結(jié)晶器振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

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內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 摘要 結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)的重要設(shè)備之一，起主要作用是使內(nèi)壁獲得良好的潤滑條件，減少摩擦力，防止鋼水與內(nèi)壁的粘結(jié)，同時(shí)還可以改善鑄坯的表面質(zhì)量。而且當(dāng)發(fā)生粘接時(shí)，振動(dòng)能強(qiáng)制脫模，消除粘結(jié)。振動(dòng)機(jī)構(gòu)是使結(jié)晶器產(chǎn)生所需要的振動(dòng)，因此任何振動(dòng)機(jī)構(gòu)都必須滿足兩個(gè)基本條件：第一，使結(jié)晶器準(zhǔn)確地沿著一定的軌跡振動(dòng)。第二，使結(jié)晶器按著一定的規(guī)律振動(dòng)。 結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)弧形運(yùn)動(dòng)軌跡的方式有：導(dǎo)軌式、長臂式、差動(dòng)式、雙搖桿式、四偏心式，以及液壓振動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。振動(dòng)規(guī)律主要包括：同步式振動(dòng)、負(fù)滑脫振動(dòng)、正弦振動(dòng)、非正弦振動(dòng)等等。 短臂四連桿機(jī)構(gòu)是通過選擇適當(dāng)尺寸的兩個(gè)搖桿，使其在某一瞬間的運(yùn)動(dòng)是繞曲率半徑中心的圓弧線運(yùn)動(dòng)。其中兩搖桿長度的選擇必須滿足：①兩搖桿的長度相等；②兩搖桿的延長線通過曲率中心。 本說明書主要對短臂四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其內(nèi)容如下： ① 連鑄振動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡介、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律； ② 設(shè)計(jì)方案的確定； ③ 工藝參數(shù)的確定； ④ 振動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和電動(dòng)機(jī)的選擇； ⑤ 潤滑與安裝維護(hù)的確定； 關(guān)鍵詞：連鑄 結(jié)晶器 振動(dòng)機(jī)構(gòu) 短臂四連桿 圓弧運(yùn)動(dòng) Abstract Crystal vibrator is one of important equipment of continuous casting machine, play a major role is to get a good wall lubrication, reduce friction, prevent adhesion of molten steel and the inner wall, while also improving the billets surface quality. And when bonding occurs, the vibration can be forced stripping, erased. Vibration body is needed to mold the vibration generated, so any vibration institution must meet two basic conditions: first, to mold accurately track down some vibration. Second, make sure the laws of the mold Anzhuo vibration. Mold curved trajectory to achieve the way: DIN rail, the long arm-type, differential, dual rocker-style, four eccentric and hydraulic vibration institutions and more. Vibration law include: synchronous vibration, the negative slip vibration, sine vibration, non-sinusoidal vibration and so on. Short arm of four-bar linkage is by selecting the appropriate size of the two rocker, to a certain moment of the campaign is centered around the radius of curvature of arc line movement. Two of the rocker length the choice must be met: ① equal to the length of the two rocker; ② the extension line through the two rocker curvature center. The instructions on the short arm of the main bodies of the four-link design, which reads as follows: ①Vibration brief description of the continuous casting, development, form and movement law of motion; ②Determination of design; ③Process Parameters; ④Vibration of the kinematic analysis and motor selection; ⑤Lubrication, sealing and installation of adjustment methods to determine; Keywords: continuous casting crystallizer vibrating mechanism short arm four-link arc movement 目錄 摘要……………………………………………………………………………… ABSTRACT………………………………………………………… 第一章 緒論………………………………………………………………………… 1.1現(xiàn)代連鑄技術(shù)的發(fā)展與展望……………………………………………… 1.2連鑄結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)……………………………………………… 1.2.1結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史……………………………………………… 1.2.2結(jié)晶器振動(dòng)波形的發(fā)展……………………………………………… 1.3振動(dòng)機(jī)構(gòu)簡介……………………………………………………………… 第二章 設(shè)計(jì)部分……………………………………………………………… 2.1方案的確定……………………………………………………………… 2.1.1方案的分析比較與確定……………………………………………… 2.1.2振動(dòng)方式的分析與確定……………………………………………… 2.1.3結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)組成……………………………………………… 2.1.4短臂四連桿結(jié)晶器振動(dòng)原理……………………………………………… 2.2參數(shù)的確定……………………………………………………………… 2.2.