【文章內容簡介】 加大，特別是高頻振動后此速度更大，由于拉速提高后結晶器保護渣用量相對減少，坯殼與結晶器壁之間發(fā)生粘結而導致了漏鋼的可能性增加，為了解決這一問題，除了使用新型保護渣外，另一個措施就是采用非正弦振動；非正弦振動是結晶器上振動時間大于下振時間，以縮小結晶器上振與鑄坯之間的相對運動速度。 由此可見 非正弦振動具有以下特點 : ① 在正滑動時間里結晶器振動速度與拉坯速度之差減小。因此 ,可減小結晶器施加給鑄坯向上作用的摩擦力 ,作用在彎月面下坯殼的拉應力減小 ,減少拉裂 。 ② 在負滑動時間里結晶器振動速度 vm與拉坯速度之差較大。因此 ,作用于坯殼上的壓力增大 ,有利于鑄坯脫膜。 ③ 負滑動時間短 ,鑄坯表面振痕淺 。正滑動時間長 ,可增加保護渣的消耗量 ,有利于結晶器的潤滑。 可以通過調節(jié)振動頻率、振幅和波形偏斜因子來控制波形的變化 ,使非 正弦運動的位移、速度和加速度都發(fā)生了變化 ,從而能夠得到高質量鑄坯 ,并能有效避免粘結的振動波形。 結晶器振動參數 結晶器振動的主要參數包括振幅、頻率、波形偏移率和負滑脫時間。 ⑴ 振幅與頻率。結晶器振動裝置的振幅與頻率是互相關聯的，一般頻率越高，振幅越小。如頻率高，結晶器與坯殼之間的相對滑移量大，這樣有利于強制脫模，防止粘結和提高鑄坯表面質量。如振幅小，結晶器內鋼液面波動小，這樣容易控制澆注技術，使鑄坯表面光滑。還有利于減少坯殼被拉裂的危險。 ⑵ 波形偏斜率。非正弦振動的一個參數 是波形偏斜率，用α表示，即 圖 中 A1與 A0（ T／ 4）的比值 。顯然，正弦振動時α =0。 α = 01AA 100% 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12振幅A 0A 1 圖 正弦振動和非正弦振動曲線 1— 非正弦振動； 2— 正弦振動 ⑶ 負滑脫時間 在一個振動周期里，結晶器下振速度大于拉坯速度的時間是負滑脫時間，用 tN表示。 結晶器振動機構 結晶器按一定的運動軌跡振動。連鑄機振動機構有短臂四連桿振動機構、四偏心輪振動機構和液壓振動機構。 【 1】 將四連桿機構中的部分或 全部連桿由剛性桿改為彈簧鋼版，消除了振動過程結晶器的水平擺動，結構簡單，維修方便。 四偏心輪振動仍屬于正弦振動。其優(yōu)點是：結晶器振動平穩(wěn)，無擺動和卡阻現象，適合于高頻小振幅，但結構復雜。短臂四連桿振動和四偏心輪振動均屬于機械振動。 薄板坯連鑄結晶 器 振動形式的方向是液壓振動。 目前 ,液壓和液壓伺服振動系統(tǒng)已在許多連鑄機上成功地取代了機械振動系統(tǒng) ,并取得了良好效果。 通常，期望通過液壓振動來改善鑄坯表面與結晶器銅壁間的接觸狀態(tài)。傳統(tǒng)的偏心輪傳動是結晶器做機械振動，其波形只能達到近似于正弦波。眾所周知，在負脫滑時間 內，連鑄保護渣不能夠流入坯殼和銅板間的縫隙中，難以形成均勻的保護渣膜。為此，一般均想盡量縮短負滑 脫 時間TN，而在機械振動條件下，難以進一步降低 TN值，只有采用液壓振動形式，才可通過獲取非正弦曲線來將 TN減小。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 與機械振動相比 ,板坯連鑄機的液壓振動裝置具有一系列優(yōu)點 : 【 2】 ⑴ 振動力由兩點傳入結晶器 ,傳力均勻 。 ⑵ 在高頻振動時運動平穩(wěn) ,高頻和低頻振動時不失真 ,振動導向準確度高 。 ⑶ 結構緊湊、簡單 ,傳遞環(huán)節(jié)少 ,與結晶器對中調整方便 ,維護也方便 。 ⑷ 采 用高可靠性和高抗干擾能力的 單片機 控制 ,可長期保證穩(wěn)定的振動波形 。 ⑸ 可改變振動曲線 ,并可在線設定振動波形等 ,增加了連鑄機可澆鋼種 。 ⑹ 改善鑄坯表面與結晶器銅壁的接觸狀態(tài) ,提高鑄坯表面質量并減少黏結漏鋼。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 基于單片機的液壓振動波形發(fā)生器 波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛的應用于電子電路，自動控制等領域。目前，使用的波形發(fā)生器大多是用分立元件組成的。 結晶器液壓振動波形發(fā)生器 可由單片機、虛擬儀器、 VB 等各種編程語言和可編程邏輯器件實現。 