板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算

摘要四偏心板坯连铸机快台在连续铸钢中有及其重要的作用。

其振动装置用来支撑结晶器，使结晶器上下往复运动，从而使脱模更容易。

本设计主要是针对结晶器振动台振动系统的总体设计，其中包括：总体传动方案的设计以及正弦式振动方式的选择；偏心轴材料的选择，结构设计以及轴上零件的布置和装配方案，偏心轴受力分析和校核；偏心轴上零件，如轴承和键的选用及其校核。

另外，还包括振动系统其它重要零件如销轴及板弹簧的设计等。

如何对偏心轴上偏心距的设计是每个设计者应该考虑的问题。

其中要考虑到不同偏心距对振幅的影响以及振动台是否能实现预定的轨迹。

振动方式为正弦振动，可以通过调整振源机构的振幅来调整结晶器的振幅，在设计偏心轴时，要设计不同振幅所需要的不同偏心距。

振动系统是长期使用的，由于所受的是动载荷，容易受到磨损，会减少其使用寿命。

故在设计的时候，要考虑其使用年限，尤其是转动的部件，如轴承，偏心轴。

关键词：结晶器；振动装置；偏心轴；四偏心轮振动机构；板弹簧AbstractFour quick sets eccentric slab caster acts a very important role in continuous casting. The vibration device is used to support crystallizer，crystallizer is reciprocated up and down，then it makes stripping paper mainly aims at the general design of crystallizer vibration table vibration system，including design of general transmission program and selection of the sinusoid vibration mode；selection of eccentric shaft material，the structure design，arrangement and assembly project of elements on shafts，the force analysis and checking of eccentric shafts；selection and checking of elements on eccentric shafts，such as the bearing and ，design of other important elements of vibration system is included，such as the pin and plate spring and so on.Every designer should consider how to design the eccentric distance of the eccentric shaft，taking into account the impact of different eccentric distance on amplitude and whether vibration table achieves a prescribed vibration mode is the sinusoidal vibration，amplitude of crystallizer is adjusted by rectifying the amplitude of vibration source eccentric shafts，the eccentric distance that different vibration amplitude needs is designed.The vibration system is used for long it bears the dynamic load，it is easy to abrade，and its service life is the service life is considered in the design，especially the rotating components such as bearing and eccentric shaft.Key Words: Crystallizer；Vibration device；Eccentric shaft；Four eccentric wheel vibration mechanism；Plate spring目录1绪论 (1)课题的研究意义和目的 (1)课题的研究意义 (1) (1) (2)结晶器振动概述 (2) (3) (3)结晶器振动装置的发展 (4)结晶器非正弦振动的分类 (5) (5) (5) (6)2结晶器振动台振动系统方案设计 (7) (8) (8) (9) (11)外侧机构参数确定方法 (11)内侧机构参数确定方法 (13) (16) (16)3振动台偏心轴的设计 (17) (17) (17) (17) (18) (18) (19) (19) (25)4偏心轴上零件设计计算 (26)联轴器的选择 (26)轴承的选择及寿命校核 (26)轴承1的选择及其校核 (27)轴承2的选择及其校核 (28)键的选用及校核 (30)本章小结 (30)5偏心轴上零件设计计算 (31)支架处销轴的设计及其校核 (31)销轴外的缓冲器设计及其校核 (32)板弹簧的设计及其校核 (33)本章小结 (36)6 结论与展望 (37)结论 (37)展望 (37)参考文献 (38)致谢 ..................................................... 错误!未定义书签。

板坯连铸结晶器振动装置的改造曲锡辉，张伟，李传涛，李新安，赵立明摘要：针对莱钢3#板坯连铸机结晶器振动装置存在的问题，对其进行改造。

采用液压振动装置来代替四轮偏心式机械振动装置，建立结晶器重量及振动单元模型，应用ANSYS对系统的模态分析及瞬态分析计算。

热试结果表明，采用结晶器液压振动装置，可有效改善铸坯质量。

关键词：板坯连铸，液压振动，机械振动，改造，铸坯质量The Mould Hydraulic Vibration devices Revamping ofSlab CasterQu Xi-hui,Zhang Wei,Li Chuan-tao,Li Xin-an,Zhao Li-ming(Yin Shan Section Steel mill of Lai Wu Iron and Steel Co, Laiwu 271104, Shandong,china；) Abstract: Aimming at existing problem of the mould hydraulic vibration devices of slab caster, hydraulic vibration devices wrer adopted instead of vibratory mechanism with 4-eccentric axies. Creating the model on weight and vibration unit of the mould and Using the commercial software ANSYS, modal and transient analysis of vibratory system were calculated. The results of thermal state experiment showed that adopting the mould hydraulic vibration devices could very effectively improve the slab quality.Key Words:continuous casting of slabs,hydraulic vibration, mechanical vibration, revamping, slab quality.1前言板坯连铸结晶器振动是防止铸坯在凝固过程中与结晶器壁间粘结而出现粘挂拉裂或拉漏事故，结晶器的振动方式及振动参数对拉速和铸坯表面质量有很大的影响[1]。

