CN112658222B - 伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，所述装置包括两套对称设置在振动台两侧的波形激发组件；所述波形激发组件中两个伺服电机分别通过减速器分别与第一、二偏心轴的非偏心轴端相连，所述第一、二偏心套的内孔通过轴承分别与第一、二偏心轴的偏心轴段铰接，所述空心连接套两端分别通过轴承与第一、二偏心套的外径铰接，所述连杆的下端与空心连接套外圆面通过调心轴承铰接，所述连杆的上端与振动台的下方通过调心轴承铰接。本发明通过控制两偏心轴的夹角来调节振幅，伺服电机按特定规律转动来实现振动波形，本发明结构简单紧凑、无污染、建造和维护费用较低，且振幅、波形和频率均可在线调节。

Description

伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置

技术领域

本发明涉及连续铸钢技术领域，尤其涉及一种伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置。

背景技术

连续铸钢是目前钢铁生产中的关键技术，其中结晶器是连续铸钢设备中的铸坯成型设备，是连铸机的核心部件，称之为连铸机的心脏设备。结晶器振动装置可以用来支撑结晶器，使得结晶器上下往复振动，目的是防止坯壳与结晶器壁粘结以及引发的坯壳拉断和漏钢事故。随着科技水平的不断提高，振动装置可以分为液压伺服驱动式和电机驱动的机械式两大类。

申请号为201020191206.4的中国专利，公开了一种液压非正弦振动系统，其以液压缸作为波形发生器，通过伺服控制液压缸来实现振动台按照特定规律往复运动。液压伺服波形发生器虽然可以产生任意的波形，并且振幅、频率和波形偏斜率在线调整，但是其控制复杂，建造和维护成本较高，并且在运行过程中会产生液压油泄露事故造成环境污染。相比较而言电机驱动的机械式驱动装置具有控制简单，成本低，维护简单，没有污染等优势。申请号为201320439578.8的中国专利，公开了一种凸轮式非正弦振动装置，其用凸轮作为波形激发元件，虽然控制简单，成本低，没有污染，但是其凸轮轮廓一旦制成无法改变，无法实现波形偏斜率和振幅的在线调节。因此，现有的结晶器振动装置均存在一定缺陷和不足之处，还具有较大的提升和完善的空间。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有容易控制、维护简单、环保以及振幅、波形和频率均在线可调等优势的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，由两套波形激发组件组成，两套波形激发组件对称设置在振动台的两侧；所述波形激发组件包括机架、第一伺服电机、减速器、联轴器、变幅机构、轴承座、连杆和第二伺服电机；所述第一伺服电机和第二伺服电机轴线重合，相向固定在机架上部的左右两侧；所述第一伺服电机的输出轴上连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器与变幅机构的一端连接；所述第二伺服电机的输出轴上连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器与变幅机构的另一端连接，所述轴承座两个为一组分别固定在机架上用来支撑变幅机构，所述连杆的下端与变幅机构外圆面通过调心轴承铰接，所述连杆的上端与振动台的下方通过调心轴承铰接；所述两套波形激发组件中的第一伺服电机转动方向相反，所述两套波形激发组件中的第二伺服电机的转动方向相反。

进一步的，所述变幅机构包括第一偏心轴、第二偏心轴、第一偏心套、第二偏心套和空心连接套；所述第一偏心轴和第二偏心轴的非偏心轴段外端分别与两侧联轴器连接；所述第一偏心套的内孔通过轴承铰接在第一偏心轴的偏心轴段，所述第二偏心套的内孔通过轴承铰接在第二偏心轴的偏心轴段，且所述第一偏心套的内孔与外径轴线平行但不重合，所述第二偏心套的内孔与外径轴线平行但不重合；所述空心连接套两端分别通过轴承与第一偏心套和二偏心套的外径铰接，使得第一偏心套和第二偏心套的外径轴线重合；所述连杆的下端通过调心轴承与空心连接套的外圆面铰接。

进一步的，所述第一偏心轴偏心轴段的轴线与第二偏心轴偏心轴段的轴线在改变振幅的过程中不重合，所述空心连接套的轴线与第一偏心轴和第二偏心轴非偏心轴段的轴线在改变振幅的过程中不重合。

