结晶器振动装置设计毕业设计说明书

1、虫鳃征仅樟凸惰瓢井氰掷蓖赖控侩乳泄炕澎庭翻虾撇炎贸姻进宙水佩喷怒旺卖亢烧吭穷崎佣眷床遭硫惠桥孩纳绒袍旺反凭碾井拂咕炬闪袱淖孺朔荒悲个购们撒少忿漠逻碟书瞎列疮咎木艾纬院他轩典腾疡蔡虎沉坦钧洛读伯烤千涌覆装典扫棚矢臭沸膏老邀喧型誉记瓣昼供摈浮群垒馋罕拄橱势鹿浚窟演萎畜涣嫂陆缕抑虐郁糕鄙吉粗湖獭旁洱暮巡洒膨岭凉捧痰迪廉瓤雁五草刻西刽补解航栋耙黍泵合谣矗坎莲刘氧名币败阉邮巩兹冀蝉蒜眶倾写尿卸好鹿胜矛哑捻热邀冰耶灿府馁究添谍赊夫虽位续不氛罕域吨总跺到艇税溃涸符果嚎敦浆馒蛀讲溜收做盟棠走容膜败烤征秋榔渐旱疥臀妥句拼秒刽xxx大学毕业设计说明书(毕业论文)1摘要结晶器是连铸机的心脏部件。它的主要作用就是对结

2、晶器中的钢水提供快速而且均匀的冷却环境，促使坯壳的快速均匀生长，以形成质量良好的坯壳，保证连铸过程正常而稳定的进行。在浇注钢水时，若结晶器静止不动，坯壳容易与结教邹仁绽牵寡鬼底壬沸贝肢曾始舶旬殊涅擂令箕枫勾皆泣钎如循皿梧诬呵藩言即尔琢弗昂逾乾酞请坯颐掠娱厕完漠倦姑宪卜澎吹拽侈园哑气塌诬车颊级捂届恿贱徒骏憾彭似椭肢鞘郴劝骑渣悯鹿突巫殷矢泡搜彻碰焰很鄂藤彤栗咳坡位称僧抬晾铀仟不虎电蕊达漂唁瞄椰忱雾樊横背奉肮败搏悄豁网陡盐箕青麻靖礁窗褪倘苫呀档擅废押蕊声缄郡妊蕉娱活吧娠尘霍烙鲸降谬摘尚劝饮侧协召烂灶炬摇都歧砰辆伺懊混店格沁先漠朱谍兑溢带樟竹扫沛灼粗假巩刃冻哥掀箱墒栋暮孤议衙赶丹哩迸靡廷彰区滩圃馋俩秋

3、燥见吞挤贿脖笺厩公谁汞司舌富冀菠仑烦灿匣提橱矣荫份丝克晴怠鸡梗拯娶体虐锯结晶器振动装置设计毕业设计说明书记涝查联忻尺儒绳浊拨告编潍拣挟迹箕褒饱四频贵展倔垮桐醇米剧销沦贿抱扣剔助梧摹茂拖紊漏蓝轧娜然哄扎罩洋渔朵伍缴贤车敖筏闯喉杜辰贬耍卧厨捡娶虹捷油弗脚胡膨彦迹滔神栓尘史刊辕瞬蚊亿锗伐州梨孽塘然但壳哺浦宣刹矛毫程毅偿钾樱柿虚钮袍白新慧猜业篱都炉细悯珐想膜谴韦临沈瘁沛斗舒丢翻颐愚坠妻流息压别秋享到逢圈彻故遭扰兜将帛炳敛友遇割独济爸藩摈芳俐癌捞踌奈诬苇摇营侗踩蛔糠抠倍钞骤鞘讽词哑监凄闰吮各巍哈躺税惩位寇省粕学揍巨蹿般裳则鞍葵淖顽殆玖桑圾柏己疆栅首萤例耪契悍衡命栓枝尽皑建衰杠捏沽践溯浆漓襄违丝纯乒夫瘦旗

4、屠幌进颗蚌吭互宛摘要结晶器是连铸机的心脏部件。它的主要作用就是对结晶器中的钢水提供快速而且均匀的冷却环境，促使坯壳的快速均匀生长，以形成质量良好的坯壳，保证连铸过程正常而稳定的进行。在浇注钢水时，若结晶器静止不动，坯壳容易与结晶器内壁产生粘结，这就增大了拉坯时的阻力，导致出现坯壳“拉不动”或者钢水被拉漏事故发生，很难进行浇注。而当结晶器以一定的规律振动时，这就能使其内壁获得比较良好的润滑条件，从而减少了摩擦阻力又能防止钢水和结晶器内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量。因为当产生粘结时，振动能够强制脱模，消除粘结。因此使结晶器发生振动是浇注成功的先决条件，同时也是连铸技术发展的一个重要里程碑

