双摇杆式结晶器振动装置的设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

下载文档送对应 纸 咨询 14951605 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 双摇 杆 式结晶器振动装置的设计 摘要 结晶器振动装置是连铸机的重要设备之一，起主要作用是使内壁获得良好的润滑条件，减少摩擦力，防止钢水与内壁的粘结，同时还可以改善铸坯的表面质量。而且发生粘结是，振动能强制脱模，消除粘结。振动机构是使结晶器产生所需的振动，因此任何振动机构都必须满足两个基本条件：第一，使结晶器准确地沿着一定的轨迹振动。第二，使结晶器有一定的振动规律。 本文详细地介绍了结晶器振动方式，并加以比较后，振动变化规律选择正弦振动方式。结晶器振动装置的结构，根据方案讨论提出采用双摇杆式结晶器振动装置。结果 表明该振动方式能有效地防止因坯壳的粘结而造成的拉漏等事故，振动机构能准确实现圆弧轨迹，不产生过大的加速度，从而避免了冲击和摆动。此机构的振动参数有利于改善铸坯表面质量，形成表面光滑的铸坯，而且设备的制造，安装和维护方便，并且便于处理事故，使传动系统有足够的安全储备。 关键词 ： 连铸；结晶器； 振动装置 ；正弦 下载文档送对应 纸 咨询 14951605 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 is of of a is to a of in be is to so to of to in s to to so on of s s is in to s is to 载文档送对应 纸 咨询 14951605 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 目 录 摘要 . I . 绪论 . 1 题背景及目的 . 1 内外研究状况 . 1 0 年代工业应用时期 . 2 0 年代稳步发展时期 . 2 0 年代以后的迅猛发展时期 . 3 0 年代连铸完全成熟时期 . 4 计的内容 . 5 2 总体方案设计选择 . 7 晶器振动装置的技术要求 . 7 晶器振动装置的类型和特点 . 8 动方式 . 8 动机构 . 10 3 技术参数计算 . 13 臂四连杆机构原理 . 13 簧的设计 . 16 下载文档送对应 纸 咨询 14951605 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 幅的计算 . 17 4 主传动装置设计 . 20 机的选择 . 20 的设计 . 21 轴器的设计 . 27 速器的设计 . 30 5 零部件的校核 . 31 簧校核 . 31 轴的校核 . 33 机的校核 . 35 的校核 . 36 6 能源消耗与环保分析 . 40 结束语 . 41 致谢 . 42 参考文献 . 43 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 1 绪论 选题背景及目的 钢铁工业是我国的支柱产业之一，是国民经济健康发展的基础工业，钢铁产品运用于国民经济的各行各业，一个国家整体经济发展规模和速度与刚铁工业的的发展密不可分 1。近些年来，随着我国钢铁工业结构的不断调整、产量的不断提高。使得连续铸造技术得到广泛的应用。 连续铸造需要用到许多传统铸造没有的设备。结晶器是连铸设备中最关键的部件，有人把结晶器称为是连铸机的心脏 2。钢水在结晶器内 冷却凝固成所需的断面形状和一定厚度的坯壳。当铸坯在被拉出结晶器时，由于纯在机械和热应力的作用，坯壳容易被拉漏、容易因为产生变形和裂纹而造成破坏。所以结晶器的性能对于连铸机的生产能力和铸坯质量的好坏都起着至关重要的作用。结晶器振动的目的是使防止初生坯壳与结晶器之间分离，防止粘结而被拉裂。结晶器的振动实际上起到强制脱模作用。由于振动的存在，使结晶器内壁获得了良好的润滑条件，既减少结晶器与铸坯间的摩擦力又能防止钢水与结晶器内壁发生粘结。一旦发生粘结时，振动就能强制脱模，消除粘结。如果在结晶器内部坯壳被拉断，振动还 可使坏壳得到愈合。除此之外还可以改善铸坯的表面质量。实际运用中对结晶器振动的要求是：振动方式能有效地防止因坯壳与结晶器的粘结而造成拉漏事故 ;振动能够有利于改善铸坯表面质量，形成表面光滑平整的铸坯 ;振动机械的运动轨迹为真确的圆弧，振动过程中不产生过大的加速度以避免产生的冲击和摆动 ;设备的制造、安装和维护相对方便，便于处理事故，传动系统要有足够的安全储备。