結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)_(個(gè)人畢業(yè)設(shè)計(jì)_)

1、. . . . 摘 要四偏心板坯連鑄機(jī)快臺(tái)在連續(xù)鑄鋼中有與其重要的作用。其振動(dòng)裝置用來支撐結(jié)晶器，使結(jié)晶器上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使脫模更容易。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，其中包括：總體傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)以與正弦式振動(dòng)方式的選擇；偏心軸材料的選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以與軸上零件的布置和裝配方案，偏心軸受力分析和校核；偏心軸上零件，如軸承和鍵的選用與其校核。另外，還包括振動(dòng)系統(tǒng)其它重要零件如銷軸與板彈簧的設(shè)計(jì)等。如何對(duì)偏心軸上偏心距的設(shè)計(jì)是每個(gè)設(shè)計(jì)者應(yīng)該考慮的問題。其中要考慮到不同偏心距對(duì)振幅的影響以與振動(dòng)臺(tái)是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡。振動(dòng)方式為正弦振動(dòng)，可以通過調(diào)整振源機(jī)構(gòu)的振幅來調(diào)整結(jié)晶器的振幅，

2、在設(shè)計(jì)偏心軸時(shí)，要設(shè)計(jì)不同振幅所需要的不同偏心距。振動(dòng)系統(tǒng)是長期使用的，由于所受的是動(dòng)載荷，容易受到磨損，會(huì)減少其使用壽命。故在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮其使用年限，尤其是轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，如軸承，偏心軸。關(guān)鍵詞： 結(jié)晶器； 振動(dòng)裝置； 偏心軸； 四偏心輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)； 板彈簧AbstractFour quick sets eccentric slab caster acts a very important role in continuous casting.The vibration device is used to support crystallizer，crystallizer is recipr

3、ocated up and down，then it makes stripping easier.The paper mainly aims at the general design of crystallizer vibration table vibration system，including design of general transmission program and selection of the sinusoid vibration mode；selection of eccentric shaft material，the structure design，arra

4、ngement and assembly project of elements on shafts，the force analysis and checking of eccentric shafts；selection and checking of elements on eccentric shafts，such as the bearing and key.Moreover，design of other important elements of vibration system is included，such as the pin and plate spring and s

5、o on. Every designer should consider how to design the eccentric distance of the eccentric shaft，taking into account the impact of different eccentric distance on amplitude and whether vibration table achieves a prescribed track.The vibration mode is the sinusoidal vibration，amplitude of crystallize

6、r is adjusted by rectifying the amplitude of vibration source mechanism.Designing eccentric shafts，the eccentric distance that different vibration amplitude needs is designed.The vibration system is used for long time.Because it bears the dynamic load，it is easy to abrade，and its service life is red

7、uced.So the service life is considered in the design，especially the rotating components such as bearing and eccentric shaft.Key Words: Crystallizer； Vibration device； Eccentric shaft； Four eccentric wheel vibration mechanism； Plate spring目 錄1緒論11.1 課題的研究意義和目的11.1.1 課題的研究意義11.1.2課題的目的11.2國外概況21.2.1 結(jié)

8、晶器振動(dòng)概述21.2.2振動(dòng)的結(jié)晶器使連續(xù)鑄鋼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化31.2.3結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律的發(fā)展31.2.4 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的發(fā)展41.2.5 結(jié)晶器非正弦振動(dòng)的分類51.3設(shè)計(jì)容51.4主要技術(shù)參數(shù)61.5本章小結(jié)62結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.1結(jié)晶器振動(dòng)的目的82.2振動(dòng)方式類型與其選擇82.3偏心輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的正弦振動(dòng)92.4偏心輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案112.4.1 外側(cè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定方法112.4.2 側(cè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定方法132.5傳動(dòng)部分初選電機(jī)162.6本章小結(jié)163振動(dòng)臺(tái)偏心軸的設(shè)計(jì)173.1軸的類型選擇173.2軸的材料173.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)173.4軸上零件的布置和裝配方案183.5初算

9、軸的直徑183.6決定各軸段直徑和長度193.7軸上力分析與校核193.8本章小結(jié)254偏心軸上零件設(shè)計(jì)計(jì)算264.1 聯(lián)軸器的選擇264.2 軸承的選擇與壽命校核264.2.1 軸承1的選擇與其校核274.2.2 軸承2的選擇與其校核284.3 鍵的選用與校核304.4 本章小結(jié)305偏心軸上零件設(shè)計(jì)計(jì)算315.1 支架處銷軸的設(shè)計(jì)與其校核315.2 銷軸外的緩沖器設(shè)計(jì)與其校核325.3 板彈簧的設(shè)計(jì)與其校核335.4 本章小結(jié)366 結(jié)論與展望376.1 結(jié)論376.2 展望38參考文獻(xiàn)39致41附錄4238 / 421緒論1.1 課題的研究意義和目的1.1.1 課題的研究意義四偏心型板坯

