液壓伺服驅(qū)動(dòng)式鑄坯結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）液壓伺服驅(qū)動(dòng)式鑄坯結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 摘要結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄中的關(guān)鍵設(shè)備,其振動(dòng)形式、控制方式以及在線監(jiān)測與調(diào)整,對(duì)連鑄質(zhì)量具有重要影響。因此,研究連鑄結(jié)晶器振動(dòng)裝置及控制技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)連鑄機(jī)結(jié)晶器技術(shù)發(fā)展及結(jié)晶器振動(dòng)方式演變的闡述，提出了電液伺服驅(qū)動(dòng)，并對(duì)其振動(dòng)形式及其工作原理進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的分析。然后繪制了機(jī)構(gòu)簡圖，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)及工藝參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算！最后通過校核、機(jī)構(gòu)的仿真分析完成了本次設(shè)計(jì)！關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；結(jié)晶器 ；正弦振動(dòng)；電液伺服控制；振動(dòng)裝置desigh of the hydraulic pressure servo

2、 actuation type casts the semifinished product crystallizer shake-out equipmentabstractthe crystallizer shake-out equipment is in the continuous casting key equipment, its vibration form, the control mode as well as the online monitor and the adjustment, have the material effect to the continuous ca

3、sting quality. therefore, the research continuous casting crystallizer shake-out equipment and the control technology have the vital practical significance. this article through the elaboration which evolves to the continue caster crystallizer technological development and the crystallizer vibration

4、 way, proposed the battery solution servo actuates, and has carried on the substantive analysis to its vibration form and the principle of work. then has drawn up the organization diagram, and has carried on the analysis computation to its parameter of movement and the technological parameter! final

5、ly through the examination, the organization simulation analysis has completed this design! keywords: mould; sinusoidal oscillation; electro-hydraulic;目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1連續(xù)鑄鋼的發(fā)展11.2 連續(xù)鑄鋼的特點(diǎn)31.3連鑄機(jī)機(jī)型分類，特點(diǎn)及演變51.4連續(xù)鑄鋼的工藝流程及設(shè)備6第二章.結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)72.1結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)發(fā)展的歷史72.2 連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)簡介82.3結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律的演變82.4結(jié)晶器振動(dòng)和

6、潤滑的關(guān)系112.4.1 結(jié)晶器振動(dòng)與保護(hù)渣的關(guān)系122.4.2結(jié)晶器的潤滑機(jī)理132.4.3 結(jié)晶器中摩擦力的分布15第三章 結(jié)晶器振動(dòng)方案的比較、論證、確定及經(jīng)濟(jì)性分析163.1 本課題研究的目的163.2 課題研究內(nèi)容163.3 課題方案的選擇173.3.1 振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡介173.3.2 振動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇20第四章 結(jié)晶器正弦振動(dòng)的參數(shù)分析244.1 負(fù)滑脫量計(jì)算244.2 頻率與周期244.3 結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度和加速度254.4 負(fù)滑脫時(shí)間的確定26第五章 液壓伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)295.1 液壓伺服系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)295.1.1、確定最大功率295.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，壓力p，流量q31

7、5.2.1初選系統(tǒng)的壓力315.2.2 計(jì)算液壓缸的主要參數(shù)315.2.3 擬定液壓系統(tǒng)圖325.2.4 液壓元件的設(shè)計(jì)335.3 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算385.3.1 系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算38第六章 機(jī)械設(shè)計(jì)406.1受力分析406.2強(qiáng)度校核416.2.1 軸的校核416.2.1.1中間截面校核426.2.1.2截面1校核436.2.2 軸的校核446.2.2.1中間截面校核466.2.2.2 截面1校核476.3 軸承校核486.3.1 軸軸承校核486.4 運(yùn)動(dòng)分析49第七章 控制系統(tǒng)507.1連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)的plc控制507.1.1連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)控制原理50致謝52參考文獻(xiàn)5352

