí)的平安系數(shù) 式中 －受彎矩作用時(shí)的平安系數(shù) －彎曲疲勞極限,取 －彎曲時(shí)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(duì)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(dòng)，所以兩軸承應(yīng)按靜負(fù)荷校核。計(jì)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(dòng)裝置伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 結(jié)晶器做正弦振動(dòng)，采用雙缸驅(qū)動(dòng)方式，并且要求每個(gè)振動(dòng)缸控制伺服閥。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，液壓伺服激振系統(tǒng)為雙缸振動(dòng)過(guò)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(dòng)由兩個(gè)兩個(gè)電液伺服閥由電信號(hào)精準(zhǔn)控制，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)油缸的激振運(yùn)動(dòng) 工作中指令信號(hào)同時(shí)給兩個(gè)伺服閥，伺服閥通過(guò)電信號(hào)控制兩個(gè)液壓缸進(jìn)行振動(dòng)，輸入流量輸出位移，同時(shí)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(shí)供給兩個(gè)伺服閥，經(jīng)閥芯開口進(jìn)入液壓缸驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，校正后在將調(diào)節(jié)后的信號(hào)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(dòng)振幅：；振動(dòng)頻率:32Hz；結(jié)晶器靜態(tài)重量：5噸 列出系統(tǒng)正弦振動(dòng)方程： 振動(dòng)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(jì)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(jì)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(gè)液壓缸負(fù)載：