機械畢業(yè)設計（論文）-方坯結晶器振動裝置設計【全套圖紙sw三維】

1、摘要結晶器是連鑄機的心臟部件。它的主要作用就是對結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，以形成質量良好的坯殼，保證連鑄過程正常而穩(wěn)定的進行。在澆注鋼水時，假設結晶器靜止不動，坯殼容易與結晶器內壁產生粘結，這就增大了拉坯時的阻力，導致出現坯殼“拉不動或者鋼水被拉漏事故發(fā)生，很難進行澆注。而當結晶器以一定的規(guī)律振動時，這就能使其內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晶器內壁的粘結，同時還可以改善鑄坯的外表質量，因此結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，以及結晶器振動技術的開展和結晶器振動方式的改良進行了

2、闡述，提出了電液伺服裝置驅動，并對其振動規(guī)律及工作原理做出了分析。然后繪制了機械簡圖，并對其工藝參數和運動參數進行了分析計算，最終完成了本次設計。本文主要的設計內容包括：結晶器振動正弦參數確實定通過負滑脫量、頻率和周期、結晶器運動的速度和加速度以及負滑脫時間的計算，來確定鑄坯的工藝參數。結晶器振動裝置機械計算設計校核了雙搖桿機構的主要局部，并根據經驗推出機架結構。結晶器振動裝置伺服系統(tǒng)的設計計算由系統(tǒng)所需動力選擇恰當的液壓缸及液壓泵。并對系統(tǒng)的輔助原件進行了計算和選擇，同時提出了同步回路電液伺服系統(tǒng)。 關鍵詞：連鑄；結晶器；振動裝置；振動規(guī)律；電液伺服裝置AbstractThe mould i

3、s 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 and stable for continuous casting process. In pouring molte

4、n 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 mould in regular vibration, which can make the inner wall

5、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 crystallizer vibration device, therefore has an important role.Bas

6、ed 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 vibration regularity and working principle are analyzed. Then

7、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 parametersThrough the negative slip quantity, frequency and cycle, mold movement velocity a

8、nd acceleration and negative strip time calculation, to determine the process parameters of casting billet.2.The device of vibration of crystallizer mechanical calculationDesign of the double rocker mechanism the main part, and according to the experience introduction of frame structure.3.The device

9、 of vibration of crystallizer of servo system designBy 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, simultaneously proposed synchronous electro-hydraulic servo system.4.dimensional

10、 design of crystallizer vibration deviceKey words: continuous casting ；crystallizer ；vibration device; vibration; electro-hydraulic servo device 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc29504 摘要 PAGEREF _Toc29504 I HYPERLINK l _Toc30449 Abstract PAGEREF _Toc30449 II HYPERLINK l _Toc22066 第一章 緒論 PAGEREF _Toc2

11、2066 1 HYPERLINK l _Toc27490 PAGEREF _Toc27490 1 HYPERLINK l _Toc32037 PAGEREF _Toc32037 1 HYPERLINK l _Toc21847 PAGEREF _Toc21847 2 HYPERLINK l _Toc24575 PAGEREF _Toc24575 3 HYPERLINK l _Toc4925 PAGEREF _Toc4925 4 HYPERLINK l _Toc6420 第二章 結晶器振動技術 PAGEREF _Toc6420 6 HYPERLINK l _Toc7497 PAGEREF _Toc

12、7497 6 HYPERLINK l _Toc12845 PAGEREF _Toc12845 6 HYPERLINK l _Toc9954 PAGEREF _Toc9954 7 HYPERLINK l _Toc9939 PAGEREF _Toc9939 10 HYPERLINK l _Toc25666 第三章 結晶器振動方案的選擇 PAGEREF _Toc25666 14 HYPERLINK l _Toc11741 PAGEREF _Toc11741 14 HYPERLINK l _Toc24132 PAGEREF _Toc24132 14 HYPERLINK l _Toc11415 PAGE

13、REF _Toc11415 15 HYPERLINK l _Toc19832 PAGEREF _Toc19832 15 HYPERLINK l _Toc2043 PAGEREF _Toc2043 15 HYPERLINK l _Toc32494 3.6 振動機構的選擇 PAGEREF _Toc32494 19 HYPERLINK l _Toc27858 第四章 結晶器正弦振動的參數分析 PAGEREF _Toc27858 22 HYPERLINK l _Toc6240 PAGEREF _Toc6240 22 HYPERLINK l _Toc11702 PAGEREF _Toc11702 22

14、HYPERLINK l _Toc32417 PAGEREF _Toc32417 23 HYPERLINK l _Toc3660 PAGEREF _Toc3660 24 HYPERLINK l _Toc30836 第五章 結晶器振動裝置機械設計 PAGEREF _Toc30836 26 HYPERLINK l _Toc19763 PAGEREF _Toc19763 26 HYPERLINK l _Toc14655 PAGEREF _Toc14655 27 HYPERLINK l _Toc2677 的校核 PAGEREF _Toc2677 27 HYPERLINK l _Toc6708 的校核 P