8、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒論由于連鑄技術(shù)具有顯著的高生產(chǎn)效率、高成材率、高質(zhì)量和低成本的優(yōu)點(diǎn)，近二三十年已得到了迅速發(fā)展，目前世界上大多數(shù)產(chǎn)鋼國家的連鑄比超過90%。連鑄技術(shù)對(duì)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的變革、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面起了革命性的作用。1.1連續(xù)鑄鋼的發(fā)展連續(xù)鑄鋼是一項(xiàng)把鋼水直接澆鑄成形的節(jié)能新工藝，它具有節(jié)省工序、縮短流程，提高金屬收得率，降低能量消耗，生產(chǎn)過程機(jī)械化和自動(dòng)化程度高，鋼種擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量高等許多傳統(tǒng)模鑄技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。自從20世紀(jì)50年代連續(xù)鑄鋼技術(shù)進(jìn)入工業(yè)性應(yīng)用階段后，不同類型、不同規(guī)格的連鑄機(jī)及其成套設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)70年代以后

9、，連鑄技術(shù)發(fā)展迅猛，特別是板、方坯連鑄機(jī)的發(fā)展對(duì)加速連鑄技術(shù)替代傳統(tǒng)的模鑄技術(shù)起到了決定性作用。 連鑄坯的噸數(shù)與總鑄坯(錠)的噸數(shù)之比叫做連鑄比，它是衡量一個(gè)國家或一個(gè)鋼鐵工廠生產(chǎn)發(fā)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)發(fā)展水平的綜合體現(xiàn)。1970-1980年，世界連鑄比從44發(fā)展到284，中國的連鑄比從21發(fā)展到62；至1990年，世界和中國的連鑄比分別發(fā)展到628和224；到1999年，又分別發(fā)展到844和774。2000年中國連鑄比發(fā)展到86，估計(jì)世界連鑄比為87左右。從統(tǒng)計(jì)數(shù)字可以看出中國的連鑄技術(shù)在近10年內(nèi)得到了迅速發(fā)展。世界上有許多連鑄技術(shù)實(shí)力較

10、強(qiáng)的公司，如西馬克德馬克、奧鋼聯(lián)、日立造船、住友重機(jī)、丹尼利等。以板坯連鑄機(jī)為例，西馬克德馬克公司從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)，日立造船從1967年至1998年新建并改造板坯連鑄機(jī)共約75臺(tái)，住友重機(jī)提供和改造過約150臺(tái)各類連鑄機(jī)。截止2000年12月止，中國共有356臺(tái)(1123流)連鑄機(jī)，其中板方坯連鑄機(jī)分別為63臺(tái)(78流)、276臺(tái)(1002流)，圓坯、異形坯連鑄機(jī)分別為16臺(tái)(40流)、1臺(tái)(3流)。這些連鑄機(jī)中，絕大部分是立足于中國國內(nèi)設(shè)計(jì)制造的。目前中國國內(nèi)能夠承擔(dān)連鑄機(jī)研究、開發(fā)、設(shè)

11、計(jì)的設(shè)計(jì)研究院所、廠有西安重型機(jī)械研究所、北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、上海重礦公司、一重集團(tuán)公司、二重集團(tuán)公司、大重集團(tuán)公司等，應(yīng)該引起注意的是西安重型機(jī)械研究所在連鑄成套設(shè)備的設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)方面特別是在大型板坯連鑄成套設(shè)備設(shè)計(jì)方面有著很強(qiáng)的實(shí)力，90年代以后，先后設(shè)計(jì)和改造的板坯連鑄機(jī)有美國canister大板坯連鑄機(jī)，攀鋼雙流大板坯連鑄機(jī)，上鋼三廠、鞍鋼寬厚板坯連鑄機(jī)，酒鋼、太鋼、南鋼、馬鋼、凌鋼、武鋼、寶鋼等多臺(tái)大板坯連鑄機(jī)。到目前為止，連鑄設(shè)備和工藝技術(shù)日益完善，在新建或改造舊有的連鑄機(jī)時(shí)，人們都會(huì)無一例外地結(jié)