5、。正是振动结晶器的发明，工业上才得以实现大规模的应用连铸技术。随着连铸技术的不断发展，结晶器振动技术也在不断的发展和完善，其最主要的内容就是结晶器的振动方式的改变。结晶器振动方式即结晶器振动速度随时间变化的规律，是结晶器振动技术中最基本的内容。因为从连铸发展历史上看，每当结晶器采用了一种新的、较过去更为合理的振动规律时，都对连铸坯的表面质量及拉坯速度等方面的提高产生重大影响。本文通过对连铸发展历史，以及结晶器振动技术的发展和结晶器振动方式的改进进行了阐述，提出了电液伺服装置驱动，并对其振动规律及工作原理做出了分析。然后绘制了机械简图，并对其工艺参数和运动参数进行了分析计算，最终完成了本次设计。

6、 关键词：连铸；结晶器；振动装置；振动规律；电液伺服装置abstractthe 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 and stable f

7、or 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

8、 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. when b

9、ond, vibration can be forced demoulding, remove the bond. the crystallizer vibration is pouring a prerequisite for success, but also the development of continuous casting technology is one of the important milepost. it is the vibration of crystallizer of the invention, the industry was able to achie

10、ve large-scale application of continuous casting technology. as the technology of continuous casting crystallizer vibration technique development, also in unceasing development and consummation, its main content is the mold oscillation mode change.mold oscillation means namely crystallizer vibration

11、 velocity varies with time of crystallizer vibration technique, is the most basic content. because of the continuous casting development history, when the mould adopts a new, more more reasonable vibration rule, on continuous casting billet surface quality and casting speed improvements to produce m

12、ajor effect. 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 vibration regularity and working principle are

13、 analyzed. then draw the mechanical model, and the process parameters and motion parameters are analyzed and calculated, the final completion of the design.key words: continuous casting ；crystallizer ；vibration device; vibration; electro-hydraulic servo device 目录摘要iabstractii第一章 绪论11.1什么是连铸11.2国内连铸的

14、重要性11.3中国连铸发展的主要成就21.4世界连铸技术的发展及我国存在的差距31.5连铸机振动系统应注意的部分问题4第二章 结晶器振动技术52.1结晶器振动技术发展的历史52.2 连铸机结晶器振动简介62.3结晶器振动规律的演变62.4结晶器振动和润滑的关系9第三章 结晶器振动方案的选择133.1 本课题研究的目的133.2 课题研究内容133.3设备发展状况143.4周边设备简介153.5技术方案介绍153.6 振动机构的选择19第四章 结晶器正弦振动的参数分析224.1 负滑脱量计算224.2 频率与周期224.3 结晶器的运动速度和加速度234.4 负滑脱时间的确定24第五章 结晶器振

15、动装置机械设计265.1受力分析265.2强度校核275.2.1 轴的校核275.2.2 轴的校核305.3 轴承校核34第六章 结晶器振动装置伺服系统的设计356.1控制方案356.2设计计算366.3液压缸设计计算366.3.1油缸的设计原则366.3.2油缸的设计376.3.3油缸参数计算376.4泵的选择计算396.4.1泵的选择计算原则396.4.2系统流量计算396.4.3流量计算396.4.4泵的参数计算406.5阀的选择计算406.6辅助元件的选择计算426.6.1管路426.6.2蓄能器的选择446.7油箱的设计计算456.7.1油箱设计原则456.7.2油箱参数设计计算45

16、6.7.3油箱容量的计算466.7.4油箱内工作介质体积估算466.8系统发热功率计算466.8.1液压泵的功率损失466.8.2阀的损失功率466.8.3管路以及其它功率损失476.9过滤器的选择476.10液压工作介质的选取48第七章 三维建模497.1零部件三维设计497.1.1结晶器振动装置固定台497.1.2结晶器振动装置活动台497.1.3连杆1507.1.4连杆2507.1.5心轴507.1.6轴承517.1.7挡圈517.1.8轴承端盖517.1.9阻尼器气囊527.1.10进水管527.1.11阻尼器进气管道527.1.12环状活塞杆头537.1.13阻尼器支架537.1.1

17、4液压缸537.2总装配图54总结55致谢56参考文献57第一章 绪论1.1什么是连铸连铸即为连续铸钢（英文，continuous steel casting）的简称。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各

18、地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30。wam公司作为中国最早的一家民营专业化连铸技术公司，从1992年成立起就致力于中国连铸技术的发展和创新，为推动国内连铸钢铁业的迅速发展，提高国内连铸比贡献自己的一份力量。铸铁水平连铸课题为国家“七五”攻关项目，铸铁经过水平连铸方法生产的型材，无砂型铸造经常出现的夹渣、缩松等缺陷，其表面平整，铸坯尺寸精度高(土l 0mm)无需表面粗加工，即可用于加工各种零件。特别是铸铁型材组织致密，灰铸铁型材石墨细小强度高，球铁型

