CN106493315A - 双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置 - Google Patents

Abstract

一种双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其主要是两个伺服电机分别通过减速器驱动两个偏心轴，两偏心轴通过连杆驱动结晶器振动台实现非正弦或正弦振动。振动台底部安装缓冲弹簧以减小振动冲击和伺服电机功率。振动台通过8片板簧导向，保证振动台沿垂直方向振动。偏心轴上装有偏心套，用来调节振幅。两伺服电机须反向同步转动，保证振动台不发生偏摆。振动台上安装结晶器。两伺服电机按特定规律反向非匀速同步转动，可实现结晶器非正弦振动，两伺服电机反向匀速同步转动可实现结晶器正弦振动。本发明结构简单、紧凑、传动链短，可实现波形偏斜率和频率在线调节及振幅停机调节。

Description

双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置

技术领域

本发明涉及连续铸钢领域，特别是结晶器非正弦振动装置。

背景技术

结晶器非正弦振动是实现高效连铸的关键技术之一。该振动方式对于提高拉速，改善铸坯质量具有明显的效果。目前连铸工业生产中，驱动结晶器振动的装置主要有，液压驱动装置，伺服电动缸驱动装置及机械驱动装置，其中，采用液压驱动系统实现非正弦振动，可实现任意波形的振动且振幅、波形偏斜率和频率能够在线调节，但液压驱动系统复杂，投资、运行维护费用高。

镭目公司开发的伺服电动缸驱动结晶器非正弦振动装置，能够实现任意波形振动且振幅、波形偏斜率和频率在线调节，但因四个电动缸同步运动难以达到较高的控制精度，伺服电机频繁正反转、启停，降低装置使用寿命，同时滚珠丝杠的承载和抗冲击能力难以与液压和偏心轴机构相比。

国内开发的机械驱动装置，操作维护方便，投资费用低。如2004年《机械工程学报》杂志第40卷第11期刊登了“椭圆齿轮驱动结晶器非正弦振动装置”。2009年《机械工程学报》杂志第45卷第5期刊登了“逆平行四连杆驱动结晶器非正弦振动装置”。2015年《中国机械工程》杂志第26卷第17期刊登“空间非圆齿轮双侧驱动同步驱动板坯结晶器非正弦振动的研究”。虽然机械驱动装置结构简单，维护方便，但波形偏斜率都不能在线调节，在一定程度上限制非正弦系统优越性发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波形偏斜率和频率在线调节，振幅停机可调的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置。本发明主要是通过双伺服电机同步反向转动且每个伺服电机连续单向转动来实现。

本发明主要包括，两个伺服电机，两个减速器，两个联轴器，两根偏心轴，两个连杆，四个缓冲弹簧和八片导向板簧。其中，伺服电机与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴通过联轴器与偏心轴一端相连，该偏心轴置于偏心套内，该偏心套又与连杆一端套接，偏心套与连杆之间设有滚动轴承。连杆的另一端与振动台通过铰链相连，铰链中装有滚动轴承。上述组件为相同的两套。该两套组件的连杆与同一个振动台相连，连杆与振动台的两个铰接点设在振动台两侧，并对称分布，防止出现偏载和偏摆现象。两个伺服电机非匀速同步反向转动，两个偏心轴的偏心分别与偏心套组成合成偏心，两个合成偏心的初相位处于水平位置时，其方向相反，即初相位相差180度，以保证振动台振动过程中不出现偏摆。结晶器与振动台相连接，结晶器振动台底部通过4组缓冲弹簧与机架相连，以减小振动冲击和减小伺服电机功率。振动台相对的两侧设置8片导向板簧，导向板簧一端与振动台固连，另一端与机架相连，保证振动台及结晶器的振动轨迹。

本发明的工作过程大致如下：该非正弦振动机构在工作时，两伺服电机单向连续变转速转动，并通过减速器驱动偏心轴，使偏心轴变角速度转动，偏心轴带动连杆、连杆推动振动台及其上结晶器实现铅垂方向的非正弦振动，当两伺服电机匀速转动时，实现正弦振动。采用缓冲弹簧平衡振动台及结晶器等构件的重力和运动时的惯性力，振动台采用板簧导向，保证结晶器的运动轨迹。其中两个伺服电机同步反向转动、伺服电机连续单向运转、两伺服电机转速按特定规律周期性变化，转速的变化规律根据波形偏斜率和振动频率确定，即不同的非正弦振动函数要求伺服电机按相应的变转速转动规律转动，如：若想实现德马克公司提出的非正弦振动函数，伺服电机按图5所示的变转速规律转动即可。两伺服电机的同步转动及变转速转动通过电气同步控制及反馈控制方法实现，即由控制人员按照所要实现的非正弦振动函数要求编制控制程序，通过控制器、伺服电机的驱动器，采用同步控制及反馈控制方法使电机按照给定的变转速转动规律同步转动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、不需要配备液压站，结构简单、紧凑、占用空间小，传动链短，投资、维护及运行费用低。