12、合實(shí)際選擇一些相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。而具有代表性的技術(shù)是：(1)鋼液的凈化處理(2)防止二次氧化的保護(hù)澆注及鋼液溫度控制(3)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，鋼包下渣檢測，鋼包傾轉(zhuǎn)，鋼包鋼液自動(dòng)稱量。(4)大容量中間罐，中間罐冶金，中間罐熱周轉(zhuǎn)，“冷”中間罐使用，等離子加熱，中間罐鋼液自動(dòng)稱量。(5)自動(dòng)加保護(hù)渣裝置，保護(hù)渣品質(zhì)分析檢驗(yàn)設(shè)施。(6)結(jié)晶器在線熱狀態(tài)調(diào)寬，多錐度結(jié)晶器，漏鋼預(yù)報(bào)，液面自動(dòng)檢控，電磁制動(dòng)與電磁攪拌，高性能結(jié)晶器銅板及鍍層。(7)機(jī)械式(可實(shí)現(xiàn)正弦振動(dòng)曲線)、液壓式(可實(shí)現(xiàn)正弦和非正弦振動(dòng)曲線)結(jié)晶器振動(dòng)裝置。(8)大板坯連鑄機(jī)中能夠調(diào)寬、調(diào)厚的零號(hào)扇形段。(9)多點(diǎn)彎曲、矯直技術(shù)，連續(xù)彎曲矯

13、直技術(shù)。(10)真正意義上的細(xì)輥密布輥?zhàn)优帕?，分段輥，高性能輥?zhàn)硬牧霞岸押笇印?11)凝固末端輕壓下，人為鼓肚輕壓下。(12)遠(yuǎn)程調(diào)整輥縫的液壓夾緊式或機(jī)械式扇形段，二冷區(qū)域或二冷區(qū)凝固末端電磁攪拌。(13)二次冷卻區(qū)氣水霧化冷卻及自動(dòng)控制，噴水寬度隨板坯寬度的無級(jí)切換，1：25-30的大流量范圍的氣水霧化噴嘴。(14)全交流拉坯輥傳動(dòng)系統(tǒng)。(15)eic一體化的電氣、儀表、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。(16)結(jié)晶器、零號(hào)扇形段、結(jié)晶器振動(dòng)裝置、扇形段四大周轉(zhuǎn)件整體吊裝更換，完善的離線維修措施。(17)大板坯連鑄機(jī)的上裝引錠、自動(dòng)脫錠。(18)輥縫自動(dòng)測量儀、自動(dòng)噴印機(jī)、去毛刺機(jī)、鑄坯稱量機(jī)、局部火焰清理

14、機(jī)等關(guān)鍵輔助設(shè)備的應(yīng)用。(19)最佳定尺切割(20)計(jì)算機(jī)質(zhì)量判斷(21)快速硫印(22)鑄坯運(yùn)行路線的計(jì)算機(jī)跟蹤(23)自動(dòng)開澆技術(shù)就世界范圍而言，連比已經(jīng)提高到一個(gè)較高的水平，新的連鑄裝備的投入步伐將有所減緩，隨之而來的是各類舊有連鑄機(jī)的更新?lián)Q代。不管是新建的還是被改造的連鑄機(jī)都會(huì)朝著高效化發(fā)展，提高無缺陷坯的比率，擴(kuò)大連鑄鋼品種，推進(jìn)純凈鋼的同時(shí)防止二次氧化，提高連鑄機(jī)的裝機(jī)水平，提高作業(yè)率，合理提高拉速，做好爐機(jī)匹配等以高效化生產(chǎn)的中心的工藝、設(shè)備、操作技術(shù)將是連鑄技術(shù)發(fā)展的必然。1.2 連續(xù)鑄鋼的特點(diǎn)連續(xù)鑄鋼技術(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了冶金鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也使鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)模式及結(jié)構(gòu)產(chǎn)

15、生了巨大變革。這些變革帶來了降低能耗、縮短生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量等顯著成果，其結(jié)果使得鋼鐵產(chǎn)品具有了更大的市場競爭能力，為煉鋼生產(chǎn)向連續(xù)化、自動(dòng)化方向的發(fā)展開辟了新的途徑。連鑄技術(shù)的優(yōu)越性20世紀(jì)70年代以后連鑄技術(shù)迅速發(fā)展，究其原因主要是它與以往的模鑄相比具有很多優(yōu)越性。連鑄與模鑄的根本區(qū)別就在于它們的生產(chǎn)工藝流程是不一樣的。模鑄是把一爐鋼水澆注成多根鋼錠，鋼錠脫模之后經(jīng)初軋機(jī)開坯才得到鋼坯，是在間斷的情況下進(jìn)行的;而連鑄是把一爐鋼水連續(xù)不斷地注入到結(jié)晶器中，這樣就可以得到無限長的鑄坯，經(jīng)切割后就可以直接生產(chǎn)鑄坯?？梢姡B鑄比模鑄減少了一道工藝流程。同時(shí)模鑄時(shí)鑄坯的冷卻速度較慢，而連鑄時(shí)因強(qiáng)

