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畢業(yè)設(shè)計(jì)-r12m弧形方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置設(shè)計(jì)(已改無錯(cuò)字)

2023-01-15 19:59:49 本頁面
  

【正文】 滑脫式 ),在這段時(shí)間里,新生成的坯殼能有足夠的強(qiáng)度把被拉斷的坯殼聯(lián)接起來,使被拉斷的坯殼得以焊合,拉漏現(xiàn)象就會(huì)有所減少。 另外由于結(jié)晶器上下振動(dòng)。周期地改變液面與結(jié)晶器壁的相對位置,有利于保護(hù)渣在結(jié)晶器壁的滲透,可改善潤滑 狀況,減少拉坯時(shí)的摩擦阻力和粘結(jié)的可能,使拉坯順利進(jìn)行。 結(jié)晶器振動(dòng)的方式 結(jié)晶器振動(dòng)按速度特征可分為 3 種,如圖 2— 2 所示。在圖中 V為拉坯速度,Vm為結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)速度。 (1)同步式所謂同步式振動(dòng),即結(jié)晶器下振速度與拉坯速度相同,上振時(shí)速度為下振速度的 3 倍,如圖 22 中曲線 1。 這種振動(dòng)方式在上升和下降的速度折點(diǎn)上,加速度大,產(chǎn)生較大的沖擊力,在生產(chǎn)中已經(jīng)被淘汰。 (2)負(fù)滑脫式如圖 22中曲線 2,在結(jié)晶器下振時(shí)其速度大于拉坯速度,在這種情形下出現(xiàn)負(fù)滑脫,故稱負(fù)滑脫式。 其主要特點(diǎn) 是:結(jié)晶器先以比拉速稍高的速度下降一段時(shí)間,即負(fù)滑動(dòng)或負(fù)滑脫。此時(shí)坯殼處于受壓狀態(tài),這即有利于強(qiáng)制脫模又有利于斷裂坯殼的壓合,然后再以較高的速度上升。結(jié)晶器在下降或上升過程中都有一段穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,這對坯殼的生成是有得的。負(fù)滑脫式振動(dòng)的頻率應(yīng)隨拉速的變化而變化,拉速大時(shí)振動(dòng)頻率也要高,反之亦然。 (3)正弦振動(dòng)如圖 23中曲線 3,其特點(diǎn)是振動(dòng)速度按正弦規(guī)律變化。 12 圖 22 結(jié)晶器振動(dòng)速度曲線 1同步式; 2負(fù)滑脫式; 3正弦振動(dòng) 正弦式振動(dòng)得到廣泛的應(yīng)用,因?yàn)樗腥缦碌膬?yōu)點(diǎn): (1)在運(yùn)動(dòng)過程中沒有穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)階段,因而有利于脫模,但也有一段負(fù)滑脫階段,使被拉裂的坯殼起到焊合作用。 (2)結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)的加速度必然按余弦規(guī)律變化,所以過渡點(diǎn)比較平穩(wěn),沒有很大沖擊。 (3)正弦振動(dòng)可以用曲柄連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)比較簡單,易于加工和維修。 因此,正弦式振動(dòng),可以提高振動(dòng)頻率,減少振痕 深度,改善鑄坯表面質(zhì)量。近年來正弦振動(dòng)成了國內(nèi)外各種斷面連鑄機(jī)上普遍采用的一種振動(dòng)規(guī)律。而負(fù)滑脫式則越來越少了。 結(jié)晶器的振動(dòng)機(jī)構(gòu) 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)。 使結(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、雙搖桿式以及四偏心式等等。使結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)規(guī)律的方式有:偏心輪式、凸輪式以及液壓缸式等。有機(jī)的使結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)弧形運(yùn)動(dòng)軌跡的方式和實(shí)現(xiàn)預(yù)定振動(dòng)規(guī)律的方式相互組合,將 產(chǎn)生多種型式時(shí)振動(dòng)機(jī)構(gòu)和裝置。 13 現(xiàn)就振動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型簡單介紹如下: ( 1) 差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)時(shí)利用齒輪或凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)原理來實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng)的。 ( 2) 雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)也稱雙斷臂式或四連桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)。它是通過選擇適當(dāng)尺寸的兩個(gè)搖桿,使其在某一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)是繞曲率半徑中心的圓弧線運(yùn)動(dòng)。圓弧線的半徑應(yīng)當(dāng)是結(jié)晶器振動(dòng)的曲率半徑 R。既然有瞬時(shí)性,因此雙搖桿所實(shí)現(xiàn)的圓弧振動(dòng)也是一個(gè)近似的圓弧軌跡。 ( 3) 四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu) 這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型振動(dòng)機(jī)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動(dòng)軌跡準(zhǔn)去的優(yōu) 點(diǎn)。