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双伺服电机驱动连铸结晶器非正弦振动的设计

发布日期:2021-08-20 09:48浏览次数:
结晶器是连铸消费中用于钢液凝固成型的水冷模子,被喻为连铸机的“心脏”。为避免初生坯壳与结晶器内壁发作粘结,结晶器需按一定规律停止高频小振幅振动。目前非正弦振动被公以为是开展高效连铸和进步铸坯质量的关键技术[1],因而研发本钱低廉、运转牢靠、维护便当的非正弦驱动安装不断是国内外工程界的热点。非正弦驱动安装依据动力源可分为液压式和电动式两大类。液压式经过液压缸直接驱动结晶器,可灵敏地在线调整波形、频率和振幅等振动参数[2],但其投资本钱昂扬,而且液压缸存在忽然停振、零飘、颤振等缺陷,液压油走漏易形成环境污染。相比拟而言,电动式驱动系统投资本钱较低,设备维护便当,无污染,具有良好的开展趋向。
目前现场运用的电动式驱动系统依据电机的类型分为两类:一类采用伺服电机,如镭目公司[3]经过伺服电机变角速度正反旋转带动滚珠丝杠完成非正弦振动,可对一切振动参数停止实时控制,但伺服电机频繁正反转动,运转形式不合理;文献[4]提出将伺服电机的单向变速旋转经减速器和曲柄连杆机构转化成结晶器的非正弦振动,该驱动系统的波形和频率在线可调,但却无法在线调整振幅;经过直驱电机与曲柄连杆机构组成的驱动系统,省掉了减速机构,因而在构造上最为简单,但振幅同样无法在线调整[5];另一类电动式驱动系统采用变频电机,经过机械式非匀速机构和曲柄连杆机构合成非正弦振动[6-7],这类驱动系统无需伺服控制,因而降低了系统的本钱和控制难度,但运转中除频率外,振幅和波形均无法在线调整。综上所述,在电动式驱动安装中,固然曲柄连杆机构的耐磨损和抗冲击性能均优于滚珠丝杠,但以曲柄连杆机构为波形发作器的驱动安装无法实时控制振幅,不契合高效连铸的开展请求。因而自创现代机构学理论,提出双伺服电机驱动曲柄连杆机构完成结晶器非正弦振动的安装,可在线完成结晶器非正弦波形振幅、频率和形态的恣意调整。
1双伺服驱动安装的工作原理
1.1曲柄摆动运转形式曲柄连杆机构激起结晶器振动的构造简图如图1所示。结晶器振动台在板簧的约束下按半径为R的圆弧轨迹运动,连杆AB与振动台铰接,当曲柄OA旋转时振动台产生振动。目前现场运用的一切结晶器驱动安装中,曲柄均为单向连续旋转,曲柄OA的长度决议了振动台的振幅,运转过程中曲柄的长度不易改动,故现有的以曲柄为波形发作器的驱动安装均无法完成在线改动振幅,不利于消费中针对不同钢种和浇注条件的工艺参数调整。为了克制曲柄发作安装的缺陷,采用曲柄摆动运转形式,如图1所示。令曲柄关于x轴对称摆动运转,摆动角为β。
思索到振动台的轨迹半径和连杆AB长度均远远大于曲柄OA长度,可以为点B沿y轴往复运动,则振动台的振幅h可表示为:h=esinβ2(1)式中:e——曲柄的长度,mm。从式(1)中能够看出,在曲柄不变的状况下,改动摆动角β能够调整振幅h。其中结晶器的最大振幅为曲柄长度e,因而设计时只需保证曲柄长度e不小于结晶器的最大振幅,即可完成结晶器振幅恣意调整。而要使结晶器非正弦振动,曲柄必需依照一定规律正反旋转。为便于对结晶器振动参数的控制,以振幅h、频率f和波形偏斜率α为原始变量,构建契合非正弦振动特征的曲柄速度函数。图1中,曲柄顺时针旋转时,结晶器向下运动,定义此时的曲柄角速度为负,则结晶器在一个振动周期内,向下运动的时间tα与偏斜率α的关系为:tα=(1-α)T/2(2)式中:T——结晶器振动周期,s,T=60/f。在时间区间[0,tα]内,结晶器降落,设此时曲柄的角速度函数为:ωp1=at2+bt(3)式中:ωp1——曲柄角速度,rad/s;T——时间参数,s;a,b——速度函数的系数。


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