机械毕业设计（论文）连铸机结晶器振动装置控制设计【全套图纸】.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：连铸机结晶器振动装置控制学生姓名：学 号：2003041342专 业：机械设计制造及自动化班 级：机械2003-03班指导教师： 教授连铸机结晶器振动装置控制摘 要使用液压振动装置取代电机驱动偏心轮结晶器振动装置，设计液压振动装置的液压系统和控制系统，使新的电液伺服驱动的结晶器振动装置与传统的直流电机或交流电机驱动偏心凸轮的结晶器激振系统相比，具有能实现正弦振动、易于实现计算机控制、布置方便。本设计采用计算机控制的电液伺服结晶器激振系统，可以方便地产生各种振动规律，实现控制过程监督、实时显示并根据拉坯速度实时修改振动参数，提高连铸坯质量和提

2、高金属收得率，从而实现连铸过程的自动化。全套图纸，加153893706。关键词：结晶器,正弦振动,液压伺服系统,控制Control system for continuous casting moldoscillation driven by hydraulic servoAbstractThe hydraulics and control system of hydraulic pressure bobbing machine is designed by replacing motor driven wobbler mould drive with bobbing machine,be c

3、ontrasting new electrohydraulic servo driven mould drive and conventional dc motor/ac motor drove eccentric mould excitation system, realize sinusoidal vibration, computerized control and lay out easy, it adopt computer-controlled electrohydraulic servomould system excitation, could brought convenie

4、ntly vibrate method, realize control process monitoring,real-time display and modify vibrate parameter based on cast speed,raise continuous casting quality and raise metallic yield, realize continuous casting process automation.Key words: mould, sinusoidal vibration, hydraulics, control目 录摘 要IAbstra

5、ctII第一章 引 言错误！未定义书签。1.1 研究背景错误！未定义书签。1.1.1 结构歧义错误！未定义书签。1.1.2 理性主义的研究方法错误！未定义书签。1.1.3 经验主义的研究方法错误！未定义书签。1.2 问题定义错误！未定义书签。1.2.1 结构化的随机语言模型错误！未定义书签。1.2.2 基于实例类比的分析策略错误！未定义书签。1.3 论文结构错误！未定义书签。第二章 自然语言的结构分析错误！未定义书签。2.1 自然语言形式文法系统错误！未定义书签。2.1.1 合一文法错误！未定义书签。2.1.2 依存文法错误！未定义书签。2.1.3 词汇化文法错误！未定义书签。2.2 自然语言

6、分析算法错误！未定义书签。2.2.1 串行分析算法错误！未定义书签。2.2.2 并行分析算法错误！未定义书签。 第一章、序 言现代连铸技术朝着快速浇铸技术方向发展的趋势，导致了对板坯连铸过程中采用的结晶器振动方式的发展和变革。液压振动技术是最近10来开发的新技术，它具有机械振动所没有的优越性，目前已在欧美许多国家的大型板坯连铸振动装置上得到了普遍的采用，国内也有关于研制铸机电液伺服振动装置方面的报道。1.1设计目的针对传统的电机驱动偏心轮结晶器振动装置存在的缺点，设计电液伺服驱动的结晶器振动装置及计算机控制系统。通过改进，满足连铸工艺的要求。1.2设计内容使用液压振动装置取代电机驱动偏心轮结晶

7、器振动装置，设计液压振动装置的液压系统和控制系统，使新的电液伺服驱动的结晶器振动装置与传统的直流电机或交流电机驱动偏心凸轮的结晶器激振系统相比，具有能实现正弦振动、易于实现计算机控制、布置方便。本设计采用计算机控制的电液伺服结晶器激振系统，可以方便地产生各种振动规律，实现控制过程监督、实时显示并根据拉坯速度实时修改振动参数，提高连铸坯质量和提高金属收得率，从而实现连铸过程的自动化。第二章、连铸机结晶器振动技术的现状及发展趋势2.1连铸机结晶器振动简介在连铸技术的发展过程中，只有采用了结晶器震动装置后，连铸才能成功。结晶器振动的目的是防止拉坯坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯表面，因而结晶器向