结晶器振动装置包括结晶振动方式结晶器振动装置的结构。 国内外研究状况 连续浇注液体金属在 100 多年以前就已经被提出，但是由于当时技术条件的限制，(1840)、赖尼（ (1843)等人提出的设想在当时只能用于熔点比较低的有色金属，比如铅。 1887 年德国人 早提出了关于类似现代连铸设备的观点。在他们的铸造设备中已经包括有水冷的、上下口敞开的结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等。 我国的连铸开发相对于西方国家来说比较晚， 1958 年第一台我国自主研发的立式 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 连铸机在重钢三厂建成投产， 6 年后在重钢三厂又建 设了弧型板坯连铸机，以后相继在天津、上海、北京等地建设了一批连铸机。到 1980 年为止全国一共拥有 25 台连铸机，生产能力为年产 345 万 t。但是 1980 年实际仅生产铸坯不到 230 万 t，连铸比仅为 从以上这些数据来看，我国的连铸发展比较缓慢，许多连铸机不但达不到生产能力，而且品种相对单一 3 。 十九世纪 出了连续浇注液态金属的设想后。很多科学家对此项技术进行过研究。但是由于科学水平的限制，并未能够将此运用于工业生产。直到1933 年，现代连铸的奠基人 出并发展了结晶器振动装置，奠定了连铸技术在工业上运用的基础。从 20 世纪 30 年代开始，连铸技术已能够用于有色金属的生产。第二次世界大战以后，苏、美、英、奥等国相继开始进行连铸钢的研究。1950 年容汉斯和曼内斯曼 (司合作，建成了世界上第一台能浇注 5t 钢水的连铸机。 从第一台连铸机问世已经有 60 多年的历史了。在这过程中，世界范围内连铸技术的发展，大体上可分为“ 50 年代开始工业应用， 60 年代稳步发展， 70 年代迅猛发展，80 年代完全成熟”。 50 年代工 业应用时期 从 50 年代起，连铸技术开始运用于钢铁工业。这段时间连铸装备的水平普遍都很低，发展速度相对慢，铸机机型很单一多为立式单流，铸坯断面面积比较小而且主要为方坯。在此期间连铸规模也较小，盛钢桶容量一般为 10 50 年代末，世界各地建成的连铸机总数还不到 30 台。连铸坯产量仅有 110t，连铸比约仅 1952 年容汉斯和曼内斯曼公司组建了连铸共同体；同时奥地利成立了以百录公司（ 为中心的连铸利益共同体； 1954 年， 瑞士建立了康卡斯特（ 铸公司。上述这些专门从事连续铸造技术研发公司、集团的形成，推动了后来连铸技术的发展、应用。 60 年代稳步发展时期 60 年代后，连铸进入了稳步发展时期。从机型上来说， 60 年代初出现了立弯式连铸机。在 1963期间，曼内斯曼公司相继建成了方坯、板坯弧形连铸机。这些机型不但应用操作简单而且能够生产工业上急需的厚板、热轧和冷轧带钢，因此很快就发 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 展成为连铸技术的主要机型。这对连铸的发展、应用，起了很大的作用。从铸坯质量上来讲，在这个时期研制的保护渣浇注、浸入式水口和钢流 保护等新技术，对连铸的发展有着不可磨灭的意义。除此之外由于氧气转炉应用钢铁生产，原有的模铸工艺已不能满足炼钢的需要，这对连铸的发展也起到了推动作用。从 1965 年开始，连铸技术的发展速度远高于之前。至 60 年代为止，全世界连铸机的数量已达到 200 余台，年生产铸坯能力达 4000 万吨以上。除此之外，在此期间还出现了许多新形式的铸机，如旋转式圆坯铸机、空心圆坯铸机和工字型断面铸机等。在英国的谢尔顿厂（ 先实现了全连铸。 70 年代以后的迅猛发展时期 70 年代 以后，连铸进入迅猛发展时期。全世界的连铸机总数不断增加，年产量快速增长。各主要产钢国家近十余年来粗钢产量、连铸坯产量和连铸比的变化情况如图1示。 图 界各主要产钢国家近十余年来粗钢产量、连铸坯产量、和连铸比 从 1970 年到 1990 年的十年间，连铸比由 升到 64%，连铸坯年产量由 2600万吨 升 到 吨。连铸机数量由 70 年代初的 300 余台增加到 1400 余台。