15、AGEREF _Toc6708 30 HYPERLINK l _Toc22146 PAGEREF _Toc22146 34 HYPERLINK l _Toc15847 第六章 結晶器振動裝置伺服系統(tǒng)的設計 PAGEREF _Toc15847 35 HYPERLINK l _Toc22021 PAGEREF _Toc22021 35 HYPERLINK l _Toc31083 PAGEREF _Toc31083 36 HYPERLINK l _Toc2257 PAGEREF _Toc2257 36 HYPERLINK l _Toc30562 PAGEREF _Toc30562 36 HYPERL

16、INK l _Toc30614 PAGEREF _Toc30614 37 HYPERLINK l _Toc27827 PAGEREF _Toc27827 37 HYPERLINK l _Toc24543 PAGEREF _Toc24543 39 HYPERLINK l _Toc13246 PAGEREF _Toc13246 39 HYPERLINK l _Toc299 PAGEREF _Toc299 39 HYPERLINK l _Toc2619 PAGEREF _Toc2619 39 HYPERLINK l _Toc30132 PAGEREF _Toc30132 40 HYPERLINK l

17、 _Toc20280 PAGEREF _Toc20280 40 HYPERLINK l _Toc7953 PAGEREF _Toc7953 42 HYPERLINK l _Toc18888 PAGEREF _Toc18888 42 HYPERLINK l _Toc11408 PAGEREF _Toc11408 44 HYPERLINK l _Toc1632 PAGEREF _Toc1632 45 HYPERLINK l _Toc12717 PAGEREF _Toc12717 45 HYPERLINK l _Toc2042 PAGEREF _Toc2042 45 HYPERLINK l _Toc

18、13601 PAGEREF _Toc13601 46 HYPERLINK l _Toc13175 PAGEREF _Toc13175 46 HYPERLINK l _Toc9542 PAGEREF _Toc9542 46 HYPERLINK l _Toc20217 PAGEREF _Toc20217 46 HYPERLINK l _Toc17656 PAGEREF _Toc17656 46 HYPERLINK l _Toc31516 PAGEREF _Toc31516 47 HYPERLINK l _Toc31765 PAGEREF _Toc31765 47 HYPERLINK l _Toc1

19、903 PAGEREF _Toc1903 48 HYPERLINK l _Toc4414 第七章 三維建模 PAGEREF _Toc4414 49 HYPERLINK l _Toc11304 PAGEREF _Toc11304 49 HYPERLINK l _Toc16027 PAGEREF _Toc16027 49 HYPERLINK l _Toc31008 PAGEREF _Toc31008 49 HYPERLINK l _Toc24995 PAGEREF _Toc24995 50 HYPERLINK l _Toc22230 PAGEREF _Toc22230 50 HYPERLINK l

20、 _Toc17976 PAGEREF _Toc17976 51 HYPERLINK l _Toc14743 PAGEREF _Toc14743 51 HYPERLINK l _Toc20376 PAGEREF _Toc20376 51 HYPERLINK l _Toc24359 PAGEREF _Toc24359 52 HYPERLINK l _Toc5624 PAGEREF _Toc5624 52 HYPERLINK l _Toc29307 PAGEREF _Toc29307 52 HYPERLINK l _Toc1470 PAGEREF _Toc1470 53 HYPERLINK l _T

21、oc3716 PAGEREF _Toc3716 53 HYPERLINK l _Toc13744 PAGEREF _Toc13744 54 HYPERLINK l _Toc8226 PAGEREF _Toc8226 54 HYPERLINK l _Toc5022 PAGEREF _Toc5022 55 HYPERLINK l _Toc26789 總結 PAGEREF _Toc26789 56 HYPERLINK l _Toc17226 致謝 PAGEREF _Toc17226 57 HYPERLINK l _Toc10650 參考文獻 PAGEREF _Toc10650 58第一章 緒論連鑄即

22、為連續(xù)鑄鋼英文，Continuous Steel Casting的簡稱。在鋼鐵廠生產各類鋼鐵產品過程中，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。而在二十世紀五十年代在歐美國家出現的連鑄技術是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質量，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晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續(xù)拉出，經噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。從上世紀八十年代，連鑄技術作為主導技術逐步完善，并在世界各地主要產鋼國得到大幅應用，到了上世紀九十年代初，世界各主要產鋼國已經實現了90以上的連鑄比。中國