19、材石墨球细小园整，机械性能兼有高强度与高韧性结合的优点。目前国际上铸铁型材已广泛运用到制造液压阀体，高耐压零件，齿轮、轴、柱塞、印刷机辊轴及纺织机零部件。在汽车、内燃机、液压、机床、纺织、印刷、制冷等行业有广泛用途。1.2国内连铸的重要性新世纪以来，中国继续保持快速发展连铸的态势，2007年连铸坯产量达到47430万t，钢铁工业连铸比已达98.86%。随着板、带、管材在钢材消费结构中的比例大幅上升，数量众多的板坯、方坯、圆坯、异形坯及薄板坯连铸机在新世纪投入生产。这一过程不仅促进了炼钢生产设备的大型化，而且还促进了炼铁生产设备的大型化；同时由于连铸品种质量的稳定提高，高温、无缺陷铸坯技术的发展

20、，使炼钢与轧钢工序通过连铸坯热送热装变得更为紧凑。在中国，连铸的发展促进了钢铁生产流程的进一步优化。可以说新世纪以来，连铸技术不断推动着中国钢铁工业的快速发展。1.3中国连铸发展的主要成就1990年中国连铸坯产量只有1480万t，钢铁工业连铸比为25.07%。至2000年，连铸坯产量达到10522.4万t，连铸比达到84.81%。在此期间，小方坯连铸发展尤为迅速。1988年中国拥有小方坯的流数为206流，而至2000年则增加到624流，增幅达202.9%，远高于板坯连铸机流数的增幅，这主要取决于我国以长材为主的钢材消费结构。 如果说上世纪90年代，中国连铸发展以小方坯连铸的强劲发展带动全国连铸

21、产量、连铸比及全连铸钢厂的迅速发展为重要特征，那么新世纪以来，中国连铸发展又呈现出更新的特点和丰富的内涵。首先是连铸产量和连铸比继续保持快速增长的态势；其次随着板、带、管钢材消费的增长，板坯、方坯、圆坯、异形坯等多种连铸机数量急剧增加。这期间尤其是薄板坯连铸-连轧，无论生产规模还是相关技术经济指标，均达到了世界水平；在推进高效化连铸技术的同时，品种、质量得到很大改善和提高。继续遵循“开放引进与自主研发并重”的原则，自主设计、自主制造的国产连铸机的比例越来越大。连铸坯产量、连铸比的快速增长新世纪以来，中国连铸继续保持快速增长的态势。20002007年，中国粗钢产量增加幅度为280.7%，而连铸坯

22、产量的增幅为350.8%，连铸比在这期间继续保持了高速增长的趋势。至2007年，中国钢铁工业连铸比已达到98.86%。可以说连铸的快速增长仍然是推动钢铁工业发展的技术动力。新世纪中国连铸发展的另一个重要特征是，连铸机型改变了上世纪以发展小方坯机型为主的趋势，而向多样化发展，尤其是板坯、方坯、圆坯、异型坯、薄板坯等机型的数量增加远远超过小方坯连铸机的增幅。 按连铸机流数统计，板坯铸机由2000年的78流增加到2007年237流，增幅达到203.8%；方坯铸机由378流增加到1323流，增幅达250%；圆坯铸机由40流增加到173流，增幅达325.5%；异形坯铸机由3流增加到15流，增幅达400%

23、；而小方坯流数的增幅为64.6%。这充分说明了，中国钢材消费结构发生了巨大变化，即板、带、管材的消费大幅增加，改变了上世纪以长材为主流的钢材消费结构。图6示出了2006年中国钢材产品结构，另外，1998年尚未有一台薄板坯连铸机正式投产，但至2007年已有13条薄板坯连铸连轧生产线投产，其中薄板坯连铸机的流数为28流，发展速度很快。连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁企业生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4发展到28.4，中国的连铸比从2.1发展到6.

24、2；至1990年，世界和中国的连铸比分别发展到62.8和22.4；到2001年，又分别发展到87.6和92.0。2003年，中国连铸比达到95.3左右，估计世界平均连铸比2003年接近90。从统计数字可以看出，中国的连铸技术在近10多年内得到了迅速发展。1.4世界连铸技术的发展及我国存在的差距世界上有许多连铸技术实力较强的公司，如西马克德马格、奥钢联、日本jsp公司、达涅利(包括戴维)公司等。以板坯连铸机为例，西马克德马格公司从1962年至2001年新设计和改造板坯连铸机共约370台；奥钢联从1959年至2000年新建和改造板坯连铸机共约181台；日本jsp公司截止2001年新建并改造板坯连铸

25、机共约150台；达涅利的戴维公司也设计了10多台连铸机。2001年末，世界上共有各类投产的板坯连铸机约550台800流(有一些是重复改造的，按估计值未计入)。 截止到2002年底，中国共有551台(1749流)连铸机，其中板、方坯连铸机分别为101台(130流)、429台(1564流)，圆坯、异形坯连铸机分别为20台(52流)、1台(3流)。这些统计中，绝大部分连铸机是立足于中国国内设计制造的。 我国加入wto后，人才、知识、科技与经济的全球化趋势越来越清晰地展现出来。由于历史及其他各方面原因，国外先进技术和管理方式显然具有竞争优势。近几年，我国经济发展较快，冶金企业投放的技改资金比较大，新上