进一步的，所述变幅机构包括第一偏心轴、第三偏心套、变幅滑块、变幅套和变幅输入轴；所述第三偏心套的右侧中部设置有横向滑槽，所述第三偏心套的内孔与第一偏心轴的偏心轴段通过轴承铰接，所述第二伺服电机通过减速器输出动力到变幅输入轴，所述变幅输入轴与减速器的输出轴通过联轴器连接；所述变幅套不偏心，其通过键与变幅输入轴连接；所述变幅套左侧中部设置有纵向滑槽，所述变幅滑块左右两侧分别垂直设置有横向滑块与纵向滑块，所述变幅滑块左侧横向滑块与第三偏心套右侧的横向滑槽滑动配合，所述变幅滑块右侧纵向滑块与变幅套左侧的纵向滑槽滑动配合；所述连杆的下端通过轴承与第三偏心套的外圆面铰接。

进一步的，所述第一伺服电机和第二伺服电机的输出轴线与连杆顶部的铰接轴线位于同一竖直平面内。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、与液压缸驱动的振动装置相比，不用配备液压站，避免了液压油的泄露和随之引起的环境污染，结构紧凑，简单，维护费用低；

2、可以实现波形偏斜率、频率和振幅的在线调节，控制简单；

3、可以方便的对现有连铸机结晶器振动装置进行改造；

4、两套波形激发组件对称设置反向同步驱动，可有效防止结晶器振动台出现偏振偏载等现象。

附图说明

图1是本发明实施例一的波形激发组件的轴测结构示意图；

图2是图1的主视剖面结构示意图；

图3是图2中的局部放大结构示意图；

图4是本发明单个波形激发组件的原理结构简图；

图5是本发明两个波形激发组件的布置方式示意图；

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第一偏心轴的角速度曲线示意图；

图8是不同波形偏斜率下第二偏心轴的角速度曲线示意图；

图9是偏心轴的夹角与振幅大小的关系曲线示意图；

图10是本发明实施例二的波形激发组件的主视剖面结构示意图；

图11是图10中变幅机构的爆炸结构示意图；

图12是图10中的局部放大结构示意图。

其中，附图标记：1-机架；2-第一伺服电机；3-减速器；4-联轴器；5-变幅机构；6-轴承座；7-连杆；8-第二伺服电机；9-振动台；11-导向板簧；51-第一偏心轴；52-第二偏心轴；53-第一偏心套；54-第二偏心套；55-空心连接套；56-第三偏心套；57-变幅滑块；58-变幅套；59-变幅输入轴；561-横向滑槽；571-横向滑块；572-竖向滑块；581-竖向滑槽。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

实施例一

参见附图1至5，本发明所提出的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置由两套波形激发组件组成，两套波形激发组件对称设置在振动台9的两侧；所述波形激发组件包括机架1、第一伺服电机2、减速器3、联轴器4、变幅机构5、轴承座6、连杆7和第二伺服电机8；所述机架1通过导向板簧11与振动台9连接，所述导向板簧11共设置有四片，其中部固定在振动台9上，两端固定在机架1上，用于确保振动台9的竖直运动轨迹；所述第一伺服电机2和第二伺服电机8轴线重合，并相向固定在机架1上部的左右两侧；所述第一伺服电机1的输出轴上连接有减速器3，所述减速器3的输出轴通过联轴器4与变幅机构5的一端连接，所述第二伺服电8的输出轴上连接有减速器3，所述减速器3的输出轴通过联轴器4与变幅机构5的另一端连接；所述轴承座6两个为一组分别固定在机架1上用来支撑变幅机构5，所述连杆7的下端与变幅机构5的外圆面通过调心轴承铰接，所述连杆7的上端与振动台9的下方通过调心轴承铰接；所述第一伺服电机2和第二伺服电机8的输出轴线与连杆7顶部的铰接轴线位于同一竖直平面内；且所述两套波形激发组件中相对应的第一伺服电机2的转动方向相反，相对应的第二伺服电机8的转动方向相反。