23、那么在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術的消化和移植；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)化連鑄技術公司，從1992年成立起就致力于中國連鑄技術的開展和創(chuàng)新，為推動國內連鑄鋼鐵業(yè)的迅速開展，提高國內連鑄比奉獻自己的一份力量。鑄鐵水平連鑄課題為國家“七五攻關工程，鑄鐵經過水平連鑄方法生產的型材，無砂型鑄造經常出現的夾渣、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，灰鑄鐵型材石墨細小強度高，球鐵型材石墨球細小園整，機械性能兼有高強度與高韌性結合的優(yōu)點。目前國際上鑄鐵型材已廣泛運用到制造液壓閥

24、體，高耐壓零件，齒輪、軸、柱塞、印刷機輥軸及紡織機零部件。在汽車、內燃機、液壓、機床、紡織、印刷、制冷等行業(yè)有廣泛用途。新世紀以來，中國繼續(xù)保持快速開展連鑄的態(tài)勢，2007年連鑄坯產量到達47430萬t，鋼鐵工業(yè)連鑄比已達98.86%。隨著板、帶、管材在鋼材消費結構中的比例大幅上升，數量眾多的板坯、方坯、圓坯、異形坯及薄板坯連鑄機在新世紀投入生產。這一過程不僅促進了煉鋼生產設備的大型化，而且還促進了煉鐵生產設備的大型化；同時由于連鑄品種質量的穩(wěn)定提高，高溫、無缺陷鑄坯技術的開展，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，連鑄的開展促進了鋼鐵生產流程的進一步優(yōu)化?？梢哉f新世紀以來，

25、連鑄技術不斷推動著中國鋼鐵工業(yè)的快速開展。1990年中國連鑄坯產量只有1480萬t，鋼鐵工業(yè)連鑄比為25.07%。至2000年，連鑄坯產量到達10522.4萬t，連鑄比到達84.81%。在此期間，小方坯連鑄開展尤為迅速。1988年中國擁有小方坯的流數為206流，而至2000年那么增加到624流，增幅達202.9%，遠高于板坯連鑄機流數的增幅，這主要取決于我國以長材為主的鋼材消費結構。 如果說上世紀90年代，中國連鑄開展以小方坯連鑄的強勁開展帶動全國連鑄產量、連鑄比及全連鑄鋼廠的迅速開展為重要特征，那么新世紀以來，中國連鑄開展又呈現出更新的特點和豐富的內涵。首先是連鑄產量和連鑄比繼續(xù)保持快速增長

26、的態(tài)勢；其次隨著板、帶、管鋼材消費的增長，板坯、方坯、圓坯、異形坯等多種連鑄機數量急劇增加。這期間尤其是薄板坯連鑄-連軋，無論生產規(guī)模還是相關技術經濟指標，均到達了世界水平；在推進高效化連鑄技術的同時，品種、質量得到很大改善和提高。繼續(xù)遵循“開放引進與自主研發(fā)并重的原那么，自主設計、自主制造的國產連鑄機的比例越來越大。連鑄坯產量、連鑄比的快速增長新世紀以來，中國連鑄繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。20002007年，中國粗鋼產量增加幅度為280.7%，而連鑄坯產量的增幅為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98.86%?？梢哉f連鑄的快速增長仍然是

27、推動鋼鐵工業(yè)開展的技術動力。新世紀中國連鑄開展的另一個重要特征是，連鑄機型改變了上世紀以開展小方坯機型為主的趨勢，而向多樣化開展，尤其是板坯、方坯、圓坯、異型坯、薄板坯等機型的數量增加遠遠超過小方坯連鑄機的增幅。 按連鑄機流數統(tǒng)計，板坯鑄機由2000年的78流增加到2007年237流，增幅到達203.8%；方坯鑄機由378流增加到1323流，增幅達250%；圓坯鑄機由40流增加到173流，增幅達325.5%；異形坯鑄機由3流增加到15流，增幅達400%；而小方坯流數的增幅為64.6%。這充分說明了，中國鋼材消費結構發(fā)生了巨大變化，即板、帶、管材的消費大幅增加，改變了上世紀以長材為主流的鋼材消費

28、結構。圖6示出了2006年中國鋼材產品結構，另外，1998年尚未有一臺薄板坯連鑄機正式投產，但至2007年已有13條薄板坯連鑄連軋生產線投產，其中薄板坯連鑄機的流數為28流，開展速度很快。連鑄坯的噸數與總鑄坯(錠)的噸數之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵企業(yè)生產開展水平的重要標志之一，也是連鑄設備、工藝、管理以及和連鑄有關的各生產環(huán)節(jié)開展水平的綜合表達。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95.