摘要结晶器是连铸机的心脏部件。

它的主要作用就是对结晶器中的钢水提供快速而且均匀的冷却环境，促使坯壳的快速均匀生长，以形成质量良好的坯壳，保证连铸过程正常而稳定的进行。

在浇注钢水时，若结晶器静止不动，坯壳容易与结晶器内壁产生粘结，这就增大了拉坯时的阻力，导致出现坯壳“拉不动”或者钢水被拉漏事故发生，很难进行浇注。

而当结晶器以一定的规律振动时，这就能使其内壁获得比较良好的润滑条件，从而减少了摩擦阻力又能防止钢水和结晶器内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量，因此结晶器振动装置具有重要的作用。

本文通过对连铸发展历史，以及结晶器振动技术的发展和结晶器振动方式的改进进行了阐述，提出了电液伺服装置驱动，并对其振动规律及工作原理做出了分析。

然后绘制了机械简图，并对其工艺参数和运动参数进行了分析计算，最终完成了本次设计。

本文主要的设计内容包括：1.结晶器振动正弦参数的确定通过负滑脱量、频率和周期、结晶器运动的速度和加速度以及负滑脱时间的计算，来确定铸坯的工艺参数。

2.结晶器振动装置机械计算设计校核了双摇杆机构的主要部分，并根据经验推出机架结构。

3.结晶器振动装置伺服系统的设计计算由系统所需动力选择恰当的液压缸及液压泵。

并对系统的辅助原件进行了计算和选择，同时提出了同步回路电液伺服系统。

4.结晶器振动装置的三维设计关键词：连铸；结晶器；振动装置；振动规律；电液伺服装置AbstractThe mould is the heart part of continuous casting machine. Its main role is to mould the steel in providing rapid and uniform cooling environment, promote the rapid and uniform shell growth, to form a good quality of billet shell, guarantee the normal and stable for continuous casting process. In pouring molten steel in crystallizer, motionless, shell and the mold wall to produce a cohesive, which increases the casting the resistance, led to the emergence of billet shell" sticks" or molten steel is breakout occurs, it is difficult to cast. When the mould in regular vibration, which can make the inner wall is obtained in comparison with good lubrication condition, thereby reducing the friction resistance and can prevent the molten steel and the inner wall of the crystallizer is bonded, but also can improve the surface quality of billet crystallizer vibration device, therefore has an important role.Based on the history and development of continuous casting crystallizer vibration technique, development and improvement of crystallizer vibration mode undertook elaborating, put forward to the electro-hydraulic servo device driver, and the vibration regularity and working principle are analyzed. Then draw the mechanical model, and the process parameters and motion parameters are analyzed and calculated, the final completion of the design.The main design content includes:1.crystallizer vibration sinusoidal parametersThrough the negative slip quantity, frequency and cycle, mold movement velocity and acceleration and negative strip time calculation, to determine the process parameters of casting billet.2.The device of vibration of crystallizer mechanical calculationDesign of the double rocker mechanism the main part, and according to the experience introduction of frame structure.3.The device of vibration of crystallizer of servo system designBy the system the power required by the proper selection of hydraulic cylinder and hydraulic pump. And the system of auxiliary components were calculated and selected, simultaneously proposed synchronous electro-hydraulic servo system.4.dimensional design of crystallizer vibration deviceKey words: continuous casting ；crystallizer ；vibration device; vibration; electro-hydraulic servo device目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1什么是连铸 (1)1.2国内连铸的重要性 (1)1.3中国连铸发展的主要成就 (2)1.4世界连铸技术的发展及我国存在的差距 (3)1.5连铸机振动系统应注意的部分问题 (4)第二章结晶器振动技术 (6)2.1结晶器振动技术发展的历史 (6)2.2连铸机结晶器振动简介 (6)2.3结晶器振动规律的演变 (7)2.4结晶器振动和润滑的关系 (10)第三章结晶器振动方案的选择 (14)3.1本课题研究的目的 (14)3.2课题研究内容 (14)3.3设备发展状况 (15)3.4周边设备简介 (15)3.5技术方案介绍 (15)3.6 振动机构的选择 (19)第四章结晶器正弦振动的参数分析 (22)4.1负滑脱量计算 (22)4.2频率与周期 (22)4.3结晶器的运动速度和加速度 (23)4.4负滑脱时间的确定 (24)第五章结晶器振动装置机械设计 (26)5.1受力分析 (26)5.2强度校核 (27)5.2.1轴Ⅰ的校核 (27)5.2.2轴Ⅱ的校核 (30)5.3轴承校核 (34)第六章结晶器振动装置伺服系统的设计 (35)6.1控制方案 (35)6.2设计计算 (36)6.3液压缸设计计算 (36)6.3.1油缸的设计原则 (36)6.3.2油缸的设计 (37)6.3.3油缸参数计算 (37)6.4泵的选择计算 (39)6.4.1泵的选择计算原则 (39)6.4.2系统流量计算 (39)6.4.3流量计算 (39)6.4.4泵的参数计算 (40)6.5阀的选择计算 (40)6.6辅助元件的选择计算 (42)6.6.1管路 (42)6.6.2蓄能器的选择 (44)6.7油箱的设计计算 (45)6.7.1油箱设计原则 (45)6.7.2油箱参数设计计算 (45)6.7.3油箱容量的计算 (46)6.7.4油箱内工作介质体积估算 (46)6.8系统发热功率计算 (46)6.8.1液压泵的功率损失 (46)6.8.2阀的损失功率 (46)6.8.3管路以及其它功率损失 (47)6.9过滤器的选择 (47)6.10液压工作介质的选取 (48)第七章三维建模 (49)7.1零部件三维设计 (49)7.1.1结晶器振动装置固定台 (49)7.1.2结晶器振动装置活动台 (49)7.1.3连杆1 (50)7.1.4连杆2 (50)7.1.5心轴 (51)7.1.6轴承 (51)7.1.7挡圈 (51)7.1.8轴承端盖 (52)7.1.9阻尼器气囊 (52)7.1.10进水管 (52)7.1.11阻尼器进气管道 (53)7.1.12环状活塞杆头 (53)7.1.13阻尼器支架 (54)7.1.14液压缸 (54)7.2总装配图 (55)总结 (56)致谢 (57)参考文献 (58)第一章绪论1.1什么是连铸连铸即为连续铸钢（英文，Continuous Steel Casting）的简称。