8、上运动时，减少新生的坯壳与铜壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，使铸坯表面出现裂纹；而当结晶器向下运动时，借助摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂纹，这就要求向下的运动速度大于拉坯速度，形成负滑脱。机械振动的振动装置由直流电机驱动，通过万变不离其宗向连轴器，分两端传动两个蜗轮减速机，其中一端装有可调节轴套，蜗轮减速机后面再通过万向连轴器，连接两个滚动轴承支承的偏心轴，在每个偏心轮处装有带滚动轴承的曲柄，并通过带橡胶轴承的振动连杆支承振动台，产生振动。在新型连铸生产工艺中，采用带数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制是保证连铸生产质量的关键技术之一。国外的应用情况表明，采用连

9、铸洁结晶器非正弦伺服振动，能够有效的减少铸坯与结晶器间的摩擦力，从而防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，减少铸坯振痕，提高铸坯质量。带有数字波形发生器的结晶器电液伺服振动控制装置和传统的结晶器振动装置相比，可以方便的实现多种波形振动、实现连铸过程监督和实时显示振动波形，并能在线修改非振动方式及振动频率和幅值等参数，实现控制过程的平稳过度。2.2液压振动系统描述所开发研制的结晶器电液伺服振动装置结构组成如图1.1所示，相应的计算机控制系统方块图如图1.2所示，采用阀控缸驱动驱动双摇杆机构实现结晶器的往复振动，将液压缸的位置通过位移传感器反馈到综合端与指令信号比较得到误差信号，然后由计算机算得控制量并经

10、过D/A和电流负反馈放大器后驱动电液伺服阀构成闭环控制系统。利用计算机产生各种指令信号，通过选择适当的控制律使系统输出跟踪指令信号从而获得所要求的振动规律。图1.1 结晶器电液伺服振动装置图1.2 结晶器振动波型计算机控制系统方块图液压振动的动力装置为液压动力站，它作为动力源向振动液压缸提供稳定的压力和流量的油液。液压动力站的信号有主站室内的计算机通过PLC系统来控制，液压振动的核心控制装置为振动伺服阀。振动伺服阀灵敏度高，液压动力站提供动力如有波动，伺服阀的动作就会失真，造成振动时运动不平稳和振动波形失真。为此，要在系统中设置蓄能器以吸收各类波动和冲击，以保证整个系统压力稳定。正弦和非正弦曲

11、线振动靠振动伺服阀控制，而振动伺服阀的空子信号来自曲线生成器，主控室的计算机通过PLC控制曲线生成器设定振动曲线（同时也设定振幅和频率）。曲线生成器通过液压缸传来的压力信号和位置反馈信号来修正振幅和频率。经过修正的振动曲线信号转换成电信号来控制伺服阀。只要改变曲线生成器即可改变振动波形、振幅和频率。曲线生成器输入信号的波形、振幅和频率可在线任意设定好振动曲线信号传给伺服阀，即可控制振动液压缸按设定参数振动。在软件编程中，同时还设置多种报警和保护措施以避免重大事故的发生。这种在线任意调整振动波形、振幅和频率是通常机械振动所不能实现的。2.3结晶器振动技术的发展结晶器振动是连铸技术的一个基本特征。

12、连铸过程中，结晶器和坯壳间的相互作用影响着坯壳的生长和脱膜，其控制因素是结晶器的振动和润滑。连铸在采用固定结晶器浇注时，铸坯直接从结晶器向下拉出，由于缺乏润滑，易与结晶器发生粘结，从而导致出现拉不动或者拉漏事故，很难进行浇注。结晶器振动对于改善铸坯和结晶器界面间的润滑是非常有效的，振动结晶器的引进，使得工业上大规模应用连铸技术得以实现。可以说，结晶器振动是浇注成功的先决条件，是连铸发展的一个重要里程碑。近年来，冶金工业的迅速发展，要求连铸提高拉速以增加连铸机的生成能力，人们对结晶器振动的认识也在不断深入和发展。2.3.1结晶器振动技术 结晶器振动技术早期只应用于有色金属的浇注，由于没有弄清与结