10、連鑄機(jī)結(jié)晶器快臺(tái)位于澆注平臺(tái)下方，是薄板坯連鑄機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和核心部件。在連續(xù)鑄鋼過程中，鋼液通過水口注入結(jié)晶器，并和結(jié)晶器的閉環(huán)冷卻水快速進(jìn)行熱交換，在與銅板接觸部位形成坯殼，通過結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)高頻小幅的振動(dòng)，結(jié)晶器和坯殼之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即工藝上所說的“正滑脫”和“負(fù)滑脫”，使保護(hù)渣進(jìn)入結(jié)晶器銅板和凝固坯殼之間的間隙，形成一層完整的潤滑膜，對(duì)脆弱的坯殼進(jìn)行保護(hù)和潤滑。在“負(fù)滑脫”時(shí)，結(jié)晶器下部的液態(tài)保護(hù)渣被板坯拉出，有利于防止渣圈封閉和凝結(jié)，避免坯殼粘接在結(jié)晶器銅板表面上而發(fā)生粘鋼型漏鋼。連鑄過程中，結(jié)晶器和坯殼間的相互作用影響著坯殼的生長和脫膜，其控制因素是結(jié)晶器的振動(dòng)和潤滑。連鑄在采用固定

11、結(jié)晶器澆注時(shí)，振動(dòng)結(jié)晶器的發(fā)明引進(jìn)，工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用連鑄技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f，結(jié)晶器振動(dòng)是澆注成功的先決條件，是連鑄發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。近年來，冶金工業(yè)的迅速發(fā)展，要求連鑄提高拉速和增加連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，人們對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的認(rèn)識(shí)鑄坯直接從結(jié)晶器向下拉出，由于缺乏潤滑，易與結(jié)晶器發(fā)生粘結(jié)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)拉不動(dòng)或者拉漏事故，很難進(jìn)行澆注。結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)于改善鑄坯和結(jié)晶器界面間的潤滑是非常有效的，也在不斷深入和發(fā)展。它有效地改善鑄坯和結(jié)晶器壁間的潤滑條件。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，早期主要由凸輪實(shí)現(xiàn)的非正弦振動(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)

12、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)晶器的潤滑效果，降低摩擦阻力以與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。當(dāng)然，無論哪種振動(dòng)方式，結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)于潤滑的影響，尚需進(jìn)一步深入研究，以得到令人滿意的使用模型。1.1.2課題的目的 本課題的研究最終目的主要是對(duì)四偏心輪式振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的研究，使使結(jié)晶器按給定的振幅、頻率和波

13、形偏斜特性沿連鑄機(jī)半徑作仿弧運(yùn)動(dòng)，使脫模更為容易。從而改善潤滑條件，減少拉坯摩擦阻力，防止鑄坯在凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘結(jié)而被拉裂，從而防止出現(xiàn)粘結(jié)漏鋼事故。1.2國外概況1.2.1 結(jié)晶器振動(dòng)概述為了防止連鑄過程中凝固坯殼和結(jié)晶器發(fā)生粘結(jié)而拉斷鑄坯，通常結(jié)晶器都采用振動(dòng)裝置。最早使用的振動(dòng)裝置是同步振動(dòng)式的，以后又發(fā)展成負(fù)滑脫振動(dòng)方式，即使結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)的速度大于拉坯速度。這種方式不但不會(huì)拉斷鑄坯，而且起到一定的脫模作用。一般采用凸輪機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)這種發(fā)展成為曲柄連桿式的正弦振動(dòng)方式。由于所需要求的振幅較小，故一般采用偏心軸來實(shí)現(xiàn)，制造比較容易。正弦振動(dòng)方式的特點(diǎn)是速度過渡較平穩(wěn)，沒有很大的

14、沖擊，在運(yùn)動(dòng)過程中有一定的負(fù)滑脫階段，起到了脫模作用。此外，由于振動(dòng)加速度小，故可以提高振動(dòng)頻率，減少鑄坯上的振動(dòng)深度。由于上述優(yōu)點(diǎn)，這種振動(dòng)方式目前被廣泛地采用。四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu)是國外70年代開發(fā)出井于8O年代加以改進(jìn)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)。國至今僅局限于轉(zhuǎn)化外來設(shè)計(jì)，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)分析以與導(dǎo)向彈簧板結(jié)構(gòu)尺寸的確定等同胚，尚需進(jìn)一步從理論上加以分析驗(yàn)證。我們以濟(jì)鋼超低頭板坯連鑄機(jī)為依托，對(duì)四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行丁詳盡分析并作了相應(yīng)的計(jì)算，目的在于學(xué)習(xí)和掌握引進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路和方法。從理論上探討此類振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法，將對(duì)變轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)為主動(dòng)設(shè)計(jì)起到一定的作用。70年代曾普遍使用短臂四連桿