从表中我们可以看出从 70 年代初至今，世界粗钢年产量基本不变略有微小的波动，但是连铸坯 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 产量得却持续增长，连铸比不断提高，在 这期间节省了很多时间能源带来了巨大的经济效益。应当指出的是在几个产钢大国中，日本连铸发展速度最快。生产能力或技术水平都已经处于世界领先地位。在 1970 年日本的连铸比还不到 10%，但是到 1985 年日本的连铸比已突破 90%。而工业发达的美国在 70 年代连铸发展任比较慢，连铸比在 20%以下，这是因为美国拥有较大的初轧开坯能力且不重视连铸技术的发展运用，建设连铸机较少。到 80 年代，美国人开始重视连铸发展，到 1990 年连铸比已达 前苏联是研究、运用连铸较早的国家之一，而连铸比一直在 10%左右，这数据远远低于 世界平均水平。这是因为它的炼钢设备以平炉为主，不适应连铸生产的特点，此外它的连铸机立式较多，生产能力低，也影响连铸的发展。 80 年代连铸完全成熟时期 80 年代以后，连铸进入完全成熟的全盛时期。从世界范围来看连铸比以每年 4%的速度稳定增长。表 1981 年到 1990 年世界各国连铸比的增长情况。全世界连铸比由 1981 年的 升到 1990 年的 这个数据具有非常重要的意义。它意味着人类实现了由重要依靠传统铸造转变为依靠连铸技术的飞跃，连铸在浇钢领域开始占据主导地位。从表 以看出，以日本为代表的一些发达工业国家，已接近或基本上实现了全铸化。以阿根廷、韩国为代表的以市场经济为主的国家，也都具有很高的连铸比。这一重大技术成就，不但改变了传统的钢铁的生产过程，而且对炼钢轧钢的生产体系，都将产生重大的影响 4。 表 1981世界连铸比（不包括中国大陆） 单位： % 国家 年份 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 比利时 麦 国 联邦德国 尔兰 大利 森堡 兰 萄牙 班牙 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 英国 共体平均 地利 兰 威 典 耳其 斯拉夫 共体以外西欧国家平均 欧 国家平均 拿大 国 本 大利亚 非 方工业化国家平均 根廷 西 利 西哥 内瑞拉 国 国台湾省 塔尔 场经济国家地区平均 加利亚 克和斯洛伐克 东德 牙利 兰 马尼亚 苏联 欧国家平均 界平均 设计的内容 结晶器振动装置按照其运动轨迹可以分为长臂式、复合差动式、导轨式和双摇杆式。按照其振动方式可以分为正弦振动、同步式和负滑脱式。 本次设计通过技术参数的要求，结合具体实际，进行方案讨论，以确定机构方式， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 振动方式等内容。进一步进行电机的选择，对各零部件进行校核计算。具体步骤如下。 （ 1）绪论； （ 2）设计方案的确 定及论证； （ 3）术参数的设计计算； （ 4）电机性型号的选择； （ 5）主要零部件的设计及校核； （ 6）绘图（总装配图一张、部件装配图二张、零件图四张，折成 六张以上）； （ 7）编制、打印设计说明书； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 2 总体方案设计选择 结晶器振动的是为了使铸坯在凝固过程中与铜板分离开，防止两者粘结而发生粘挂拉裂或拉漏事故而造成破坏，以保证拉坯顺利进行。 钢液在结晶器中的凝固过程如图 示。图 示坯壳在结晶器中的正常生长情况，如果不发生意外情况，铸坯就能够 被连续而不间断地从结晶器中拉出。假如由于某种意外，比如润滑不良时，坯壳的上半部分就会粘结在结晶器壁面上，而且在某处（如X 处）粘着力大于坯壳的拉强度，那么坯壳在拉坯力的作用下被拉断，被拉断的上半部分（如 A 处）又会紧紧的粘在结晶器壁上，而下段（如 B 段）继续向下运动，这时候钢水将会充填进 间，如图 示，就会形成一段新的坯壳， 段就联接起来。新形成的坯壳强度很低，钢坯再次被拉断。这样会造成钢坯连续地被拉断，连续地在断层上充填钢水，直至 B 段被拉出结晶器，便发生了如图 示的漏钢事故。为了避免上述 缺点，结晶器振动技术就发展起来了。 图 壳被拉断的过程 晶器振动装置的技术要求 1) 保证铸坯不与结晶器发生粘结现象，使铸坯形成良好的表面质量 2) 振动机构应该有一个确定的运动轨迹，应不发生偏摆和晃动。 3) 结晶器内的坯壳应与结晶器壁保持接触，不应产生过大的间隙。 