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)……………………………………………………………… 2.2.2結(jié)晶器正弦振動(dòng)的基本規(guī)律……………………………………………… 2.2.3相關(guān)工藝參數(shù)……………………………………………………………… 2.2.4振動(dòng)參數(shù)的確定……………………………………………………………… 2.3振動(dòng)頻率和振幅的計(jì)算……………………………………………… 2.4結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析……………………………………………… 2.4.1結(jié)晶器振動(dòng)位移分析…………………………………………… 2.4.2結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)速度與加速度分析……………………………… 2.4.3結(jié)論……………………………………………………………… 2.5電動(dòng)機(jī)的選擇和減速器的設(shè)計(jì)……………………………………………… 2.6聯(lián)軸器的選擇……………………………………………………………… 2.7偏心軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 2.8四連桿的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 第三章……………………………………………… 第一章 緒論 1.1現(xiàn)代連鑄技術(shù)的發(fā)展與展望 連續(xù)鑄鋼是把液態(tài)鋼用連鑄機(jī)澆注、冷凝、切割而直接得到鑄坯的工藝。自19世紀(jì)中期H.Bessemer提出這種連續(xù)澆注的設(shè)想以來，由于其工藝特點(diǎn)同傳統(tǒng)模鑄相比具有很多明顯的優(yōu)越性，因而在短短的一百多年的時(shí)間里獲得了令人矚目的發(fā)展。從上個(gè)世紀(jì)50年代連鑄技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)以來，經(jīng)過30年的發(fā)展，到上個(gè)世紀(jì)80年代，連鑄技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了安全成熟的全盛時(shí)期。新世紀(jì)以來，鋼鐵工業(yè)面臨一系列激烈挑戰(zhàn)，包括符合環(huán)境保護(hù)。要求的排放物、節(jié)能和改善操作者勞動(dòng)條件的迫切要求，材料性能方面受到其他材料（塑料、玻璃、紙張及有色金屬）的競爭，在生產(chǎn)效率方面受到投資和運(yùn)行成本的限制等。為了適應(yīng)市場的變化而形成了新世紀(jì)連鑄技術(shù)發(fā)展的最新方向，主要包括三個(gè)方面，即近終型澆鑄、高質(zhì)量鋼澆鑄和高效連鑄，三個(gè)課題之間相互聯(lián)系，在發(fā)展過程中逐漸發(fā)展為優(yōu)質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)三者艱苦的生產(chǎn)技術(shù)體系。近終型澆鑄是當(dāng)代世界鋼鐵技術(shù)的一次大變革，是當(dāng)前具有較強(qiáng)競爭力的短流程鋼廠采用的主要工藝，力求澆鑄盡可能接近最終的鑄坯，以便是近一步減少中間加工工序，節(jié)省能源、減少貯存和縮短生產(chǎn)時(shí)間。其與傳統(tǒng)工藝相比，流程短，效率高，建設(shè)投資小，生產(chǎn)成本低，受到世界鋼鐵界得高度重視。另一個(gè)課題，即連鑄高質(zhì)量鋼，主要包括鑄坯得清潔性、表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量保證，以滿足產(chǎn)品對質(zhì)量不斷提高得要求，同時(shí)也有效減少了成型加工過程，這是連鑄技術(shù)向高水平發(fā)展的標(biāo)志。高效連鑄技術(shù)，就是連鑄機(jī)實(shí)現(xiàn)高拉速、高作業(yè)率、高連澆爐數(shù)及低拉漏率，生產(chǎn)高溫?zé)o表面缺陷得連鑄坯技術(shù)。其中以高拉速連鑄得主要技術(shù)為主導(dǎo)和重點(diǎn)，因次許多相關(guān)技術(shù)都圍繞展開，如高效結(jié)晶技術(shù)，高質(zhì)量保護(hù)渣技術(shù)，鑄坯連續(xù)矯正技術(shù)以及結(jié)晶器振動(dòng)方式研究等。而結(jié)晶器振動(dòng)得完善是其中最主要得技術(shù)措施之一，實(shí)踐證明結(jié)晶器振動(dòng)方式以及振動(dòng)參數(shù)對于提高拉速、改善鑄坯表面質(zhì)量有嚴(yán)重得影響。本文將著重討論結(jié)晶器得振動(dòng)問題。 1.2連鑄結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù) 1.2.1結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史 結(jié)晶器是連續(xù)鑄鋼機(jī)得心臟，只有保證其正常有效地工作，才能使得連鑄這一整體呈現(xiàn)出生機(jī)與活力。最初連鑄機(jī)的結(jié)晶器是靜止的，在拉坯過程中坯殼與結(jié)晶器壁極易發(fā)生粘連，從而導(dǎo)致拉不動(dòng)或者拉漏事故。因此，在這種限制下，連鑄技術(shù)有幾十年的時(shí)間未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化得發(fā)展。直到1933年，德國的西格弗里德·容漢斯提出并發(fā)展了結(jié)晶器振動(dòng)裝置之后，才奠定了連鑄在工業(yè)上應(yīng)用的基礎(chǔ)。1949年西格弗里德·容漢斯的合作者美國的埃爾文·羅西獲得了容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器專利的使用權(quán)，并在美國約阿·勒德隆鋼公司廠的一臺方坯連鑄試驗(yàn)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)晶器又被用于西德曼內(nèi)斯曼公司胡金根廠，建成世界上第一臺能澆鑄5噸鋼水的連鑄機(jī)。在隨后的連鑄發(fā)展過程中表明，正是結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的發(fā)展反映了連鑄技術(shù)發(fā)展的開始。 1.2.2結(jié)晶器振動(dòng)波形的發(fā)展 1.2.2.1結(jié)晶器的振動(dòng)參數(shù) 在結(jié)晶器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，有幾個(gè)參數(shù)非常重要，如果選擇不當(dāng)，不但鑄坯不會(huì)有良好的表面質(zhì)量甚至還會(huì)出現(xiàn)漏鋼事故。