16、制冷卻使冷卻速度加快?；谶@些根本差別，連鑄和模鑄比較，就具有許多突出的優(yōu)越性。 1)提高了綜合成材率。采用連鑄工藝的直接經(jīng)濟(jì)效益，首先是提高了綜合成材率。過去采用的鋼錠開坯方式，切頭切尾損失達(dá)到10%-20%，從鋼水到成坯的收得率約為84%-88%;而連鑄的切頭切尾損失僅為1%'2%，從鋼水到成坯的收得率為95%-96%，即采用連鑄可以節(jié)約金屬10%左右。金屬收得率的提高必然使得綜合成材率提高。一般來說，模鑄時(shí)綜合成材率為80%左右，而連鑄時(shí)綜合成材率可達(dá)95%以上。據(jù)測算，連鑄比每提高10%，但綜合成材率提高0.8%-1.5%. 2)降低能耗。連鑄節(jié)能主要體現(xiàn)在一是省去開坯工藝直接

17、節(jié)能，二是由于提高成坯率和成材率間接節(jié)能兩方面。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，每生產(chǎn)it鋼坯連鑄比模鑄可節(jié)能627-1046kj，相當(dāng)于21.435.7 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。按我國目前能耗水平測算，it連鑄坯綜合節(jié)能約130 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，可見連鑄對(duì)提高綜合成材率及節(jié)能具有重要意義。應(yīng)當(dāng)指出，隨著澆注鋼種、鑄坯斷面和軋制工藝的不同，連鑄節(jié)能的具體情況也是不同的。 3)產(chǎn)品的均一性好、質(zhì)量高。模鑄鋼錠凝固時(shí)間比較長，元素偏析顯著，特別是鋼錠頭部和尾部化學(xué)成分差異很大，而連鑄坯冷卻速度快、斷面較小、樹枝晶間距小、偏析程度輕，尤其是沿鑄坯長度方向的化學(xué)成分比較均勻，因而其成材的均一性比模鑄好。隨著煉鋼工藝的不斷發(fā)展和連鑄新

18、技術(shù)的應(yīng)用，目前連鑄產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)性能指標(biāo)大都優(yōu)于模鑄成材產(chǎn)品。4)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化。在以往煉鋼生產(chǎn)過程中，模鑄是一項(xiàng)勞動(dòng)環(huán)境惡劣且強(qiáng)度大的工序。而連鑄由于其自身設(shè)備和工藝的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)及計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展應(yīng)用，使得連鑄這一優(yōu)越性更加突出，大多數(shù)連鑄機(jī)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。這就使操作者從模鑄的繁重體力勞動(dòng)中解脫出來，而且提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。除以上顯而易見的優(yōu)點(diǎn)外，連鑄還有生產(chǎn)周期快、噸坯成本低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此當(dāng)成功應(yīng)用連鑄后，整個(gè)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生了巨大的變化。一方面鑄錠車間、均熱爐和初軋機(jī)逐步被連鑄機(jī)所取代，另一方面連鑄的不斷發(fā)展也正在改變從煉鋼到軋鋼的

19、工藝流程。1.3連鑄機(jī)機(jī)型分類，特點(diǎn)及演變目前連鑄機(jī)已在鋼廠廣泛采用，形式多種，用途各異。對(duì)連鑄機(jī)的叫法也很不一致?，F(xiàn)按一般習(xí)慣介紹連鑄機(jī)的分類方法： (1)接連鑄機(jī)外形分類有：立式連鑄機(jī)、立彎式連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)、超低頭(橢圓形)連鑄機(jī)、水平連鑄機(jī)，輪式連鑄機(jī)等。 (2)按澆注鑄坯斷面分類有 表1 國 內(nèi) 連 鑄 機(jī) 統(tǒng) 計(jì)機(jī)型 臺(tái)數(shù)/臺(tái) 流數(shù)/流 年產(chǎn)能/萬t 說明 小方坯 211 783 8983.50 150mm×150mm 方、矩坯 218 781 9902 >150mm×150mm 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯計(jì) 薄板坯 10 10 12

