【正文】 機的結晶器液壓振動波形發(fā)生器。 研究目的結晶器按預定波形受控振動是連鑄機正常生產(chǎn)的保障。如何控制結晶器(Mould)按給定波形規(guī)律進行振動是連鑄生產(chǎn)過程的關鍵技術。第二章 連鑄結晶器簡介 結晶器的功能及結構結晶器是水冷的銅模，是連鑄機非常重要的部件，被稱為連鑄機的“心臟”。因此結晶器應具有良好的導熱性和剛性，不易變形，重量要輕，以減小振動時的慣性力；內(nèi)表面耐磨性要好，以提高使用壽命。結晶器銅板的工作環(huán)境非常嚴酷,因而對其物理性能的要求也十分苛刻。這是為了保證鋼液在結晶器內(nèi)迅速凝固成一定厚度、一定強度的坯殼,防止鑄坯出結晶器后漏鋼。由于結晶器銅板要和1470至1600℃的高溫鋼水接觸,背面又受約30℃左右的冷卻水冷卻,在如此巨大的溫度梯度下,反復產(chǎn)生的熱應力也是極大的。此外,其要有足夠的硬度和耐磨性,尤其是要有較高的軟化溫度。按結晶器的外形，結晶器可分為直結晶器和弧形結晶器。從結構來看，有管式結晶器和組合式結晶器。連鑄機結晶器振動的目的是防止拉坯時坯殼與結晶器黏結,同時獲得良好的鑄坯表面。而當結晶器向下運動時,借助摩擦,在坯殼上施加一定的壓力,愈合結晶器上升時拉出的裂痕,要求向下運動的速度大于拉坯速度,形成負滑脫。在初生坯殼與結晶器壁之間存在液體渣膜,此處的摩擦為黏滯摩擦,即摩擦力大小正比于相對運動速度,渣膜黏度,反比于渣膜厚度。坯殼與結晶器內(nèi)壁之間的摩擦主要是液態(tài)摩擦,因此,在結晶器向上運動過程中坯殼所受到拉應力大小隨坯殼與結晶器內(nèi)壁之間的相對速度的增加而增大。這兩個后果都可能導致粘模甚至拉漏事故。 結晶器振動規(guī)律的發(fā)展結晶器由靜止變?yōu)檎駝樱鹆诉B鑄工作者的廣泛關注和興趣，人們紛紛進行試驗研究工作，對粘結性漏鋼機理進行了研究，發(fā)展了各種結晶器振動規(guī)律。這種振動方式對鑄坯脫模是有效的，早期得到了應用。但這種波形的采用，使固定的結晶器變?yōu)檎駝拥慕Y晶器，使結晶器技術產(chǎn)生一個飛躍。隨著負滑動理論的不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了正弦速度規(guī)律，正弦振動速度規(guī)律采用偏心輪實現(xiàn)。正弦振動目前仍被廣泛應用。正弦振動方式的上下振動時間相等，上下振動的最大速度也相同。另外，由于結晶器的運動速度是按正弦規(guī)律變化的，其加速度必然按余弦規(guī)律變化，所以過度比較平穩(wěn)，沖擊較小。隨著高速鑄機的開發(fā)，拉坯速度越來越快，結晶器上振時與鑄坯間的相對運動速度加大，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。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。因此,作用于坯殼上的壓力增大,有利于鑄坯脫膜。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。 結晶器振動參數(shù)結晶器振動的主要參數(shù)包括振幅、頻率、波形偏移率和負滑脫時間。結晶器振動裝置的振幅與頻率是互相關聯(lián)的，一般頻率越高，振幅越小。如振幅小，結晶器內(nèi)鋼液面波動小，這樣容易控制澆注技術，使鑄坯表面光滑。⑵ 波形偏斜率。顯然，正弦振動時α=0。 結晶器振動機構結晶器按一定的運動軌跡振動?！?】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。其優(yōu)點是：結晶器振動平穩(wěn)，無擺動和卡阻現(xiàn)象，適合于高頻小振幅，但結構復雜。薄板坯連鑄結晶器振動形式的方向是液壓振動。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)。眾所周知，在負脫滑時間內(nèi)，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。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。⑶結構緊湊、簡單,傳遞環(huán)節(jié)少,與結晶器對中調(diào)整方便,維護也方便。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。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。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(xiàn)。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(shù)。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。但是這種模塊產(chǎn)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。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(shù)。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(nèi)穩(wěn)定性好、操作方便、體積小、耗電少。 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。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(shù)中對一個數(shù)組附值，經(jīng)過DAC0832輸出，在示波器上就會觀察到不同函數(shù)值的波形。 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。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?？傮w設計方框圖如下： 總體設計方框圖 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(shù)據(jù)線上送出一系列按一定規(guī)律變化的數(shù)據(jù)信息，通過D/A轉(zhuǎn)換器和運算放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號。