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開題報(bào)告
題 目： 結(jié)晶器齒輪差動(dòng)振動(dòng)器設(shè)計(jì)
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一、概述
1．結(jié)晶器振動(dòng)器簡(jiǎn)介
在連鑄技術(shù)的發(fā)展過程中，只有采用了結(jié)晶器振動(dòng)裝置后，連鑄才能成功。結(jié)晶器振動(dòng)的目的是防止拉坯坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，同時(shí)獲得良好的鑄坯表面，因而結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，減少新生的坯殼與銅壁產(chǎn)生粘結(jié)，以防止坯殼受到較大的應(yīng)力，使鑄坯表面出現(xiàn)裂紋;而當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，借助摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結(jié)晶器上升時(shí)拉出的裂痕，這就要求向下的運(yùn)動(dòng)速度大于拉坯速度，形成負(fù)滑脫。
機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)裝置由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過萬向聯(lián)軸器，分兩端傳動(dòng)兩個(gè)蝸輪減速機(jī)，其中一端裝有可調(diào)節(jié)軸套，蝸輪減速機(jī)后面再通過萬向聯(lián)軸器，連接兩個(gè)滾動(dòng)軸承支持的偏心軸，在每個(gè)偏心輪處裝有帶滾動(dòng)軸承的曲柄，并通過帶橡膠軸承的振動(dòng)連桿支撐振動(dòng)臺(tái)，產(chǎn)生振動(dòng)。
在新型連鑄生產(chǎn)工藝中，采用帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)控制是保證連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)外的應(yīng)用情況表明，采用連鑄結(jié)晶器非正弦伺服振動(dòng)，能夠有效地減少鑄坯與結(jié)晶器間的摩擦力，從而防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被拉裂，減小鑄坯振痕，提高鑄坯質(zhì)量川一〔9l。帶有數(shù)字波形發(fā)生器的結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)控制裝置和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置相比，可以方便地實(shí)現(xiàn)多種波形振動(dòng)、實(shí)現(xiàn)連鑄過程監(jiān)督和實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)波形，并能在線修改非振動(dòng)方式及振動(dòng)頻率和幅值等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制過程的平穩(wěn)過度。
2. 結(jié)晶器振動(dòng)器的發(fā)展
最初的連鑄機(jī)結(jié)晶器是靜止不動(dòng)的，在拉坯的過程中坯殼很容易與結(jié)晶器內(nèi)壁產(chǎn)生粘結(jié)，從而出現(xiàn)坯殼“拉不動(dòng)”或拉漏鋼水的事故發(fā)生。因此，靜止不動(dòng)的結(jié)晶器限制了連鑄生產(chǎn)的工業(yè)化發(fā)展。直到1933年現(xiàn)代連鑄的奠基人一德國(guó)的西格弗里德?容漢斯開發(fā)了結(jié)晶器振動(dòng)裝置，并成功地將它應(yīng)用于有色金屬黃銅的連鑄。
1949年S?容漢斯的合伙人美國(guó)的艾爾文?羅西(Irving Rossi )獲得了容漢斯結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)專利的使用權(quán)，并首次在美國(guó)約阿?勒德隆鋼公司廠的一臺(tái)方坯連鑄試驗(yàn)機(jī)上采用了振動(dòng)結(jié)晶器。與此同時(shí)，容漢斯振動(dòng)結(jié)晶器又被西德曼內(nèi)斯(Mannesmann)公司胡金根廠的一臺(tái)連續(xù)鑄鋼試驗(yàn)連鑄機(jī)上成功應(yīng)用結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)在這兩臺(tái)連鑄機(jī)上的成功應(yīng)用，為結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
