連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置

梁子福，張繼強，李新強，薛松

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連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置

梁子福，張繼強，李新強，薛松

(中國重型機械研究院股份公司，西安710032)

開發了一種小方坯或小圓坯連鑄機的單振動單元液壓振動裝置，其采用串接式全板簧導向結構，單液壓缸驅動，外弧或內弧側布置，在緩沖螺旋彈簧、橫向導向柱、導向板簧與液壓驅動裝置的柔性驅動下，實現弧形或仿弧形振動，集合了仿弧精度高、結構簡單、重量輕、無需潤滑、控制流程簡單可靠、壽命長等諸多優點，并成功投入生產使用，為小方坯或小圓坯連鑄高頻振動提供了有效的、可靠的裝置。

小方坯或小圓坯連鑄機;單振動單元;液壓振動

0 前言

持續、穩定的高頻振動可保證良好的鑄坯質量，促使了人們對振動機構持續不斷的改進，改進從導軌型、長臂型、差動齒輪型、四偏心型到短臂四連桿型，又到半板簧型和全板簧型等。由于導軌型、長臂型、差動齒輪型、四偏心型結構或因結構復雜，易于磨損，或因使用中維修工作量大，使用壽命短等因素，在新建的小方坯或小圓坯連鑄機上很少采用或基本不用。

結晶器振動機構的驅動方式主要有機械驅動式、數字缸驅動和液壓伺服缸驅動式。機械驅動式結構復雜、設備重;只能進行正弦振動，不能進行非正弦振動;生產過程中不能實現振幅和波形的在線自動調節，而且線外振幅調整也較為復雜，已基本被數字缸驅動和液壓伺服缸驅動所取代。液壓伺服缸驅動的振動機構具有可在線調整振動參數(振幅、振頻、波形，可按給定的正弦或非正弦曲線進行振動等)功能，振動控制精度高，其穩定性更好，可提高鑄坯的質量，使用壽命長，故障率低，滿足現代連鑄生產高品質鋼的要求。

中國重型機械研究院股份公司開發了一種小方坯或小圓坯連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置，能夠滿足結晶器按連鑄機設定的圓弧半徑作弧形或仿弧運動，有效的控制連鑄機結晶器在振動過程中對縱、橫兩個方向的偏擺誤差;并能夠滿足小方坯或小圓坯連鑄機流數多、安裝空間小和結晶器負荷小的特點。

本文對該小方坯或小圓坯連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置的機構組成、工作原理及使用效果進行了介紹。

1 機構組成

該小方坯或小圓坯連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置主要由機械機構、液壓系統和自動控制系統組成。其中設備結構如圖1所示，主要由振動臺架、上導向板簧、下導向板簧、固定臺架、橫向導向柱、緩沖螺旋彈簧和液壓缸驅動機構等組成。其結構簡單、重量輕、無軸承無需潤滑。

圖1 單振動單元液壓振動裝置Fig.1The mould hydraulic oscillator ofsingle oscillating unit

2 機構振動工作原理

固定臺架通過支座與連鑄機基座固定連接，液壓缸的缸體端鉸接固定在固定臺架的空腔內，液壓缸活塞桿與振動臺架鉸接固定，活塞桿的作用方向垂直于鉸接點與連鑄機外弧圓心的連線;上板簧和下板簧靠近連鑄坯的一端稱為內端，另一端稱為外端，上板簧的內端與振動臺架聯接，上板簧的外端與固定臺架聯接，下板簧的內端與振動臺架聯接，下板簧的外端與固定臺架聯接，左右兩側共四幅導向板簧的中心線的延長線相交于連鑄機外弧的圓心，即可保證振動裝置按設計的鑄機基準圓弧半徑R作仿弧振動;左右方向的橫向導向柱將振動臺架與固定臺架彈性交錯聯接，既適應了仿弧振動的要求，又可減少側向偏擺，使液壓缸驅動機構不受側向力作用;上、下板簧內外端均設計有張力調節裝置，可實現板彈簧的張緊，有利于充分發揮串接式板簧的性能，保證振動裝置仿弧精度的要求。滿足以上條件后，當振動伺服液壓缸按設定比例行程做運動時，結晶器外弧線就會按設定行程做弧形或仿弧運動。

3 液壓系統

振動裝置液壓系統的作用是控制和驅動液壓伺服油缸，主要由振動液壓裝置、蓄能過濾裝置和連接管路組成。振動液壓裝置主要包括帶位移傳感器的振動伺服液壓缸、電液伺服閥、壓力傳感器、截止閥和單向閥等，每臺振動液壓裝置中的電液伺服閥、壓力傳感器等集成在其帶位移傳感器的振動伺服液壓缸上。位移傳感器固定在振動伺服液壓缸的缸頭上。蓄能過濾裝置主要包括壓力油蓄能器、回油蓄能器、壓力表、壓力油過濾器、電磁換向閥、液控單向閥、截止閥等。液壓系統的原理如圖2所示。