它們分別是： 1） 振動(dòng)波形偏斜率； 2） 振幅； 3） 振動(dòng)頻率。 為了更好地說明振動(dòng)參數(shù)的意義，這里需提到一個(gè)重要的概念——負(fù)滑動(dòng)，它指的是當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)的速度大于拉坯速度時(shí)，結(jié)晶器里的坯殼就受到壓縮。由此可以看出，這種現(xiàn)象可以使被拉裂的坯殼加以“焊接”，防止拉漏事故的發(fā)生；另一方面，結(jié)晶器振動(dòng)時(shí)容易在鑄坯表面形成振痕，影響到鑄坯的表面質(zhì)量。這兩種現(xiàn)象均是由振動(dòng)參數(shù)決定的，但對于一個(gè)給定的辣坯速度，如何選擇這些參數(shù)的最優(yōu)值以及它們之間的關(guān)系如何，人們就缺乏一個(gè)一直的看法。實(shí)踐證明，提高振動(dòng)頻率，減少負(fù)滑動(dòng)時(shí)間，是提高拉速減小振痕深度的有效工藝措施。就結(jié)晶器振動(dòng)而言，其振動(dòng)方式會(huì)對鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。這里我們就先看一下人們對振動(dòng)波形的研究。 1.2.2.2結(jié)晶器振動(dòng)方式的演變及其特點(diǎn) 最初人們采用推-拉-停的結(jié)晶器振動(dòng)模式。后來，英國鋼鐵研究機(jī)構(gòu)（RISRA）采用了安裝在彈簧上的振動(dòng)結(jié)晶器。隨后又出現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)的結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣就促使了其振動(dòng)方式發(fā)展與不斷變化。大致可分為以下幾個(gè)階段，如圖1-1和表1-1所示： 1.同步式振動(dòng) 2.負(fù)滑脫振動(dòng) 3.正弦波振動(dòng) 4.非正弦振動(dòng) 圖1-1 表1-1結(jié)晶器技術(shù)的發(fā)展形式 序號 年代 發(fā)明者 振動(dòng)形式 原理或目的 1 1933 容漢斯 非正弦 3:1模型,但下降時(shí)無相對運(yùn)動(dòng),以保證最 高的傳熱效果 2 1949 容漢斯 非正弦 第一次將振動(dòng)結(jié)晶器應(yīng)用到鋼的連鑄中 羅 西 3 1951 薩瓦日 非正弦 振幅和頻率根據(jù)結(jié)晶器摩擦而變化的簧吊掛式結(jié)晶器 4 1953 羅 西 非正弦 在1:1和1:4模型之間,以避免結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)撕裂坯殼 5 1953 哈立德 非正弦 使用機(jī)械往復(fù)式3:1模型結(jié)晶器,向下運(yùn)動(dòng)時(shí)有負(fù)滑脫 6 1954 薩瓦日 非正弦 應(yīng)用彈簧吊掛式結(jié)晶器加上液壓機(jī)構(gòu)的3:1模型,結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)有“壓縮釋放” 7 1957 魯斯特海爾 非正弦 用彈簧吊掛式結(jié)晶器加上液壓機(jī)構(gòu)的3:1模型,以避免振動(dòng) 8 1958 Signora 正 弦 以偏心機(jī)構(gòu)形成穩(wěn)定、簡單的正弦波振Caroano 動(dòng) 9 1959 Michelsen 非正弦 3:1模型，只在向下運(yùn)動(dòng)最后階段產(chǎn)生負(fù)滑脫以改善傳熱 10 1959 薩瓦日 非正弦 3:2模型，降低向上運(yùn)動(dòng)的加速運(yùn)動(dòng)Morton 盡量避免撕裂坯殼 11 1960 茍 周 非正弦 用安裝在彈簧吊掛結(jié)晶器上的兩個(gè)疊加的偏心機(jī)構(gòu)形成復(fù)雜的模型 12 1967 考伯爾 非正弦 0.5~1.0s的負(fù)滑脫焊合時(shí)間 13 1968 科奈爾 正 弦 55%~80%的向下運(yùn)動(dòng)時(shí)間為負(fù)滑脫時(shí)間 14 1971 鮑 曼 正 弦 在大方坯澆注中采用高頻小振幅振動(dòng) 減輕振痕 15 1979 Tomono 正 弦 碳含量對振痕深度的影響 16 1981 Okazaki 正 弦 第一次用400cpm振動(dòng)頻率的板坯連鑄機(jī) 17 1982 沃爾夫 正 弦 在整個(gè)澆注速度范圍內(nèi)負(fù)滑脫時(shí)間tN恒定 18 1984 米如 正 弦 在f和Vc之間呈拋物線式的同步模型 19 1984 米朱卡米 非正弦 帶液壓驅(qū)動(dòng)裝置的1:2.5模型，以高速澆注板坯 20 1985 戴維斯 正 弦 低頻小振幅高速澆注易粘結(jié)鋼種 21 1985 Mikio Suzuki 非正弦 上行時(shí)間比下行時(shí)間長，用液壓伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)澆注鑄坯 22 1985 日本神戶 非正弦 液壓伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，允許在澆注期間對振動(dòng)波形、頻率、振幅進(jìn)行調(diào)整 23 1988 DELHAU 非正弦 液壓伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，允許在澆注期間對振動(dòng)波形、頻率、振幅進(jìn)行調(diào)整期間 24 1990 DEMAG和 非正弦 液壓伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，允許在澆注對振動(dòng)ARVEDI公司 波形、頻率 、振幅進(jìn)行調(diào)整 25 1995 奧鋼聯(lián) 非正弦 液壓伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，允許在澆注期間對振動(dòng)波形、頻率、振幅進(jìn)行調(diào)整 26 1998 李憲圭 非正弦 通過非圓齒輪或連桿式驅(qū)動(dòng)，對振動(dòng)波型、頻率、振幅進(jìn)行調(diào)整，方便簡單 （1）同步式振動(dòng)（矩形波振動(dòng)）這種振動(dòng)規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種振動(dòng)方式。這種由凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)曲線如圖1-1中曲線1所屬。在這種振動(dòng)方式中，結(jié)晶器下降時(shí)與鑄坯保持同步運(yùn)動(dòng)，使拉裂的坯殼在此階段得以愈合，其愈合時(shí)間大約占整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的75%；然后鑄坯以3倍的拉速上升。由于振動(dòng)減小了拉坯阻力，漏鋼事故明顯減少，鑄坯質(zhì)量有所改善，因而在連鑄結(jié)晶器振動(dòng)應(yīng)用的早期采用很廣。 