：單片機電路功能：形成掃描碼、鍵值識別、鍵處理、參數(shù)設置；形成波形的數(shù)字編碼，并輸出到D\A轉(zhuǎn)換電路。P0（分時復用）提供16位地址線。D/A轉(zhuǎn)換電路功能：將波形樣值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。0832輸出波形信號時，其幅度是可調(diào)的。假如N個點構成波形的一個周期，則0832輸出N個樣值點后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。 AT89C51單片機簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)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(shù)據(jù)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(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。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。掉電方式保存RAM中的內(nèi)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。有些引腳具有兩種功能。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。Flash變成和程序校驗期間，P1口接收低8位地址。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。RST：復位輸入。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。更要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取命令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。EA/VPP：外部訪問允許。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。時鐘振蕩器：AT89C51中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF10pF。行列式鍵盤比獨立式鍵盤復雜，但其與單片機的接口同樣可以用查詢以及中斷的方式實現(xiàn)連接。 行列式鍵盤接口單片機通過定時器定時的形式查詢按鍵狀態(tài)，也可以在程序中隨機查詢，或者當CPU空閑的時候查詢鍵盤狀態(tài)來響應用戶的鍵盤輸入。（2） 接口電平由于單片機的接口電平與74系列邏輯電路的電平均為TTL電平，因此應用DAC芯片時，應選用TTL接口電平的芯片。輸出電壓范圍為0～5V、0～10VV、V等。2. DAC0832結構及原理DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部，具有兩級輸入數(shù)據(jù)緩沖器和一個R2R T型電阻網(wǎng)絡。當=1時，寄存器的輸出隨輸入而變化；=0時，數(shù)據(jù)被所存在寄存器中，不受輸入量變化影響。能否進行D/A轉(zhuǎn)換，除了取決于外，還依賴于。否則，=0，停止D/A轉(zhuǎn)換。3. DAC0832的引腳功能D/A轉(zhuǎn)化電路是一個R—2R T型電阻網(wǎng)絡，實現(xiàn)8位數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，： DAC0832引腳圖(1) DI7～DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。(3) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。當ILE=1和=0時，為輸入寄存器直通方式；當ILE=1和=1時，為輸入寄存器鎖存方式。(6) ：數(shù)據(jù)傳送控制信號（輸入），低電平有效。當=0和=0時，為DAC寄存器直通方式；當=1和=0時，為DAC寄存器鎖存方式。(8) Iout2：電路輸出極2，Iout1+Iout2為常數(shù)。0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運算放大器，Rfb即為運算放大器的反饋電阻端。(11) DGND：數(shù)字地。4. DAC0832工作時序D/： DAC0832工作時序(1) =0、=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。5. DAC0832的工作方式DAC0832與單片機連接情況下有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。單緩沖方式：=1，或者=1，在單緩沖工作方式下，DAC0832的兩個8位寄存器中僅有一個處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，另一個則受CPU送來的控制信號控制，數(shù)據(jù)送來即可完成一次D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832在這種接法時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步完成的，即CPU首先通過數(shù)據(jù)總線分時向各路D/A轉(zhuǎn)換器的輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中，然后CPU同時向所有的D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)出控制信號，將鎖存在輸入鎖存器上的數(shù)據(jù)輸入到DAC寄存器上，實現(xiàn)同步輸出。前面介紹了D/A轉(zhuǎn)換器有單極性和雙極性電壓輸出，本設計采用雙極性電壓輸出。其原理是將ua741（2）的輸入端通過電阻R2與參考電源Vref相連。因此，運算放大器ua741（2）的輸入電流為兩支路電流之代數(shù)和。由于