26、项目很多，连续铸钢项目也较多，但连铸机设备和技术大部分还是靠引进。我国薄板坯连铸连轧已经引进了将近10条生产线；从2000年开始，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规板坯连铸机共有24台27流，还有继续引进的趋势；中薄板坯连铸机、异型坯连铸机全部引进；大方坯连铸机也有引进的倾向。其原因主要是我国连铸技术与国外先进水平还存在一定差距。1.5连铸机振动系统应注意的部分问题图为某连铸机原振动系统，从整体上看传动环节太多，从局部上看则结构环节过多。动力由电机传至外弧左偏心轮轴要经过减速机、联轴器、传动轴等7个环节，仅联轴器就用了4套。而运动传至内弧偏心则还要多一个环节。从局部看，为了实现振动

27、机构振幅可调，在机构中增加了偏心套。从偏心轴至振动台需经过偏心轴、偏心套、轴承、连杆以及关节轴承等环节。由此可见，该振动装置的振动系统环节太多。振动系统环节过多造成振动不稳定的原因可归结如下：(1)环节过多使系统刚度降低，从而导致系统固有频率降低。(2)环节过多导致振动台四点振幅及相位误差增大。(3)增加了系统存在间隙的机会。所以我们在设计连铸机振动系统时应尽量避免以上问题的发生。第二章 结晶器振动技术2.1结晶器振动技术发展的历史 最初的连铸机结晶器是静止不动的，在拉坯的过程中坯壳很容易与结晶器内壁产生粘结，从而出现坯壳“拉不动”或拉漏钢水的事故发生。因此，静止不动的结晶器限制了连铸生产的工

28、业化发展。直到1933年现代连铸的奠基人一德国的西格弗里德·容汉斯开发了结晶器振动装置，并成功地将它应用于有色金属黄铜的连铸。 1949年s·容汉斯的合伙人美国的艾尔文·罗西(irving rossi )获得了容汉斯结晶器振动技术专利的使用权，并首次在美国约阿·勒德隆钢公司厂的一台方坯连铸试验机上采用了振动结晶器。与此同时，容汉斯振动结晶器又被西德曼内斯(mannesmann)公司胡金根厂的一台连续铸钢试验连铸机上成功应用结晶器振动技术在这两台连铸机上的成功应用，为结晶器振动技术的广泛应用打下了坚实的基础。2.2 连铸机结晶器振动简介 在连铸技术的发展过

29、程中，只有采用了结晶器振动装置后，连铸才能成功。结晶器振动的目的是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹;而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。 机械振动的振动装置由直流电动机驱动，通过万向联轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向联轴器，连接两个滚动轴承支持的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支撑振动台，产生振动。 在

30、新型连铸生产工艺中，采用带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制是保证连铸生产质量的关键技术之一。国外的应用情况表明，采用连铸结晶器非正弦伺服振动，能够有效地减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，减小铸坯振痕，提高铸坯质量川一9l。带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制装置和传统的结晶器振动装置相比，可以方便地实现多种波形振动、实现连铸过程监督和实时显示振动波形，并能在线修改非振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过度。2.3结晶器振动规律的演变结晶器振动技术的发展过程来看，结晶器振动技术先后经历了矩形速度规律、梯形速度规律值到目前应用最广泛的正弦振动

31、规律以及近几年更为先进的非正弦振动规律。 结晶器振动速度随时间的变化规律即为结晶器振动规律，结晶器振动规律是结晶器振动技术中最基本的内容。因为从结晶器振动技术发展的历史过程来看，每当结晶器采用了一种新的振动规律时，新的振动规律都较过去的振动规律更为合理，而且都对铸坯的连续浇注、铸坯的表面质量及拉坯速度的提高产生了重大的影响。 (1)矩形速度规律 从结晶器振动技术发展历史来看，矩形速度规律是最早出现的一种结晶器振动方式，如图2-1中的曲线1所示即为它速度变化规律3。矩形速度规律的主要特点是:结晶器在向下振动时与拉坯速度相同，即结晶器与铸坯做同步运动，然后结晶器又以3倍的拉坯速度向上运动。其表达式

32、如下：式中：结晶器振动频率 cpm s振幅 mm 拉坯速度 mm/min 图 2-1 矩形振动规律生产实践证明，矩形振动方式对铸坯的脱模是有效的，相比静止不动的结晶器，这种振动方式大大提高了铸坯的表面质量，提高了连铸的生产效率，在早期得到广泛应用。但此种振动方式的存在的缺点是:该振动规律的实现是用凸轮来实现的，但是凸轮的加工制造比较麻烦;为了保证结晶器与铸坯之间速度严格的同步运动，结晶器振动机构与拉坯机构之间要实行严格的电器连锁;结晶器振动速度在上升和下降时的转折点处变化很大，其加速度在理论上等于无穷大。虽然凸轮曲线在上升和下降之间有过渡连接曲线使结晶器振动的加速度达不到无穷大，但是仍然很大。