但實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪加工制造比較麻煩，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步運(yùn)動(dòng)，結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要進(jìn)行嚴(yán)格的電氣聯(lián)鎖；此外在向下與向上振動(dòng)的轉(zhuǎn)折處速度變化很快，理論上的加速度等于無窮大，因而在機(jī)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，進(jìn)而影響結(jié)晶器振動(dòng)的平穩(wěn)性，對于鑄坯質(zhì)量和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都不利。 負(fù)滑脫振動(dòng)（梯形波振動(dòng)）在該振動(dòng)曲線中如圖1-1中曲線2所示，結(jié)晶器在向下運(yùn)動(dòng)的過程有一段時(shí)間其速度稍大于拉坯速度，即前文所定義的“負(fù)滑動(dòng)”運(yùn)動(dòng)，從而使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)下降過程承受一定的壓力，有利于使拉裂坯殼更有效地愈合，同時(shí)也有利于脫模；在結(jié)晶器下降和上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，速度的變化較同步式有所緩和，使一段的平穩(wěn)性有所提高。該振動(dòng)方式仍保留同步式振動(dòng)愈合時(shí)間較長的特點(diǎn)，愈合時(shí)間約占整個(gè)周期的66%~71%，此種振動(dòng)模式也需由凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 （2）正弦振動(dòng)該振動(dòng)曲線如圖1-1中曲線3所示。這種振動(dòng)方式的基本出發(fā)點(diǎn)是：結(jié)晶器在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中雖沒有穩(wěn)定的速度階段（同步運(yùn)動(dòng)階段），但仍有一小段負(fù)滑動(dòng)，因此具有脫模作用：由于速度是按正弦規(guī)律變化的，其加速度必然按余弦規(guī)律變化，所以過渡比較平穩(wěn)，沒有很大沖擊；又由于加速度較小，可以提高振動(dòng)頻率，減輕鑄坯表面振痕的深度；另外，正弦振動(dòng)可以通過偏心軸或曲柄來實(shí)現(xiàn)，它具有加工制造比較容易，操作維護(hù)簡單的特點(diǎn)；同時(shí)，既然結(jié)晶器與鑄坯之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系，就沒有必要采用速度聯(lián)鎖系統(tǒng)，因而簡化了驅(qū)動(dòng)裝置的布置，可以完成交流電機(jī)的變頻控制。 以前的振動(dòng)方式中，都要求較長的負(fù)滑動(dòng)時(shí)間，因而早期的正弦振動(dòng)方式中，其振動(dòng)頻率一般較低。在正弦振動(dòng)發(fā)展過程中，人們引入一個(gè)叫負(fù)滑脫時(shí)間的量來描述結(jié)晶器速度大于拉坯速度的這段時(shí)間。 而近年來，國內(nèi)外的學(xué)者研究表明：負(fù)滑脫時(shí)間是影響鑄坯振痕深度、表面質(zhì)量的重要因素；采用較短的負(fù)滑脫時(shí)間將使鑄坯的表面振痕變淺，有利于獲得較高的表面質(zhì)量。同時(shí)國外一些發(fā)達(dá)國家已采用高頻率、小振幅振動(dòng)和快速拉坯，以此提高連鑄效率和改善鑄坯表面質(zhì)量。這個(gè)負(fù)滑脫時(shí)間的表述式為： （1-1） 式中 ——負(fù)滑脫時(shí)間（s） ——拉坯速度（m/min） f——振動(dòng)頻率（r/min） h——振幅（mm） 由式（1-1）可以看出，負(fù)滑動(dòng)時(shí)間將隨著振動(dòng)頻率的減小及振幅的增大而增大，但是一味追求高的振動(dòng)頻率和小的振幅會(huì)減少系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增大鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦。 由此可以看出，正弦振動(dòng)的特性完全決定于其振動(dòng)和頻率的數(shù)值，即正弦振動(dòng)只有兩個(gè)相 互獨(dú)立的振動(dòng)參數(shù)，變量少，其波形的調(diào)節(jié)能力小，難以完全滿足高速連鑄的工藝要求，特別是對于那些易于粘結(jié)的鋼種，因此為了適應(yīng)上述要求，興起了具有較長的正滑動(dòng)時(shí)間的非正弦振動(dòng)方式。 （3）非正弦振動(dòng)方式具有上升運(yùn)動(dòng)時(shí)間壁下降時(shí)間長的特點(diǎn)如圖1-1中曲線4所示，即具有較長的正滑動(dòng)時(shí)間，結(jié)晶器振動(dòng)速度與拉坯速度之間的速度差較?。ㄏ蛏献畲笏俣扰c之差），增加了保護(hù)渣的消耗量，液態(tài)摩擦較小，液態(tài)保護(hù)渣膜的潤滑范圍向結(jié)晶器出口擴(kuò)展，從而可減少坯殼中的拉應(yīng)力；負(fù)滑動(dòng)時(shí)間短，有利于減輕鑄坯表面質(zhì)量振痕深度。所有對于實(shí)現(xiàn)高速拉坯，非正弦式振動(dòng)的效果十分理想。 從連鑄結(jié)晶器振動(dòng)方式的研究進(jìn)展可以看出，采用非正弦振動(dòng)是目前結(jié)晶器振動(dòng)的最佳方式。目前，非正弦振動(dòng)技術(shù)已在德國、法國、日本、瑞士等一些國家的鋼鐵廠試驗(yàn)成功。 1.3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)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7~19。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，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，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1-2。 圖1-2 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)，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： （1-2） （1-3） （1-4） 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1-3所示。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ΔR≤0.1mm，小方坯的ΔR≤0.02mm。 圖1-3四連桿振動(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1-4所示，圖中2為振動(dòng)臺架，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1-4四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu) （6） 液壓振動(dòng)機(jī)構(gòu) 液壓振動(dòng)機(jī)構(gòu)原理如圖1-5所示。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)定壓力和流量的油液。