29、3左右，估計世界平均連鑄比2003年接近90。從統(tǒng)計數字可以看出，中國的連鑄技術在近10多年內得到了迅速開展。世界上有許多連鑄技術實力較強的公司，如西馬克德馬格、奧鋼聯、日本JSP公司、達涅利(包括戴維)公司等。以板坯連鑄機為例，西馬克德馬格公司從1962年至2001年新設計和改造板坯連鑄機共約370臺；奧鋼聯從1959年至2000年新建和改造板坯連鑄機共約181臺；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯連鑄機共約150臺；達涅利的戴維公司也設計了10多臺連鑄機。2001年末，世界上共有各類投產的板坯連鑄機約550臺800流(有一些是重復改造的，按估計值未計入)。 截止到2002年底，中國

30、共有551臺(1749流)連鑄機，其中板、方坯連鑄機分別為101臺(130流)、429臺(1564流)，圓坯、異形坯連鑄機分別為20臺(52流)、1臺(3流)。這些統(tǒng)計中，絕大局部連鑄機是立足于中國國內設計制造的。 我國參加WTO后，人才、知識、科技與經濟的全球化趨勢越來越清晰地展現出來。由于歷史及其他各方面原因，國外先進技術和管理方式顯然具有競爭優(yōu)勢。近幾年，我國經濟開展較快，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，但連鑄機設備和技術大局部還是靠引進。我國薄板坯連鑄連軋已經引進了將近10條生產線；從2000年開始，我國先后全部引進或引進核心部位設備與技術的常規(guī)板坯連鑄

31、機共有24臺27流，還有繼續(xù)引進的趨勢；中薄板坯連鑄機、異型坯連鑄機全部引進；大方坯連鑄機也有引進的傾向。其原因主要是我國連鑄技術與國外先進水平還存在一定差距。圖為某連鑄機原振動系統(tǒng)，從整體上看傳動環(huán)節(jié)太多，從局部上看那么結構環(huán)節(jié)過多。動力由電機傳至外弧左偏心輪軸要經過減速機、聯軸器、傳動軸等7個環(huán)節(jié)，僅聯軸器就用了4套。而運動傳至內弧偏心那么還要多一個環(huán)節(jié)。從局部看，為了實現振動機構振幅可調，在機構中增加了偏心套。從偏心軸至振動臺需經過偏心軸、偏心套、軸承、連桿以及關節(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)定的原因可歸結如下：

32、(1)環(huán)節(jié)過多使系統(tǒng)剛度降低，從而導致系統(tǒng)固有頻率降低。(2)環(huán)節(jié)過多導致振動臺四點振幅及相位誤差增大。(3)增加了系統(tǒng)存在間隙的時機。所以我們在設計連鑄機振動系統(tǒng)時應盡量防止以上問題的發(fā)生。第二章 結晶器振動技術 最初的連鑄機結晶器是靜止不動的，在拉坯的過程中坯殼很容易與結晶器內壁產生粘結，從而出現坯殼“拉不動或拉漏鋼水的事故發(fā)生。因此，靜止不動的結晶器限制了連鑄生產的工業(yè)化開展。直到1933年現代連鑄的奠基人一德國的西格弗里德容漢斯開發(fā)了結晶器振動裝置，并成功地將它應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 )獲得了容漢斯結晶器振動技術

33、專利的使用權，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上采用了振動結晶器。與此同時，容漢斯振動結晶器又被西德曼內斯(Mannesmann)公司胡金根廠的一臺連續(xù)鑄鋼試驗連鑄機上成功應用結晶器振動技術在這兩臺連鑄機上的成功應用，為結晶器振動技術的廣泛應用打下了堅實的根底。 在連鑄技術的開展過程中，只有采用了結晶器振動裝置后，連鑄才能成功。結晶器振動的目的是防止拉坯坯殼與結晶器粘結，同時獲得良好的鑄坯外表，因而結晶器向上運動時，減少新生的坯殼與銅壁產生粘結，以防止坯殼受到較大的應力，使鑄坯外表出現裂紋;而當結晶器向下運動時，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結晶器上升時拉出的裂痕，這

34、就要求向下的運動速度大于拉坯速度，形成負滑脫。 機械振動的振動裝置由直流電動機驅動，通過萬向聯軸器，分兩端傳動兩個蝸輪減速機，其中一端裝有可調節(jié)軸套，蝸輪減速機后面再通過萬向聯軸器，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，產生振動。 在新型連鑄生產工藝中，采用帶有數字波形發(fā)生器的結晶器電液伺服振動控制是保證連鑄生產質量的關鍵技術之一。國外的應用情況說明，采用連鑄結晶器非正弦伺服振動，能夠有效地減少鑄坯與結晶器間的摩擦力，從而防止坯殼與結晶器粘結而被拉裂，減小鑄坯振痕，提高鑄坯質量川一9l。帶有數字波形發(fā)生器的結晶器電液伺服振動控制