15、機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)裝置。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，振動(dòng)臺(tái)無導(dǎo)向裝置。磨損小。操作維護(hù)方便，可長期保持穩(wěn)定的振動(dòng)波形。其缺點(diǎn)是軸承轉(zhuǎn)動(dòng)圍小(僅l-2)，摩擦不均勻，摩損后容易造成振動(dòng)偏差，同時(shí)連桿機(jī)構(gòu)桿件較多而不適用于高頻振動(dòng)。四偏心機(jī)構(gòu)振動(dòng)裝置是80年代發(fā)展起來的最新板坯結(jié)晶器振動(dòng)裝置。該裝置優(yōu)點(diǎn)是通過偏心距的改變與導(dǎo)向裝置安裝方式的改變可用于弧型和直型結(jié)晶器振動(dòng)裝置上；振動(dòng)力從四點(diǎn)傳入結(jié)晶器，傳力均勻；在高頻振動(dòng)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，零件使用壽命長，整個(gè)機(jī)構(gòu)也緊湊，與結(jié)晶器對(duì)中調(diào)整方便，能實(shí)現(xiàn)快速更換和水路的自動(dòng)接通。因此，近年來現(xiàn)代化板坯連鑄機(jī)幾乎全部采用四偏心式結(jié)晶器振動(dòng)裝置。結(jié)晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設(shè)備，是

16、連鑄機(jī)的核心部件，稱之為連鑄機(jī)的心臟設(shè)備。它是一個(gè)水冷的鋼錠模，功能是將連續(xù)不斷地注入其腔的高溫鋼水通過水冷銅壁強(qiáng)烈冷卻，導(dǎo)出其熱量，使之逐漸凝固成為具有所要求斷面形狀和坯殼厚度的鑄坯。并使這種芯部仍為液態(tài)的鑄坯連續(xù)不斷地從結(jié)晶器下口拉出，為其在以后的二次冷卻區(qū)域完全凝固創(chuàng)造條件。由于凝固過程是在坯殼與結(jié)晶器壁連續(xù)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)下進(jìn)行的，所以為防止坯殼與結(jié)晶器壁粘結(jié)而采用的結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄過程中的一個(gè)非常重要的生產(chǎn)裝置。結(jié)晶器振動(dòng)裝置可用來支撐結(jié)晶器，其主要功能是使結(jié)晶器上下往復(fù)振動(dòng)，確切地說，是使結(jié)晶器按給定的振幅、頻率和波形偏斜特性沿連鑄機(jī)半徑作仿弧運(yùn)動(dòng)，使脫模更為容易。具體來說，連鑄過程

17、中，當(dāng)鑄坯與結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)時(shí)，如果結(jié)晶器是固定的，就可能出現(xiàn)坯殼被拉斷造成漏鋼。而當(dāng)結(jié)晶器向上振動(dòng)時(shí)，粘結(jié)部分和結(jié)晶器一起上升，坯殼被拉裂，未凝固的鋼水立即填充到斷裂處，開始形成新的凝固層；等到結(jié)晶器向下振動(dòng)，且振動(dòng)速度大于拉坯速度時(shí)，坯殼處于受壓狀態(tài)，裂紋被愈合，重新連接起來，同時(shí)鑄坯被強(qiáng)制消除粘結(jié)，得到“脫?！?。同時(shí)，由于結(jié)晶器上下振動(dòng)，周期性地改變液面與結(jié)晶器壁的相對(duì)位置，有利于用于結(jié)晶器潤滑的潤滑油和保護(hù)渣向結(jié)晶器壁與坯殼間的滲漏，因而改善了潤滑條件，減少拉坯摩擦阻力，防止鑄坯在凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘結(jié)而被拉裂，從而出現(xiàn)粘結(jié)漏鋼事故。1.2.2振動(dòng)的結(jié)晶器使連續(xù)鑄鋼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化回

18、顧連續(xù)鑄鋼的發(fā)展歷史，連續(xù)澆鑄的生產(chǎn)方式首先是從有色金屬開始的。鑄機(jī)采用的是垂直固定的結(jié)晶器，拉坯過程中，坯殼極易與結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)，從而導(dǎo)致拉不動(dòng)或拉漏事故。因此澆鑄速度很低，鑄坯的液相心長度一般不超過結(jié)晶器長度。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載，于1913年瑞典人皮爾遜（AHPehrson）曾提出結(jié)晶器應(yīng)按照一定的振幅和頻率做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的想法，但真正將這一想法付諸實(shí)施的卻是德國人容漢斯（SJunghans）。容漢斯開發(fā)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置于1933年成功的應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。1949年容漢斯的合作者美國人艾爾文羅西（IrvingRossi）獲得了容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器的使用權(quán)，并在美國的阿勒德隆鋼公司（Alleg