2、装置采用传统机构原理，避免滚珠丝杠的弊端，提高装置承载能力、抗冲击能力及可靠性，延长装置使用寿命。

3、两个伺服电机反向同步转动，可有效防止振动台的偏摆。适用于直弧形或者立式连铸机。若将两个连杆与振动台的铰接点分别放置在内弧和外弧侧，通过改变两偏心轴的偏心大小及导向板簧的布置，也可以适用于弧形连铸机。

4、实现波形偏斜率和频率在线调节，振幅停机可调。

5、本发明不但适用于新建的连铸机，而且也适用于对现有连铸机结晶器非正弦振动的改造。

附图说明

图1是本发明立体示意图。

图2是本发明主视示意简图。

图3是本发明俯视示意简图。

图4是本发明偏心轴与偏心套的剖面图。

图5是不同波形偏斜率下伺服电机的转速曲线图。

图6是不同波形偏斜率下德马克非正弦振动位移曲线图。

图7是不同波形偏斜率下德马克非正弦振动速度曲线图。

图中：1、伺服电机，2、减速器，3、联轴器，4、偏心轴，5、偏心套，6、连杆，7、缓冲弹簧，8、振动台，9、导向板簧，10结晶器。

具体实施方式

在图1、图2和图3所示的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置的示意图中，两个伺服电机1，两个减速器2，两个联轴器3，两根偏心轴4，两个连杆6，四个缓冲弹簧7，振动台8和导向板簧9。其中，伺服电机1与减速器2的输入轴相连，减速器的输出轴通过联轴器3与偏心轴4一端相连，该偏心轴的偏心部分置于偏心套5内，如图4所示，调整振幅时使偏心套相对偏心轴转动，改变合成偏心的大小，对于直弧形或立式连铸机，两合成偏心大小应相同，振幅调整完毕后偏心套与偏心轴锁死，不相对转动，其中两偏心轴4和偏心套5的合成偏心处于水平位置，两合成偏心的方向相反，即初相位相差180度，两偏心轴的转动方向相反，转动角速度应时时相同。该偏心套又与连杆6一端套接，偏心套与连杆之间设滚动轴承。连杆的另一端与振动台8通过轴承铰接。上述组件为相同的两套，该两套组件的连杆与同一个振动台相连，两连杆与振动台的两个铰接点设在振动台两侧并对称分布。结晶器10与振动台8采用固定连接，振动台8底部装有4组缓冲弹簧7，在拉坯方向振动台两侧装有8片导向板簧9，用来保证振动台的振动轨迹，导向板簧4片为一组，上下布置。

以德马克非正弦振动波形函数为例。德马克非正弦振动位移函数为：

式中：s—振动的位移

f—结晶器振动频率

α—波形偏斜率

t—时间

h—振幅

伺服电机的转动角速度为：

式中：ω—伺服电机转动角速度

i—减速器的传动比

伺服电机转速为：

式中：n—电机的转速。

伺服电机的转速n为波形偏斜率α和结晶器振动频率f的函数。若想调节波形偏斜率和振动频率中的任何一个参数，就需要计算伺服电机在一个振动周期内的转速曲线。每一个确定的α、f值，在一个振动周期内就对应一个转速n的变化规律。只要伺服电机按着所计算转速曲线转动，就可实现参数调节后的波形。

当振幅h＝5mm,频率f＝2Hz,传动比i＝10，波形偏斜率α＝0～0.35时，德马克非正弦振动位移曲线和速度曲线分别如图6、图7所示。通过改变电机的变转速转动规律实现波形偏斜率α和振动频率f两个振动参数的在线调节，通过改变偏心轴与偏心套的相对位置实现振幅的调整，因此振幅可以实现在线停机调节。

对于板坯连铸机，结晶器振动频率一般为120次/min，振动周期为0.5s。当结晶器振动频率在0-360(次/min)范围变化时，伺服电机转动速度变化范围为0-6000(转/min)。

Claims (5)

1.一种双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其特征在于：伺服电机与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴通过联轴器与偏心轴一端相连，该偏心轴的偏心部分置于偏心套内，该偏心套又与连杆一端套接，偏心套与连杆之间设有滚动轴承，连杆的另一端与振动台通过铰链相连，铰链中装有滚动轴承，上述组件为相同的两套，该两套组件的连杆与同一个振动台相连，连杆与振动台的两个铰接点设在振动台两侧，并对称分布，结晶器振动台底部通过4组缓冲弹簧与机架相连，振动台相对的两侧设置8片导向板簧，板簧一端与振动台固联，另一端与机架相连。

2.根据权利要求1所述的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其特征在于：两个伺服电机非匀速同步反向驱动。

3.根据权利要求1所述的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其特征在于：两个偏心轴的偏心分别与偏心套组成合成偏心，两个合成偏心的初相位位于水平位置时，其方向相反，即初相位相差180度。

4.根据权利要求1所述的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其特征在于：缓冲弹簧为4组，纵向对称设置。

5.根据权利要求1所述的双伺服电机同步驱动结晶器非正弦振动装置，其特征在于：导向板簧为8片，4片为一组，上下设置。