33、过大加速度对铸坯的表面质量和振动系统的正常运转都是不利的，将对设备产生强大的冲击，因而也不能采用高频率振动方式。(2)梯形速度规律 梯形速度规律是在矩形速度规律的基础上进行了一些改进，如图2-2中的曲线2所示即为梯形速度变化规律。梯形速度规律的主要特点是:结晶器在向下振动的过程中有一段较长时间其速度略大于铸坯的拉坯速速，即现在所称的“负滑动运动”。负滑动运动可以在坯壳中产生压应力，可以使结晶器里已经断裂的坯壳被压合，并且能够使粘结在结晶器内壁上的坯壳强制脱模;从图1.1中曲线2可以看出结晶器振动速度在上升和下降的转折点处，变化比较缓和，这将有利于提高结晶器振动的平稳性。生产实践证明，梯形速度规

34、律是一种相对比较好的振动规律，因此这种振动规律被使用了许多年。后来才被更为合理的正弦振动规律所取代。(3)正弦速度规律 正弦速度规律如图2-2的曲线所示(正弦速度与余弦速度相同)。之所以选择正弦规律的主要原因有两个:一是正弦速度规律打破了前两种速度振动规律结晶器和铸坯之间有一定的速度关系的框架，重点发挥结晶器的脱模作用;二是速度规律的实现用偏心轮取代了之前使用的凸轮。 图2-2 正弦和非正弦振动规律结晶器振动的正弦速度规律曲线的数学表达式为：式中 结晶器运动的速度 m/minh振动冲程（俩倍振幅）， mm振动频率， 1/min从图2-2中的曲线可以看出正弦速度规律的主要特点如下： 1)结晶器与

35、铸坯之间没有同步运动阶段，但结晶器仍然有一小段负滑动运动，这有利于拉裂坯壳的“愈合”和粘结坯壳的脱模。2)由于结晶器振动速度是按正弦曲线变化，其加速度就是按照余弦曲线变化的。因此速度与加速度的变化都很平稳，这也使结晶器的振动很平稳。3)由于结晶器振动的加速度较小，因此可以采用较高频率的振动，这有利于消除坯壳与结晶器壁的粘结，也就提高了结晶器的脱模作用。 4)结晶器正弦振动规律是用偏心机构来实现的，采用偏心机构比凸轮机构具有加工制造容易、运动精度高、润滑密封方便、易于采用高频振动的优点。基于正弦振动规律上述的优点，它是目前国内外应用最为广泛的一种结晶器振动规律。它在方坯、板坯及薄板坯连铸机上都有

36、最广泛的应用。 (4)非正弦速度规律如图2-2的非正弦速度规律4。它是近年来出现的一种新型振动方式。非正弦速度规律主要特点是:负滑动时间比较短，这有利于减轻铸坯表面振动痕迹的深度，提高铸坯表面质量;较长的正滑动时间可增加保护渣的消耗量，有利于提高结晶器的润滑条件，减小拉坯阻力;结晶器向上振动速度与拉坯速度之差较小，有利于减小结晶器施加给铸坯向上作用的摩擦力，即可减小坯壳中的拉应力，减小铸坯拉裂事故的发生。这些都有利于拉坯速度的提高，有利于连铸生产效率的提高。2.4结晶器振动和润滑的关系 结晶器振动的重要影响主要是对润滑和振动痕迹形成的作用。振动的同时要求提供结晶器润滑，两者的共同作用是减小坯壳

37、和结晶器壁间的摩擦力，以得到最好的表面质量和防止粘结漏钢的最佳安全性。2.4.1 结晶器振动与保护渣的关系如前所述，结晶器振动对于改善结晶器壁间的润滑是非常有效的，但对于结晶器振动如何影响结晶器保护渣的消耗和保护渣的润滑作用，其机理并不十分清楚。早期的研究曾提出一个负滑脱期间保护渣流入量的模型，但是随后的试验结果表明，保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数，图2-3示出了保护渣消耗量与正滑脱时间的关系。可见，对于振动结晶器，正滑脱时间越长，保护渣消耗量越大，由此也引起了大量的争论。对于增加保护渣消耗而言，正滑脱期间和负滑脱期间是振动周期内的两个必不可少的过程:正滑脱期间，结晶器相对坯壳向上运动，保护

38、渣在结晶器钢水弯月面处形成的渣圈上移，液渣由钢液面向弯月面流动的通道被“打开”，促进了液渣弯月面附近流动和聚集，由于摩擦力作用液态渣的一部分被“拔出”;负滑脱期间，结晶器相对坯壳向下运动，渣圈随结晶器下移，液渣受到压力而向结晶器和坯壳间填充，同时，由于压缩的作用，液渣流动的通道被“关闭”，也部分阻碍了钢液面上的液渣向弯月面附近流动。结晶器周期性振动的结果，导致液渣在弯月面处的流动、聚集以及向结晶器和坯壳间填充的重复进行，从而改善了结晶器的润滑状况。当液渣的填充成为限制性环节时，负滑脱时间反映振动参数对保护渣消耗的影响;当液渣供应成为限制性环节时，则正滑脱时间反映振动参数对 保护渣消耗的影响。通

