机械毕业设计(论文)连铸机结晶器振动装置控制设计【全套图纸】.doc
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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:连铸机结晶器振动装置控制学生姓名:学 号:2003041342专 业:机械设计制造及自动化班 级:机械2003-03班指导教师: 教授连铸机结晶器振动装置控制摘 要使用液压振动装置取代电机驱动偏心轮结晶器振动装置,设计液压振动装置的液压系统和控制系统,使新的电液伺服驱动的结晶器振动装置与传统的直流电机或交流电机驱动偏心凸轮的结晶器激振系统相比,具有能实现正弦振动、易于实现计算机控制、布置方便。本设计采用计算机控制的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
2、高金属收得率,从而实现连铸过程的自动化。全套图纸,加153893706。关键词:结晶器,正弦振动,液压伺服系统,控制Control system for continuous casting moldoscillation driven by hydraulic servoAbstractThe hydraulics and control system of hydraulic pressure bobbing machine is designed by replacing motor driven wobbler mould drive with bobbing machine,be c
3、ontrasting new electrohydraulic servo driven mould drive and conventional dc motor/ac motor drove eccentric mould excitation system, realize sinusoidal vibration, computerized control and lay out easy, it adopt computer-controlled electrohydraulic servomould system excitation, could brought convenie
4、ntly vibrate method, realize control process monitoring,real-time display and modify vibrate parameter based on cast speed,raise continuous casting quality and raise metallic yield, realize continuous casting process automation.Key words: mould, sinusoidal vibration, hydraulics, control目 录摘 要IAbstra
5、ctII第一章 引 言错误!未定义书签。1.1 研究背景错误!未定义书签。1.1.1 结构歧义错误!未定义书签。1.1.2 理性主义的研究方法错误!未定义书签。1.1.3 经验主义的研究方法错误!未定义书签。1.2 问题定义错误!未定义书签。1.2.1 结构化的随机语言模型错误!未定义书签。1.2.2 基于实例类比的分析策略错误!未定义书签。1.3 论文结构错误!未定义书签。第二章 自然语言的结构分析错误!未定义书签。2.1 自然语言形式文法系统错误!未定义书签。2.1.1 合一文法错误!未定义书签。2.1.2 依存文法错误!未定义书签。2.1.3 词汇化文法错误!未定义书签。2.2 自然语言
6、分析算法错误!未定义书签。2.2.1 串行分析算法错误!未定义书签。2.2.2 并行分析算法错误!未定义书签。 第一章、序 言现代连铸技术朝着快速浇铸技术方向发展的趋势,导致了对板坯连铸过程中采用的结晶器振动方式的发展和变革。液压振动技术是最近10来开发的新技术,它具有机械振动所没有的优越性,目前已在欧美许多国家的大型板坯连铸振动装置上得到了普遍的采用,国内也有关于研制铸机电液伺服振动装置方面的报道。1.1设计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,设计电液伺服驱动的结晶器振动装置及计算机控制系统。通过改进,满足连铸工艺的要求。1.2设计内容使用液压振动装置取代电机驱动偏心轮结晶
7、器振动装置,设计液压振动装置的液压系统和控制系统,使新的电液伺服驱动的结晶器振动装置与传统的直流电机或交流电机驱动偏心凸轮的结晶器激振系统相比,具有能实现正弦振动、易于实现计算机控制、布置方便。本设计采用计算机控制的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。第二章、连铸机结晶器振动技术的现状及发展趋势2.1连铸机结晶器振动简介在连铸技术的发展过程中,只有采用了结晶器震动装置后,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