13、晶器润滑的关系，结晶器震动的概念也经历了各种变化。直到1949年，S.容汉斯和I.罗西第一次将其应用于钢的浇注，目前就是为了有效的改善铸坯和结晶器壁间的润滑条件。这一成果对于推动连铸技术的发展，使其从实验室走向工业化应用做出了开拓性的发展，表1.1示出了连铸结晶器振动技术的发展演变情况。从表1.1结晶器振动技术的发展来看，结晶器震动经历了早期的非正弦振动到正弦振动方式，目前又发展到非正弦方式的过程。当然，现在所采用的非正弦振动与早期的非正弦振动虽然振动波形同为非正弦，但其目的和实现方式上二者有本质的区别。2.3.2振动形式分析在结晶器振动技术发展过程中，在振动形式及振动装置的结构上出现了多种多

14、样的形式。目前，在工业生产中应用量最多的主要是正弦波模式。近年来，非正弦波模式又被人们接受，并随着先进的液压振动装置的出现，采用了各种各样的振动曲线。2.3.2.1正弦振动正弦振动就是结晶器的运动速度和时间成正弦曲线关系，如图1.3（f）中曲线2所示。这种振动规律的最大优点就是只要用一个简单的偏心机构即可实现，速度变化平稳、无冲击，易于维护。由于正弦震动的速度始终处于变化之中，在振动机构和拉坯机构之间没有严格的速度关系。因此，也不必建立严格的连锁。同时，在运动中仍有一段负滑脱阶段，具有脱模作用。由于加速度比较小，振动还能实现高频振动，减少负滑脱时间以得到较浅的振痕，有利于改善铸坯表面质量，为了

15、使这两个参数最佳化，曾经历了不同的发展，从大量时间经验可以得出结论，高频率小振幅对改善铸坯表面质量有明显的效果，从图1.3中可以看出拉坯速度相同时，小振幅高频率可以减少振痕深度，而负滑脱时间,当振幅s减小，振动频率f增大时，其结果可使负滑脱时间缩短，因此也可以说缩短负滑脱时间有利于提高铸坯表面质量，目前，有关文献报道大多数负滑脱时间取值范围在0.10.25S,对于不同钢种最佳负滑脱图1.3 在不同振幅和频率下拉坯速度对振痕深度的影响时间为0.1s。但是，正弦振动的特性完全决定了其振幅和频率的数值，即正弦的调节能力小，难以完全满足高速连铸的工艺要求，特别是对于那些易于粘结的钢种，在高速浇注条件下

16、采用具有较长的正滑脱时间的非正弦式结晶器振动是更有利的，而且采用带可调程序控制装置的液压机构很容易实现这种非正弦振动方式。2.3.2.2非正弦振动近年来，现代连铸发展的一个特点是拉坯速度日益提高，同时，连铸坯热送直接轧制技术的发展也对连铸坯的表面质量提出了更高的要求。实践表明，高频振动和高速铸造均会造成结晶器保护渣消耗量的下降，使坯壳与结晶器壁间的润滑性能变坏，摩擦力增加，容易发生粘结漏钢。为了解决高速拉坯速度、高频振动这一新情况下的漏钢问题，将弯月面下初凝的薄弱坯壳顺利拉出，人们一方面采用含有的低粘度、低溶点、铺展性好的保护渣，以改善铸坯与结晶器间的润滑条件，保持一个合适的保护渣消耗量；另一

17、方面在结晶器的振动方式上采用这样的振动波形：在正滑动区间较小，以尽可能降低作用在坯壳上的拉伸应力，而在负滑动区间较大，以对坯壳施加足够大的压缩力，并降低负滑动时间NSR或增大正滑脱时间，在正弦振动中，、互为增函数关系，不能同时满足上述几个方面的要求，因此，人们开发了结晶器上升时间比下降时间长的非正弦振动波形，引入了波形偏斜率这一自由参数。当然，目前开发的各种波形不同的非正弦振动模式，均是通过液压伺服系统控制的液压振动装置来实现非正弦振动的，除了可以改变振幅和频率外，还可以根据工况的变化自由的调节波形偏斜率，改变振动波形。图1.4示出了非正弦振动的位移曲线和速度曲线。其特点是结晶器的上升时间长且