繼續(xù)日本將液壓伺服振動(dòng)結(jié)晶器應(yīng)用于連鑄之后，法國(guó)IRSID[2]與CLECIM合作進(jìn)行了相應(yīng)的研究工作。于1987年公布了其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究結(jié)果表明，應(yīng)用非正弦振動(dòng)可以有效地減少結(jié)晶器內(nèi)的摩擦力，使振痕深度減輕，鑄坯表面質(zhì)量得以明顯改善。在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，IRSID與CLECIM又新設(shè)計(jì)制造了兩臺(tái)液壓振動(dòng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置，分別安裝在了索拉克廠的２流板坯連鑄機(jī)的2號(hào)機(jī)和Unimecal Normandie廠的8流小方坯連鑄機(jī)的一流上。首先他們?cè)谶@兩個(gè)裝置上采用了與機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相同的正弦波形及控制方式，應(yīng)用于各自的鑄機(jī)上進(jìn)行長(zhǎng)期的工業(yè)試驗(yàn)。結(jié)果表明鑄坯表面質(zhì)量和機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相同，同時(shí)也驗(yàn)證了液壓振動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。隨后在SOLLAC廠進(jìn)行了非正弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，其金相分析結(jié)果表明，生產(chǎn)的低碳鋼的振痕深度至少減少了25%,在UN廠，雖然他們應(yīng)用液壓振動(dòng)仍進(jìn)行了正弦振動(dòng)試驗(yàn)，但是在控制上對(duì)正弦振動(dòng)模型進(jìn)行了優(yōu)化控制，結(jié)果表明，低碳鋼方坯的表面缺陷減少了75%。
CLECIM后來又為SOLLAC廠設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)工業(yè)性液壓振動(dòng)裝置，采用全數(shù)字控制方式，在控制上具有更大的靈活性和適應(yīng)性。該設(shè)備液壓源壓力為18Mpa，電動(dòng)機(jī)功率為110KW，于1993年3月安裝在SOLLAC廠2號(hào)板坯連鑄機(jī)上，目前該連鑄機(jī)主要生產(chǎn)超低碳鋼，C含量為0.025%及小于0.01%。生產(chǎn)結(jié)果表明，應(yīng)用非正弦振動(dòng)，其振痕深度比用正弦振動(dòng)至少減少了30%，并且可以減少凝固鉤的數(shù)量，顯著減少皮下缺陷，從而大大提高了最后軋制成品的表面質(zhì)量。現(xiàn)在，該廠一直采用給正弦振動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)，并計(jì)劃改造另一流板坯振動(dòng)系統(tǒng)。
英國(guó)的Stocksbridge工程鋼廠的圓方坯連鑄機(jī)主要生產(chǎn)特殊鋼，應(yīng)用液壓振動(dòng)改造后，生產(chǎn)實(shí)踐表明，用液壓非正弦振動(dòng)系統(tǒng)不僅可以減少振痕深度，減少卷渣，提高鑄坯表面質(zhì)量，而且該廠的漏鋼率也從原來的3%下降到了1%。
與此同時(shí)，德馬克公司在阿維迪薄板坯連鑄機(jī)上，開發(fā)成功了薄板坯液壓振動(dòng)系統(tǒng)。日本住友在其90-120mm×1000mm試驗(yàn)連鑄機(jī)上采用了液壓振動(dòng)技術(shù)，起普碳鋼的試驗(yàn)拉速為5m/min；中碳鋼等鋼種的試驗(yàn)拉速為3m/min。奧鋼聯(lián)已經(jīng)在其薄板坯連鑄機(jī)上，盧森堡則在其方坯以異形坯連鑄機(jī)上開始裝備液壓振動(dòng)系統(tǒng)，并開始了自帶振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)晶器的研制。另外，日本神戶、新日鐵、英國(guó)ECSC等都相繼開始液壓振動(dòng)的研究。
三、本課題的研究?jī)?nèi)容
1、任務(wù)及要求
結(jié)晶器齒輪差動(dòng)振動(dòng)器設(shè)計(jì)，振幅12毫米，震動(dòng)重量按800毫米長(zhǎng)結(jié)晶器計(jì)算，頻率100~150之間。
2.主要內(nèi)容
（1）調(diào)查研究課題研究現(xiàn)況；
（2）分析要求，提出方案設(shè)計(jì)與選定；
（3）齒輪差動(dòng)設(shè)計(jì)與校核；
（4）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
四、本課題的實(shí)施方案