液壓動(dòng)力站的信號由主站室內(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)伺服閥靈敏度極高，液壓動(dòng)力站提供的動(dòng)力如有波動(dòng)，伺服閥的動(dòng)作就會(huì)失真，造成振動(dòng)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，保證整個(gè)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。 圖1-5液壓振動(dòng)機(jī)構(gòu)組成及控制原理 和非正弦曲線振動(dòng)靠振動(dòng)伺服閥控制，而振動(dòng)伺服閥的控制信號來自于曲線生成器，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信號和位置反饋信號來修正振幅和頻率。經(jīng)過修正的振動(dòng)曲線信號轉(zhuǎn)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(dòng)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(shè)定，設(shè)定好的振動(dòng)曲線信號傳給伺服閥，伺服閥即可控制振動(dòng)液壓缸設(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。 第二章 設(shè)計(jì)部分 2.1已知參數(shù) 1.結(jié)晶器驅(qū)動(dòng)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)；2.結(jié)晶器的斷面尺寸是651560（毫米毫米）； 3.拉坯速度4-5.5；4.正弦波震動(dòng)，振幅3毫米，結(jié)晶器的重12噸 2.2 方案的總體布置形式 連鑄機(jī)的結(jié)晶器振動(dòng)臺采用對稱布置的形式如圖（2.1）所示。在平行與流注方向的兩側(cè)、各有一個(gè)相同的震動(dòng)機(jī)構(gòu)，由一臺電機(jī)通過雙輸出減速機(jī)，同步的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)振源機(jī)構(gòu)的偏心部件產(chǎn)生振動(dòng)。振源機(jī)構(gòu)通過一個(gè)推桿和平行四邊形機(jī)構(gòu)相連。這樣就將振源機(jī)構(gòu)的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為平行四邊形機(jī)構(gòu)的高頻小振幅震動(dòng)。結(jié)晶器就坐落于由這兩個(gè)機(jī)構(gòu)形成的高的平面上。由平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，結(jié)晶器在振動(dòng)過程中一直保持豎直狀態(tài)。 1-電機(jī)；2-雙輸出減速器；3-左側(cè)振源機(jī)構(gòu)；4-右側(cè)振源機(jī)構(gòu)；5-結(jié)晶器； 6-左側(cè)平行四邊形機(jī)構(gòu)；7-右側(cè)平行四邊形機(jī) 圖2.1 結(jié)晶器振動(dòng)臺布置圖 機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化 將兩側(cè)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)分別向中心平面投影，得到一個(gè)完全的重合機(jī)構(gòu)（如圖2.2所示）這樣就將振動(dòng)臺的空間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為平面機(jī)構(gòu)。 圖2.2 從圖中可以看出，振動(dòng)平面在做一個(gè)繞點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)但轉(zhuǎn)角非常小。水平方向上的位移可以略去不計(jì)?？梢哉J(rèn)為結(jié)晶器振動(dòng)臺是上下運(yùn)動(dòng)。 2.3具體部件設(shè)計(jì)方案的確定 2.3.1方案的分析比較與確定 結(jié)晶器的振動(dòng)機(jī)構(gòu)類型如緒言所述有：短臂四連桿、擺桿式、四偏心式可以用于弧形連鑄機(jī)。三者性能比較如表2-1 表2-1振動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較 型式 短臂四連桿 擺桿式 四偏心式 構(gòu)造 簡單 較大 零件多 運(yùn)動(dòng)精度 良好 近似直線 良好 振動(dòng)頻率 中·高 中·高 中·高 運(yùn)動(dòng)方式 擺動(dòng) 擺動(dòng) 回轉(zhuǎn) 支撐方式 2點(diǎn)支撐 2點(diǎn)支撐 4點(diǎn)支撐 振幅調(diào)整 線內(nèi) 線內(nèi) 線外 根據(jù)以上的性能比較及內(nèi)弧四連桿多用于小方坯，外弧四連桿多用于大方坯和板坯連鑄機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)的小方坯弧形連鑄機(jī)采用內(nèi)弧四連桿式。短臂四連桿包括內(nèi)弧四連桿如圖2-1a,外弧四連桿如圖2-1b。 圖2-1a 圖2-1b 內(nèi)弧四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種較新穎的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是全部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和振動(dòng)部分均放在內(nèi)弧側(cè)，結(jié)構(gòu)簡單。機(jī)構(gòu)中用對心精確的關(guān)節(jié)軸承代替滾動(dòng)軸承，減小了磨損。搖桿（即振動(dòng)臂）較短，剛性好，不易變形。該結(jié)構(gòu)考慮了運(yùn)動(dòng)部件的平衡，使偏心輪上的連桿受力方向不變，保證運(yùn)動(dòng)平衡。在連桿的壓縮彈簧可防止過載損壞構(gòu)件。采用改變偏心軸和偏心軸套的相對位置來改變偏心距以調(diào)整振幅的大小，既之前又不易變形，且振動(dòng)誤差也較小。在振動(dòng)框架上設(shè)有與結(jié)晶器自動(dòng)定位和自動(dòng)連接冷卻水的裝置。由于這種結(jié)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)軌跡較準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修，沒有導(dǎo)軌，只有軸承連接，因而使用壽命長，運(yùn)動(dòng)軌跡誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。目前方坯連鑄機(jī)上大多數(shù)都采用這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.3.2振動(dòng)方式的分析與確定 內(nèi)弧四連桿機(jī)構(gòu)即短臂四連桿屬于正弦運(yùn)動(dòng)，它是近年來國內(nèi)外在各種斷面連鑄機(jī)上普遍采用的一種振動(dòng)規(guī)律。 當(dāng)結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系為一條正弦曲線時(shí)，稱這種振動(dòng)為正弦振動(dòng)。