19、heng Ludlum Steel Corporation）的Watervliet廠的一臺(tái)方坯試驗(yàn)連鑄機(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)晶器又被應(yīng)用于德國曼斯曼（Mannesmann）公司胡金根廠（Huckiugen）的一臺(tái)連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)。容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器在這兩臺(tái)連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，使其在鋼連鑄中迅速得到了推廣。從此，結(jié)晶器振動(dòng)便成了連鑄生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)操作。可以看出是振動(dòng)的結(jié)晶器使連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。1.2.3結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律的發(fā)展結(jié)晶器由靜止變?yōu)檎駝?dòng)，引起了連鑄工作者的廣泛關(guān)注和興趣，人們紛紛進(jìn)行試驗(yàn)研究工作，對(duì)粘結(jié)性漏鋼機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)展了各種結(jié)晶器振動(dòng)規(guī)律。最早出現(xiàn)的是矩

20、形速度振動(dòng)規(guī)律，基于“拉裂焊合”理論，其特點(diǎn)是結(jié)晶器在下降時(shí)與鑄坯做同步運(yùn)動(dòng)，然后以3倍的拉坯速度上升，即所謂的3:1型振動(dòng)方式。這種振動(dòng)方式對(duì)鑄坯脫模是有效的，早期得到了應(yīng)用。但其主要缺點(diǎn)是機(jī)械加工比較困難，振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要有嚴(yán)格的電器連鎖，在上升和下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處速度變化很大，設(shè)備沖擊大，不利于采用高頻振動(dòng)。但這種波形的采用，使固定的結(jié)晶器變?yōu)檎駝?dòng)的結(jié)晶器，使結(jié)晶器技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)飛躍。隨著負(fù)滑動(dòng)理論的出現(xiàn)，矩形速度規(guī)律被梯形速度規(guī)律所代替，其特點(diǎn)是結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)過程中有較長一段時(shí)間其速度稍大于拉坯速度，即“負(fù)滑脫運(yùn)動(dòng)”，使坯殼中產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以使拉裂的坯殼壓合，使粘結(jié)的坯殼強(qiáng)制脫模，結(jié)

21、晶器在上升、下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)處速度變化較緩和，提高了設(shè)備的平穩(wěn)性，梯形波的出現(xiàn)使連鑄的生產(chǎn)更加順暢，這種速度波形沿用了很多年，負(fù)滑動(dòng)理論一直沿用至今。隨著負(fù)滑動(dòng)理論的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了正弦速度規(guī)律，正弦振動(dòng)速度規(guī)律采用偏心輪實(shí)現(xiàn)。這種振動(dòng)規(guī)律打破了結(jié)晶器和鑄坯之間要有一定的速度關(guān)系的限制，著重發(fā)揮它的脫模作用，用偏心輪代替凸輪，正弦振動(dòng)仍有一小段負(fù)滑動(dòng)階段，有利于脫模和拉裂坯殼的焊合，速度、加速度變化平緩，采用偏心輪設(shè)備簡單，易于加工制造、安裝和維護(hù)，運(yùn)動(dòng)精度高，設(shè)備運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小，易于采用較高頻率振動(dòng)。正弦振動(dòng)目前仍被廣泛應(yīng)用。非正弦振動(dòng)速度波形的特點(diǎn)是：結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)到最大位移的時(shí)間比正弦

22、振動(dòng)有一段時(shí)間滯后，結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)的速度小，向下運(yùn)動(dòng)的速度大。其負(fù)滑動(dòng)時(shí)間短，有利于減輕鑄坯表面振痕深度，正滑動(dòng)時(shí)間長，可以增加保護(hù)渣的耗量，增強(qiáng)結(jié)晶器壁與坯殼間的潤滑，正滑動(dòng)速度差小，可以減小摩擦力，減小坯殼中的拉應(yīng)力，減少拉裂；負(fù)滑動(dòng)量大，即結(jié)晶器相對(duì)于鑄坯向下運(yùn)動(dòng)的位移量大，有利于鑄坯的強(qiáng)制脫模。由于非正弦振動(dòng)能夠獲得合理的工藝參數(shù)，適應(yīng)高拉速，且能獲得良好的表面質(zhì)量，因此受到了人們的重視，被廣鑄工作者確認(rèn)為發(fā)展高效連鑄的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.2.4 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的發(fā)展連鑄生產(chǎn)對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的要求主要有兩個(gè)，一是使結(jié)晶器精確地按著給定地運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)，如直線或圓弧線運(yùn)動(dòng)軌跡；二是使結(jié)晶器按著給

23、定地速度規(guī)律進(jìn)行振動(dòng)，如正弦或非正弦振動(dòng)規(guī)律。在非正弦振動(dòng)規(guī)律出現(xiàn)以前的各種振動(dòng)規(guī)律的產(chǎn)生都是由凸輪（包括偏心輪）機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)比較容易，而對(duì)于振動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較困難。因此，振動(dòng)裝置的發(fā)展主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軌跡的機(jī)構(gòu)上，如導(dǎo)軌式、長臂式、差動(dòng)式（包括四偏心式）、短臂四連桿式（包括半板簧、全板簧式）。由于非正弦振動(dòng)規(guī)律的出現(xiàn)，使實(shí)現(xiàn)非正弦振動(dòng)規(guī)律比實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軌跡要困難得多，因此，振動(dòng)裝置的發(fā)展主要表現(xiàn)在非正弦裝置的驅(qū)動(dòng)和控制上1.2.5 結(jié)晶器非正弦振動(dòng)的分類（1）液壓非正弦在“九五”期間由燕山大學(xué)和第二重型機(jī)器廠合作開發(fā)的結(jié)晶器伺服液壓系統(tǒng)，其液壓站提供壓力源，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和控制軟件