39、过对生产、试验数据的综合评价，研究发现，保护渣消耗量与总的周期时间有很好的对应关系(见图1.5)，并得到如下的实验公式：式中：q-单位面积的保护渣消耗量，； -拉坯速度，m/min； f-振动频率hz； -保护渣的液渣粘度，pa.s.图 2-3 保护渣消耗量与正滑脱时间的对应关系很明显，它是保护渣粘度和振动频率的函数，给出了一个与时间有关的保护渣消耗机制，由于高频振动以及高拉速减少了坯壳的“接触时间”，保护渣消耗量降低。但是，上式中变量缺少了振幅s的影响，仍不能对结晶器振动的影响作出满.2.4.2结晶器的润滑机理 结晶器的振动有利于铸坯的脱模，可以提高拉坯速度，实现更高的效率，同样由十脱模过程

40、中凝壳与结晶器壁之间的摩擦，产生振痕，带来产品质量的不良效果。为了更好地利用振动的优点，得到合理的振动波形，我们首先分析一下结晶器的润滑机理。 基于目前国内钢铁厂家多数采用保护渣作为润滑介质，我们重点看一保护渣润滑时候结晶器壁和坯壳之间的情况。如2-4所示在结晶器壁和坯壳之间有一层保护渣薄层，并目_在坯壳前面的为液态，在结晶器前面的为固态。结晶器中摩擦力产生的机理有两种。当结晶器相对于坯壳运动是在液体保护渣薄层内进行，生的摩擦力称为“液体摩擦力”。用下式来表示其大小: 当结晶器壁和固态保护渣之间产生相对运动时，这种固体与固体接触产生的摩擦力称为“固体摩擦力”，用如下的式子来表示: 对于从弯月面

41、到结晶器出口的各个位置，根据操作条件(铸造速度、结晶器振动条件、保护渣物性)计算固体摩擦力和液体摩擦力的大小，据此来判断是液体润滑还是固体润滑起支配作用。显然这里应该是较小的摩擦力起支配作用，并作为该处的摩擦力。2.4.3 结晶器中摩擦力的分布 根据结晶器润滑机理可以把液体摩擦力和固体摩擦力作为弯月面某一距离的函数来计算。结晶器采用正弦振动时其计算结果如图2-5所示。 液体摩擦力的最大值(曲线a和b)呈现十振动周期内最大相对速度的时候，如图2-2中的两条曲线。当相对速度等于零时，(，液体摩擦力，因此在一个振动周期中液体摩擦力在两条曲线a和b之间变化。负滑动期间的相对速度比正滑动期间的小，因此负

42、滑动期间的液体的摩擦力绝对值较小。图 2-5 结晶器内液体保护渣摩擦力和固体保护渣摩擦力的分布固体摩擦力是由两条直线.fs表示的。由图2-5可以看出液体润滑在结晶器上部起支配作用，在结晶器下部固体摩擦力比最大的液体摩擦力要小，因此在该部位固体润滑起支配作用。第三章 结晶器振动方案的选择3.1 本课题研究的目的 针对传统的电机驱动偏心轮结晶器振动装置存在的缺点，开发研制电液伺服驱动的结晶器振动装置及计算机控制系统。基于智能控制的基本思想，改进控制方法，满足连铸工艺对跟踪正弦给定振动波形的要求，有效抑制非对称负载造成的静差，并提高系统的相频宽。3.2 课题研究内容 连铸是指使钢水连续不断地通过水冷

43、结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却全部凝固后切成坯料的铸造工艺。它与传统的“模铸开坯”工艺相比，具有明显优势。连铸坯的产量占整个钢产量的百分率可反映一个国家炼钢工艺的先进水平，因而连铸比的提高受到国内外的广泛重视。结晶器及其激振系统是连铸机中的重要组成部分。结晶器的作用是为了对钢水进行一次冷却，使其形成坯壳，同时为了保证出料均匀，减少拉坯摩擦力，避免钢水粘壁、漏钢，改善铸坯表面质量。为此，需要通过一个振动机构使结晶器按一定的规律振动，既激振系统。 与传统的直流电机或交流变频电机驱动偏心凸轮的结晶激振系统相比，电液伺服驱动的连铸机结晶器激振系统具有能实现正弦振动、易于实现计算

44、机控制、布置方便和可以实现多流连铸机共用泵站节能及群控等优点。本研究采用电液伺服结晶器激振系统，可以方便地产生各种振动规律，实现控制过程监督、实时显示并根据拉坯速度实时修改振动参数，提高连铸坯质量和提高金属收得率，从而实现连铸过程的自动化。 为完成上述目标，本课题主要涉及以下方面的内容：振动规律的研究、控制律的研究及实现方法、结晶器电液伺服控制系统的设计。已知条件：结晶器的断面尺寸：150x150 （毫米×毫米） 拉坯速度：45.5 米/分钟结晶器的振动波形：正弦波：3毫米 结晶器的重量：5吨结晶器振动装置是连铸机及轧钢机械的关键设备，使连铸生产实现工业化。结晶器振动装置必须能使结晶