35、裝置和傳統(tǒng)的結晶器振動裝置相比，可以方便地實現多種波形振動、實現連鑄過程監(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，實現控制過程的平穩(wěn)過度。結晶器振動技術的開展過程來看，結晶器振動技術先后經歷了矩形速度規(guī)律、梯形速度規(guī)律值到目前應用最廣泛的正弦振動規(guī)律以及近幾年更為先進的非正弦振動規(guī)律。 結晶器振動速度隨時間的變化規(guī)律即為結晶器振動規(guī)律，結晶器振動規(guī)律是結晶器振動技術中最根本的內容。因為從結晶器振動技術開展的歷史過程來看，每當結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，而且都對鑄坯的連續(xù)澆注、鑄坯的外表質量及拉坯速度的提高產生了重大的影響。

36、 (1)矩形速度規(guī)律 從結晶器振動技術開展歷史來看，矩形速度規(guī)律是最早出現的一種結晶器振動方式，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)律的主要特點是:結晶器在向下振動時與拉坯速度相同，即結晶器與鑄坯做同步運動，然后結晶器又以3倍的拉坯速度向上運動。其表達式如下：式中：結晶器振動頻率 cpm S振幅 mm 拉坯速度 mm/min 圖 2-1 矩形振動規(guī)律生產實踐證明，矩形振動方式對鑄坯的脫模是有效的，相比靜止不動的結晶器，這種振動方式大大提高了鑄坯的外表質量，提高了連鑄的生產效率，在早期得到廣泛應用。但此種振動方式的存在的缺點是:該振動規(guī)律的實現是用凸輪來實現的，但是凸輪的加工

37、制造比擬麻煩;為了保證結晶器與鑄坯之間速度嚴格的同步運動，結晶器振動機構與拉坯機構之間要實行嚴格的電器連鎖;結晶器振動速度在上升和下降時的轉折點處變化很大，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晶器振動的加速度達不到無窮大，但是仍然很大。過大加速度對鑄坯的外表質量和振動系統(tǒng)的正常運轉都是不利的，將對設備產生強大的沖擊，因而也不能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)律的主要特點是:結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

38、在所稱的“負滑動運動。負滑動運動可以在坯殼中產生壓應力，可以使結晶器里已經斷裂的坯殼被壓合，并且能夠使粘結在結晶器內壁上的坯殼強制脫模;從圖1.1中曲線2可以看出結晶器振動速度在上升和下降的轉折點處，變化比擬緩和，這將有利于提高結晶器振動的平穩(wěn)性。生產實踐證明，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)律結晶器和鑄坯之間有一定的速度關系的框架，重點發(fā)揮結晶器的脫模作用;二是速

39、度規(guī)律的實現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)律結晶器振動的正弦速度規(guī)律曲線的數學表達式為：式中 結晶器運動的速度m/minh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)律的主要特點如下： 1)結晶器與鑄坯之間沒有同步運動階段，但結晶器仍然有一小段負滑動運動，這有利于拉裂坯殼的“愈合和粘結坯殼的脫模。2)由于結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)，這也使結晶器的振動很平穩(wěn)。3)由于結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晶器壁的粘結，也就提高了結晶器的

40、脫模作用。 4)結晶器正弦振動規(guī)律是用偏心機構來實現的，采用偏心機構比凸輪機構具有加工制造容易、運動精度高、潤滑密封方便、易于采用高頻振動的優(yōu)點?；谡艺駝右?guī)律上述的優(yōu)點，它是目前國內外應用最為廣泛的一種結晶器振動規(guī)律。它在方坯、板坯及薄板坯連鑄機上都有最廣泛的應用。 (4)非正弦速度規(guī)律如圖2-2的非正弦速度規(guī)律4。它是近年來出現的一種新型振動方式。非正弦速度規(guī)律主要特點是:負滑動時間比擬短，這有利于減輕鑄坯外表振動痕跡的深度，提高鑄坯外表質量;較長的正滑動時間可增加保護渣的消耗量，有利于提高結晶器的潤滑條件，減小拉坯阻力;結晶器向上振動速度與拉坯速度之差較小，有利于減小結晶器施加給鑄坯向

41、上作用的摩擦力，即可減小坯殼中的拉應力，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，有利于連鑄生產效率的提高。 結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晶器潤滑，兩者的共同作用是減小坯殼和結晶器壁間的摩擦力，以得到最好的外表質量和防止粘結漏鋼的最正確平安性。2.4.1 結晶器振動與保護渣的關系如前所述，結晶器振動對于改善結晶器壁間的潤滑是非常有效的，但對于結晶器振動如何影響結晶器保護渣的消耗和保護渣的潤滑作用，其機理并不十分清楚。早期的研究曾提出一個負滑脫期間保護渣流入量的模型，但是隨后的試驗結果說明，保護渣消耗量是正滑脫時間的增函數，圖2-3示出了保