18、速度平稳，可显著的减小对坯壳的拉伸应力：下降时间短且保持了较大的负滑动量，可对坯壳施加较大的压缩应力。负滑脱时间明显减少，这符合前面提到的缩短，有利于改善铸坯表面质量的论述。同时，在非正弦振动中，互为减函数关系，减少相应增大了正滑脱时间，可以保证保护渣的有效提供。工业实验已经证明，采用合适的非正弦振动波形，至少可使振痕深度减少30，坯壳与结晶器壁间的摩擦阻力减少40。此外，据称非正弦振动方式对于铸坯皮下的纯净度、结晶器的传热以及初生钩形凝固壳的形成都有积极影响。结晶器振动技术的发展过程序号 年代 发明者 振动形式 原理或目的 1 1933 容汉斯 非正弦 3:1模型,但下降时无相对运动,以保证

19、最 高的传热效果 2 1949 容汉斯 非正弦 第一次将振动结晶器应用到钢的连铸中 罗 西 3 1951 萨瓦日 非正弦 振幅和频率根据结晶器摩擦而变化的簧 吊挂式结晶器 4 1953 罗 西 非正弦 在1:1和1:4模型之间,以避免结晶器向 上运动时撕裂坯壳 5 1953 哈立德 非正弦 使用机械往复式3:1模型结晶器,向下运 动时有负滑脱 6 1954 萨瓦日 非正弦 应用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 海森堡 3:1模型,在结晶器向下运动时有”压缩释 放“7 1957 鲁斯特海尔 非正弦 用弹簧吊挂式结晶器加上液压机构的 Scheneider 3:1模型,以避免振动8 1958 Sign

20、ora 正 弦 以偏心机构形成稳定、简单的正弦波振 Caroano 动9 1959 Michelsen 非正弦 3:1模型，只在向下运动最后阶段产生负滑脱以改善传热10 1959 萨瓦日 非正弦 3:2模型，降低向上运动的加速运动以尽 Morton 量避免撕裂坯壳11 1960 苟 周 非正弦 用安装在弹簧吊挂结晶器上的两个叠加 Zaeytydt 的偏心机构形成复杂的模型12 1967 考伯尔 非正弦 0.51.0s的负滑脱焊合时间13 1968 科奈尔 正 弦 55%80%的向下运动时间为负滑脱时间14 1971 鲍 曼 正 弦 在大方坯浇注中采用高频小振幅振动一减轻振痕15 1979 To

21、mono 正 弦 碳含量对振痕深度的影响16 1981 Okazaki 正 弦 第一次用400cpm振动频率的板坯连铸机17 1982 沃尔夫 正 弦 在整个浇注速度范围内负滑脱时间恒定18 1984 米如 正 弦 在f和Vc之间呈抛物线式的同步模型19 1984 米朱卡米 非正弦 带液压驱动装置的1:2.5模型，以高速浇注板坯20 1985 戴维斯 正 弦 低频小振幅高速浇注易粘结钢种21 1985 Mikio Suzuki 非正弦 上行时间比下行时间长，用液压伺服传动机构浇注板坯22 1985 日本神户 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注期间对制铁 振动波形、频率、振幅进行调整23 19

22、88 DELHAU 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注期间对振动波形、频率、振幅进行调整期间24 1990 DEMAG和 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注对振动ARVEDI公司 波形、频率振幅进行调整25 1995 奥钢联和 非正弦 液压伺服传动机构，允许在浇注期间英国DAVY公司 对振动波形、频率、振幅进行调整26 1998 李宪圭非正弦通过非圆齿轮或连杆式驱动，对振动波型、频率、振幅进行调整，方便简单 图1.4 1.非正弦曲线 2.正弦曲线2.3.3结晶器振动和润滑的关系结晶器振动的重要影响主要是对润滑和振动痕迹形成的作用。振动的同时要求提供结晶器润滑，两者的共同作用是减少坯壳和结晶