壓力油過濾器對提供給振動液壓裝置的壓力油進行進一步過濾，以提高電液伺服閥、振動伺服液壓缸等的工作可靠性;在由帶位移傳感器的振動伺服液壓缸、電液伺服閥和壓力傳感器等組成的位置閉環系統工作時，壓力蓄能器可補充系統瞬時流量的不足，提高閉環系統的快速響應能力;回油蓄能器可緩解振動液壓裝置驅動結晶器振動時管道的振動和噪音，并能改善系統的動態性能;在電磁換向閥的控制下，液控單向閥被打開，壓力繼電器發訊指示壓力油已供給振動液壓裝置，這時振動液壓裝置進入“投入”狀態，在此“投入”狀態下，可依工藝要求給定的正弦或非正弦曲線，對振動液壓裝置的振動伺服液壓缸進行動態位置閉環控制。振動伺服液壓缸上的位移傳感器的反饋信號實時與給定信號相比較，控制相應的電液伺服閥，使振動伺服液壓缸按給定的結晶器振動正弦或非正弦曲線驅動結晶器上下振動。

圖2 液壓系統原理Fig.2Hydraulic system schematic diagram

4 自動控制系統

液壓振動裝置的自動控制系統通過軟硬件來實現對液壓振動裝置的控制，是集過程控制、過程管理、液壓振動控制和故障報警診斷為一體的專用控制系統。系統具有Ethernet(以太網)和硬線連接兩種對外接口。縱向，向上通過Ethernet可與連鑄機的二級系統相連，實現數據交換，向下可直接采集液壓振動所需的數據并控制液壓振動裝置;橫向，通過Ethernet或硬線可與連鑄機其它設備的控制系統連接，以完成本系統與設備其它工位控制系統的數據交換。

4.1 自動控制系統的組成

自動控制系統主要由檢測控制器件、PLC控制柜和機旁接線盒等組成。檢測控制器件安裝在機械及液壓設備上用于對現場設備的運行狀態進行檢測與控制，PLC控制柜是結晶器振動控制系統的核心。電氣控制系統主要以德國SORCUS高端嵌入式控制器和西門子S7-300PLC為主體。

4.2 系統控制的主要功能

德國SORCUS高端嵌入式控制器包括DI/ DO、模擬量IO，SSI接口，Ethernet接口、Profibus-DP接口，主要完成液壓振動裝置的振動控制;S7-300 PLC包括DI/DO模塊、Ethernet通訊模塊等，主要完成液壓站的控制。高端嵌入式控制器不僅很好的繼承了PLC結構緊湊，運行穩定、可靠性高等特點，而且更重要的是:它比PLC的系統運行速度更快，編程更加靈活(可方便的實現復雜的控制算法)、體積小、性價比高，且控制流程簡單可靠。

系統使用專業的觸摸式操作面板，友好的圖形化人機界面，方便用戶操作。圖3為振動裝置自動控制系統圖。

圖3 液壓振動裝置自動控制原理Fig.3Automatic control diagram of hydraulic oscillator

5 使用效果

該小方坯或小圓坯連鑄機結晶器的單振動單元液壓振動裝置已在攀鋼、鞍鋼成功投入使用，使用效果顯著。能達到頻率f:0～400 c/min，振幅A:0～5 mm，非正弦因數Δ:0～40%，完全滿足生產要求。生產結果表明振動裝置及其系統能按工藝要求在線改變振頻、振幅、非正弦因數，連續地改變振動波形，且振動運行平穩，性能穩定，具有較好的可靠性。

6 結論

(1)采用串接式全板簧導向結構，單液壓缸驅動，在緩沖螺旋彈簧、橫向導向柱、導向板簧與液壓驅動裝置的柔性驅動下，有效地、精確地實現弧形或仿弧形振動，并能避免因加速度過大而產生沖擊和擺動，有效地避免水平偏擺，有利于改善鑄坯表面。

(2)該裝置結構簡單，重量輕，無軸承，無磨損，無需潤滑，傳動采用直傳式，剛性連接，無干涉，無下垂現象，既可承拉也可承壓，維修量小，壽命長。

(3)振動液壓系統能按工藝要求在線改變振頻、振幅、非正弦因數，連續地改變振動波形，且振動運行平穩，性能穩定，具有較好的可靠性。

(4)自動控制系統結構緊湊，運行穩定，控制流程簡單可靠，操作靈活，控制精度高。

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Mould hydraulic oscillator of single oscillating unit of CCM

LIANG Zi-fu，ZHANG Ji-qiang，LI Xin-qiang，XUE Song
(China National Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an 710032，China)

The mould hydraulic oscillator of single oscillating unit of billet or round billet CCM was developed，which features in high curve-imitation precision，simple structure，low weight，non-lubrication，simple and reliable control flow and long life，etc，is series completely leaf-spring guided and drove by single hydraulic cylinder．It is located on the inner curve or outside curve side．Due to the flexible driving of the buffer helical spring，transverse lead，guiding leaf-spring and hydraulic driving device，the curve or curve-imitation oscillation can be accomplished．Its successful application proves that the equipment is feasible and reliable for the high-frequency oscillation of billet or round billet continuous casting．

billet or round billet CCM;single oscillating unit;hydraulic oscillation

TF777

A

1001－196X(2017)01－0007－05

2016－05－20;

2016－06－15

梁子福(1981－)，女，工程師，主要研究方向:冶金設備。