・现场经验・板簧式结晶器振动装置设计与改造武铁民①(唐山钢铁公司设计院机械科　063000)摘要　介绍了R 8m 连铸机结晶器振动装置设计过程。

通过分析、计算,把该振动装置简化为四连杆机构进行设计。

结构设计完成后,运用作图法和CAD 技术,对振动装置的轨迹误差进行了计算分析。

得出了设计的轨迹误差合乎要求的结论。

关键词　结晶器　振动装置　设计改造　CAD1　前言板簧式结晶器振动装置在唐钢R 6m 连铸机上广泛应用。

在一炼钢厂易地大修中,为提高拉速,提高产量,采用了R 8m 弧形连铸机。

为此,对结晶器振动装置进行了重新设计。

2　结晶器振动装置的组成结晶器振动装置主要由电机、锥齿轮减速机、安全联轴器、偏心轮、连杆、振动台、板弹簧、连接座等组成。

主要技术参数如下:振动型式正弦曲线运动振幅±2.5～8mm 频率36～300C m in 电机型号YTA 180L -6n =970r m in N =15k W 减速机I =3.22 本设计基本保持原唐钢R 6m 连铸机的主要技术参数,通过偏心机构来保证振幅,恒扭矩电机-减速机提供动力,通过变频器-电机保证了振动频率。

安全联轴器防止过载。

因此,能否提供精确的运动轨迹成为本设计的关键。

3　机构的设计R 8m 连铸机结晶器振动装置仍沿用原R 6m 连铸机的板簧-四连杆结构,此结构在原R 6m 连铸机上运行情况良好,具有结构简单、可靠、轨迹精确、误差小的特点。

由“板簧-四连杆结构”名称可见,这种装置是被简化为四连杆结构来处理的。

图1为弹簧板的变形情况。

图1中AB 为板弹簧,A 为固定端,B 为自由端,B 点受力F 时,B点变形到B 1点,当B 点在垂直方向变形为S 时,其在水平方向上变形为X 。

应用材料力学原理可知:弧长A B 1=l 、板簧曲线方程y =F ×x 2×(3×l -x ) (6E I )、挠度公式f b =F ×l 33E I (见《材料力学》,式中x 为坐标值,与式(1)中X 不同),可推出(过程从略)X 与S 的关系为:X =3S 25L (1)A B 的杆长变为A B 1,则:A B 1=((L -X )2+S 2)0.5即:由于A B 杆的弹性变形,A B 1与A B之间的偏差为:∃=L -A B 1图1　板簧的变形情况示意图在本例中,最大振幅为8mm ,L =790mm ,则:X =010486mm ,∃=0100810mm 。