24、組成的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生正弦、非正弦等波形。模擬控制系統(tǒng)由壓力差環(huán)PID2，位移環(huán)PID1組成。該系統(tǒng)于1998年12月應(yīng)用于新興鑄管股份煉鋼廠的羅可普方坯連鑄機(jī)。該項(xiàng)成果獲2000年省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。數(shù)字缸驅(qū)動(dòng)的非正弦。據(jù)報(bào)道億美博公司開發(fā)了數(shù)字缸非正弦振動(dòng)裝置。（2）機(jī)械非正弦伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸的非正弦振動(dòng)裝置打破了結(jié)晶器機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置和液壓伺服振動(dòng)發(fā)生裝置的傳統(tǒng)模式，將機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置中的偏心軸連桿機(jī)構(gòu)由原普通交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并融合液壓伺服振動(dòng)裝置中的電氣控制原理，從而創(chuàng)造出一種新型、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的結(jié)晶器振動(dòng)發(fā)生裝置。該非正弦振動(dòng)裝置頻率、波形偏斜率均在線可調(diào)，振幅停機(jī)可調(diào)

25、。通過在線調(diào)節(jié)波形偏斜率和振動(dòng)頻率可以獲得全部最優(yōu)的振動(dòng)工藝參數(shù)。同時(shí)該裝置具有振動(dòng)參數(shù)、鑄坯與結(jié)晶器間摩擦力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、存儲(chǔ)和查詢功能。其中摩擦力的檢測(cè)可以作為漏鋼預(yù)報(bào)的一種輔助手段。該項(xiàng)技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)是：投資小，裝置簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠性高，且承載能力大，抗沖擊能力強(qiáng)，維護(hù)工作量小，控制系統(tǒng)跟蹤精度高，響應(yīng)速度快。該振動(dòng)發(fā)生裝置可用于不同結(jié)構(gòu)和大小的結(jié)晶器振動(dòng)裝置，具有較廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。1.3設(shè)計(jì)容對(duì)四偏心板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器快臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，具體包括：（1）總體傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)以與正弦式振動(dòng)方式的選擇；（2）偏心軸才得選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以與軸上零件的布置和裝備方案，偏心軸受力分析和校核

26、；（3）偏心軸上零件，如軸承和鍵的選用與其校核；（4）振動(dòng)系統(tǒng)其它重要零件如西銷軸與板彈簧的設(shè)計(jì)等；（5）裝配圖與所有零件圖（每圖紙必須有草圖）。1.4主要技術(shù)參數(shù)結(jié)晶器高度900mm；振動(dòng)頻率20200次/分；振幅為3、4、5、6mm（四種情況）；拉坯速度為0.252.5m/min；年實(shí)際工作天數(shù)266天/年；鑄坯斷面尺寸：寬度1600mm，厚度250mm；鋼包重量270t；結(jié)晶器與快臺(tái)部分自重25t；結(jié)晶器寬面、窄面調(diào)寬速度2200mm/min等。1.5本章小結(jié)本章主要對(duì)四偏心型板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器快臺(tái)的設(shè)計(jì)做了個(gè)大概的論述，包括該課題的研究意義和目的，該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)容以與關(guān)于結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)的一

27、些文獻(xiàn)綜述。2結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)四偏心輪振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)裝置（如圖2.1所示）主要由驅(qū)動(dòng)裝置、振動(dòng)發(fā)生裝置、導(dǎo)向裝置、振動(dòng)臺(tái)、支承座與管離合裝置、臺(tái)移動(dòng)裝置等組成。在振動(dòng)裝置中，振動(dòng)發(fā)生裝置、振動(dòng)臺(tái)與導(dǎo)向裝置設(shè)置在快速更換臺(tái)上，其目的是為了不受操作平臺(tái)與中間包車軌道梁的影響，同時(shí)不致受到漏鋼等澆注事故的損害和高溫的直接影響。為保證振動(dòng)按設(shè)定的曲線運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)臺(tái)導(dǎo)向裝置設(shè)置在快速更換臺(tái)上。圖2.1 振動(dòng)裝置振動(dòng)臺(tái)四偏心輪振動(dòng)裝置的傳動(dòng)在振動(dòng)曲柄連桿以下均為轉(zhuǎn)動(dòng)件，從曲柄連桿開始由轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閿[動(dòng)，并通過高強(qiáng)橡膠套與偏心輪運(yùn)轉(zhuǎn)使連桿擺動(dòng)變?yōu)檎駝?dòng)臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)(當(dāng)四個(gè)偏心距一致時(shí))或仿弧運(yùn)動(dòng)(當(dāng)外側(cè)偏心距