20、62 薄板坯連鑄連軋 圓坯 20 52 511.25 以生產(chǎn)圓坯為主者按圓坯 異型坯 1 3 63   合計(jì) 551 1749 29204.75 有幾家方案未確定者（如廣東、福建等）尚未計(jì)入 (3) 按拉速分類有：高拉速連鑄機(jī)和低拉速連鑄機(jī)。它們的主要區(qū)別在于：高拉速時(shí)鑄坯帶液芯矯直，低拉速時(shí)鑄坯全凝固矯直。(4)按鋼水靜壓頭分類：靜壓力較大的叫高頭型連鑄機(jī)如立式、立彎式連鑄機(jī)。靜壓力較小的叫低頭連鑄機(jī)如弧形、橢圓、水平連鑄機(jī)。1.4連續(xù)鑄鋼的工藝流程及設(shè)備 圖 1-1 煉鋼生產(chǎn)工藝流程簡圖 圖1-2 連鑄工藝圖 第二章.結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)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

21、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(shí)，若結(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)壁獲得比較良好的潤滑條件，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(shí)還可以改善鑄坯的表面質(zhì)量。因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)生粘結(jié)時(shí)，振動(dòng)能夠強(qiáng)制脫模，消除粘結(jié)。因此使結(jié)晶器發(fā)生振動(dòng)是澆注成功的先決條件，同時(shí)也是連鑄技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。正是振動(dòng)結(jié)晶器的發(fā)明，工業(yè)上才得以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用連鑄技術(shù)。隨著連

22、鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)也在不斷的發(fā)展和完善。2.1結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)發(fā)展的歷史 最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止不動(dòng)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(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)化發(fā)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(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的艾爾文·羅西(irving rossi )獲得了容漢斯結(jié)晶器振動(dòng)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(tái)方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動(dòng)結(jié)晶

23、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)的基礎(chǔ)。2.2 連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)簡介 在連鑄技術(shù)的發(fā)展過程中，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)獲得良好的鑄坯表面，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，使鑄坯表面出現(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

24、振動(dòng)的振動(dòng)裝置由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過萬向聯(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)后面再通過萬向聯(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。國外的應(yīng)用情況表明，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)量川一9l。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

25、形振動(dòng)、實(shí)現(xiàn)連鑄過程監(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)控制過程的平穩(wěn)過度。2.3結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律的演變結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展過程來看，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)中最基本的內(nèi)容。因?yàn)閺慕Y(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)發(fā)展的歷史過程來看，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)律都較過去的振動(dòng)規(guī)律更為合理，而且都對(duì)鑄坯的連續(xù)澆注、鑄坯的表面質(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)

26、晶器振動(dòng)技術(shù)發(fā)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(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)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表面質(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)是用凸輪來實(shí)現(xiàn)的，但是凸輪的加工制造比較麻煩;為了保證結(jié)晶

27、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(dòng)的加速度達(dá)不到無窮大，但是仍然很大。過大加速度對(duì)鑄坯的表面質(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)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)，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)的過程中有一段較長時(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)

28、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，變化比較緩和，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)律是一種相對(duì)比較好的振動(dòng)規(guī)律，因此這種振動(dòng)規(guī)律被使用了許多年。后來才被更為合理的正弦振動(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

29、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/minh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

30、。 4)結(jié)晶器正弦振動(dòng)規(guī)律是用偏心機(jī)構(gòu)來實(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(dòng)方式。非正弦速度規(guī)律主要特點(diǎn)是:負(fù)滑動(dòng)時(shí)間比較短，這有利于減輕鑄坯表面振動(dòng)痕跡的深度，提高鑄坯表面質(zhì)量;較長的正滑動(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

31、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。2.4結(jié)晶器振動(dòng)和潤滑的關(guān)系 結(jié)晶器振動(dòng)的重要影響主要是對(duì)潤滑和振動(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，以得到最好的表面質(zhì)量和防止粘結(jié)漏鋼的最佳安全性。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)果表明，保護(hù)渣消耗量是正滑脫時(shí)間的增函數(shù)