其設(shè)計(jì)原理與我國的差動(dòng)齒輪相似。這種振動(dòng)機(jī)構(gòu)是靠偏心輪連桿的推力,作用于振動(dòng)臺(tái)的四角,使結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)、不會(huì)由于結(jié)晶器內(nèi)阻力作用點(diǎn)的偏移而使結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)。其缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件較多,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 結(jié)晶器振動(dòng)的主要參數(shù) 結(jié)晶器振動(dòng)的基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表 21。 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的基本設(shè)計(jì)參數(shù) 表 21 序 號(hào) 項(xiàng) 目 代 號(hào) 單 位 1 振動(dòng)速度 PV 米 /分 2 振動(dòng)頻率 f 次 /分 3 振幅 a 毫米 4 主軸偏心距 a 毫米 5 振動(dòng)臺(tái)的靜負(fù)荷 Q 牛 6 結(jié)晶器摩擦阻力 F 牛 14 第三章 方案的分析、論證及確定 己知參數(shù) 參數(shù): : 280?380(毫米 ?毫米 ) : 毫米 :12 米 :30300rpm(次 /分 ) 5.快速更換裝置重量 裝置名稱 快速更換裝置(隔開) 結(jié)晶器 扇形 1段 結(jié)晶器冷卻水 方坯長度 提升梁 總重 重量( t) 10. 2 3. 0 4. 8 0. 2 3. 5 3. 3 25. 0 方案的總體布置 結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)的總體布置圖見圖 31: 1電機(jī) 。 2雙輸出減速器 。 3錐齒輪箱 。 4外弧側(cè)兩連桿 。 5內(nèi)弧 側(cè)兩連桿 。 6偏心軸 。 7板簧 。 8振動(dòng)臺(tái)及結(jié)晶器 圖 31 結(jié)晶器四偏心振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖 15 由電動(dòng)機(jī) 1 帶動(dòng)減速機(jī) 2,通過萬向軸帶動(dòng)兩側(cè)錐齒輪箱 3,每個(gè)錐齒輪箱各自帶動(dòng)具有不同偏心距的偏心軸 6。每根偏心軸的兩個(gè)不同偏心距( C點(diǎn)為外弧偏心距, D 點(diǎn)為內(nèi)弧偏心距)具有同向偏心點(diǎn),由于每根偏心軸的兩個(gè)偏心距不同(外弧側(cè)偏心距大于內(nèi)弧側(cè)偏心距 ),使振動(dòng)臺(tái)作仿弧振動(dòng)。結(jié)晶器弧線運(yùn)動(dòng)是借助兩對偏心距不等的偏心軸 6 及連桿 4, 5 進(jìn)行的。結(jié)晶器弧線運(yùn)行的定中(導(dǎo)向)是利用板式彈簧 7,一頭連接在快速更換臺(tái)的框架上,另一頭連接在振動(dòng)臺(tái)恰當(dāng)位置上來實(shí)現(xiàn)的。板式彈簧使振動(dòng)臺(tái)只能作弧形擺動(dòng),而不能產(chǎn)生前后左右的位移。 結(jié)晶器振動(dòng)裝置各部件設(shè)計(jì)方案確定 驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)與雙向輸出減速器通過聯(lián)軸器連接 ,減速器的雙向輸出端分別與振動(dòng)機(jī)構(gòu)通過聯(lián)軸器連接 ,兩邊振動(dòng)裝置采用對稱布置型式。 驅(qū)動(dòng)裝置布置圖見圖32: 3 振動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖見圖 33 16 圖 33 四偏心振動(dòng)機(jī)構(gòu) 1外側(cè)偏心; 2外側(cè)連桿; 3內(nèi)側(cè)偏心; 4內(nèi)側(cè)連桿; 5板式彈簧; 6臺(tái)架;7結(jié)晶器 圖 33振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 如圖 33 所示,在結(jié)晶器下部左右兩側(cè),各有兩根偏心軸,偏心軸上各裝有兩個(gè)偏心套,但兩個(gè)偏心軸和偏心套的偏心距不同 。兩偏心軸以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),通過偏心套及連桿使結(jié)晶器產(chǎn)生弧線擺動(dòng)。 17 第四章 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析 振動(dòng)平均速度、最大速度與拉坯速度計(jì)算 采用正弦波振動(dòng)的機(jī)構(gòu),由偏心軸、連桿和由空間 四連桿引導(dǎo)的振動(dòng)臺(tái)組成,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析見圖 41。 βα 圖 41 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 振動(dòng)臺(tái)上某點(diǎn) A的位移方程如下, A 點(diǎn)的位移為 x, 則 x=L+a(Lcos? +rcos? ) 運(yùn)算并省略高 次項(xiàng),一般 Lr, 得 x=a[(1cos? )+ La41 (1cos2? )] 取一階導(dǎo)數(shù),得 A點(diǎn)的速度方程: V=a? (sin? + ?2sin21La ) 式中, ? 偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,弧度 /秒。 