42、護渣消耗量與正滑脫時間的關系?？梢姡瑢τ谡駝咏Y晶器，正滑脫時間越長，保護渣消耗量越大，由此也引起了大量的爭論。對于增加保護渣消耗而言，正滑脫期間和負滑脫期間是振動周期內的兩個必不可少的過程:正滑脫期間，結晶器相對坯殼向上運動，保護渣在結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;負滑脫期間，結晶器相對坯殼向下運動，渣圈隨結晶器下移，液渣受到壓力而向結晶器和坯殼間填充，同時，由于壓縮的作用，液渣流動的通道被“關閉，也局部阻礙了鋼液面上的液渣向彎月面附近流動。結晶器周期性振動的結果，導致液渣在彎月面處

43、的流動、聚集以及向結晶器和坯殼間填充的重復進行，從而改善了結晶器的潤滑狀況。當液渣的填充成為限制性環(huán)節(jié)時，負滑脫時間反映振動參數對保護渣消耗的影響;當液渣供給成為限制性環(huán)節(jié)時，那么正滑脫時間反映振動參數對 保護渣消耗的影響。通過對生產、試驗數據的綜合評價，研究發(fā)現，保護渣消耗量與總的周期時間有很好的對應關系(見圖1.5)，并得到如下的實驗公式：式中：Q單位面積的保護渣消耗量，； Vc-拉坯速度，m/min； f振動頻率Hz；保護渣的液渣粘度，pa.s.圖 2-3 保護渣消耗量與正滑脫時間的對應關系很明顯，它是保護渣粘度和振動頻率的函數，給出了一個與時間有關的保護渣消耗機制，由于高頻振動以及高拉

44、速減少了坯殼的“接觸時間，保護渣消耗量降低。但是，上式中變量缺少了振幅s的影響，仍不能對結晶器振動的影響作出滿. 結晶器的振動有利于鑄坯的脫模，可以提高拉坯速度，實現更高的效率，同樣由十脫模過程中凝殼與結晶器壁之間的摩擦，產生振痕，帶來產品質量的不良效果。為了更好地利用振動的優(yōu)點，得到合理的振動波形，我們首先分析一下結晶器的潤滑機理。 基于目前國內鋼鐵廠家多數采用保護渣作為潤滑介質，我們重點看一保護渣潤滑時候結晶器壁和坯殼之間的情況。如2-4所示在結晶器壁和坯殼之間有一層保護渣薄層，并目_在坯殼前面的為液態(tài)，在結晶器前面的為固態(tài)。結晶器中摩擦力產生的機理有兩種。當結晶器相對于坯殼運動是在液體保

45、護渣薄層內進行，生的摩擦力稱為“液體摩擦力。用下式來表示其大小: 當結晶器壁和固態(tài)保護渣之間產生相對運動時，這種固體與固體接觸產生的摩擦力稱為“固體摩擦力，用如下的式子來表示: 對于從彎月面到結晶器出口的各個位置，根據操作條件(鑄造速度、結晶器振動條件、保護渣物性)計算固體摩擦力和液體摩擦力的大小，據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 結晶器中摩擦力的分布 根據結晶器潤滑機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來計算。結晶器采用正弦振動時其計算結果如圖2-5所示。 液體摩擦力的最大值(曲線A和B)呈現十

46、振動周期內最大相對速度的時候，如圖2-2中的兩條曲線。當相對速度等于零時，(，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。負滑動期間的相對速度比正滑動期間的小，因此負滑動期間的液體的摩擦力絕對值較小。圖 2-5 結晶器內液體保護渣摩擦力和固體保護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晶器上部起支配作用，在結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 結晶器振動方案的選擇 針對傳統(tǒng)的電機驅動偏心輪結晶器振動裝置存在的缺點，開發(fā)研制電液伺服驅動的結晶器振動裝置及計算機控制系統(tǒng)。基于智能控制的根本

47、思想，改良控制方法，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)不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續(xù)拉出，經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。連鑄坯的產量占整個鋼產量的百分率可反映一個國家煉鋼工藝的先進水平，因而連鑄比的提高受到國內外的廣泛重視。結晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機中的重要組成局部。結晶器的作用是為了對鋼水進行一次冷卻，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，改善鑄坯外表質量。為此，需要通過一個振動機構使結晶器按一定的規(guī)律振動

48、，既激振系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)的直流電機或交流變頻電機驅動偏心凸輪的結晶激振系統(tǒng)相比，電液伺服驅動的連鑄機結晶器激振系統(tǒng)具有能實現正弦振動、易于實現計算機控制、布置方便和可以實現多流連鑄機共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點。本研究采用電液伺服結晶器激振系統(tǒng)，可以方便地產生各種振動規(guī)律，實現控制過程監(jiān)督、實時顯示并根據拉坯速度實時修改振動參數，提高連鑄坯質量和提高金屬收得率，從而實現連鑄過程的自動化。 為完成上述目標，本課題主要涉及以下方面的內容：振動規(guī)律的研究、控制律的研究及實現方法、結晶器電液伺服控制系統(tǒng)的設計。條件：結晶器的斷面尺寸：150X150 毫米毫米 拉坯速度：45.5 米/分鐘結晶器的振動波形：正