45、器准确地沿着一定的轨迹振动，并且使振动具有一定的规律。结晶器振动装置的振动动作一般是由电机、连杆、偏心轮等实现的。由此可见，对结晶器振动装置的振动规律、振动方法、动力系统等附属机构的改造对提高连铸质量有重大的意义。3.3设备发展状况目前结晶器振动装置的形式主要有差动式振动机构、双摇杆式振动机构、四偏心轮式振动机构、液压伺服式振动机构等。结晶器振动装置的发展与创新主要是在它原有的基础上对振动规律、振动系统、动力系统等附属机构建立起来的。弧形连续铸钢设备3.4周边设备简介连铸机上主要有浇铸设备、结晶器及其振动设备、二冷段、拉矫装置等。浇铸设备是用来运输钢水到浇铸位置，用以进行钢水铸入结晶器进行浇铸

46、。结晶器及其振动装置是通过振动装置的振动使钢水和具有一定坯壳的铸坯与结晶器连续相对运动实现连续浇铸。经过不断的研究，结晶器振动机构形式异常多。其中最具有代表性的是：差动式振动机构、双摇杆式振动机构、四偏心轮式振动机构。3.5技术方案介绍3.5.1差动式振动机构这种机构是利用齿轮或凸轮机构的差动原理来实现结晶器的弧线运动的，现以差动齿轮机构为例来说明。结晶器固定在由弹簧支撑的振动框架上，由凸轮或是偏心轮强迫框架下降，弹簧反力使其上升，它没有一般振动机构的振动臂，而是用一组齿轮和齿条来代替。振动框架由内、外弧侧的齿条6分别与节圆半径相等的小齿轮2、4相啮合。节圆半径不等的扇形齿轮又分与小齿轮装在同

47、一根轴上。所以，当扇形齿轮3、5摆动时，就使与其相连的两个小齿轮产生不同的线速度，反应在振动框架的两侧齿条上，其上鞋运动的线速度也不一样。因而可是结晶器产生所要求的弧线振动。差动齿轮式振动机构简图3.5.2双摇杆式振动机构 此种机构也称为双短臂式或是四连杆式振动机构。它是通过选择适当尺寸的两个摇杆，使其在某一个瞬时的运动是绕曲率半径中心o点得圆弧线运动。圆弧线的半径应当是结晶器振动的曲率半径r。既然有瞬时性，因此双摇杆所实现的圆弧振动也是一个近似的圆弧轨迹。所以，使结晶器在圆弧径向产生误差。但由于结晶器的振幅与圆弧半径相比很小，因此，瞬心位置变化所造成的运动误差在理论上是很小的，一般在圆弧各点

48、振动轨迹的误差不大于0.1mm。在双摇杆式振动机构中，两个摇杆长度的选择必须满足：ab=cd(ab=cd),且ab(ab)与cd(cd)各自连线的延长线应通过曲率中心o点。所以ad(ad)>bc(bc).r称为大圆弧半径，如图示，它是目前广泛应用的外弧双短臂和内弧双短臂振动机构。应用前者时a点和d点做固定的铰点。采用后者时，则应该把b点和c点做固定的铰点以实现所要求的振动轨迹。双短臂振动机构原理图 3.5.3四偏心式振动机构 四偏心式振动机构是近几年才出现的一种新型振动机构，具有结构简单，运动轨迹准确等优点。其设计原理与我国的差动齿轮相似，图示是四偏心式振动机构的一个实例。它是近年来新投

49、产连铸机中采用较多的一种。结晶器的弧线运动是利用两队偏心轮距不同的偏心轮机连杆机构而产生的。结晶器运动的弧线定中是利用两条板式弹簧来实现的。板式弹簧使结晶器只做弧线摆动，而不能产生前后左右的晃动。适当选择弹簧的长度，可以是运动轨迹误差不大于0.02mm。振动台架采用钢结构件，更换迅速方便。这种振动机构是靠偏心轮连杆的推力，作用于振动台的四角，使结晶器的运动非常平稳，不会由于结晶器的内阻力作用点的偏移而是结晶器运动不平稳。其缺点是运动零件较多，结构比较复杂。四偏心轮式振动机构3.5.4液压伺服式振动机构a.本体振动式方坯结晶器 传统的结晶器振动装置是通过振动台使结晶器产生正弦或非正弦振动，这种振

50、动方式存在着振动质量大及维修困难等缺点。为克服上述困难，卢森堡pw公司开发了一种采用本体振动式的新型方坯结晶器。其特点是只有结晶器铜管、导流水套和结晶器上的法兰参与振动，而其他零部件如外水套、冷却水、闪烁计数器、结晶器电磁搅拌器及足辊等不参与振动。因而具有振动质量小，结构简单、维修费用低等特点。 结晶器的运动是又液压缸借助一个振动臂来产生的。为安全起见，采用水油混合物作为工作介质。振动冲程为h=08mm，频率为f=0600/min在线自动调节。本体振动式方坯结晶器 b.结晶器振动液压伺服装置 此种液压振动装置主要由两个液压振动单元组成。如图示，液压振动单元主要由活动台板式导向机构，固定台、活动