23、器壁间的摩擦力，以得到最好的表面质量和防止粘结漏钢的最佳安全性。如前所述，结晶器振动对于改善结晶器壁间的润滑是非常有效的，但对于结晶器振动如何影响结晶器保护渣的消耗和保护渣的润滑作用，其机理并不十分清楚。早期的研究曾提出一个负滑脱时间保护渣流入量的模型，但是随后的试验结果表明，保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数，图1.5示出了保护渣消耗量与正滑脱时间的关系。可见，对于振动结晶器，正滑脱时间越长，保护渣消耗量越大，由此也引起了大量的争议。对于增加保护渣消耗而言正滑脱时间和负滑脱时间是振动周期内的两个必不可少的过程：正滑脱期间，结晶器相对坯壳向上运动。保护渣在结晶器钢水弯月面处形成的渣圈上移，液渣由

24、钢液面向弯月面流动的通道被“打开”，促进了液渣弯月面附近流动和聚集，由于摩擦力作用液态渣的一部分被“拔出”；负滑脱期间，结晶器相对坯壳向下运动，渣圈随结晶器下移，液渣受到压力而向结晶器和坯壳间填充，同时，由于压缩的作用，液渣流动的通道被“关闭”，也部分阻碍了钢液面上的液渣向弯月面附近流动。结晶器周期性振动的结果，导致液渣在弯月面处的流动、聚集以及向结晶器和坯壳间填充的重复进行，从而改善了结晶器的润滑状况。当液渣的填充成为限制性环节时，负滑脱时间反映振动参数对保护渣消耗的影响；当液渣供应成为限制性环节时，则正滑脱时间反映振动参数对保护渣消耗的影响。通过对生产、试验数据的综合评价，研究发现，保护渣

25、消耗量与总的周期时间有很好的对应关系（见图1.5），并得到如下的实验公式：式中：Q-单位面积的保护渣消耗量，； -拉坯速度，m/min； f-振动频率Hz； -保护渣的液渣粘度，pa.s.图1.5 保护渣消耗量与正滑脱时间的对应关系很明显，它是保护渣粘度和振动频率的函数，给出了一个与时间有关的保护渣消耗机制，由于高频振动以及高拉速减少了坯壳的“接触时间”，保护渣消耗量降低。但是，上式中变量缺少了振幅s的影响，仍不能对结晶器振动的影响作出满意的评价。结晶器振动技术是连铸的一个基本特征,基于不同的理论,结晶器振动技术也经历了复杂的过程,早期主要由凸轮实现的非正弦振动,由于波形单一,在线不能调节,未

26、能实现振动波形的优化;由于采用偏心机构使机械动作更加简便,故结晶器正弦振动得到了发展,并不断地对其振动参数进行优化,实现高频振动以改善铸坯表面质量;目前开发的液压振动,波形选择范围宽,并且调节容易,振动机构具有很高的稳定性,对于改善结晶器内的润滑效果,降低摩擦阻力以及为初始凝壳的顺利形成创造了最合适的条件,可以实现连铸过程振动的最优化.对于改善铸坯表面质量,提高拉坯速度,液压振动技术将以其突出的优越性在连铸生产中获得广泛地应用.当然，无论哪种振动方式，结晶器振动对于润滑的影响，尚需进一步深入研究，以得到令人满意的使用模型。第三章、 液压振动结晶器的工艺设备结晶器液压振动较以往的振动方式具有很先

27、进的特点，包括：频率可调、振幅可调整、振动曲线可调整及高振频低振幅等特点。这些特点就能够充分满足整个连铸工艺对包括钢坯振痕在内的表面质量及部分内部质量的要求。3.1系统控制原理结晶器（Mold）液压振动控制系统见图2.1。结晶器液压振动主要是在结晶器两侧装有两个液压缸，这两个液压缸分别由两个液压伺服机构（比例阀）来控制（如图中Hydraulic Actuator），这样就可以通过液压缸的快速升降从而带动整个结晶器也快速地上下振动。在每个液压缸上装有一个高精度的位置传感器（如图中Cylinder pos feedback），用于检测液压缸中塞杆的移动位置，从而有效确定塞杆移动的长短，经过控制器的