液压伺服驱动式铸坯结晶器振动装置设计摘要结晶器振动装置是连铸中的关键设备,其振动形式、控制方式以及在线监测与调整,对连铸质量具有重要影响。

因此,研究连铸结晶器振动装置及控制技术具有重要的现实意义。

本文通过对连铸机结晶器技术发展及结晶器振动方式演变的阐述，提出了电液伺服驱动，并对其振动形式及其工作原理进行了实质性的分析。

然后绘制了机构简图，并对其运动参数及工艺参数进行了分析计算！最后通过校核、机构的仿真分析完成了本次设计！关键词：连铸机；结晶器；正弦振动；电液伺服控制；振动装置Desigh of the hydraulic pressure servo actuation type casts the semifinished product crystallizer shake-out equipmentAbstractThe crystallizer shake-out equipment is in the continuous casting key equipment, its vibration form, the control mode as well as the online monitor and the adjustment, have the material effect to the continuous casting quality. Therefore, the research continuous casting crystallizer shake-out equipment and the control technology have the vital practical significance. This article through the elaboration which evolves to the continue caster crystallizer technological development and the crystallizer vibration way, proposed the battery solution servo actuates, and has carried on the substantive analysis to its vibration form and the principle of work. Then has drawn up the organization diagram, and has carried on the analysis computation to its parameter of movement and the technological parameter! Finally through the examination, the organization simulation analysis has completed this design!Keywords: mould; sinusoidal oscillation; electro-hydraulic;目录摘要 (I)Abstract (II)目录.............................................................................................................................. I II 第二章.结晶器振动技术.. (1)2.1结晶器振动技术发展的历史 (1)2.2 连铸机结晶器振动简介 (1)2.3结晶器振动规律的演变 (2)2.4结晶器振动和润滑的关系............................................. 错误！未定义书签。

板坯结晶器振动技术研发可行性研究报告（提纲）（一）项目摘要第一钢轧总厂板坯连铸机结晶器振动装置是采用齿轮箱带偏心轮作为振动装置动力源的机械振动，现可将机械振动方式改造成数字伺服电动缸振动方式，从而达到振动台平稳振动、减小维护量的效果，为高速、高效连铸提供必要的条件。

（二）项目立项的意义和必要性（关键技术及创新点）数字伺服电动缸非正弦振动采用独特的导向和定位方式，淘汰四连杆、四偏心和全板簧等较重设备，使结晶器进一步瘦身，能轻松实现结晶器的高频小振幅振动，该系统利用了目前成熟先进的计算机技术和大功率数字交流伺服控制技术，系统完全由计算机软件产生控制结晶器振动的波形曲线（正弦或非正弦的），并按照工艺要求通过对RAM优化函数各个变量取值，结合拉速精确地控制结晶器上下振动,使振动波形保持精确的频率、振幅、负滑脱时间、正滑脱时间、及波形偏斜率等，最终得到满足工艺需求的结晶器振动轨迹。

该系统具有以下特点：1)提高振动台的平稳性：四个电动缸布置在振动台的四个角，采用6组缓冲装置缓冲振动装置的负荷，双层板簧作为振动装置的导向。

同步运动实现结晶器振动，可以实现仿弧或直弧振动。

由于采用四个缸支撑作为振动装置且同步运动，所以非常平稳。

系统直接由电信号控制，光纤信号传输，响应速度快，控制精度高，由一个运动控制模快同时控制四个缸同步运动，相位差小于0.8°。

2)减少设备维护量：机械式的振动系统是靠偏心轮的转动推动连杆，连杆带着振动台振动，偏心轮每转一圈都有一次冲击，也产生一次使振动台和结晶器偏摆的力，且力传送环节多路径长；电动非正弦振动系统是由数字伺服电机带动滚珠丝杠转动，再带动电动缸上下运动，这种运动第一没有间隙，精度高，第二没有冲击，磨损很少。

系统全数字化，模块化，安装方便，维护简单，故障率低。

3)改善铸坯表面质量：采用非正弦振动，可以在线调整振频、振幅、偏斜率等参数，实现高频、低振幅振动，并改善结晶器的润滑条件，使铸坯振痕变浅，达到改善铸坯表面质量的目的。