本科畢業設計板坯連鑄機結晶器震動裝置設計說明書(文件)

　

【正文】 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生。 1949 年 S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基礎。 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。 結晶器振動規律的演變 結晶器振動技術的發展過程來看，結晶器振動技術先后經歷了矩形速度規律、梯形速度規律值到目前應用最廣泛的正弦振動規律以及近幾年更為先進的非正弦振動規律。其表達式如下： svf c43? 式中： f — 結晶器振動頻率 cpm S— 振幅 mm cv — 拉坯速度 mm/min 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 9 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表面質量，提高了連鑄的生產效率，在早期得到廣泛應用。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。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 。 (3)正弦速度規律 正弦速度規律如圖 22 的曲線所示 (正弦速度與余弦速度相同 )。 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。內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 11 基于正弦振動規律上述的優點，它是目前國內外應用最為廣泛的一種結晶器振動規律。非正弦速度規律主要特點是 :負滑動時間比較短，這有利于減輕鑄坯表面振動痕跡的深度，提高鑄坯表面質量 。 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 12 第三章 結晶器振動方案的選擇 設計 內容 簡介 連鑄是指使鋼水連續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拉出，經噴水冷卻全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。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，避免鋼水粘壁、漏鋼，改善鑄坯表面質量。 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化。 技術方案介紹 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、內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 13 四偏心輪式振動機構、液壓伺服式振動機構等。振動框架由內、外弧側的齒條 6 分別與節圓半徑相等的小齒 輪 4 相嚙合。 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 14 圖 32 差動齒輪式振動機構簡圖 雙搖桿式振動機構 此種機構也稱為雙短臂式或是四連桿式振動機構。所以，使結晶器在圓弧徑向產生誤差。應用前者時 a 點和 d點做 固定的鉸點。它是近年來新投產連鑄機中采用較多的一種。適當選擇彈簧的長度，可以是運動軌跡誤差不大于。 液壓伺服式振動機構 傳統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，這內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 16 種振動方式存在著振動質量大及維修困難等缺點。 結晶器的運動是又液壓缸借助一個振動臂來產生的。在平行與流注方向的兩側、各有一個相同的震動機構，由一臺電機通過雙輸出減速機，同步的驅動兩個振源機構的偏心部件產生振動。由平行四邊形機構的運動特性，結晶器在振動過程中一直保持豎直狀態?？梢哉J為結晶器振動臺是上下運動。高 中機構中用對心精確的關節軸承代替滾動軸承，減小內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 20 了磨損。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整振幅的大小，既之前又不易變形，且振動誤差也較小。 振動方式的分析與確定 內弧四連桿機構即短臂四連桿屬于正弦運動，它是近年來國內外在各種斷面連鑄機上普遍采用的一種振動規律。另外，由于結晶器的運動規律是按正弦規律變化的，加速度則必然 按余弦規律變化。 這種振動規律最突出的優越性是它采用簡單的偏心機構（偏心輪或偏心軸套的組合）就能實現，無論從設計上還是制造上都很容易。因此，此設計選用正弦運動規律。在“負滑脫”時，結晶器下 部的液態保護渣被板坯拉出，有利于防止渣圈封閉和凝結，避免坯殼粘結在結晶器銅板表面上而發生粘鋼型漏鋼。振動臺上 還有兩個臺階和定位鍵槽，通過與鍵配合保證結晶器快速準確的定位。又振動臂和支撐彈簧組成的四連桿對臺架運動軌跡具有約束作用，形成了強制導向，使結晶器外弧側模擬的圓弧運動。電動機可以進行恒力矩轉速向下無級調速，電動機上裝有測速發電機，經過電器聯鎖就可以實現振動頻率的自動調節。它由一個偏心傳動軸及一個相同偏心距的偏心軸瓦和其他零件組成，改變偏心軸瓦和內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 22 偏心軸的相對位置，就可以得到若 干組的振幅。 負滑脫能幫助“脫?！?，有利于拉裂坯殼的愈合。一分鐘內振動的次數為頻率 f ，單位次 /min。 位置 8：結晶器回到初始位置，結束了一個周期的循環，下一循環開始。 圖 7 偏心輪 振動機構的運動如 上 圖 7 所示，期振動裝置的振動加速度 a值計算如下： 令 OA=x 為 A點的位移， 2 2 2c os a sin ax r L r? ? ? 2s in ac o s a 1 rx r LL??? ? ? ???? 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 27 當 13rl?