CN1305604C - 结晶器振动装置 - Google Patents

Abstract

一种连铸机结晶器振动装置，它由承托结晶器的振动台架、弹簧套件、底座、致动器和控制系统组成。致动器为电动缸。通过改变弹簧套件的数量或长度来改变弹簧套件的刚度，以实现包括电动缸的振动系统的自然频率接近要求的振动频率而使电动缸的输出功率降低。控制系统提供频率、偏斜率和振幅在线可调的波形来控制结晶器作正弦或非正弦振动，并根据振动频段控制相应的驱动系统调节弹簧套件的刚度。

Description

结晶器振动装置

技术领域

本发明涉及连铸机结晶器振动装置，特别是非正弦振动装置的改进。

背景技术

结晶器按指定的频率、波形和振幅振动，特别是上振速度慢而下振速度快的非正弦振动，可改善结晶器保护渣的润滑作用，大幅度减小坯壳和结晶器之间的磨擦力，减少拉裂并使拉裂的坯壳得到愈合，使铸坯表面质量及拉坯速度明显提高。按上述要求设计的结晶器振动装置的致动器可分为两类：一类为液压伺服系统(EP0468607A11)，由大功率电液伺服阀、伺服油缸、液压泵站等组成，其缺点是系统复杂，成本高且不易维护。第二类为曲柄连杆式机械传动的装置(ZL99216172.X、ZL01205318.X)，这类装置用卧式电机作致动器，成本低，但不能在线调整振幅和波形，难于适应高效连铸的要求。另外，这两类装置的驱振动力设备的功率都比较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种既可降低所需驱振动力设备功率，又可在线调整结晶器振动的频率、波形和振幅，而致动器为电动缸的结晶器振动装置。

本发明的目的是这样实现的，根据振动质量、电动缸的转动惯量和电动缸丝杠的导程确定承重弹簧套件的刚度，使振动系统的自然频率接近要求的振动频率，实现振动系统动能和势能接近平衡的转换，从而降低电动缸的功率。

结晶器振动系统的自然频率 $\mathrm{fn}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{m+\frac{4{\mathrm{\π}}^{2}I}{d^2}}},$ 式中：k为所述弹簧套件的刚度，m为结晶器振动部分的质量，I为所述电动缸的转动惯量，d是电动缸丝杠的导程。

弹簧套件下设液压缸，用于改变支撑振动台架的弹簧套件的数量，以此改变振动系统的自然频率使与结晶器的振动频率接近。

用隔板将弹簧套件分成若干段，用气动卡板将相应的隔板固定，以用于改变支撑振动台架的弹簧套件的长度，以此改变振动系统的自然频率，使与结晶器的振动频率接近。

控制系统产生频率、偏斜率和振幅在线可调的波形控制电动缸驱动结晶器振动，并控制液压缸或气动卡板改变弹簧套件的数量或长度。

由于电机和滚珠丝杠副所构成的电动缸通过编程很容易实现指定速度曲线的轴向运动，在扭矩和功率允许的条件下，由竖直安装的电动缸驱动振动台实现振幅、频率和波形在线可调的结晶器正弦或非正弦振动无疑是最简捷的方法。只是电动缸螺母的上下往复运动是由电机转子和丝杠的正向和反向转动来实现的。在转动方向以每分钟达数百次的高速切换过程中，需要较大的扭矩和功率来实现有较大质量的结晶器和振动台的上下加速运动以及有较大转动惯量的电机转子和滚珠丝杠副的丝杠的正反向加速旋转运动，而且后者需要的功率通常大于前者。这么大的扭矩和功率完全靠电动缸来提供是不现实的。以往在振动台下面设有弹簧套件，而确定弹簧套件刚度的方法是使其与振动质量构成的系统的自然频率与结晶器的振动频率相匹配。本发明对电动缸的转动惯量、结晶器的振动部分的质量和弹簧套件的刚度进行综合考虑，求出系统的自然频率fn：

$\mathrm{fn}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{m+\frac{4{\mathrm{\π}}^{2}I}{d^2}}}$

式中m是结晶器振动部分的质量，I是电动缸的转动惯量，d是电动缸丝杠的导程，k是弹簧套件的刚度。当结晶器的振动频率接近fn时，结晶器振动部分的重力势能和弹簧套件的弹性势能与电动缸的转动动能和结晶器的振动动能之间接近平衡转换而达到最佳补偿，从而降低所需电动缸的输出扭矩和功率，实现用电动缸作致动器驱动结晶器按指定的频率、波形和振幅进行振动并降低所需电动缸的功率的目的。通常结晶器的振动频率随拉坯速度而改变，当弹簧套件的刚度按指定拉坯速度调整好后，在拉坯速度从零上升到指定拉速的开浇过程中，所需致动器的输出功率可能较大，但这个过程的持续时间较短，而一般电动缸短时间最大输出功率均比额定输出功率较高，能适应这一工况的要求。

通常结晶器占据的空间较大，为实现平稳振动，需要2个致动器驱动，而在仿弧振动中往往需要4个致动器驱动，这就要求多个致动器同步谐调运动，而这正是电动缸致动器的优势，既可实现立弯式结晶器的非正弦振动，又可实现仿弧式结晶器的非正弦振动。