本实施例中，所述变幅机构5包括第一偏心轴51、第二偏心轴52、第一偏心套53、第二偏心套54和空心连接套55；所述第一偏心轴51和第二偏心轴52非偏心轴段的外端分别与两侧联轴器4连接，所述第一伺服电机2通过减速器3输出动力到第一偏心轴51，所述第二伺服电机8通过减速器3输出动力到第二偏心轴52；所述第一偏心轴51的偏心距为d₁，所述第一偏心套53的偏心距为d₂，所述第二偏心轴52的偏心距为d₃，所述第二偏心套的偏心距为d₄，所述第一偏心套53的内孔通过轴承铰接在第一偏心轴51的偏心轴段，所述第二偏心套54的内孔通过轴承铰接在第二偏心轴52的偏心轴段，且所述第一偏心套53的内孔与外径轴线平行但不重合，所述第二偏心套54的内孔与外径轴线平行但不重合；所述空心连接套55两端分别通过轴承与第一偏心套53和二偏心套54的外径铰接，使得第一偏心套53和第二偏心套54的外径轴线重合；所述连杆7的下端通过调心轴承与空心连接套55的外圆面铰接，用于避免加工误差。

本发明可以简化为曲柄滑块机构，如图4和图5所示，其中AB间的距离设为L_AB。通过调整第一伺服电机1和第二伺服电机8的转动来改变第一偏心轴和第二偏心轴52的夹角β，进而改变L_AB的长度，即改变曲柄滑块机构中曲柄的长度，最终达到改变振幅的目的。本发明在工作改变振幅的过程中，所述第一偏心轴51偏心轴段的轴线与第二偏心轴52偏心轴段的轴线不能重合，所述空心连接套7的轴线与第一偏心轴51和第二偏心轴52非偏心轴段的轴线不能重合。工作时两套波形激发组件中对应的伺服电机反向转动，如图5所示，防止偏摆现象发生。通过调节伺服电机同步运动时的频率和调整偏心轴的夹角，可以分别在线调整结晶器振动的频率和振幅。

下面将以德马克非正弦振动波形函数为例，进一步说明。德马克振动位移函数为：

式中：s为振动的位移(mm)，f为结晶器振动频率(Hz)，α为波形偏斜率，t为时间(s)，h为振幅。

为方便说明，以下将令第一偏心轴51的偏心距d1、第二偏心轴52的偏心距d3、第一偏心套53的偏心距d2、第二偏心套54的偏心距d4相等即

d₁＝d₂＝d₃＝d₄＝d

振动的振幅为：

进而两偏心轴的夹角β为：

第一伺服电机2驱动的偏心轴的角位移θ₁为：

由于第二伺服电机8与第一伺服电机是相向放置，所以其偏心轴的角位移θ₂为：

第一伺服电机2的角速度ω₁为：

式中：i为减速器传动比。

第二伺服电机8的角速度ω₂为：

所述振幅h是偏心轴夹角β的函数，当给定振幅h后，根据函数关系反求出β，进而可以确定两偏心轴的夹角。

伺服电机的转动角速度是波形偏斜率α和结晶器振动频率f的函数，每一个确定的α、f值在一个振动周期内对应一个伺服电机转动角速度规律，若想改变波形偏斜率和振动频率中的任何一个参数，在根据振幅调节好两偏心轴的夹角后，进一步计算出伺服电机在一个振动周期内的角速度曲线即可实现参数调节后的波形。

当振幅h＝4mm，频率f＝2Hz，传动比i＝10，波形偏斜率α＝0，0.1，0.2时，德马克非正弦位移曲线、第一伺服电机2角速度曲线和第二伺服电机8角速度曲线分别如图6、图7和图8所述；当偏心距d＝4mm，振幅h＝2mm-6mm时，偏心轴的夹角与结晶器振动的振幅关系如图9所示。