49、弦波：3毫米 結晶器的重量：5噸結晶器振動裝置是連鑄機及軋鋼機械的關鍵設備，使連鑄生產實現工業(yè)化。結晶器振動裝置必須能使結晶器準確地沿著一定的軌跡振動，并且使振動具有一定的規(guī)律。結晶器振動裝置的振動動作一般是由電機、連桿、偏心輪等實現的。由此可見，對結晶器振動裝置的振動規(guī)律、振動方法、動力系統(tǒng)等附屬機構的改造對提高連鑄質量有重大的意義。目前結晶器振動裝置的形式主要有差動式振動機構、雙搖桿式振動機構、四偏心輪式振動機構、液壓伺服式振動機構等。結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)等附屬機構建立起來的。圖3-1弧形連續(xù)鑄鋼設備連鑄機上主要有澆鑄設備、結晶器及

50、其振動設備、二冷段、拉矯裝置等。澆鑄設備是用來運輸鋼水到澆鑄位置，用以進行鋼水鑄入結晶器進行澆鑄。結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晶器連續(xù)相對運動實現連續(xù)澆鑄。經過不斷的研究，結晶器振動機構形式異常多。其中最具有代表性的是：差動式振動機構、雙搖桿式振動機構、四偏心輪式振動機構。這種機構是利用齒輪或凸輪機構的差動原理來實現結晶器的弧線運動的，現以差動齒輪機構為例來說明。結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迫框架下降，彈簧反力使其上升，它沒有一般振動機構的振動臂，而是用一組齒輪和齒條來代替。振動框架由內、外弧側的齒條6分別與節(jié)圓半徑相等的小齒輪

51、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，當扇形齒輪3、5擺動時，就使與其相連的兩個小齒輪產生不同的線速度，反響在振動框架的兩側齒條上，其上鞋運動的線速度也不一樣。因而可是結晶器產生所要求的弧線振動。圖3-2差動齒輪式振動機構簡圖 此種機構也稱為雙短臂式或是四連桿式振動機構。它是通過選擇適當尺寸的兩個搖桿，使其在某一個瞬時的運動是繞曲率半徑中心O點得圓弧線運動。圓弧線的半徑應當是結晶器振動的曲率半徑R。既然有瞬時性，因此雙搖桿所實現的圓弧振動也是一個近似的圓弧軌跡。所以，使結晶器在圓弧徑向產生誤差。但由于結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動

52、誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點振動軌跡的誤差不大于0.1mm。在雙搖桿式振動機構中，兩個搖桿長度的選擇必須滿足：ab=cd(ab=cd),且ab(ab)與cd(cd)各自連線的延長線應通過曲率中心O點。所以ad(ad)bc(bc).R稱為大圓弧半徑，如圖示，它是目前廣泛應用的外弧雙短臂和內弧雙短臂振動機構。應用前者時a點和d點做固定的鉸點。采用后者時，那么應該把b點和c點做固定的鉸點以實現所要求的振動軌跡。圖3-3雙短臂振動機構原理圖 四偏心式振動機構是近幾年才出現的一種新型振動機構，具有結構簡單，運動軌跡準確等優(yōu)點。其設計原理與我國的差動齒輪相似，圖示是四偏心式振動機構的一個實例。它是

53、近年來新投產連鑄機中采用較多的一種。結晶器的弧線運動是利用兩隊偏心輪距不同的偏心輪機連桿機構而產生的。結晶器運動的弧線定中是利用兩條板式彈簧來實現的。板式彈簧使結晶器只做弧線擺動，而不能產生前后左右的晃動。適中選擇彈簧的長度，可以是運動軌跡誤差不大于0.02mm。振動臺架采用鋼結構件，更換迅速方便。這種振動機構是靠偏心輪連桿的推力，作用于振動臺的四角，使結晶器的運動非常平穩(wěn)，不會由于結晶器的內阻力作用點的偏移而是結晶器運動不平穩(wěn)。其缺點是運動零件較多，結構比擬復雜。圖3-4四偏心輪式振動機構 傳統(tǒng)的結晶器振動裝置是通過振動臺使結晶器產生正弦或非正弦振動，這種振動方式存在著振動質量大及維修困難等