時，位移的計算可采用下列近似公式： 2 2rc o s a s in a2x r L L? ? ? 通常做運動分析是， A 的位移 S 多從 A 的外極限位置 A 算起，此時由于21 c o s a s in a2a rsr L??? ? ????? 對時間求導一次 及二次，可得 A 的速度 v 及加速度 a ： v s in a s in 2 a2rrw L???????? 2 c o s a c o s 2 ara rw L???????? 帶入已知數據得： 3m a x 3 . 61 3 . 6 1 1 . 6 7 1 1 0 0 . 0 4 2 /2 1 3 2 0 2rv r w m sL ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? 2 2 3 2m a x 3 . 61 3 . 6 1 1 . 6 7 1 1 0 0 . 4 9 1 /1320ra r w m sL ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 結晶器摩擦力 F ? ? 2= 2 B + D H / 2F ?? 式中 ? 鋼水比重， ? = g/ 3cm H— 結晶器內盛鋼水深度， H=900mm B— 鑄坯寬度， B=1600mm D— 鑄坯厚度， D=250mm ? 鋼水與鋼板間摩擦系數，取 ? = ? ? 2= 2 1. 6+ 0. 25 0. 5 7. 0 0. 9 / 2 52 24 .75F ? ? ? ? ?W 偏心軸的動負荷 vP 為： 125 00 613 ? ? ?W 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 28 則振動總負荷 tP 為： 512 50 00 52 24 .7 5 61 37 .5 1. 36 10tvP Q F P? ? ? ? ? ? ? ?KW 偏心軸受力情況如 下 圖 8 所示： 所需扭矩 T PrsinaT? ， Nm 53m a x P r 6 10 3 10 40 8T ?? ? ? ? ? ?KW 圖 8 驅動功率 N m1000TnN ??? KW 式中 n— 轉速 ， r/min mT 平均負荷力矩， m max /2TT? ? 傳動總效率，取 ? = 電驅動的總功率 P 為： m 4 0 8 1 1 1 .4 / 2 4 0 .1 71 0 0 0 1 0 0 0 0 .8TnN K W?? ?? ? ?? 要求：電動機運行平穩，可靠。 直流電動機的型號及相關參數 Y225M nP =45KW、額定轉速： 1480r/min 效率： %?? 、轉動慣量： kg m??、 輸出軸 d=55,60， 質量 320m kg? 。 我們得知這個振動裝置的速比是 i= 又根據所選電機轉速是 1480r/min,傳動功率 nP =45KW。111 39。1n 的轉速 由以上得： 11 4 5 1 .5 6 7 .5cAP P K kw? ? ? ? 當 i=， min15001 rn ?時， pP1 =74kw，當 39。1 kw? 可以選用 ZLY180 （ 2）校核熱功率 tP Gt PfffPP ?? 3211 式中： 1f —— 環境溫度系數，見 《械設計手冊（第五版） 卷 4》 表 16210 2f —— 載荷率系數，見 《械設計手冊（第五版） 卷 4》 表 16211 3f —— 公稱 功率利用系數，見 《械設計手冊（第五版） 卷 4》 表 16212 由以上知，查表得 1f =， 2f =1， 3f =， 45 1 5 73. 125tP k w? ? ? ? ?，查表 《械設計手冊（第五版） 卷 4》 1627 ZLY180， 1GP =54, 1Gt PP? ,所以不用外加冷卻系統。 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 32 求輸入軸上的功率 P 轉速 n 和轉矩 T 前面已經計算過。 由于此段 軸上因需要開有鍵槽，考慮到鍵槽對軸的強度的消弱，所以軸的直徑應增大 57%， 在此初步選用最小直徑為 85d mm? 。軸徑選取合適 心軸Ⅱ 的校核 軸承支反力 121262500FFFF???? ?? 由式 (2)得 123125031250FF ??? ?? 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 41 彎矩計算如下 : 截面 Z 處的彎矩 : 11M Fx? 截面 X 處的彎矩 : ? ?2 1 2M = F x+ F 348x ? 截面 Y 處的彎矩 : ? ?32638M F x?? 由彎矩圖可知中間截面 X處彎矩最大 , X 截面校核 m a xM 2 9 0 3 1 2 5 0 9 0 6 2 5 0 0? ? ?N/m 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 42 33。查手冊得： 100d mm? 、 ? ? 355 aMP?? 軸承支反力 1223 5 7 5 6 7AAF F FFF???? ? ? ?? 由 上 式得 121929032793FF ??? ?? 彎矩計算如下 : 截面 C 處的彎矩 : 11M Fx? 截面 D 處的彎矩 : ? ?2 1 2M = F x+ F 357x ? 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 35 截面 E 處的彎矩 : ? ?32567M F x?? 由彎矩圖可知中間截面 D處彎矩最大 , 截面 D校核 ? ?m a x 1 2M = F x+ F 35 7 21 0 32 79 3 68 86 .5 3x ? ? ? ?N/m 33 40 .1 9 5 7 .2 9 1 03 2 3 2dW ?? ??? ? ? ? 內蒙古科技大學畢業設計說明書 (畢業論文 ) 36 由強度條件： ? ?maxMW ?? ? ?m a x 9 4 .4 5 3 5 5M M P a M P aW ?? ? ? 所以該軸是安全的。查手冊得： 100d mm? 、? ? 355 aMP?? （ 2）初步估算軸端直徑 查《機械設計》表 153， 1 2 6 1 0 3 , 1 1 0AA? ? ?取 、 25MPa?? 計算