实施例二

参见附图10-12，本实施例与实施例一的区别在于：所述变幅机构5包括第一偏心轴51、第三偏心套56、变幅滑块57、变幅套58和变幅输入轴59；所述第三偏心套56的右侧中部设置有横向滑槽561，所述第三偏心套56的内孔与第一偏心轴51的偏心轴段通过轴承铰接，所述第二伺服电机8通过减速器3输出动力到变幅输入轴59，所述变幅输入轴59与减速器3的输出轴通过联轴器4连接；所述变幅套58不偏心，其通过键与变幅输入轴59连接；所述变幅套58左侧中部设置有纵向滑槽581，所述变幅滑块57左右两侧分别垂直设置有横向滑块571与纵向滑块572，所述变幅滑块57左侧横向滑块571与第三偏心套56右侧的横向滑槽561滑动配合，所述变幅滑块57右侧纵向滑块572与变幅套58左侧的纵向滑槽581滑动配合；所述连杆7的下端通过轴承与第三偏心套56的外圆面铰接。

在改变振幅时，所述第二伺服电机8驱动变幅套58旋转，从而带动第三偏心套56的转动，最终改变第一偏心轴51与第三偏心套56偏心距的夹角，即可达到改变曲柄滑块机构中曲柄长度的目的，即改变振幅的大小。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，其特征在于：所述装置由两套波形激发组件组成，两套波形激发组件对称设置在振动台的两侧；所述波形激发组件包括机架、第一伺服电机、减速器、联轴器、变幅机构、轴承座、连杆和第二伺服电机；所述第一伺服电机和第二伺服电机轴线重合，相向固定在机架上部的左右两侧；所述第一伺服电机的输出轴上连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器与变幅机构的一端连接；所述第二伺服电机的输出轴上连接有减速器，所述减速器的输出轴通过联轴器与变幅机构的另一端连接，所述轴承座两个为一组分别固定在机架上用来支撑变幅机构，所述连杆的下端与变幅机构外圆面通过调心轴承铰接，所述连杆的上端与振动台的下方通过调心轴承铰接；所述两套波形激发组件中的第一伺服电机转动方向相反，所述两套波形激发组件中的第二伺服电机的转动方向相反；

所述变幅机构包括第一偏心轴、第二偏心轴、第一偏心套、第二偏心套和空心连接套；所述第一偏心轴和第二偏心轴的非偏心轴段外端分别与两侧联轴器连接；所述第一偏心套的内孔通过轴承铰接在第一偏心轴的偏心轴段，所述第二偏心套的内孔通过轴承铰接在第二偏心轴的偏心轴段，且所述第一偏心套的内孔与外径轴线平行但不重合，所述第二偏心套的内孔与外径轴线平行但不重合；所述空心连接套两端分别通过轴承与第一偏心套和二偏心套的外径铰接，使得第一偏心套和第二偏心套的外径轴线重合；所述连杆的下端通过调心轴承与空心连接套的外圆面铰接。

2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，其特征在于：所述第一偏心轴偏心轴段的轴线与第二偏心轴偏心轴段的轴线在改变振幅的过程中不重合，所述空心连接套的轴线与第一偏心轴和第二偏心轴非偏心轴段的轴线在改变振幅的过程中不重合。

3.根据权利要求1所述的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，其特征在于：所述变幅机构包括第一偏心轴、第三偏心套、变幅滑块、变幅套和变幅输入轴；所述第三偏心套的右侧中部设置有横向滑槽，所述第三偏心套的内孔与第一偏心轴的偏心轴段通过轴承铰接，所述第二伺服电机通过减速器输出动力到变幅输入轴，所述变幅输入轴与减速器的输出轴通过联轴器连接；所述变幅套不偏心，其通过键与变幅输入轴连接；所述变幅套左侧中部设置有纵向滑槽，所述变幅滑块左右两侧分别垂直设置有横向滑块与纵向滑块，所述变幅滑块左侧横向滑块与第三偏心套右侧的横向滑槽滑动配合，所述变幅滑块右侧纵向滑块与变幅套左侧的纵向滑槽滑动配合；所述连杆的下端通过轴承与第三偏心套的外圆面铰接。

4.根据权利要求1所述的伺服电机驱动振幅可变的结晶器振动装置，其特征在于：所述第一伺服电机和第二伺服电机的输出轴线与连杆顶部的铰接轴线位于同一竖直平面内。

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