頻率為每分鐘振動(dòng)的周期數(shù),則偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度關(guān)系如下: 60f2??? 式中 ,f頻率 ,次 /分 . 由巳知設(shè)計(jì)參數(shù) ,振動(dòng)頻率為 30300rpm,取 200rpm 18 則 ? =602021 ??= rad/s 按速度方程可求出 : 最大振動(dòng)速度 : Vmax =aw= 310?? ? = 310?? m/s 平均振動(dòng)速度 : Vp =?aw2= 310?? m/s 代入頻率并改變速度的單位為米 /分 ,得下式 : Vmax = af?2 = m/min Vp = af4 =2 m/min 當(dāng)振動(dòng)平均速度與拉坯速度有以下關(guān)系時(shí) : Vp = 式中 Vp —— 平均振動(dòng)速度 ,m/min VL —— 拉坯速度 ,m/min 代入得 :VL = m/min 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: ? =LLV VV ?max ?100% 式中, ? —— 負(fù)滑脫量, %。 Vmax —— 最大振動(dòng)速度, m/min。 VL —— 拉坯速度, m/min。 負(fù)滑脫能幫助“脫模”,有得于拉裂坯殼愈合。由公式可得出: ? = ? %100? =85% 結(jié)晶器振動(dòng)的速度與加速度 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的速度的大小和方向是隨時(shí)間的變化而變化的,由于結(jié)晶器按正弦曲線規(guī)律振動(dòng)的,若結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t(s),則振動(dòng)結(jié)晶器任一瞬時(shí)的 19 運(yùn)動(dòng)速度 Vm 可由下式求得: Vm =Vmax sin t? 可知,結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度是按正弦規(guī)律變化的, 當(dāng), t? =0,t=0 時(shí) ,Vm =0。 當(dāng), 0t?? , 0t? 時(shí), 0mv? 4t ??? , t= 時(shí), Vm =,方向向下; 2t ??? , t= 時(shí), Vm =,振動(dòng)速度達(dá)到最大; 4t ???3 , t=, Vm =,方向向下 。 t??? , t= 時(shí), 0mv? ,結(jié)晶器振動(dòng)到最低點(diǎn),準(zhǔn)備向上振動(dòng); 4t ???5 , t=, Vm =,方向向上; 2t ???3 , t= 時(shí), Vm =,振動(dòng)速度達(dá)到最大; 4t ???7 , t= 時(shí), Vm =,方向向上 ; 2t??? , t= 時(shí), 0mv? ,開始下一個(gè)周期。 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的加速度可由以下公式計(jì)算: a=tvddm =Vmax ? cos t? = cos t? m/s2 由此可見結(jié)晶器振動(dòng)的加速度是按余弦規(guī)律變化的 , 當(dāng) 4t ??? , t= 時(shí), a=。 2t ??? , t= 時(shí) a=0。 4t ???3 , t= 時(shí) a=。 t??? , t= 時(shí), a=。 4t ???5 , t= 時(shí), a= 。 2t ???3 , t= 時(shí), a=0。 20 4t ???7 , t= 時(shí), a=。 2t??? , t= 時(shí), a= ,開始下一個(gè)周期。 21 第五章 結(jié)晶器振動(dòng)裝置力能參數(shù)計(jì)算 結(jié)晶器振動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 振動(dòng)總負(fù)荷 Pt =Q+F+Pv 式 中 Pt —— 振動(dòng)總負(fù)荷 ,N。 Q—— 振動(dòng)臺(tái)上承受總靜負(fù)荷 ,148000N。 F—— 結(jié)晶器摩擦阻力 ,N。 Pv —— 動(dòng)負(fù)荷 ,N。 動(dòng)負(fù)荷計(jì)算 Pv =m? a 式中 Pv —— 動(dòng)負(fù)荷 ,N。 M—— 被振動(dòng)負(fù)荷質(zhì)量 ,14800Kg。 a—— 振 動(dòng)加速度 。 為使電動(dòng)機(jī)在正常負(fù)荷下啟動(dòng) ,上式中 a以最大加速度 。 則 P v =m? a=16280N。 結(jié)晶器摩擦 阻 力確定 結(jié)晶器實(shí)測摩擦阻力值見表 51。 22 結(jié)晶器實(shí)測摩擦阻力 表 51 鋼廠 鑄坯斷面,毫米 拉坯阻力變化, N 每米邊長 阻力, N 資料來 源 邯鄲鋼鐵總廠 120?120 245420 510888 北京鋼鐵學(xué)院 150?150 630750 10501250 北京鋼鐵學(xué)院 重慶鋼鐵公司 170?250 10401300 12401550 北京鋼鐵學(xué)院 180?875 20213000 9451420 北京鋼鐵學(xué)院 一般結(jié)晶器的長度為 5001200mm。取長度為 1200mm,是偏于安全的。由于所設(shè)計(jì)的結(jié)晶器鑄坯斷面尺寸為 280?380,與表 51中重慶鋼鐵公司的 170? 250的較接近,每米邊 長阻力為 1420。由此,結(jié)晶器摩擦阻力為: F=1420?=1704N 傳動(dòng)功率計(jì)算 P=?1000PtVp 式中 P—— 傳動(dòng)功率 。 Vp —— 平均速度 。 ? —— 傳動(dòng)總效率, ? 取 ,現(xiàn)取 。 Pt —— 振動(dòng)總負(fù)荷 。 由前面的計(jì)算知道: Pt = Q+F+Pv =148000+1704+162
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