54、缺點。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晶器。其特點是只有結晶器銅管、導流水套和結晶器上的法蘭參與振動，而其他零部件如外水套、冷卻水、閃爍計數器、結晶器電磁攪拌器及足輥等不參與振動。因而具有振動質量小，結構簡單、維修費用低等特點。 結晶器的運動是又液壓缸借助一個振動臂來產生的。為平安起見，采用水油混合物作為工作介質。振動沖程為h=08mm，頻率為f=0600/min在線自動調節(jié)。圖3-5本體振動式方坯結晶器 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向機構，固定臺、活動臺及液壓缸總成等組成。機械結構相對簡單、緊湊，便于布置

55、。設備的布置可實現結晶器精確的仿弧運動，結晶器區(qū)域空間大，無需撤除振動裝置即可實現電磁攪拌器、扇形段的無障礙更換。振動裝置本身更換便捷，只需撤除結晶器即可獨立更換內弧或外弧振動單元，結晶器安裝后，冷卻水路自動接通，無需人工接管。 圖3-6結晶器振動液壓伺服裝置3.6 振動機構的選擇結晶器振動技術是連鑄的一個根本特征，基于不同的理論，結晶器振動技術也經歷了復雜的過程，早期主要由凸輪實現的正弦振動，由于波形單一，在線不能調節(jié)，未能實現振動波形的優(yōu)化;由于采用偏心機構使機械動作更加簡便，故結晶器正弦振動得到了開展，并不斷地對其振動參數進行優(yōu)化，實現高頻振動以改善鑄坯外表質量;目前開發(fā)的液壓振動，波形

56、選擇范圍寬，并且調節(jié)容易，振動機構具有很高的穩(wěn)定性，對于改善結晶器內的潤滑效果，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，可以實現連鑄過程振動的最優(yōu)化。對于改善鑄坯外表質量，提高拉坯速度，液壓振動技術將以其突出的優(yōu)越性在連鑄生產中獲得廣泛地應用。 如何控制結晶器按給定波形規(guī)律進行振動是連鑄生產過程中的關鍵技術迄今為至，工業(yè)中仍在廣泛使用直流電動機或交流變頻電動機通過偏心輪驅動雙搖桿機構實現結晶器振動。和傳統(tǒng)的結晶器振動裝置相比，電液伺服驅動的連鑄機結晶器振動裝置可以很方便地產生各種振動規(guī)律、實現連鑄過程監(jiān)督、實時顯示振動波形并可根據拉坯速度實時修改振動參數、布置方便和可很方便地實

57、現多連鑄機共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點。為了解決傳統(tǒng)的電動機驅動偏心凸輪結晶器振動裝置存在的難以在線改變振動波形和響應速度慢等問題、本文開發(fā)研制了采用電液伺服控制實現的結晶器振動裝置及其計算機控制系統(tǒng)。為了滿足連鑄工藝對跟蹤非正弦給定振動波形的要求，結合結晶器電液伺服振動系統(tǒng)的特點，基于智能控制的根本思想對一些控制方法進行了有機組合，有效地抑制了非對稱負載造成的靜差并提高了系統(tǒng)的相頻寬在小方坯連鑄機上的試驗說明了所開發(fā)的結晶器電液伺服振動裝置及其計算機控制系統(tǒng)可以滿足連鑄工藝的要求，到達了提高連鑄自動化水平的目的。所開發(fā)研制的結晶器電液伺服振動裝置結構組成如圖3-5所示。相應的計算機控制系統(tǒng)方塊圖

58、如圖3-6示。采用閥控缸驅動雙搖桿機構實現結晶器的往復振動，將液壓缸的位置(或結晶器鞍座的位置)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，然后由計算機算得控制量并經過D/A和電流負反彼放大器后驅動電液伺服閥構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用計算機產生各種指令信號(期望振動規(guī)律)，通過選擇適當的控制律使系統(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結晶器電液伺服振動裝置示意圖 圖 3-8結晶器振動波型計算機控制系統(tǒng)方塊圖用閥控缸驅動雙搖桿機構實現結晶器的往復振動，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，然后由計算機算得控制量并經過D/A和電流負反響放大器后

59、驅動電液伺服閥構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用計算機產生各種指令信號，通過選擇適當的控制律使系統(tǒng)輸出跟蹤指令信號從而獲得所要求的振動規(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的計算機通過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，造成振動時運動不平穩(wěn)和振動波形失真。為此，要在系統(tǒng)中設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，主控室的計算機通過PLC控制曲線生成器設定

60、振動曲線同時也設定振幅和頻率。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。經過修正的振動曲線信號轉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定好振動曲線信號傳給伺服閥，即可控制振動液壓缸按設定參數振動。在軟件編程中，同時還設置多種報警和保護措施以防止重大事故的發(fā)生。這種在線任意調整振動波形、振幅和頻率是通常機械振動所不能實現的。第四章 結晶器正弦振動的參數分析在結晶器下振速度大于拉坯速度時，稱為“負滑脫。負滑脫量的定義為：式中 負滑脫量，%； 結晶器振動時的最大速度，m/min; 拉坯速度，4.