4) 为了避免产生冲击振动，振动速度变化缓慢，加速度不应过大。 5) 发生故障时，必须有防止设备和电动机过载保护的安全措施。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 晶器振动装置的类型和特点 动方式 结晶器振动按速度 可分为 3 种，如图 示。 1234图 晶器振动方式（波形） （ 1）同步式： 如图 曲线 1 所示，采用同步振动方式时，结晶器与铸坯保持同步下降，在此过程中拉裂的坯壳在下降阶段得到愈合，愈合时间约占振动周期的四分之三 。同时同步振动降低了拉坯的阻力，降低了漏钢的风险，铸坯的表面质量得到提高，因此，同步振动在连铸技术开发初期得到了广泛的应用。 同步振动主要特点是：结晶器在下降时与铸坯作同步运动，然后以三倍的拉坯速度上升，即： 1错误 !未找到引用源。 (错误 !未找到引用源。 (式中， 错误 !未找到引用源。 分别为结晶器的上升和下降速度； V 拉坯速度。 上升速度与下降速度之比 N 为 ： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 321 未找到引用源。 (由于上升和下降都是等速运动，所以 312121 ) 121 4 错误 !未 找到引用源。 (式中， 错误 !未找到引用源。 分别为结晶器上升和下降的时间 ; T 振动周期。 一般通过采用凸轮机构来实现同步振动，其设备的加工、制造相对复杂。结晶器振动机构、拉坯机构之间必须进行严格的电气连锁来实现严格的同步；此外，结晶器在振动方向不同的速度转折处速度变化很快，此时机构会中产生了很大的冲击力，因而结晶器振动的平稳性受到影响，这些对于铸坯的表面质量和设备的正常使用都非常不利。 在当今工业生产中同步振动已不使用。 （ 2） 负滑脱式： 如图 曲线 2 所示。负滑脱振动是在同步振动的基础上发展而来的，这种振动方式的下降速度大于拉坯速度，所 以铸坯在向下振动时就会与结晶器壁产生滑动，因此称为负滑脱 5。 结晶器的下降速度略大于拉坯速度，即： )1(2 误 !未找到引用源。 (式中， 负滑差率，表示结晶器下降速度与拉坯速度之间的滑差率 %100*2V 错误 !未找到引用源。 (负滑差 太大，容易在铸坯表面上产生振动痕迹。目前一般取： %105 上升速度 错误 !未找到引用源。 和下降速度 错误 !未找到引用源。 之比 错误 !未找到引用源。 。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 优点是：结晶器下降时，坯壳中会产生压应力，有利于进断裂的坯壳压合，同时也有利于脱模。 1） 结晶器在振动速度的转折点处 ， 速度变化比较缓慢 ，有 利于提高运动的平稳性。 结晶器在上升时，坯壳承受拉应力，下降时承受压应力，所以在确定振动参数的时候时，应使开始下降时的加速度 错误 !未找到引用源。 稍微大些，开始上升时的加速度错误 !未找到引用源。 稍微取小些。比值 3212 未找到引用源。 。 负滑脱振动，在下降时铸坯会受到一种压力，坯壳表面细小的横裂将被焊合。但是负滑振动形式也是由凸轮机构来实现运作，与同步振动相仿它在机械和电气使用效果上的弱点仍然存在，所以，负滑振动在当今工业生产中很少使用。 （ 3）正弦振动： 正弦式振动是指结晶器的运动速度 见图 曲线 3，它有如下几个特点： 1) 由于在正弦式运动中速度一直都是变化的，所以结晶器与铸坯之间不存在同步运动阶段，但会存在一小段负滑动阶段，着有利于坯壳的愈合 ; 2) 由于速度（ts ）随时间是按正弦波形变化的，加速度（ ts 2 / 错误 !未找到引用源。 ）随时间是按余弦规律变化，减速度没有突变，所以过渡比较平稳，没有较大冲击； 3) 因为加速度较小，所以可提高振动频 率，这利于提高脱模作用，消除粘结现象； 4) 通过偏心轮来实现正弦式振动，所以制造比较容易； 5) 结晶器和铸坯之间速度没有必然关系，所以当拉坯的速度变化不太大时，振动机构和拉坯机构之间的重要性也不大，这样可以简化电气系统。 正弦振动在目前连铸生产中应用最广泛。 （ 4）非正弦振动： 如图 曲线 4 所示，采用非正弦振动方式，结晶器振动过程中，下降运动时间比上升运动短，所以正滑动时间较长，结晶器振动的速度与拉坯的速度之间速度差较小，使得钢水与结晶器铜板的摩擦有了较大的减轻；同时，采用非正弦振动能 够使液态保护渣膜向出口方向扩展，有利于保护渣向结晶器与凝固坯壳之间的缝隙渗透，润滑效果得到改善，铸坯质量得到提高。