其主要特點(diǎn)：結(jié)晶器在整個(gè)振動(dòng)過程中速度一直是變化的，即鑄坯與結(jié)晶器間時(shí)刻存在相對運(yùn)動(dòng)。在結(jié)晶器下降時(shí)還有一小段負(fù)滑動(dòng)，因此能防止和消除粘結(jié)。另外，由于結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是按正弦規(guī)律變化的，加速度則必然按余弦規(guī)律變化。所有，過渡比較平穩(wěn)，沖擊也較小。它與梯形振動(dòng)相比，坯殼處于負(fù)滑動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間較短，且結(jié)晶器上升時(shí)間占振動(dòng)周期的一半，故增加了坯殼拉斷的可能性。為彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)應(yīng)充分發(fā)揮加速度較小的長處，亦可采用高頻率振動(dòng)來提高脫模的效果。 這種振動(dòng)規(guī)律最突出的優(yōu)越性是它采用簡單的偏心機(jī)構(gòu)（偏心輪或偏心軸套的組合）就能實(shí)現(xiàn)，無論從設(shè)計(jì)上還是制造上都很容易。它非常適合小振幅，高頻率。，短負(fù)滑動(dòng)時(shí)間，同時(shí)還能減小振痕深度，改善鑄坯表面質(zhì)量。因?yàn)樵谡駝?dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系，故不必建立起像梯形振動(dòng)那樣嚴(yán)格的聯(lián)鎖。因此，此設(shè)計(jì)選用正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律。所有振動(dòng)機(jī)構(gòu)為正弦內(nèi)弧四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.3.3結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)組成 （1）結(jié)晶器振動(dòng)臺 結(jié)晶器振動(dòng)臺位于澆注平臺下方，是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件。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)晶器內(nèi)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)臺高頻率、小幅的振動(dòng)，結(jié)晶器和坯殼之間形成相對運(yùn)動(dòng)，即工藝上說的“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)，避免坯殼粘結(jié)在結(jié)晶器銅板表面上而發(fā)生粘鋼型漏鋼。 這部分包括：臺架、振動(dòng)臂、支撐彈簧、蝶形彈簧組、托架等零部件。臺架用來支撐結(jié)晶器，它為焊接結(jié)構(gòu)。臺架上有4個(gè)孔用來安裝螺栓、螺母、墊圈固定結(jié)晶器。振動(dòng)臺上還有兩個(gè)臺階和定位鍵槽，通過與鍵配合保證結(jié)晶器快速準(zhǔn)確的定位。分架通過支撐彈簧與托架相連，并通過軸銷與振動(dòng)臂相連。振動(dòng)臂通過銷軸和托架連接。在振動(dòng)臂的推動(dòng)下，臺架做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。又振動(dòng)臂和支撐彈簧組成的四連桿對臺架運(yùn)動(dòng)軌跡具有約束作用，形成了強(qiáng)制導(dǎo)向，使結(jié)晶器外弧側(cè)模擬R8m的圓弧運(yùn)動(dòng)。 支撐彈簧通過軸銷、螺栓把臺架和托架準(zhǔn)確的連接起來，起到了連桿的作用，同時(shí)還利用自身的特性貯存、釋放電動(dòng)機(jī)的能量，減少電動(dòng)機(jī)電流的大幅波動(dòng)，從而改善控制系統(tǒng)的工作條件。安全載荷可以調(diào)節(jié)碟形彈簧的變形量來調(diào)整。 （2）傳動(dòng)裝置 傳動(dòng)裝置有特殊的電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、偏心軸等裝置組成。電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行恒力矩轉(zhuǎn)速向下無級調(diào)速，電動(dòng)機(jī)上裝有測速發(fā)電機(jī)，經(jīng)過電器聯(lián)鎖就可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 （3）可偏心轉(zhuǎn)動(dòng)軸裝置 偏心轉(zhuǎn)動(dòng)軸即無級減速器的輸出軸，通過可偏心機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)軸承以及擺動(dòng)連桿將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)振動(dòng)。這一往復(fù)運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系按正弦規(guī)律變化，這就是正弦振動(dòng)。可變偏心裝置是用來調(diào)整振幅的。它由一個(gè)偏心傳動(dòng)軸及一個(gè)相同偏心距的偏心軸瓦和其他零件組成，改變偏心軸瓦和偏心軸的相對位置，就可以得到若干組的振幅。 2.3.4短臂四連桿結(jié)晶器振動(dòng)原理 弧形振動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要有兩種，即內(nèi)弧四連桿如上圖2-1a,外弧四連桿如上圖2-1b。內(nèi)弧四連桿多用于小方坯，外弧四連桿多用于大方坯和板坯連鑄機(jī)，兩者的設(shè)計(jì)原理都基于瞬時(shí)中心就是弧形連鑄機(jī)基準(zhǔn)弧的圓心，其原理如圖2-2。 圖2-2四連桿原理圖 圖中mn為弧形連鑄機(jī)的基準(zhǔn)弧，圓心在O點(diǎn)，當(dāng)我們以O(shè)為圓心取不同的半徑做3個(gè)同心圓，再與水平線成角及角做兩條徑向線分別與同心圓相交于A、B、m、E及C、D、n、F點(diǎn)，則AB線與CD線可做為內(nèi)弧四連桿的兩個(gè)振動(dòng)臂；Em線與Fn線則為外弧四連桿的兩個(gè)振動(dòng)臂；而B、D或m、n則成為振動(dòng)臺上的兩鉸接點(diǎn)。 在目前的設(shè)計(jì)中，A、B、C、D及E、F、m、n各點(diǎn)均裝有自動(dòng)調(diào)心滾動(dòng)軸承，或關(guān)節(jié)軸承，因此應(yīng)將四連桿中的一對振動(dòng)臂固接起來以起定向作用，以保證得到仿弧形的振動(dòng)軌跡。從上述的說明中可歸納為兩點(diǎn)，設(shè)計(jì)短臂四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)必須遵循的原則，即當(dāng)振動(dòng)機(jī)構(gòu)處于中點(diǎn)位置時(shí)： （1）兩振動(dòng)臂的延長線應(yīng)交與基準(zhǔn)弧的圓心； （2）振動(dòng)臂的兩鉸接點(diǎn)應(yīng)處于基準(zhǔn)弧的兩圓心圓弧上。 