28、大于側(cè)時(shí))。為了使振動(dòng)臺(tái)平穩(wěn)地作直線或仿弧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)必須設(shè)有導(dǎo)向裝置，一般導(dǎo)向裝置用板彈簧作導(dǎo)向。弧形板坯連鑄機(jī)板彈簧按通過鑄機(jī)圓心半徑方向配置，一端固定在振動(dòng)臺(tái)上，一端固定在快連更換臺(tái)支座上。振動(dòng)臺(tái)四面均設(shè)置板彈簧，因此控制了振動(dòng)臺(tái)各方向的傾斜。對(duì)于直結(jié)晶器作上下直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，則板彈簧改為水平配置，振動(dòng)時(shí)起到垂直導(dǎo)向作用。兩個(gè)偏心軸帶有四個(gè)報(bào)動(dòng)偏心輪，如果偏心軸的偏心距不是同時(shí)處在垂直位置。則振動(dòng)就不能平穩(wěn)與仿弧運(yùn)動(dòng)，所以偏心輪的調(diào)整是很重要的?，F(xiàn)代板坯連鑄機(jī)振動(dòng)發(fā)生裝置偏 L-軸上各有一個(gè)加工面，當(dāng)它們處于垂贏位置時(shí)(通過精密水準(zhǔn)儀測(cè)定)可保證四個(gè)偏心正確定位，使振動(dòng)臺(tái)處于水平位置。如果

29、加工面不在同一個(gè)位置上，則可以把傳動(dòng)裝置中的調(diào)整軸套(或相位接手)的把合螺栓松開，使偏心軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。再用精密水準(zhǔn)儀對(duì)準(zhǔn)加工面位置使其均處于垂直位置上，然后將調(diào)整軸套(或?qū)⒑线m的斜墊加入相位接手中)的把合螺栓擰緊，這樣振動(dòng)臺(tái)則處于水平位置上。為了準(zhǔn)確的精調(diào)，還需要借助于相位測(cè)試手段反復(fù)檢測(cè)，反復(fù)調(diào)整，使其四點(diǎn)相位差控制在l以，這樣可以產(chǎn)生同步仿孤或直線振動(dòng)。2.1結(jié)晶器振動(dòng)的目的連續(xù)鑄鋼中，為防止鑄坯的初生坯殼與結(jié)晶器壁間發(fā)生粘結(jié)而被拉裂，是結(jié)晶器的潤滑劑或結(jié)晶器博湖渣進(jìn)入坯殼與壁的間隙，不斷對(duì)壁進(jìn)行潤滑，保證生產(chǎn)出表面光潔的鑄坯而采取的工藝措施。2.2振動(dòng)方式類型與其選擇結(jié)晶器振動(dòng)有同步、負(fù)滑

30、脫和正弦三種。其振動(dòng)特性曲線見團(tuán)2.2所示。圖2.2 振動(dòng)特性曲線1同步振動(dòng)；2負(fù)滑脫振動(dòng)；3正弦振動(dòng)（1）同步振動(dòng)最早采用的一種振動(dòng)方式，按其同步振動(dòng)的曲線形狀偉云崗式振動(dòng)。若設(shè)V為拉坯速度，Vm為結(jié)晶器的振動(dòng)速度，V1為結(jié)晶器的上升速度，V2為結(jié)晶器的下降速度，則同步振動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足：上升時(shí)V1=V3；下降時(shí)V2=V。也就是說，結(jié)晶器下降時(shí)雨鑄坯同步，然后以3被的拉速上升，如此往復(fù)振動(dòng)。這種振動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足連鑄工藝要求，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)；卻點(diǎn)事機(jī)械連鎖或用電器控制來實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步要求，裝置都比較復(fù)雜，速度變化時(shí)機(jī)構(gòu)沖擊力也較大。（2）負(fù)滑脫振動(dòng)同步振動(dòng)的一種改進(jìn)型，也稱“負(fù)滑脫”。即V2=

31、V(1+e)，式中e是負(fù)滑脫率。采用凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)取e=10%左右，V1=(2.8-3.2)V；采用偏心亂是去e=20%-40%。采用負(fù)滑脫振動(dòng)，結(jié)晶器下降時(shí)對(duì)坯殼有壓合作用，有利于拉裂坯殼的愈合，并可適當(dāng)提高拉速。（3）正弦式振動(dòng)其振動(dòng)速度按正弦規(guī)律變化。這種方式的速度變化平穩(wěn)、無沖擊；能有效實(shí)現(xiàn)負(fù)滑脫，可適當(dāng)提高拉速，易于改變振動(dòng)頻率和振幅，實(shí)現(xiàn)高頻率小振幅的要求，以改善鑄坯表面質(zhì)量；用偏心輪實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造且安裝、維修方便。正弦式振動(dòng)的振動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系是一條正弦曲線，結(jié)晶器上下振動(dòng)時(shí)間和速度一樣，在正振動(dòng)周期中，結(jié)晶器和鑄坯均存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)晶器下降過程中，有一