用單片機構成的波形發(fā)生器可以產生正弦波，方波，三角波等波形，而且波形的周期和 頻率都可以改變。 本文介紹一種用 MCS51 單片機構 成的波形發(fā)生器，其線路簡單，結構緊湊，價格低廉， 通過鍵盤 可以 設定 振動 波形的頻率 和振幅 等參數 。 方案比較與選擇 結晶器液壓振動波形發(fā)生器的設計， 可由單片機、虛擬儀器、 VB 等各種編程語言以及 可編程邏輯器件實現。 本設計主要用單片機構成波形發(fā)生器，下面對幾種方案進行比較和選擇。 方案 1： 采用函數信號發(fā)生器 ICL8038 集成模擬芯片，它是一種可以同時產生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。但是這種模塊產生的波形都不是純凈的波形，會寄生一些高次諧波分量，采用其他的措施 雖可濾除一些，但不能完全濾除掉。 方案 2： 采用 AT89C51 單片機和 DAC0832 數模轉換器生成波形， 通過在函數中對一個數組附值，再經過 DAC0832 輸出，在示波器上就會觀察到不同函數值的波形。 外接鍵盤電路，可由鍵盤進行波形選擇，設定波形頻率和振幅等參數。 由于是軟件濾波，所以不會有寄生的高次諧波分量，生成的波形比較純凈。它的特點是 線路簡單、結構緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越 ， 在低頻范圍內穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。 經反復論證及應實際要求，最終選擇方案 2。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 設計思路 本 設計以 89C51 單片機為核心，通過單 片機控制各種外圍芯片及電路。波形的產生是通過 89C51 執(zhí)行某一波形發(fā)生程序， 在其數據線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數據信息，通過 D/A 轉換器和運算放大器轉化為電壓信號。 這次設計主要要完成的波形是正弦波、 三角波 、鋸齒波 和方波， 通過在函數中對一個數組附值， 經過 DAC0832 輸出，在示波器上就會觀察到不同函數值的波形。通過函數對數組中的數附值之后不是一次就輸出顯示出來的，這要對 51單片機編寫控制字，使其開中斷，再用計數器計數，當計數器溢出時便提出中斷請求，這時調用中斷函數，將數組中一個值送到 DAC0832 中，這 樣連續(xù)不斷的進行 送值，輸出的就是一完整波形。 總體設計框圖 高精度波形發(fā)生器分為上層應用軟件和下層軟硬件兩大部分。其中上層軟件提供人機交互界面即操作員控制臺，用于選擇波形，生成波形數據 ,以及串口通訊控制和人機通訊；下層硬件為 I/O 控制器，由 CPU， DAC，計數器，定時器等模塊組成，主要是用于對上層波形數據的接收，存儲，同時可以單獨使用，通過 CPU 向 DAC 發(fā)送所需波形數據。本設計主要做下位機部分，即基于單片機的波形發(fā)生器的波形生成部分。 該波形發(fā)生器能產生正弦波、方波、三角波和 鋸齒波 。 總體設計 方框圖 如下： 單 片 機 系 統(tǒng)D / A 轉 換波 形 輸 出與 上 位 機 通 訊接 口 M A X 2 3 2鍵 盤上 位 機 圖 總體設計 方框圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 硬件設計 總體電路設計 波形發(fā)生器的原理 是通過 89C51 單片機 執(zhí)行某一波形發(fā)生程序， 在其數據線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數據信息，通過 D/A 轉換器和運算放大器轉化為電壓信號。 單片機 P0 口外接鍵盤電路， 可通過鍵盤 選擇 波形類型 和 設定所需要的波形頻率 及振幅 。 波形發(fā)生器的原理接線圖如圖 所示： GNDGNDC1 0 u fR11 0 k GNDY1 2 M H zC12 7 pC22 7 pGND+ 5 V5VV C C2374615U4U A 7 4 1R X DT X DP 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9R X D10T X D11I N T 012I N T 113T014T115WR16RD17X T A L 218X T A L 119GND20V C C40P 0 . 