28、计算，得到振动的振幅。同时在液压缸两侧还装有压力传感器，主要用于测算结晶器与铸坯之间的摩擦力。图2.1 结晶器（Mold）液压振动控制系统位置控制是由控制器（如图Simatic C7）对具有比例效应的液压伺机构的电磁阀的控制来实现的，控制器向电磁阀输出不同等级的控制信号（4 20mA），这个控制信号通过液压伺服机构（ 比例阀）就可控制液压缸产生不同距离的位置移动；同时这种控制器还要对各振动液压缸之间的机械同步进行有效监视，不至于产生两个缸动作不一致或者动作幅度不统一的错误。这种监视主要来自于位置传感器的反馈信号，通过反馈值与校正值的比较就可得到有效的同步信号值。每个液压缸上位置传感器反馈的位置

29、信号通过放大器与振动控制器（如图SimaticC7）连接，该放大器输出为与控制器液压缸行程成比例的4 20 mA 的信号。控制器的输出同样为模拟信号，控制液压执行器（伺服比例阀）。每个液压缸活塞杆两侧的压力传感器把实际测量的压力转换成电信号，传给振动控制器，控制器计算每一侧振动摩擦力，然后再将这个结果传给计算机二级控制系统，计算机二级控制系统可以将此数据用作模型计算，从而有效地估计出保护渣的性能及粘结漏钢等生产事故。液压振动控制器PLC 为独立式专用模块式PLC（如图Simatic C7）。采用这种独立式控制器的主要优点为：具有极强的专用性，免于其他控制系统的干扰；具有快速的动态反应能力；高度

30、的可靠性；易于与不同的控制系统进行模块式的组合，具有通用性特点。同时，因为采用这种独立的控制器，使我们整个系统的启动时间更短，维护更容易。3.2液压振动结晶器的工艺设备结晶器电液伺服振动系统组成见图1, 它由伺服系统、传动机构、液压油源、上位机、波形生成器、下位控制机等几部分组成1 数字波形生成器由带模拟量的FP0 型PLC 及控制电路构成, 结晶器是通过阀控缸液压动力元件驱动振动机构实现其往复振动的, 而振动伺服阀的控制信号来自波形生成器, 结晶器鞍座的位置通过位移传感器反馈到下位控制机和伺服控制器, 经过电流负反馈放大器后驱动电液伺服阀构成闭环控制系统1 利用计算机与数字波形发生器通信,

31、可以非常方便地产生各种指令波形, 通过模糊P ID 控制可以使系统输出跟踪指令信号从而获得所要求的振动规律1 为了保证系统的跟踪精度, 系统中设有蓄能器以吸收各类波动和冲击. 图2.2结晶器电液伺服振动装置结构及控制原理3.2.1伺服缸伺服缸是由特殊设计的起动力很小的液压缸、电液伺服阀和位移传感器组装在一起构成的，和伺服控制器一起完成将电压指令信号转换成液压缸位移输出的闭环控制。伺服缸尺寸根据负载匹配；由于系统对可靠性及频率响应要求很高, 故选用无节流小孔、高频响的电反馈式伺服阀；系统选用恒压变量泵加蓄能器稳压；位移传感器选用差动变压器式直流位移传感器。3.2.2伺服控制器伺服控制器内有两路独

32、立的伺服放大器和将这两路独立的伺服放大器关联在一起的同步控制回路(见图2.3) 。每路伺服放大器控制1 台伺服缸,它将指令电压信号转换成电流信号经输出端驱动电液伺服阀来使液压缸移动,装在活塞杆上的位移传感器的反馈信号在反馈端输入后与指令信号进行比较,形成位置系统的闭环控制。每1 路都设有开环增益调整、反馈增益调整、零位调整和输入与反馈相位调整,并有电流表显示通过伺服阀的电流状态。同步控制回路是对两台伺服缸出现不同步时的一种补偿,同步控制的原理是对两个单独的反馈信号进行比较,两缸同步,则比较后的差值为零,差值不为零时,这个差值以相反的极性分别送入两个回路各自的输入信号加法点,使“快缸降速,慢缸升