32、小段下降速度大于拉坯速度，可防止和消除坯殼與器壁的粘結(jié)，具有脫模作用。結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度按正弦規(guī)律變化，則加速度必然按正弦規(guī)律變化，所以過濾比較穩(wěn)定，沖擊也小。由于加速度較小，有可能提高振動(dòng)頻率，采用高頻率小振幅振動(dòng)有利于消除粘結(jié)，提高脫模作用，減小鑄坯上振痕的深度。正弦式振動(dòng)可通過偏心軸來實(shí)現(xiàn)，不需要凸輪機(jī)構(gòu)，制造比較容易。可采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，簡化電氣裝置。因?yàn)榻Y(jié)晶器和鑄坯之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系，不需要在振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間采用速度連鎖系統(tǒng)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中，采用的就是四偏心式正弦振動(dòng)。2.3偏心輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的正弦振動(dòng)最初的振動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了凸輪機(jī)構(gòu)，且利用導(dǎo)軌或長搖臂導(dǎo)向（如圖2.3所示

33、）。這種機(jī)構(gòu)從理論上可是結(jié)晶器做精確的圓弧擺動(dòng)，但由于溫度的變化，使常要比有不同的的膨脹量，實(shí)現(xiàn)上有很大的偏差，而且它懸掛在二冷區(qū)上空，給維護(hù)檢修帶來諸多不便。圖2.3 凸輪長搖臂振動(dòng)機(jī)構(gòu)1凸輪；2杠桿；3連桿；4彈簧；5結(jié)晶器；6長搖臂后來采用了四連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)短臂仿弧振動(dòng)，以簡化結(jié)構(gòu)。由于結(jié)晶器所需要的振幅很小，7080年代，國外開始采用了一種新型的振動(dòng)機(jī)構(gòu)四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)，并用板式彈簧定中。如圖2.3所示，在結(jié)晶器下部左右兩側(cè)，各有一根偏心軸，偏心軸上各裝有兩個(gè)偏心套，但兩根偏心套和偏心套的偏心距不同。圖2.4 四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)1外側(cè)偏心；2外側(cè)連桿；3側(cè)偏心；4側(cè)連桿；5板式彈簧；6臺(tái)駕；

34、7結(jié)晶器整個(gè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)兩偏心軸以一樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，通過偏心套與連桿機(jī)構(gòu)使結(jié)晶器產(chǎn)生弧線擺動(dòng)。結(jié)晶器的弧線定中利用板式彈簧實(shí)現(xiàn)。這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變結(jié)晶器振動(dòng)頻率，通過改變偏心套筒與偏心軸的安裝角度來改變結(jié)晶器振幅。圖2.5 四偏向振動(dòng)機(jī)構(gòu)原理1電動(dòng)機(jī) 2萬向節(jié)軸 3中心盡速器 4角部減速器 5偏心軸 6、7連桿 8板式彈簧板 9振動(dòng)框架 10機(jī)架 11膜片聯(lián)軸器四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理：電動(dòng)機(jī)l通過萬向接軸2帶動(dòng)中心減速機(jī)3，由膜片聯(lián)軸器11帶動(dòng)兩側(cè)的分減速機(jī)4，每個(gè)減速機(jī)各自帶動(dòng)偏心軸5，通過裝在偏心軸上的連桿6，7帶動(dòng)振動(dòng)框架9，偏心軸在連桿6

35、，7的位置處具有同向偏心點(diǎn)，但偏心距不同(由鑄機(jī)圓弧半徑與振動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸決定，可通過作軌跡精確確定)。結(jié)晶器弧線運(yùn)動(dòng)是利用兩條板式彈簧8，一頭連接在振動(dòng)框架9上，另一頭連接在機(jī)架10上來實(shí)現(xiàn)的。這種板式彈簧使得振動(dòng)臺(tái)只能作弧線擺動(dòng)，不會(huì)前后移動(dòng)。由于結(jié)晶器振幅不大，兩根偏心軸的水平安裝，不會(huì)引起明顯的誤差。2.4偏心輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案四偏心板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器快臺(tái)的振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.6所示：圖2.6 振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1交流電機(jī) 2萬向節(jié) 3中心減速器 4角部減速器 5偏心軸2.4.1 外側(cè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定方法偏心振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)簡圖如圖2.7所示，在圖中，R、S、a1、a2、H和h1一般應(yīng)事先確定，