32、，圖2-3示出了保護(hù)渣消耗量與正滑脫時(shí)間的關(guān)系?？梢姡瑢?duì)于振動(dòng)結(jié)晶器，正滑脫時(shí)間越長，保護(hù)渣消耗量越大，由此也引起了大量的爭論。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)必不可少的過程: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“打開”，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)渣的一部分被“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”，也部分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

33、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)液渣供應(yīng)成為限制性環(huán)節(jié)時(shí)，則正滑脫時(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：q=0.5560fvc2-12+0.1式中：q-單位面積的保護(hù)渣消耗量，kg/m2； vc-拉坯速度，m/min； f-振動(dòng)頻率hz； -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

34、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)的影響作出滿.2.4.2結(jié)晶器的潤滑機(jī)理 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(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(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_

35、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”。用下式來表示其大小: 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

36、面某一距離的函數(shù)來計(jì)算。結(jié)晶器采用正弦振動(dòng)時(shí)其計(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(dòng)方案的比較、論證、確定及

37、經(jīng)濟(jì)性分析3.1 本課題研究的目的 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)?；谥悄芸刂频幕舅枷?，改進(jìn)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。3.2 課題研究內(nèi)容 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(gè)鋼產(chǎn)量的百分率可反映一個(gè)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)中的重要組成部分

38、。結(jié)晶器的作用是為了對(duì)鋼水進(jìn)行一次冷卻，使其形成坯殼，同時(shí)為了保證出料均勻，減少拉坯摩擦力，避免鋼水粘壁、漏鋼，改善鑄坯表面質(zhì)量。為此，需要通過一個(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)連鑄過程的自動(dòng)化。 為完成上述目標(biāo)，本課題主要涉及以下

39、方面的內(nèi)容：振動(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)。已知條件：結(jié)晶器的斷面尺寸：70×1560 （毫米×毫米） 拉坯速度：45.5 結(jié)晶器的振動(dòng)波形：正弦波：3毫米 結(jié)晶器的重量：12噸3.3 課題方案的選擇3.3.1 振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡介結(jié)晶器的振動(dòng)是由振動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的，振動(dòng)機(jī)構(gòu)是振動(dòng)裝置的核心。結(jié)晶器對(duì)振動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求主要有兩點(diǎn)：一是使結(jié)晶器按一定的速度規(guī)律振動(dòng)，二是使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動(dòng)。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的振動(dòng)規(guī)律如梯形規(guī)律、正弦規(guī)律的條件下，滿足后一個(gè)要求比滿足前一個(gè)要難，所有振動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都是以結(jié)晶器振動(dòng)軌跡的方式來稱呼的。（1） 長臂振動(dòng)機(jī)

40、構(gòu)在弧形連鑄機(jī)中，它是把結(jié)晶器安裝在一個(gè)與鑄機(jī)圓弧半徑相同的振動(dòng)臂上。這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)軌跡在理論上是正確的。但如果振動(dòng)臂較長，則因加工制造誤差、受熱膨脹、受力變形而使結(jié)晶器產(chǎn)生較大的振動(dòng)軌跡誤差。所有它只使用于圓弧半徑較小的連鑄機(jī)上。在連鑄發(fā)展的初期這種機(jī)構(gòu)被用于生產(chǎn)，但隨著連鑄機(jī)圓弧半徑的增大而被其他振動(dòng)機(jī)構(gòu)所代替。不過，由于連鑄技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了所謂的“超低矮型”連鑄機(jī)，該機(jī)型的基本圓弧半徑較小，采用多點(diǎn)矯直，如矯直點(diǎn)數(shù)為719。由于基本圓弧半徑較小而使長臂振動(dòng)機(jī)構(gòu)又獲得了應(yīng)用。（2） 導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)弧形運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。由于導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)避免了長振動(dòng)臂