33、速”,进行同步调节 。图2.3 控制框图3.2.3液压泵站泵站选用恒压式变量泵, 油液清洁度按伺服阀要求。为提高系统的动态特性,阀台上设置稳压蓄能装置。液压缸上装有压力传感器,内置位移传感器,用以实现反馈控制。把高速开关阀应用于恒压变量泵输出压力的控制系统中, 泵的输出流量则由其与负载的耦合特性决定。恒压变量泵的电液控制系统原理如图2.4所示。在上述系统中, 以高速开关阀作为先导控制阀,压力传感器 3、4采样得到的压力信号通过数据采集卡传输给计算机, 计算机 单片机 经过比较计算产生的 PWM矩形调制波控制高速开关阀, 高速开关阀的产生的先导压力信号又直接作用于恒压变量泵的调压变量机构, 因此

34、, 可根据其输出先导压力的不同来达到调节1.恒压变量泵 2.溢流阀 3.压力传感器 4.压力传感器5.高速开关阀 6.油源图2.4 泵的电液控制系统原理图恒压变量泵的输出压力的目的。由于高速开关阀压力控制回路具有比例控制的功能, 通过简单的电液数字控制系统就能够实现对其压力的比例控制, 并且高速开关阀具有数模 D/A转换的功能, 因此, 应用它作为接口元件, 计算机就可以直接控制恒压变量泵的输出压力, 实现恒压变量泵输出压力的无级变化调节以满足不同液压控制系统的工作要求。3.2.4计算机系统整个计算机控制系统由上、下位机及数据输入输出系统构成1 上位机为工控工作站, 下位机为PLC1 下位机完

35、成产生给定振动信号、控制算法、数据采集、中断定时; 上位机用于工业矩阵设置、图形实时显示等工作1 控制系统软件由管理程序和控制程序组成1 管理程序包括菜单与界面模块、报警处理模块、图形处理模块、输入给定参数模块、通讯模块、数据采集子模块等1 控制程序包括控制算法程序模块、给定波形生成模块等。第四章、结晶器正弦振动液压伺服系统的设计液压伺服系统是由液压控制元件和液压执行元件组成的动力装置及控制系统.该系统具有体积小、重量轻、响应速度快、控制精度高、调速范围宽、可实现任意轨迹的运动特点.因此,结晶器正弦振动采用液压伺服控制系统是可行的.4.1、结晶器振动参数计算4.1.1、负滑脱量计算在结晶器下振

36、速度大于拉坯速度时，称为“负滑脱”。负滑脱量的定义为：式中 -负滑脱量，%； -结晶器振动时的最大速度，m/min; -拉坯速度，4m/min。负滑脱能帮助“脱模”，有利于拉裂坯壳的愈合。正玄振动的选30%40%时效果较好。在这里选取为30%。则由公式： 可得出结晶器的最大振动速为：=（1+）则=4（1+30%） =5.2m/min=0.086m/s4.1.2 频率与周期结晶器上下振动一次的时间称为振动周期T，单位s。一分钟内振动的次数为频率，单位次/min。求解频率的公式为：式中 -结晶器振动频率 -振幅，3mm -结晶器振动的最大速度，5.2m/min故 =275.8次/min=4.6次/

37、s周期T=0.22s圆频率4.1.3 结晶器的运动速度和加速度： 结晶器振动装置的速度的大小方向是随时间的变化而变化的，由于结晶器是按正弦曲线规律振动的，若结晶器运动时间为 t(s)，则振动结晶器任一瞬间的运动速度可由下式求出：可知，结晶器的运动速度是按正弦规律变化的当=0，t=0时， =0；=，t=0.0275s时，=5.2sin=3.6m/min，方向向下；=, t=0.055s时，=5.2m/min,振动速度达到最大值；=, t=0.0825s时，=3.6m/min;=, t=0.11s时，=0；结晶器振动到最低点。准备向上振动；=，t=0.1375s时， =3.6 m/min,方向向上