039P 0 . 138P 0 . 237P 0 . 336P 0 . 435P 0 . 534P 0 . 633P 0 . 732E A / V P P31A L E / P R O G30P S E N29P 2 . 728P 2 . 627P 2 . 526P 2 . 425P 2 . 324P 2 . 223P 2 . 122P 2 . 021U18 9 C 5 1CS1W R 12W R 218X F E R17V R E F8D I 07D I 16D I 25D I 34D I 416D I 515D I 614D I 713R f b9I o u t 111I o u t 212AGND3DGND10U2D A C 0 8 3 2CS1W R 12W R 218X F E R17V R E F8D I 07D I 16D I 25D I 34D I 416D I 515D I 614D I 713R f b9I o u t 111I o u t 212AGND3DGND10U3D A C 0 8 3 2GNDR 3 = R2374615U5U A 7 4 1R 4 = 2 RR5R E S 2R 2 = 2 R2374615U6U A 7 4 1R 7 = R2374615U7U A 7 4 1R 8 = 2 RR9R 6 = 2 RV o u t 1V o u t 2+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 圖 波形 發(fā)生器 硬件 原理圖 單片機電路 功能：形成掃描碼、鍵值識別、鍵處理、參數設置；形成波形的數字編碼，并輸出到 D\A 轉換 電路。 89C51 的 P0 口作為擴展 I\O 口，與 DAC0832 相連接 。 P0（分時復用）提供 16 位地址線。 P1 口接 16 鍵的矩陣鍵盤。 D/A 轉換電路功能：將波形樣值的 數據 轉換成模擬 電壓信號 。 D/A 轉換電路采用雙極性電壓輸出， 由 DAC0832 和兩 塊 uA741 運放組成， 單片機向 0832 送數字編碼，產生不同的輸出。 0832 輸出波形信號時，其幅度是可調的。生成波形樣值編碼，經 D/A 轉換得到波形的模擬樣值 點。假如 N 個點構成波形的一個周期，內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 則 0832 輸出 N個樣值點后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。重復輸出 N個點，成為第二個周 期。 AT89C51 單片機簡介 AT89C51是美國 ATMEL公司生產的低電壓，高性能 CMOS8位單片機 ，片內含 4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元 。 AT89C51 提供以下標準功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部 RAM， 32個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工 串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數器，串行口通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。 AT89C51 單片機的引腳結構圖有雙列直插封裝方式和方形封裝方式。 圖 是AT89C51 單片機 引 腳 圖 ，有些引腳具有兩種功能。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0 /R X D10P 3. 1 /T X D11P 3. 2 /IN T 012P 3. 3 /IN T 113P 3. 4 /T 014P 3. 5 /T 115P 3. 6 /W R16P 3. 7 /R D17R S T9X T A L 218X T A L 119GND20V C C40P 2. 021P 2. 1