36、其余參數(shù)須經(jīng)計(jì)算才能確定。圖2.7 振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖由圖中幾何關(guān)系得： （2.1） 式中 外側(cè)偏心量；外側(cè)連桿長度， 。， 可得 （2.2） （2.3） 至此，外側(cè)連桿，偏心量與安裝尺寸可以確定。2.4.2 側(cè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定方法 用同樣的方法便可確定側(cè)機(jī)構(gòu)參數(shù)。 由幾何關(guān)系可得： 則 （2.4） 式中 側(cè)連桿長度，側(cè)偏心量。， 可得 （2.5） （2.6） 至此，側(cè)連桿、偏心量與安裝尺寸可以確定。從以上給出的計(jì)算公式可見，它們均與角的大小有關(guān)，即與給定的振動(dòng)形成有關(guān)。也就是說，從理論上講，對(duì)應(yīng)某一起要求的振動(dòng)行程應(yīng)有一組機(jī)構(gòu)參數(shù)（偏心量與連桿長度）和安裝參數(shù)（如a、b、h2）與之對(duì)應(yīng)。但這在實(shí)際中是

37、不可行的。實(shí)際中只能通過改變偏心量e1和e2來適應(yīng)不同的振動(dòng)行程，而連桿長度b1、b2和安裝尺寸a、b、與h2不可能轉(zhuǎn)變。因此，這里存在著哪一個(gè)振動(dòng)行程來計(jì)算上訴參數(shù)的問題。對(duì)鑄機(jī)而言，由于其半徑R往往很大，而振動(dòng)行程S卻很小，故角很小。因此，完全可以利用某一振動(dòng)行程時(shí)的角來確定上述闡述。為適應(yīng)振動(dòng)行程的變化只需要改變偏心量。存在兩種極端選擇：一是利用給定的最大振動(dòng)行程Smax；二是利用無振動(dòng)行程S=0。兩者的差別在于利用前者求得的連桿長度略小于后者，帶來的影響是引起振動(dòng)平衡位置的變化，即利用S=Smax確定參數(shù)是，引起振動(dòng)平衡位置下移（對(duì)S不等于Smax而言）；利用S=0時(shí)，引起平衡位置上移

38、。但通過實(shí)例計(jì)算，由兩者所求得的參數(shù)大小非常接近。由于振動(dòng)裝置本身處于振動(dòng)狀態(tài)，用Smax確定機(jī)構(gòu)參數(shù)較好。圖2.8 圓弧擺動(dòng)如圖2.8所示，若結(jié)晶器能做圓弧擺動(dòng)，則： 式中 因此，為使結(jié)晶器能作圓弧擺動(dòng)，必需設(shè)法使外側(cè)兩套機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)諧調(diào)。即滿足由于鑄機(jī)圓弧半徑很大（通常達(dá)幾米），而振動(dòng)行程往往很?。◣缀撩椎绞畮缀撩祝?，因此，角一般非常小，故可認(rèn)為連桿鉸接點(diǎn)B1、B2在振動(dòng)行程的軌跡近似直線，在此情況下，由機(jī)構(gòu)學(xué)知識(shí)可得： 其中 ， 則： 將 ，帶入上式，則： 式中 = （2.7） 由于鑄機(jī)振幅較小，故偏心量e1和e2教小，而連桿長度b1與b2則較大，從而使1與2小到百分之幾甚至千分之幾。因此，

39、K=1，則： 由此可見，用前述方法來確定機(jī)構(gòu)參數(shù)，可使結(jié)晶器基本上作圓弧擺動(dòng)。 另外，從上面的分析中，還可得出如下結(jié)論：為保證結(jié)晶器做圓弧擺動(dòng)具有足夠的精度，兩套機(jī)構(gòu)連桿不宜太短，即H不宜過小或H一定時(shí)h1不宜過大。由公式（2.7）可見，當(dāng)時(shí)，則，當(dāng) 時(shí)，。不難看出，當(dāng)偏心軸鉸接點(diǎn)連線通過鑄機(jī)圓弧中心時(shí)，所得到的偏心量與連桿尺寸可滿足這一關(guān)系。2.5傳動(dòng)部分初選電機(jī)根據(jù)所需扭矩與轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)型號(hào)為Y132M1-6。2.6本章小結(jié)本章主要闡述了結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。主要包括了結(jié)晶器振動(dòng)的目的，其振動(dòng)方式類型與其選擇，以與振動(dòng)系統(tǒng)中偏心輪機(jī)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)的正弦振動(dòng)，對(duì)其機(jī)構(gòu)的各參數(shù)的方法，最后是關(guān)于傳動(dòng)部分電機(jī)的選擇。3振動(dòng)臺(tái)偏心軸的設(shè)計(jì)偏心軸是由多段圓柱體布置在兩根偏心軸線上的軸類零件，作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒕薮蟮呐ぞ刈優(yōu)閴毫?。偏心軸工作特點(diǎn)是速度低、負(fù)荷大，承受周期性的立面扭矩和巨大的壓應(yīng)力（尤其在軋鋼、鍛壓設(shè)備上），閃而對(duì)其材料的機(jī)械性能和沖擊韌性有較高的要求。3.1軸的類型選擇在該振動(dòng)結(jié)構(gòu)中，由于要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，選擇轉(zhuǎn)軸的類型為偏心軸（如圖3.1所示）。圖3.1 偏心軸3.2軸的材料根據(jù)