41、，結(jié)構(gòu)也比較簡單，因此早期應(yīng)用較多。但由于導(dǎo)軌不易獲得充分潤滑，又不易保持清潔，所以磨損較嚴(yán)重，影響運(yùn)動(dòng)軌跡精度，因而逐漸被其他振動(dòng)機(jī)構(gòu)所替代。雖然近年來導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)又在羅可普連鑄機(jī)上得到了應(yīng)用，但是導(dǎo)軌式振動(dòng)機(jī)構(gòu)所固有的缺點(diǎn)在生產(chǎn)中依舊暴露無遺，使一些生產(chǎn)廠家不得不對(duì)其進(jìn)行改造。（3） 差動(dòng)齒輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)差動(dòng)齒輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)是我國60年代中期開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)的弧線軌跡振動(dòng)機(jī)構(gòu)。結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動(dòng)框架上，用凸輪或偏心輪強(qiáng)迫框架下降，利用彈簧的反力使其上升。振動(dòng)框架的內(nèi)、外弧側(cè)面，裝有齒條，分別與節(jié)圓半徑相等的小齒輪相嚙合。裝在小齒輪軸上的扇形齒輪有不同的節(jié)圓半徑，內(nèi)弧側(cè)的節(jié)園半徑比較大，

42、相互嚙合的扇形齒輪擺動(dòng)時(shí)，就時(shí)與其相連的兩個(gè)小齒輪曳不一樣，因而可使結(jié)晶器產(chǎn)生弧線運(yùn)動(dòng)，由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪和導(dǎo)向件磨損較嚴(yán)重等原因而未被得到推廣。但差動(dòng)原理卻在后來的四偏心結(jié)結(jié)機(jī)構(gòu)上得到了應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 在結(jié)晶器的振動(dòng)框架1上，固定有導(dǎo)軌和齒條2，在距離為a的兩側(cè)裝有兩根長軸3，軸支撐在軸承12上，軸上裝有齒輪4和導(dǎo)輪5，以及不同節(jié)圓半徑的扇形齒輪6及7.，在振動(dòng)框架1兩端還裝著導(dǎo)向塊8，在扇形齒輪6上裝有連桿9，和與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的偏心輪10，振動(dòng)框架1下面還支撐有彈簧11，目的是平衡一部分負(fù)荷并使振動(dòng)框架1產(chǎn)生一個(gè)向上的恢復(fù)力，兩個(gè)軸3就產(chǎn)生反復(fù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，

43、齒輪4廁通過齒條嚙合關(guān)系使振動(dòng)框架1產(chǎn)生振動(dòng)，但由于扇形齒輪6和7的節(jié)圓半徑不同，所以兩側(cè)齒輪4的角速度也不同，則振動(dòng)框架將產(chǎn)生弧線振動(dòng)。圓弧半徑為r，框架1兩側(cè)齒條節(jié)線間距離為w，兩齒輪4的中心距為a，節(jié)圓半徑為，扇形齒輪6和7的節(jié)圓半徑為、，則： （3-1） （3-2） （3-3）正確的選擇w、a及、的值，便可以得到要求的r值。（4） 四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)它是一種雙搖桿機(jī)構(gòu)，它的兩個(gè)搖桿可以裝設(shè)在連鑄機(jī)的外弧側(cè)，也可裝在內(nèi)弧側(cè)，如圖3-2示。后者適用于小方坯連鑄機(jī)，前者適用于板坯連鑄機(jī)，便于拆裝二冷區(qū)的扇形段。當(dāng)使兩搖桿ad和bc平行且等長時(shí)，四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)可用于直弧形或立式連鑄機(jī)。不論是裝在鑄

44、機(jī)的內(nèi)弧側(cè)還是外弧側(cè)，四連桿機(jī)構(gòu)abcd中的cd連桿在某一瞬間的運(yùn)動(dòng)是繞瞬心o的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，只要使兩搖桿ad和bc的延長線交于鑄機(jī)的圓弧中心o，由于結(jié)晶器的振幅與圓弧半徑相比較小，因此瞬心位置變化所造成的運(yùn)動(dòng)軌跡誤差很小。一般在給連鑄機(jī)圓弧半徑、結(jié)晶器振幅及四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的合理約束條件下，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠使板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)軌跡誤差r0.1mm，小方坯的r0.02mm。圖3-2連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)的搖桿長度較短，因此結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)的軌跡精度受溫度、載荷及加工誤差的影響較小。因此，它被廣泛應(yīng)用于各種連鑄機(jī)。四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是各桿件只做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，軸承易形成局部磨損。特別是在高頻

