板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)液壓裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算

摘 要：文章介紹了某型不銹鋼板坯連鑄機(jī)組結(jié)晶器振動(dòng)液壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。計(jì)算系統(tǒng)所需流量，配置核心液壓元件型號(hào)規(guī)格，對(duì)循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了精確計(jì)算。

關(guān)鍵詞：連鑄結(jié)晶器；振動(dòng)；液壓

引言

結(jié)晶器是板坯連鑄機(jī)組的核心設(shè)備，而結(jié)晶器振動(dòng)裝置又是結(jié)晶器設(shè)備重要裝置之一。當(dāng)結(jié)晶器上下振動(dòng)時(shí)，鋼水液面與結(jié)晶器壁面相對(duì)位置也隨之改變。其目的在于防止坯材在凝固過程中與結(jié)晶器銅壁發(fā)生粘連而出現(xiàn)拉漏、拉裂事故，同時(shí)有利于脫坯，改善坯殼與結(jié)晶器壁的潤滑性等[1]。結(jié)晶器液壓振動(dòng)因其能在線調(diào)整振動(dòng)參數(shù)，近期有廣泛的發(fā)展和推廣。文章即圍繞國內(nèi)某型板坯連鑄機(jī)組的結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算和設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)原理

連鑄機(jī)的結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置由兩個(gè)液壓缸推動(dòng)整個(gè)機(jī)架做垂直方向上的非正弦曲線。

非正弦曲線運(yùn)動(dòng)的周期、振幅與正弦曲線其實(shí)是一致的，只是在半周期內(nèi)由兩條周期不同的正弦曲線（全周期為T，上升段周期為T+，下降為T-）拼接而成。定義非對(duì)稱系數(shù)C=T+/T，當(dāng)C=0.5，曲線即為對(duì)稱的正弦曲線；當(dāng)0.5≤C≤1，比如C=0.6，則T+=0.6T，T-=0.4T，使得結(jié)晶器上振時(shí)間長，而下振時(shí)間短。實(shí)際生產(chǎn)中C值大于0.5，一般在0.5～0.6。

振動(dòng)裝置由兩部分組成：液壓站和振動(dòng)執(zhí)行器。液壓站向振動(dòng)執(zhí)行器提供油。振動(dòng)執(zhí)行器包括缸旁伺服閥和振動(dòng)液壓缸。

2 工作泵流量計(jì)算及選擇

工作泵的選擇取決于液壓缸運(yùn)動(dòng)所需的流量，因此先計(jì)算各個(gè)工況下所需流量。

（1）對(duì)稱正弦運(yùn)動(dòng)（C=0.5）時(shí)，振動(dòng)所需的平均供油流量

振動(dòng)液壓缸參數(shù)為Φ125/Φ90。單個(gè)液壓缸的最大振幅Am為6.5mm，最大頻率160次/min，在1/4個(gè)周期內(nèi)，其平均速度Vp=Am/（T/4）=69（mm/s）。此速度下單缸塞腔供油平均流量為51L/min。兩個(gè)液壓缸同時(shí)工作則需要102L/min， 取效率系數(shù)0.8，得127 L/min。

（2）對(duì)稱正弦運(yùn)動(dòng)（C=0.5）時(shí)，振動(dòng)所需的最大供油流量

正弦振動(dòng)的速度為

最大速度Vmax為Am 2πf，此速度下單缸最大供油流量80.19L/min，兩個(gè)液壓缸同時(shí)工作則需要160.3 L/min。

（3）非對(duì)稱系數(shù)C=0.7時(shí)，振動(dòng)所需的最大供油流量

隨著非對(duì)稱系數(shù)C的不斷變大，下降速度提高。認(rèn)為C=0.7是最大非對(duì)稱系數(shù)，此時(shí)最大速度出現(xiàn)在下降段。令對(duì)稱正弦周期為T，頻率為f，角速度為ω，非對(duì)稱正弦下降周期T-，頻率為f-，最大速度為Am（2πf-）。此速度下單缸最大供油流量64.4L/min；乘以塞腔面積，得到單缸最大的回油流量133.6L/min。雙缸同時(shí)工作則需要供油128.8L/min，回油267L/min。

綜合（1）～（3），據(jù)此，選擇泵的最大流量為130L/min，只滿足液壓缸運(yùn)動(dòng)的平均流量即可。出現(xiàn)最大尖峰流量時(shí)刻，由蓄能器提供油液。

3 負(fù)載計(jì)算和伺服閥選擇

系統(tǒng)由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。其單側(cè)液壓缸負(fù)載參數(shù)如下有：

（1）負(fù)載重力G=16000/2+1800=9800kg。

（2）振幅Am=6.5mm；頻率f=2.66Hz。

（3）坯殼摩擦力：2Ff=（B+D）H2μρ，其中B=1800mm；D=180mm； H=700mm；μ摩擦系數(shù)0.5[2]。

（4）平衡彈簧力Fk在最低點(diǎn)為42710N。

在非正弦C=0.7下降到最低點(diǎn)，負(fù)載最大為：

考慮單出桿缸情況，解出液壓缸兩側(cè)壓力p1=110bar，p2=24.8bar，則伺服閥單邊壓降為PV=Ps-P1=100bar。

在最極端工況下（最大負(fù)載時(shí)輸出最大可能133L/min流量），則閥單邊壓降為35bar下時(shí)的空載輸出流量78.6L/min[3]的伺服閥即可滿足需要。

4 循環(huán)冷卻系統(tǒng)

系統(tǒng)采用恒壓變量泵，即泵輸出流量隨負(fù)載流量變化，泵輸出壓力基本保持恒定。而負(fù)載壓力成正弦函數(shù)變化，兩者差值即為作用在伺服閥上的壓降，轉(zhuǎn)化為油液熱量，需要被冷卻循環(huán)帶走。

0-T/4時(shí)，泵平均輸出功率為：

單個(gè)液壓缸輸出功率為

同理在T/2-3T/4周期計(jì)算得出單個(gè)液壓缸輸出功率為6.1kw，取平均值5.5kw。因此生成熱量為H=k（Pp-2Po）=29.5Kw。此熱功率占輸入功率55kW的53%。結(jié)晶器振動(dòng)液壓裝置的冷卻裝置要比普通液壓站大。這是因?yàn)樵谶x擇系統(tǒng)壓力和流量的時(shí)候是按照兩者同時(shí)達(dá)到極值考慮的，而實(shí)際上兩者極值并不同時(shí)出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)裝置在正弦運(yùn)動(dòng)工況和非正弦運(yùn)動(dòng)工況下的負(fù)載和流量進(jìn)行了分析對(duì)比和計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上配置核心液壓元件規(guī)格。為后續(xù)的板坯連鑄機(jī)組結(jié)晶器振動(dòng)液壓裝置的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]解通護(hù).結(jié)晶器液壓振動(dòng)缸負(fù)載力的計(jì)算[J].液壓氣動(dòng)與密封，2010（2）：30-32.

[2]張梁敬.結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算[J].重工與起重技術(shù)，2011（1）：16-18.

[3]王春行.液壓控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999，5：148.