差動(dòng)齒輪振動(dòng)機(jī)構(gòu)是我國(guó)60年代中期開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)的弧線軌跡振動(dòng)機(jī)構(gòu)。結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動(dòng)框架上，用凸輪或偏心輪強(qiáng)迫框架下降，利用彈簧的反力使其上升。振動(dòng)框架的內(nèi)、外弧側(cè)面，裝有齒條，分別與節(jié)圓半徑相等的小齒輪相嚙合。裝在小齒輪軸上的扇形齒輪有不同的節(jié)圓半徑，內(nèi)弧側(cè)的節(jié)園半徑比較大，相互嚙合的扇形齒輪擺動(dòng)時(shí)，就時(shí)與其相連的兩個(gè)小齒輪曳不一樣，因而可使結(jié)晶器產(chǎn)生弧線運(yùn)動(dòng)，由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，齒輪和導(dǎo)向件磨損較嚴(yán)重等原因而未被得到推廣。但差動(dòng)原理卻在后來的四偏心結(jié)結(jié)機(jī)構(gòu)上得到了應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。
圖4-1差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu)
在結(jié)晶器的振動(dòng)框架1上，固定有導(dǎo)軌和齒條2，在距離為A的兩側(cè)裝有兩根長(zhǎng)軸3，軸支撐在軸承12上，軸上裝有齒輪4和導(dǎo)輪5，以及不同節(jié)圓半徑的扇形齒輪6及7.，在振動(dòng)框架1兩端還裝著導(dǎo)向塊8，在扇形齒輪6上裝有連桿9，和與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的偏心輪10，振動(dòng)框架1下面還支撐有彈簧11，目的是平衡一部分負(fù)荷并使振動(dòng)框架1產(chǎn)生一個(gè)向上的恢復(fù)力，兩個(gè)軸3就產(chǎn)生反復(fù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪4廁通過齒條嚙合關(guān)系使振動(dòng)框架1產(chǎn)生振動(dòng)，但由于扇形齒輪6和7的節(jié)圓半徑不同，所以兩側(cè)齒輪4的角速度也不同，則振動(dòng)框架將產(chǎn)生弧線振動(dòng)。
圓弧半徑為R，框架1兩側(cè)齒條節(jié)線間距離為W，兩齒輪4的中心距為A，節(jié)圓半徑為，扇形齒輪6和7的節(jié)圓半徑為、，則：
正確的選擇W、A及、的值，便可以得到要求的R值。
五、本課題的實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃
本課題的實(shí)施計(jì)劃如下：
1.2015年3月1~10日：調(diào)查研究課題研究現(xiàn)況，撰寫開題報(bào)告；
2.2015年3月10日—3月15日：分析結(jié)晶器齒輪差動(dòng)振動(dòng)器，設(shè)計(jì)總體方案；
3.2015年3月16日—3月20日：根據(jù)總體方案及參數(shù)要求，確定齒輪差動(dòng)方案；
4.2015年3月21日—3月25日：設(shè)計(jì)齒輪差結(jié)構(gòu)尺寸并校核；
5.2015年:3月26日—3月31日：設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及尺寸；
6.2015年4月1日—4月5日：校核各主要零部件的強(qiáng)度；
7.2015年4月6日—4月20日：繪制結(jié)晶器齒輪差動(dòng)振動(dòng)器的裝配圖及零件圖；
8.2015年4月21日—4月31日：書寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。
參考資料：
[1] 駱涵秀, 李世倫, 朱捷等. 機(jī)電控制[M] . 杭州:浙江大學(xué)出版社, 1994.
[2] 李運(yùn)華, 王占林, 陳棟梁, 等. 連鑄機(jī)結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)波形系統(tǒng)的開發(fā)研制. 機(jī)床與液壓,1998
[3] 李憲奎, 張德明, 曾憲武. 結(jié)晶器非正弦振動(dòng)的研就鐵,1998 ,33(11) :26～29
[4] 方一鳴, 王洪瑞, 趙現(xiàn)朝, 等. STD 工控機(jī)在可逆冷軋機(jī)厚控系統(tǒng)中的應(yīng)用. 冶金自動(dòng)化,1998 ,22(4) :16～18
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[7] 李憲奎，張德明.連鑄結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社.2000
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