45、率、小振幅的條件下，將產(chǎn)生較嚴(yán)重的局部磨損。（5） 四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)是在連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置中的應(yīng)用廣泛的一種振動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖3-3圖中2為振動(dòng)臺(tái)架，7為結(jié)晶器，其中1為結(jié)晶器外弧中心點(diǎn)，1、3為偏心軸。在每根偏心軸上都裝有兩個(gè)偏心套，通過內(nèi)外側(cè)各兩根連桿4和5將振動(dòng)臺(tái)架在四個(gè)角鉸接，并用板式彈簧6實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器仿弧線定中。只要合理確定偏心軸、偏心套、連桿、板式彈簧的長度及安裝尺寸就可以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的近似圓弧擺動(dòng)。 圖3-3四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)3.3.2 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)基本特征，基于不同的理論，結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)也經(jīng)歷了復(fù)雜的過程，早期主要由凸

46、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)作更加簡便，故結(jié)晶器正弦振動(dòng)得到了發(fā)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)以改善鑄坯表面質(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)造了最合適的條件，可以實(shí)現(xiàn)連鑄過程振動(dòng)的最優(yōu)化。對(duì)于改善鑄坯表面質(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

47、過偏心輪驅(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)速度慢等問題、本文開發(fā)研制了采用電液伺服控制實(shí)現(xiàn)的結(jié)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)，基于智能控制的基本思想對(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

48、頻寬在小方坯連鑄機(jī)上的試驗(yàn)表明了所開發(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，達(dá)到了提高連鑄自動(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)通過位移傳感器反彼到綜合端與指令信號(hào)比較得到誤差信號(hào)，然后由計(jì)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(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動(dòng)規(guī)律。圖 3-5晶器電液伺服振動(dòng)裝置示

49、意圖 圖 3-6 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位移傳感器反饋到綜合端與指令信號(hào)比較得到誤差信號(hào)，然后由計(jì)算機(jī)算得控制量并經(jīng)過d/a和電流負(fù)反饋放大器后驅(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plc系統(tǒng)來控制，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)

50、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)來自曲線生成器，主控室的計(jì)算機(jī)通過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）。曲線生成器通過液壓缸傳來的壓力信號(hào)和位置反饋信號(hào)來修正振幅和頻率。經(jīng)過修正的振動(dòng)曲線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來控制伺服閥。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)措施以避免重大事故的發(fā)生。這種在線任意

51、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4.1 負(fù)滑脫量計(jì)算在結(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; -拉坯速度，4m/min。負(fù)滑脫能幫助“脫?！?，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%。則由公式： 可得出結(jié)晶器的最大振動(dòng)速為：=（1+）則=4（1+30%） =5.2m/min=0.086m/s4.2 頻率與周期結(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

52、-結(jié)晶器振動(dòng)頻率 -振幅，3mm -結(jié)晶器振動(dòng)的最大速度，5.2m/min故 =275.8次/min=4.6次/s周期t=0.22s圓頻率4.3 結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度和加速度 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，若結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t(s)，則振動(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=0.0275s時(shí)，=5.2sin=3.6m/min，方向向下；=, t=0.055s時(shí)，=5.2m/min,振動(dòng)速度達(dá)到最大值；=, t=0.0825s時(shí)，=3.6m/min;=, t=0.1

53、1s時(shí)，=0；結(jié)晶器振動(dòng)到最低點(diǎn)。準(zhǔn)備向上振動(dòng)；=，t=0.1375s時(shí)， =3.6 m/min,方向向上；=，t=0.165s時(shí) ，=5.2m/min振動(dòng)速度達(dá)到最大；=，t=0.1925s時(shí)， =3.6 m/min；=，t=0.22s時(shí)， =0。結(jié)晶器振動(dòng)裝置的加速度可由下式計(jì)算：=0.086×28.5cos =2.45cos 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)，=2.45m/s,加速度具有最大值；=，t=0.0275s時(shí)，=1.73m/s；=, t=0.055s時(shí)， =0；=, t=0.0825s時(shí)，=-1.73m/s;=, t=0.11s時(shí)，=-2.45m/s；=，t=0.1375s時(shí)， =1.73m/s,；=，t=0.165s時(shí) ，=0m/s；=，t=0.1925s時(shí)， =1.73 m/s； =，t=0.22s時(shí)， =2.45m/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)。4.4 負(fù)滑脫時(shí)間的確定當(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=4m/min，設(shè)開始出現(xiàn)負(fù)滑脫的時(shí)間，則有則 =0.0307s負(fù)滑脫總時(shí)間 =0.0