短臂四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)的各支點(diǎn)都有軸承連接，因而耐磨損，一運(yùn)動(dòng)軌跡也較準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)是連桿僅做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，易形成局部磨損。特別是現(xiàn)在振動(dòng)特性趨向高頻率、小振幅發(fā)展必將造成更嚴(yán)重的局部磨損。 第三章 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析、力能參數(shù)的計(jì)算 3.1運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的確定 3.1.1基本設(shè)計(jì)參數(shù) 序號 項(xiàng)目 代號 單位 1 2 3 4 5 6 振動(dòng)速度 振動(dòng)頻率 振幅 主軸偏心距 振動(dòng)臺的靜載荷 結(jié)晶器摩擦阻力 V f a e Q F 米/分 次/分 毫米 毫米 公斤 公斤 3.1.2結(jié)晶器正弦振動(dòng)的基本規(guī)律 結(jié)晶器正弦振動(dòng)規(guī)律是指結(jié)晶器振動(dòng)速度按正弦曲線變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其加速度必然安裝余弦規(guī)律變化，所以過渡比較平穩(wěn)，沒有很大的沖擊，可以提高振動(dòng)頻率以減輕鑄坯表面振痕深度。 正弦振動(dòng)時(shí)，位移、速度、加速度的理論表達(dá)式為： 位移： （3-1） 速度： （3-2） 加速度： （3-3） 式中： s —— 位移，mm —— 速度，m/min a —— 加速度，m/ h —— 振幅，mm f —— 頻率，Hz t —— 時(shí)間，s 由以上式子可見，結(jié)晶器振動(dòng)速度及加速度確定于振幅和振動(dòng)頻率，故振幅、頻率是決定結(jié)晶器振動(dòng)的基本參數(shù)。 3.1.3、相關(guān)工藝參數(shù) 1.振幅的計(jì)算 振動(dòng)臺的振源系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)的一套偏心部件，偏心部件由一個(gè)偏心軸和一個(gè)偏心套以及它們的平面對齒輪嚙合的定位鎖緊裝置組成，平面對齒的齒間角為6°。這樣，就可以以6的整數(shù)倍角度去改變偏心軸和偏心套之間的相對位置，就可以改變偏心部件的偏心量，從而改變振源的振幅。其中偏心套包括主副偏心套，振幅也主要包靠主副偏心套來實(shí)現(xiàn)。副偏心套內(nèi)孔與減速器輸出軸相連接，最后把振幅反應(yīng)到振動(dòng)臺面。主副偏心套圖形如圖2-3所示。 （a）主偏心套 （b）副偏心套 圖2-3主副偏心套圖 根據(jù)矢量疊加原理，偏心部件偏心量為偏心軸的偏心量和偏心套的偏心量的矢量和，即E=+如圖2-4所示。 圖2-4偏心量計(jì)算簡圖 振源振幅即為偏心部件振幅： （3-4） 根據(jù)公式（3-4）： 其中和分別為偏心軸和偏心套的偏心距。 當(dāng)=180°時(shí)，偏心距e最小為-。 當(dāng)=0°時(shí)，偏心距e最大為+。 由于振幅范圍為2-10mm，所以我們可以通過改變角度來調(diào)整振幅，各振幅可有主副振動(dòng)套調(diào)節(jié)得到。隨著連鑄技術(shù)的進(jìn)步及拉坯速度的提高，振動(dòng)頻率也隨之提高，提高頻率，減小振幅，就能使鑄坯表面上留下的振動(dòng)波紋變淺，提高鑄坯表面的質(zhì)量。 結(jié)晶器振幅和振源振幅的關(guān)系，由于振幅相對尺寸很小，杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度非常小，可以認(rèn)為B點(diǎn)的振動(dòng)范圍和G點(diǎn)相同，即振源振幅與結(jié)晶器振幅之比為 A ：H = 1320 ： 1100 = 1.2 ：1 2.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： （3-5） 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，4-5.5m/min。（這里取=4 m/min） 負(fù)滑脫能幫助“脫?！?，有利于拉裂坯殼的愈合。正弦振動(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/s 3. 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： （3-6） 式中 ---------------結(jié)晶器振動(dòng)頻率 ---------------振幅 ----------------結(jié)晶器振動(dòng)的最大速度，5.2m/min 當(dāng)A=2時(shí) 則 414.01次/min=6.9次/s 周期s 圓頻率 當(dāng)A=10時(shí) 則 124次/min=2.06次/s 周期s 圓頻率 所以結(jié)晶器的振動(dòng)頻率范圍為124-414之間。 4.1.4 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 負(fù)滑脫總時(shí)間 =0.0486s 結(jié)晶器的位置、速度曲線和鑄流速度曲線（從結(jié)晶器的最高位置開始）如下圖所示： 圖中，曲線1表示結(jié)晶器位置；曲線2表示結(jié)晶器的速度；曲線3表示鑄流速度；表示負(fù)滑脫時(shí)間。由于結(jié)晶器為上下運(yùn)動(dòng)，而鑄流為連續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，這樣在各個(gè)位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況就有所不同，現(xiàn)分析如下： 位置1：結(jié)晶器速度=0，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，結(jié)晶器在最高位置點(diǎn)； 位置2：結(jié)晶器速度加速到4m/min，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，二者等質(zhì)同向，相對速度為0，開始負(fù)滑脫； 位置3：結(jié)晶器向下加速到最大速度5.2m/min，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，結(jié)晶器速度超過拉坯速度，并達(dá)到最大值； 位置4：結(jié)晶器速度達(dá)到最大后減速到4m/min，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，結(jié)晶器速度減到等于位拉速，負(fù)滑脫結(jié)束。 位置5：結(jié)晶器速度=0，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，結(jié)晶器處于最低位置； 位置6：結(jié)晶器速度向上加速到4m/min，鑄流速度=拉坯速度=4m/min，二者等質(zhì)反向； 位置7：結(jié)晶器向上加速到最大值5.2m/min，鑄流速度=拉速=4m/min，二者相對速度最大。 位置8：結(jié)晶器回到初始位置，結(jié)束了一個(gè)周期的循環(huán)，下一循環(huán)開始。 從總的情況看：正玄振動(dòng)方式采用高頻率、小振幅、較大的負(fù)滑脫量的振動(dòng)較為有利。 