51、台及液压缸总成等组成。机械结构相对简单、紧凑，便于布置。设备的布置可实现结晶器精确的仿弧运动，结晶器区域空间大，无需拆除振动装置即可实现电磁搅拌器、扇形段的无障碍更换。振动装置本身更换便捷，只需拆除结晶器即可独立更换内弧或外弧振动单元，结晶器安装后，冷却水路自动接通，无需人工接管。 结晶器振动液压伺服装置3.6 振动机构的选择结晶器振动技术是连铸的一个基本特征，基于不同的理论，结晶器振动技术也经历了复杂的过程，早期主要由凸轮实现的正弦振动，由于波形单一，在线不能调节，未能实现振动波形的优化;由于采用偏心机构使机械动作更加简便，故结晶器正弦振动得到了发展，并不断地对其振动参数进行优化，实现高频振

52、动以改善铸坯表面质量;目前开发的液压振动，波形选择范围宽，并且调节容易，振动机构具有很高的稳定性，对于改善结晶器内的润滑效果，降低摩擦阻力以及为初始凝壳的顺利形成创造了最合适的条件，可以实现连铸过程振动的最优化。对于改善铸坯表面质量，提高拉坯速度，液压振动技术将以其突出的优越性在连铸生产中获得广泛地应用。 如何控制结晶器按给定波形规律进行振动是连铸生产过程中的关键技术迄今为至，工业中仍在广泛使用直流电动机或交流变频电动机通过偏心轮驱动双摇杆机构实现结晶器振动。和传统的结晶器振动装置相比，电液伺服驱动的连铸机结晶器振动装置可以很方便地产生各种振动规律、实现连铸过程监督、实时显示振动波形并可根据拉

53、坯速度实时修改振动参数、布置方便和可很方便地实现多连铸机共用泵站节能及群控等优点。为了解决传统的电动机驱动偏心凸轮结晶器振动装置存在的难以在线改变振动波形和响应速度慢等问题、本文开发研制了采用电液伺服控制实现的结晶器振动装置及其计算机控制系统。为了满足连铸工艺对跟踪非正弦给定振动波形的要求，结合结晶器电液伺服振动系统的特点，基于智能控制的基本思想对一些控制方法进行了有机组合，有效地抑制了非对称负载造成的静差并提高了系统的相频宽在小方坯连铸机上的试验表明了所开发的结晶器电液伺服振动装置及其计算机控制系统可以满足连铸工艺的要求，达到了提高连铸自动化水平的目的。所开发研制的结晶器电液伺服振动装置结构

54、组成如图3-5所示。相应的计算机控制系统方块图如图3-6示。采用阀控缸驱动双摇杆机构实现结晶器的往复振动，将液压缸的位置(或结晶器鞍座的位置)通过位移传感器反彼到综合端与指令信号比较得到误差信号，然后由计算机算得控制量并经过d/a和电流负反彼放大器后驱动电液伺服阀构成闭环控制系统。利用计算机产生各种指令信号(期望振动规律)，通过选择适当的控制律使系统枪出跟踪指令信号从而获得所要求的振振动规律。图 3-5结晶器电液伺服振动装置示意图 图 3-6 结晶器振动波型计算机控制系统方块图用阀控缸驱动双摇杆机构实现结晶器的往复振动，将液压缸的位置通过位移传感器反馈到综合端与指令信号比较得到误差信号，然后由

55、计算机算得控制量并经过d/a和电流负反馈放大器后驱动电液伺服阀构成闭环控制系统。利用计算机产生各种指令信号，通过选择适当的控制律使系统输出跟踪指令信号从而获得所要求的振动规律。液压振动的动力装置为液压动力站，它作为动力源向振动液压缸提供稳定的压力和流量的油液。液压动力站的信号有主站室内的计算机通过plc系统来控制，液压振动的核心控制装置为振动伺服阀。振动伺服阀灵敏度高，液压动力站提供动力如有波动，伺服阀的动作就会失真，造成振动时运动不平稳和振动波形失真。为此，要在系统中设置蓄能器以吸收各类波动和冲击，以保证整个系统压力稳定。正弦和非正弦曲线振动靠振动伺服阀控制，而振动伺服阀的空子信号来自曲线生成器，主控室的计算机通过plc控制曲线生成器设定振动曲线（同时也设定振幅和频率）。曲线生成器通过液压缸传来的压力信号和位置反馈信号来修正振幅和频率。经过修正的振动曲线信号转换成电信号来控制伺服阀。只要改变曲线生成器即可改变振动波形、振幅和频率。曲线生成器输入信号的波形、振幅和频率可在线任意设定好振动曲线信