在长度和刚度相同的诸弹簧套件相对结晶器和振动台的重心对称分布的条件下，弹簧套件的刚度与弹簧套件的个数成正比。当结晶器的振动频率因工况不同(如钢坯断面及钢种变化)而有较大范围的变化时，可改变弹簧套件的数量，使弹簧套件的刚度与需要的振动频率匹配。支撑振动台架的弹簧套件数量的增减可通过提升几个弹簧套件的高度而降低其它几个弹簧套件的高度来实现。在弹簧套件下面设置液压缸，通过控制系统可快速调整弹簧套件的刚度。

弹簧套件的刚度与弹簧套件的长度成反比，将每个弹簧套件分成若干段，例如可等分成n段(即每个弹簧套件由n个相同的弹簧叠加而成)，每段之间有隔板，在结晶器和振动台将整套弹簧套件压缩使系统处于平衡并使结晶器的高度达到振动的零位时，用气动卡板将第m段(从上边数)底下的隔板固定，则弹簧套件的刚度将加大为原来刚度的n/m倍。

附图说明

本发明如图1～图4所示。

图1是弹簧套件数量可调的结晶器振动装置系统图；

图2是图1所示振动装置的俯视图；

图3是图1所示振动装置的左视图；

图4是弹簧套件长度可调的结晶器振动装置示意图。

具体实施方式

本发明的第一个实施例如图1～图3所示。结晶器(101)坐在振动台架(102)上。4个电动缸(104)相对结晶器重心对称分布。振动台架(102)由8个长度和刚度相同的弹簧套件(103)支撑，这8个弹簧套件(103)相对结晶器(101)和振动台架(102)的重心对称且均匀分布。在结晶器(101)和振动台架(102)的重力作用下这8个弹簧套件被压缩的长度均为δ而达到重力与弹力的平衡。弹簧套件(103)下面设有安装在底座(107)上的液压缸(106)，用于改变弹簧套件的高度，减少或增加弹簧套件的个数。减少支撑振动台架(102)的弹簧套件(103)的数量就会相应的降低弹簧套件(103)的刚度。例如，减少相对结晶器(101)和振动台(102)的重心对称分布的一对弹簧套件(103)，可使剩余的弹簧套件的刚度降低到原刚度的3/4，相应的弹簧套件压缩量上升到4/3δ。为此，可通过控制系统(105)控制液压缸(106)将这一对弹簧套件(103)下降δ+s(s为结晶器的振程)而将其它3对弹簧套件提高1/3δ。用类似的办法，可以减少相对结晶器(101)和振动台架(102)的重心对称分布的2对或3对弹簧套件(103)而使剩余的弹簧套件(103)的刚度降低为原始刚度的1/2或1/4。控制系统(105)产生频率、偏斜率和振幅在线可调的波形控制电动缸(104)驱动结晶器(101)振动，并控制液压缸(106)改变弹簧套件(103)的数量。

本发明的第二个实施例如图4所示。结晶器(201)坐在振动台架(202)上。4个电动缸(204)相对结晶器的重心对称分布。振动台架(202)由4个相同的弹簧套件(203)支撑，弹簧套件(203)承托在底座(208)上，每个弹簧套件(203)由上下两个弹簧(203a)和(203b)叠加而成，弹簧(203a)的有效长度是弹簧(203b)的有效长度的1/3，其间有隔板(206)。在结晶器(201)和振动台架(202)将弹簧套件(203)压缩δ长度而处于平衡状态的条件下，启动气动卡板(207)将隔板(206)固定，弹簧套件(203)中只有(203a)起作用，其刚度即提高4倍。类似地，可将每个弹簧套件(203)分成若干段，每段之间设隔板(206)并在对应每块隔板(206)的压缩平衡位设气动卡板(207)，即可对弹簧套件(203)的刚度进行更大范围的调节。控制系统(205)产生频率、偏斜率和振幅在线可调的波形控制电动缸(204)驱动结晶器(201)振动，并控制气动卡板(207)改变弹簧套件(203)的长度。

Claims (5)

1、一种连铸机结晶器振动装置，其主要由承托结晶器的振动台架、致动器、多个支撑振动台架的弹簧套件、承托致动器和弹簧套件的底座和控制系统组成，其特征在于，结晶器振动致动器为电动缸，结晶器的振动频率等于或接近结晶器振动系统的自然频率fn。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结晶器振动系统的自然频率 $\mathrm{fn}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{m+\frac{4{\mathrm{\π}}^{2}I}{d^2}}},$ 式中：k为所述弹簧套件的刚度，m为结晶器振动部分的质量，I为所述电动缸的转动惯量，d是电动缸丝杠的导程。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧套件的底部设有液压缸，用于改变支撑振动台架的弹簧套件的数量。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧套件分成多段，每段之间设有隔板；而且弹簧套件旁还设有气动卡板，通过所述气动卡板选择性地固定所述隔板，从而改变支撑振动台架的弹簧套件的长度。

5、根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述控制系统产生频率、偏斜率和振幅在线可调的波形来控制电动缸驱动结晶器作正弦或非正弦振动，并控制相应的驱动系统改变所述弹簧套件的数量或长度。

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