所以，非正弦振动更适应于高拉速连铸过程。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 动机构 装置的结构包括：实现结晶器运动轨迹（直线或弧线）的部分、实现结晶器振动的部分。 按照结晶器运动轨迹（弧线）的可分为导轨式、长臂式、复合差动式、四偏心式、双摇杆式和四偏心式。 小方坯连铸机采用的是双摇杆式振动机构，常装在内弧侧，大板坯连铸机采用双摇杆式振动机构则装在外弧侧。 1） 导轨式振动机构 导轨式振动机构的结晶器是通过弧形导轨和滑轮来使实 现弧线运动的。因为振动行程很小，所以弧形导轨也可以用两段折线来代替，以简化加工。导轨能够直接固定在浇注平台的钢结构上，也可以固定在二次冷却装置的机架上，这样便于对弧。滑轮能够使用滑块来代替。通常把它们固定在结晶器的外壳上。这种机构结构比较简单，早期使用较多。 2） 长臂式振动机构 长臂式振动机构是通过采用一根长臂来实现弧线运动的，长臂的工作长度和圆弧半径 R 相等，一端连铸机的圆弧中心，为一支点，它是铰接在建筑结构上的。一端上装有结晶器，它可以绕支点自由作弧线摆动。长臂是通过振动机构来实现上下振动的。长臂式振动装置能 准确地实现预定的弧线运动，结构也相对简单，但是这种振动机构不利于拆装二次冷却装置及拉坯矫直机，所以现已淘汰。 3） 复合差动式振动机构 复合差动式振动机构是我由国于 1964 年自主开发的一种弧形运动机构。 在由弹簧支承的框架上固定一结晶器，采用凸轮机构、偏心轮强迫框架下降，靠弹簧的反弹使其上升。在振动框架的内、外弧侧面，都装有齿条，它们分别与节圆半径相等的小齿轮相啮合。装在小齿轮轴上的扇形齿轮有不同的节圆半径，外弧侧的节圆半径较小。当相互啮合的扇形齿轮及摆动时，就会使与其相连的两个小齿轮轴及产生不同的线速度 错误 !未找到引用源。 。反映在振动框架两侧的齿条上，就会产生不同的上下运动的线速度，所以可使结晶器产生弧线运动。复合差动式机构有如下优点： a) 其精度能长时间保持不变。运动轨迹准确。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 b）机构相对简单，运动件及轴承数目少，易于维修。可以和结晶器、头段二冷夹辊预装在一起，便于在检修及处理漏钢时快速更换。 c） 结晶器 上下运动产生的推力只作用于振动框架的外围，因而结晶器内阻力点的偏移不会使结晶器作不规则的运动。 d) 由于弹簧的支承作用，不仅降低了拉破坯壳的危险，还能使齿轮与齿条等啮合件永不脱离接触，即便在接触处磨损的情 况下也能保持保持良好的接触，避免产生冲击。 4) 双摇杆式振动机构 图 摇 杆式振动机构的基本原理图 在某一瞬时 ,双摇杆机构中连杆 绕瞬时中心 O 点的做弧线运动，其圆弧半径为此，只要恰当地选取双摇杆中各杆的尺寸，就能使 错误 !未找到引用源。 D 正好等于连铸机的圆弧半径 R，使结晶器处在 位置时，这样就能实现结晶器的弧线运动。由于圆弧半径相比结晶器振幅大很多，所以瞬心位置变化造成的运动误差在理论上很，可以忽略。 5) 四偏心式振动机构 西德曼内斯曼公司于 70 年代开发了四偏心轮机构、 80 年代对这种 机构不断的加以改进。利用偏心距不同的偏心轮及连杆机构来实现结晶器的弧线运动。利用两条板式弹簧使结晶器只作弧形摆动，而不能产生前后左右的位移。通过适当选择合适的弹簧长度，能够使的运动轨迹误差不大于 振动台架是钢结构件。结晶器及其冷却水管快速接头，振动机构及驱动系统及第一段二冷夹辊都装在这个振动台架上，可以整体吊运，更换时间不超过 1h。 优点是偏心轮连杆产生的推力会作用于振动台的四角，因而结晶器不会因为结晶器内阻力作用点的偏移而产生不平稳的运动。 为了保证四个偏心轮的安装调整的方便和相位精度，可以 在在传动系统中采用万向接轴、轴离合器、相位联轴器 6。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 买文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 3 技术参数计算 设计参数，振动负荷 56幅 3动频率 30 240 次 / 双摇杆机构原理 连杆机构的共同特点是运动从原动件，经过一个不与机架直接相连的中间构件（连杆）的传递，传动到从动件，所以称之为连杆机构。 连杆机