机械毕业设计（论文）-方坯结晶器振动装置设计【全套图纸sw三维】

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，假设结晶器静止不动，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拟良好的润滑条件，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外表质量，因此结晶器振动装置具有重要的作用。全套图纸，加153893706本文通过对连铸开展历史，以及结晶器振动技术的开展和结晶器振动方式的改良进行了

2、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。本文主要的设计内容包括：结晶器振动正弦参数确实定通过负滑脱量、频率和周期、结晶器运动的速度和加速度以及负滑脱时间的计算，来确定铸坯的工艺参数。结晶器振动装置机械计算设计校核了双摇杆机构的主要局部，并根据经验推出机架结构。结晶器振动装置伺服系统的设计计算由系统所需动力选择恰当的液压缸及液压泵。并对系统的辅助原件进行了计算和选择，同时提出了同步回路电液伺服系统。 关键词：连铸；结晶器；振动装置；振动规律；电液伺服装置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 目录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 绪论 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 结晶器振动技术 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 结晶器振动方案的选择 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 振动机构的选择 PAGEREF _Toc32494 19 HYPERLINK l _Toc27858 第四章 结晶器正弦振动的参数分析 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 结晶器振动装置机械设计 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 结晶器振动装置伺服系统的设计 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 三维建模 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 总结 PAGEREF _Toc26789 56 HYPERLINK l _Toc17226 致谢 PAGEREF _Toc17226 57 HYPERLINK l _Toc10650 参考文献 PAGEREF _Toc10650 58第一章 绪论连铸即

22、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

23、那么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开展和创新，为推动国内连铸钢铁业的迅速开展，提高国内连铸比奉献自己的一份力量。铸铁水平连铸课题为国家“七五攻关工程，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，其外表平整，铸坯尺寸精度高(土L 0mm)无需外表粗加工，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

24、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。新世纪以来，中国继续保持快速开展连铸的态势，2007年连铸坯产量到达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、无缺陷铸坯技术的开展，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，连铸的开展促进了钢铁生产流程的进一步优化。可以说新世纪以来，

25、连铸技术不断推动着中国钢铁工业的快速开展。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，连铸坯产量到达10522.4万t，连铸比到达84.81%。在此期间，小方坯连铸开展尤为迅速。1988年中国拥有小方坯的流数为206流，而至2000年那么增加到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，中国连铸开展以小方坯连铸的强劲开展带动全国连铸产量、连铸比及全连铸钢厂的迅速开展为重要特征，那么新世纪以来，中国连铸开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

26、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，均到达了世界水平；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那么，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到达98.86%。可以说连铸的快速增长仍然是

27、推动钢铁工业开展的技术动力。新世纪中国连铸开展的另一个重要特征是，连铸机型改变了上世纪以开展小方坯机型为主的趋势，而向多样化开展，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，增幅到达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%；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

28、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，开展速度很快。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开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开展水平的综合表达。1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4开展到28.4，中国的连铸比从2.1开展到6.2；至1990年，世界和中国的连铸比分别开展到62.8和22.4；到2001年，又分别开展到87.6和92.0。2003年，中国连铸比到达95.

29、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多年内得到了迅速开展。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

30、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，绝大局部连铸机是立足于中国国内设计制造的。 我国参加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，我国经济开展较快，冶金企业投放的技改资金比拟大，新上工程很多，连续铸钢工程也较多，但连铸机设备和技术大局部还是靠引进。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

31、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。图为某连铸机原振动系统，从整体上看传动环节太多，从局部上看那么结构环节过多。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那么还要多一个环节。从局部看，为了实现振动机构振幅可调，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。图1 某连铸机原振动系统振动系统环节过多造成振动不稳定的原因可归结如下：

32、(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时机。所以我们在设计连铸机振动系统时应尽量防止以上问题的发生。第二章 结晶器振动技术 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业化开展。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

33、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根底。 在连铸技术的开展过程中，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外表，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，使铸坯外表出现裂纹;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

34、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。国外的应用情况说明，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

35、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。结晶器振动技术的开展过程来看，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根本的内容。因为从结晶器振动技术开展的历史过程来看，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、铸坯的外表质量及拉坯速度的提高产生了重大的影响。

36、 (1)矩形速度规律 从结晶器振动技术开展历史来看，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外表质量，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

37、制造比拟麻烦;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。过大加速度对铸坯的外表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根底上进行了一些改良，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

38、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，变化比拟缓和，这将有利于提高结晶器振动的平稳性。生产实践证明，梯形速度规律是一种相比照拟好的振动规律，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

39、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

40、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:负滑动时间比拟短，这有利于减轻铸坯外表振动痕迹的深度，提高铸坯外表质量;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

41、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。 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和结晶器壁间的摩擦力，以得到最好的外表质量和防止粘结漏钢的最正确平安性。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说明，保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数，图2-3示出了保

42、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“翻开，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局部被“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，也局部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

43、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;当液渣供给成为限制性环节时，那么正滑脱时间反映振动参数对 保护渣消耗的影响。通过对生产、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，； Vc-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

44、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. 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

45、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

46、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 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。基于智能控制的根本

47、思想，改良控制方法，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。 连铸是指使钢水连续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。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局部。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，防止钢水粘壁、漏钢，改善铸坯外表质量。为此，需要通过一个振动机构使结晶器按一定的规律振动

48、，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。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

49、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。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。结晶器振动装置的开展与创新主要是在它原有的根底上对振动规律、振动系统、动力系统等附属机构建立起来的。图3-1弧形连续铸钢设备连铸机上主要有浇铸设备、结晶器及

50、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。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。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

51、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，反响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。图3-2差动齿轮式振动机构简图 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

52、误差在理论上是很小的，一般在圆弧各点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，那么应该把b点和c点做固定的铰点以实现所要求的振动轨迹。图3-3双短臂振动机构原理图 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

53、近年来新投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。适中选择弹簧的长度，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，结构比拟复杂。图3-4四偏心轮式振动机构 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，这种振动方式存在着振动质量大及维修困难等

54、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。为平安起见，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。图3-5本体振动式方坯结晶器 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、活动台及液压缸总成等组成。机械结构相对简单、紧凑，便于布置

55、。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，无需撤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，只需撤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。 图3-6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根本特征，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开展，并不断地对其振动参数进行优化，实现高频振动以改善铸坯外表质量;目前开发的液压振动，波形

56、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适宜的条件，可以实现连铸过程振动的最优化。对于改善铸坯外表质量，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坯速度实时修改振动参数、布置方便和可很方便地实

57、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，基于智能控制的根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说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，到达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组成如图3-5所示。相应的计算机控制系统方块图

58、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拟得到误差信号，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 3-7结晶器电液伺服振动装置示意图 图 3-8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响到综合端与指令信号比拟得到误差信号，然后由计算机算得控制量并经过D/A和电流负反响放大器后

59、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

60、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响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号传给伺服阀，即可控制振动液压缸按设定参数振动。在软件编程中，同时还设置多种报警和保护措施以防止重大事故的发生。这种在线任意调整振动波形、振幅和频率是通常机械振动所不能实现的。第四章 结晶器正弦振动的参数分析在结晶器下振速度大于拉坯速度时，称为“负滑脱。负滑脱量的定义为：式中 负滑脱量，%； 结晶器振动时的最大速度，m/min; 拉坯速度，4.