3.3結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 3.3.1結(jié)晶器振動(dòng)位移分析 結(jié)晶器振動(dòng)臺的振源機(jī)構(gòu)相當(dāng)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，G點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)簡圖如圖4所示（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）。 圖4 結(jié)晶器振動(dòng)臺的振源機(jī)構(gòu)簡圖 故G點(diǎn)的位移為：，由于結(jié)晶器振幅和振源振幅的關(guān)系，并考慮位移方向相反，則C點(diǎn)的位移函數(shù)為： （3-7） 為了計(jì)算機(jī)和討論方便，撿起取證，則結(jié)晶器的位置函數(shù)和C點(diǎn)的位置函數(shù)相同，可以寫為： （3-8） 式中：——結(jié)晶器的位移 H——結(jié)晶器振幅 H=0.003m ——振源旋轉(zhuǎn)角度 ——振源振動(dòng)頻率 3.3.2結(jié)晶器速度函數(shù) 對結(jié)晶器的位移函數(shù)求t的一次導(dǎo)數(shù)，便得出結(jié)晶器的速度函數(shù)，即 （3-9） 式中：——結(jié)晶器速度 結(jié)晶器速度的曲線為余弦，速度的最大值，在結(jié)晶器的一個(gè)行程范圍內(nèi)，速度會(huì)出現(xiàn)兩次最值，即上行最大值和下行最大值。 3.3.3結(jié)論 （1）短臂四連桿振動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于正弦振動(dòng)方式。 （2）振動(dòng)臺結(jié)晶器與鑄坯之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系，因此不必采用速度聯(lián)鎖裝置，從而降低電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性。 （3）與拉坯速度相比，振動(dòng)臺在運(yùn)動(dòng)中沒有穩(wěn)定階段，但仍有一小段負(fù)滑動(dòng)振動(dòng)，具有脫模作用。 （4）振動(dòng)臺的加速度按余弦規(guī)律變化，其加速度的振動(dòng)取決于和值的大小。 （5）因，則有：振動(dòng)臺振幅越小，f越大。振動(dòng)臺振幅將直接影響到鑄坯振痕的深度，從而提高鑄坯的表面質(zhì)量。 （6）由于振動(dòng)臺加速度按余弦規(guī)律變化，運(yùn)動(dòng)過度點(diǎn)比較平穩(wěn)沒有較大的沖擊力。 3.4電動(dòng)機(jī)的選擇和減速器的設(shè)計(jì) （1）電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 振動(dòng)總負(fù)荷（） 則有： （3-10） 式中 —— 振動(dòng)總負(fù)荷 Q —— 振動(dòng)臺上承載總靜負(fù)荷 F —— 結(jié)晶器摩擦阻力 —— 動(dòng)負(fù)荷 振動(dòng)臺上承載總靜負(fù)荷為12噸。所以振動(dòng)臺上承載總靜負(fù)荷為： Q=mg=12000×9.8=117600N 計(jì)算動(dòng)負(fù)荷 由上面計(jì)算得到振動(dòng)體的頻率為124-414 所以角速度=12.98-43.3rad/s。 又因?yàn)? 得到角速度最大為，其中為偏心距，即主副偏心距配合所得。 振幅與偏心距相等。 當(dāng)偏心距h=2,=43.6時(shí)，最大加速度為==3.8。所以，振動(dòng)體的慣性力為=ma=45.6KN。 當(dāng)偏心距h=10,=12.98時(shí)，最大加速度為==1.68。所以，振動(dòng)體的慣性力為=ma=20.2KN。 計(jì)算結(jié)晶器拉坯的摩擦阻力F 結(jié)晶器和拉坯之間的摩擦力公式為： （3-11） 式中： H—— 結(jié)晶器有效高度 B—— 結(jié)晶器有效長度 D—— 結(jié)晶器有效寬度 —— 鋼液密度 —— 摩擦系數(shù) 鋼液密度屬于沸騰鋼，所以=6.8t。 摩擦系數(shù)=0.5-0.65，取=0.5。 由經(jīng)驗(yàn)可知，結(jié)晶器的斷面尺寸應(yīng)當(dāng)比連鑄坯斷面的公稱尺寸大一些，通常約為1-3%。所以方坯的長度應(yīng)為66mm，選擇寬度為1580mm。 結(jié)晶器的有效高度H=900 mm。 所以 所以當(dāng)h=2時(shí)， =117600+45600+4532=167733N。 當(dāng)h=10時(shí)， =117600+20200+4532=142333N。 由式（2-19）得： 當(dāng)h=2時(shí)，最大速度=0.087m/s。 當(dāng)h=10時(shí)，最大速度=0.13m/s。 計(jì)算電驅(qū)動(dòng)的總功率P （3-12） 式中： P —— 總功率 —— 總傳動(dòng)效率，=0.7-0.9 當(dāng)h=2時(shí)，則 當(dāng)h=10時(shí)，則 (2)選電動(dòng)機(jī)的類型及電機(jī)容量 首先，選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使電機(jī)的額定功率大于計(jì)算所得的驅(qū)動(dòng)功率，因?yàn)橛?jì)算過程選取參數(shù)時(shí)盡量選用比較安全的參數(shù)，所以選電動(dòng)機(jī)的額定功率要大于計(jì)算所得的最大值即可。選擇電動(dòng)機(jī)的類型一般是根據(jù)其工作特點(diǎn)而定的，在本設(shè)計(jì)中由于結(jié)晶器要調(diào)整振動(dòng)頻率來達(dá)到合適的拉坯速度用于澆注不同的鋼種和不同的斷面。所以電動(dòng)機(jī)必須有可調(diào)速度的性能。型號為YZP180M-4四級電動(dòng)機(jī)（1460r/min）的型號規(guī)格表，電動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率為22kw電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑48mm。 （3）減速器的設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的輸入速度：=0-1460 振源的振幅范圍：2-10mm 振動(dòng)頻率：124-414Hz 由以上知減速機(jī)傳動(dòng)比為：1：3.527，所以選用單級減速。 減速器的承載能力受機(jī)械強(qiáng)度的許用公稱功率和潤滑油允許最高平衡溫度的許用公稱熱功率兩方面限制。 （1）校核機(jī)械功率 按減速器的機(jī)械強(qiáng)度功率表選取。一般情況下要計(jì)及工況系數(shù)， 計(jì)算功率： （3-13） 式中：——減速器的傳遞功率（kw） ——工況系數(shù)（查表20-33得 =1.5） ——對應(yīng)于輸入轉(zhuǎn)速的減速器的機(jī)械強(qiáng)度析算許用公稱功率 ——對應(yīng)于輸入轉(zhuǎn)速的減速器的機(jī)械強(qiáng)度許用公稱功率 ——要求的輸入功率 ——承載能力表中靠近的轉(zhuǎn)速 由以上得： 按i=3.55及=1460接近公稱轉(zhuǎn)速=1500并要求，查表20-34ZDY100當(dāng)i=3.55，時(shí)，=41kw，當(dāng)=1460時(shí) 折算公稱功率：