8、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纹,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机驱动,通过万变不离其宗向连轴器,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连轴器,连接两个滚动轴承支承的偏心轴,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承振动台,产生振动。在新型连铸生产工艺中,采用带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
9、铸洁结晶器非正弦伺服振动,能够有效的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,减少铸坯振痕,提高铸坯质量。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,可以方便的实现多种波形振动、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。2.2液压振动系统描述所开发研制的结晶器电液伺服振动装置结构组成如图1.1所示,相应的计算机控制系统方块图如图1.2所示,采用阀控缸驱动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,然后由计算机算得控制量并经
10、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。图1.1 结晶器电液伺服振动装置图1.2 结晶器振动波型计算机控制系统方块图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
11、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避免重大事故的发生。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。2.3结晶器振动技术的发展结晶器振动是连铸技术的一个基本特征。
12、连铸过程中,结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜,其控制因素是结晶器的振动和润滑。连铸在采用固定结晶器浇注时,铸坯直接从结晶器向下拉出,由于缺乏润滑,易与结晶器发生粘结,从而导致出现拉不动或者拉漏事故,很难进行浇注。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的,振动结晶器的引进,使得工业上大规模应用连铸技术得以实现。可以说,结晶器振动是浇注成功的先决条件,是连铸发展的一个重要里程碑。近年来,冶金工业的迅速发展,要求连铸提高拉速以增加连铸机的生成能力,人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。2.3.1结晶器振动技术 结晶器振动技术早期只应用于有色金属的浇注,由于没有弄清与结
13、晶器润滑的关系,结晶器震动的概念也经历了各种变化。直到1949年,S.容汉斯和I.罗西第一次将其应用于钢的浇注,目前就是为了有效的改善铸坯和结晶器壁间的润滑条件。这一成果对于推动连铸技术的发展,使其从实验室走向工业化应用做出了开拓性的发展,表1.1示出了连铸结晶器振动技术的发展演变情况。从表1.1结晶器振动技术的发展来看,结晶器震动经历了早期的非正弦振动到正弦振动方式,目前又发展到非正弦方式的过程。当然,现在所采用的非正弦振动与早期的非正弦振动虽然振动波形同为非正弦,但其目的和实现方式上二者有本质的区别。2.3.2振动形式分析在结晶器振动技术发展过程中,在振动形式及振动装置的结构上出现了多种多
14、样的形式。目前,在工业生产中应用量最多的主要是正弦波模式。近年来,非正弦波模式又被人们接受,并随着先进的液压振动装置的出现,采用了各种各样的振动曲线。2.3.2.1正弦振动正弦振动就是结晶器的运动速度和时间成正弦曲线关系,如图1.3(f)中曲线2所示。这种振动规律的最大优点就是只要用一个简单的偏心机构即可实现,速度变化平稳、无冲击,易于维护。由于正弦震动的速度始终处于变化之中,在振动机构和拉坯机构之间没有严格的速度关系。因此,也不必建立严格的连锁。同时,在运动中仍有一段负滑脱阶段,具有脱模作用。由于加速度比较小,振动还能实现高频振动,减少负滑脱时间以得到较浅的振痕,有利于改善铸坯表面质量,为了