38、；=，t=0.165s时 ，=5.2m/min震动速度达到最大；=，t=0.1925s时， =3.6 m/min；=，t=0.22s时， =0。结晶器振动装置的加速度可由下式计算：=0.08628.5cos =2.45cos m/由此可见结晶器振动的加速度是按余弦规律变化的当=0，t=0时，=2.45m/s,加速度具有最大值；=，t=0.0275s时，=1.73m/s；=, t=0.055s时， =0；=, t=0.0825s时，=-1.73m/s;=, t=0.11s时，=-2.45m/s；=，t=0.1375s时， =1.73m/s,；=，t=0.165s时 ，=0m/s；=，t=0.19

39、25s时， =1.73 m/s； =，t=0.22s时， =2.45m/s。由此结晶器振动装置完成了一个周期的振动，振动装置进入下一个周期的振动。4.1.4 负滑脱时间的确定：当结晶器下振动的速度大于拉坯速度时就出现负滑脱，在本设计中拉坯速度=4m/min，设开始出现负滑脱的时间，则有则 =0.0307s负滑脱总时间 =0.0486s结晶器的位置、速度曲线和铸流速度曲线（从结晶器的最高位置开始）如下图所示：图中，曲线1表示结晶器位置；曲线2表示结晶器的速度；曲线3表示铸流速度；表示负滑脱时间。由于结晶器为上下运动，而铸流为连续向下运动，这样在各个位置时的运动情况就有所不同，现分析如下：位置1：

40、结晶器速度=0，铸流速度=拉坯速度=4m/min，结晶器在最高位置点；位置2：结晶器速度加速到4m/min，铸流速度=拉坯速度=4m/min，二者等质同向，相对速度为0，开始负滑脱；位置3：结晶器向下加速到最大速度5.2m/min，铸流速度=拉坯速度=4m/min，结晶器速度超过拉坯速度，并达到最大值；位置4：结晶器速度达到最大后减速到4m/min，铸流速度=拉坯速度=4m/min，结晶器速度减到等于位拉速，负滑脱结束。位置5：结晶器速度=0，铸流速度=拉坯速度=4m/min，结晶器处于最低位置；位置6：结晶器速度向上加速到4m/min，铸流速度=拉坯速度=4m/min，二者等质反向；位置7：

41、结晶器向上加速到最大值5.2m/min，铸流速度=拉速=4m/min，二者相对速度最大。位置8：结晶器回到初始位置，结束了一个周期的循环，下一循环开始。 从总的情况看：正玄振动方式采用高频率、小振幅、较大的负滑脱量的振动较为有利。4.2、液压伺服系统的静态设计静态计算如下：根据负载轨迹确定A、Q。液压动力机构的输出力和速度应满足负载力和负载速度的需要，这是动力机构能够完成工作的起码条件。最大功率电的F、v值可通过数值方法求出。4.2.1.确定最大功率（1）位移 (1)（2）速度 (2)（3）加速度 (3)（4）负载力F=ma=m (4)由(4)式得： 整理后得： (5)由(2)式得： 整理后得

42、： (6)由以上(5)式、(6)式两式得到负载功率方程： (7)设,应用数值解法得： = (8)2ABP当AV=BF=0.707AB时，有既,将=3.66mm,=28.5Hz,m=12000kg带入上式，得最后求出最大功率点的F、v的值如下：4.2.2、确定液压系统的主要参数，压力P，流量Q4.2.2.1、初选系统的压力 根据参考资料1中表29-10冶金机械工作压力为2032MPa，初选压力为P=20MPa。4.2.2.2、计算液压缸的主要参数液压动力机构的最大功率点应该与负载轨迹的最大功率点相重合,并认为它们在该点相切,则A和Q如下：A= 选用双杆伺服缸，为保证活塞杆的稳定性，当活塞杆受压时，一般取d/D=0.50.7，初选d/D=0.6 d活塞杆的直径 D活塞的直径 由此可得： 其中：活塞的截面积 活塞与活塞杆的截面积的差值则