15、使这两个参数最佳化,曾经历了不同的发展,从大量时间经验可以得出结论,高频率小振幅对改善铸坯表面质量有明显的效果,从图1.3中可以看出拉坯速度相同时,小振幅高频率可以减少振痕深度,而负滑脱时间,当振幅s减小,振动频率f增大时,其结果可使负滑脱时间缩短,因此也可以说缩短负滑脱时间有利于提高铸坯表面质量,目前,有关文献报道大多数负滑脱时间取值范围在0.10.25S,对于不同钢种最佳负滑脱图1.3 在不同振幅和频率下拉坯速度对振痕深度的影响时间为0.1s。但是,正弦振动的特性完全决定了其振幅和频率的数值,即正弦的调节能力小,难以完全满足高速连铸的工艺要求,特别是对于那些易于粘结的钢种,在高速浇注条件下
16、采用具有较长的正滑脱时间的非正弦式结晶器振动是更有利的,而且采用带可调程序控制装置的液压机构很容易实现这种非正弦振动方式。2.3.2.2非正弦振动近年来,现代连铸发展的一个特点是拉坯速度日益提高,同时,连铸坯热送直接轧制技术的发展也对连铸坯的表面质量提出了更高的要求。实践表明,高频振动和高速铸造均会造成结晶器保护渣消耗量的下降,使坯壳与结晶器壁间的润滑性能变坏,摩擦力增加,容易发生粘结漏钢。为了解决高速拉坯速度、高频振动这一新情况下的漏钢问题,将弯月面下初凝的薄弱坯壳顺利拉出,人们一方面采用含有的低粘度、低溶点、铺展性好的保护渣,以改善铸坯与结晶器间的润滑条件,保持一个合适的保护渣消耗量;另一
17、方面在结晶器的振动方式上采用这样的振动波形:在正滑动区间较小,以尽可能降低作用在坯壳上的拉伸应力,而在负滑动区间较大,以对坯壳施加足够大的压缩力,并降低负滑动时间NSR或增大正滑脱时间,在正弦振动中,、互为增函数关系,不能同时满足上述几个方面的要求,因此,人们开发了结晶器上升时间比下降时间长的非正弦振动波形,引入了波形偏斜率这一自由参数。当然,目前开发的各种波形不同的非正弦振动模式,均是通过液压伺服系统控制的液压振动装置来实现非正弦振动的,除了可以改变振幅和频率外,还可以根据工况的变化自由的调节波形偏斜率,改变振动波形。图1.4示出了非正弦振动的位移曲线和速度曲线。其特点是结晶器的上升时间长且
18、速度平稳,可显著的减小对坯壳的拉伸应力:下降时间短且保持了较大的负滑动量,可对坯壳施加较大的压缩应力。负滑脱时间明显减少,这符合前面提到的缩短,有利于改善铸坯表面质量的论述。同时,在非正弦振动中,互为减函数关系,减少相应增大了正滑脱时间,可以保证保护渣的有效提供。工业实验已经证明,采用合适的非正弦振动波形,至少可使振痕深度减少30,坯壳与结晶器壁间的摩擦阻力减少40。此外,据称非正弦振动方式对于铸坯皮下的纯净度、结晶器的传热以及初生钩形凝固壳的形成都有积极影响。结晶器振动技术的发展过程序号 年代 发明者 振动形式 原理或目的 1 1933 容汉斯 非正弦 3:1模型,但下降时无相对运动,以保证
19、最 高的传热效果 2 1949 容汉斯 非正弦 第一次将振动结晶器应用到钢的连铸中 罗 西 3 1951 萨瓦日 非正弦 振幅和频率根据结晶器摩擦而变化的簧 吊挂式结晶器 4 1953 罗 西 非正弦 在1:1和1:4模型之间,以避免结晶器向 上运动时撕裂坯壳 5 1953 哈立德 非正弦 使用机械往复式3:1模型结晶器,向下运 动时有负滑脱 6 1954 萨瓦日 非正弦 应用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 海森堡 3:1模型,在结晶器向下运动时有”压缩释 放“7 1957 鲁斯特海尔 非正弦 用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 Scheneider 3:1模型,以避免振动8 1958 Sign
20、ora 正 弦 以偏心机构形成稳定、简单的正弦波振 Caroano 动9 1959 Michelsen 非正弦 3:1模型,只在向下运动最后阶段产生负滑脱以改善传热10 1959 萨瓦日 非正弦 3:2模型,降低向上运动的加速运动以尽 Morton 量避免撕裂坯壳11 1960 苟 周 非正弦 用安装在弹簧吊挂结晶器上的两个叠加 Zaeytydt 的偏心机构形成复杂的模型12 1967 考伯尔 非正弦 0.51.0s的负滑脱焊合时间13 1968 科奈尔 正 弦 55%80%的向下运动时间为负滑脱时间14 1971 鲍 曼 正 弦 在大方坯浇注中采用高频小振幅振动一减轻振痕15 1979 To
21、mono 正 弦 碳含量对振痕深度的影响16 1981 Okazaki 正 弦 第一次用400cpm振动频率的板坯连铸机17 1982 沃尔夫 正 弦 在整个浇注速度范围内负滑脱时间恒定18 1984 米如 正 弦 在f和Vc之间呈抛物线式的同步模型19 1984 米朱卡米 非正弦 带液压驱动装置的1:2.5模型,以高速浇注板坯20 1985 戴维斯 正 弦 低频小振幅高速浇注易粘结钢种21 1985 Mikio Suzuki 非正弦 上行时间比下行时间长,用液压伺服传动机构浇注板坯22 1985 日本神户 非正弦 液压伺服传动机构,允许在浇注期间对制铁 振动波形、频率、振幅进行调整23 19
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