申请/专利权人：燕山大学

申请日：2019-07-15

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN110216248B

主分类号：B22D11/053(20060101)

分类号：B22D11/053(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.10#公开

摘要：本发明公开一种连铸结晶器双源激振装置，涉及连续铸造领域，包括平面连杆机构和两个动力装置，平面连杆机构包括传动机构、摇杆和两个曲柄，传动机构包括横梁、输出杆和两个连杆，一个动力装置用于驱动一个曲柄运动，各曲柄的上端与一个连杆的下端铰接，横梁的两端分别与两个连杆的上端铰接，输出杆的下端与横梁上表面铰接，输出杆的上端用于与结晶器振动台铰接，摇杆一端铰接于传动机构的一侧，摇杆另一端与设置于机架上的第一基座铰接。本发明提供的连铸结晶器双源激振装置易控制，运行精度高，耐冲击性能好，振动参数均可在线调整。

主权项：1.一种连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，包括平面连杆机构和两个动力装置，所述平面连杆机构包括传动机构、摇杆和两个曲柄，所述传动机构包括横梁、输出杆和两个连杆，一个所述动力装置用于驱动一个所述曲柄运动，各所述曲柄的上端与一个所述连杆的下端铰接，所述横梁的两端分别与两个所述连杆的上端铰接，所述输出杆的下端与所述横梁上表面铰接，所述输出杆的上端用于与结晶器振动台铰接，所述摇杆一端铰接于所述传动机构的一侧，所述摇杆另一端与设置于机架上的第一基座铰接。

全文数据：连铸结晶器双源激振装置技术领域本发明涉及连续铸造领域，特别是涉及一种连铸结晶器双源激振装置。背景技术连续铸钢是目前钢铁生产的核心环节，在钢水浇注到结晶器的过程中，结晶器必须按一定规律进行振动，以保证铸坯与结晶器的润滑条件，从而防止结晶器与新生坯壳之间发生粘结而导致的漏钢事故。随着人们对铸坯与结晶器间各种复杂物理机理认识的深入，非正弦振动被公认为是目前实现高效连铸的最优波形，因此开发运行可靠，波形稳定，维护简单的先进非正弦驱动装备一直是国内外工程界研究的热点问题。对于浇注横截面尺寸较小的方坯，圆坯和矩形坯等结晶器，由于其质量较轻，振动装置一般由一个波形发生器和结晶器振动台组成，波形发生器布置在振动台一侧，故称其为单侧驱动装置。对于浇注横截面尺寸较大的方坯，圆坯和矩形坯等结晶器，由于其质量较重，振动装置一般由至少两个振动单元分布在结晶器振动台下方左右两侧，同步驱动结晶器实现非正弦振动，故称其为双侧驱动装置。对于浇注横截面尺寸更大的方坯，圆坯和矩形坯等结晶器，也可以采用四套双源激振装置布置于结晶器振动台四角，同时驱动结晶器振动台。结晶器驱动装置根据波形发生器的动力源不同，可分为液压式、电动式。申请号为CN201420042628.3的中国专利，公开了一种液压式单侧非正弦驱动装置，申请号为CN200810048798.1的中国专利，公开了一种液压式双侧非正弦驱动装置。前者是由一个伺服液压缸直接驱动全板簧导向的振动台，而后者是由两个液压缸驱动振动台，两者都是通过伺服控制液压缸按给定规律伸缩运动，从而驱动结晶器按设定的弧形轨迹做非正弦振动。液压式非正弦驱动装置虽然可以方便的产生各种振动规律，实现振幅、频率和波形的在线调整与监控，有利于连铸生产的自动化控制。但其建造、运行及维护成本高昂，另外，工作中由于液压油中的杂质堵塞伺服阀会导致液压缸出现偷停现象，严重时会引起漏钢事故。相比较而言，电动式驱动系统具有成本较低、设备维护方便、无污染等优点。现有技术中，电动式非正弦驱动系统主要有以下几种：镭目公司开发的伺服电动缸驱动结晶器非正弦振动装置，能够实现任意波形振动，且振幅、波形偏斜率和频率在线调节，但因四个电动缸同步运动难以达到较高的控制精度，且伺服电机频繁正反转、启停，降低装置使用寿命，同时滚珠丝杠的承载和抗冲击能力难以与液压和偏心轴机构相比。再有，申请号为CN201210291325.0的中国专利，公开了一种由伺服直驱电机和偏心轴组成的驱动装置，可通过连杆带动结晶器振动，其中伺服直驱电机正反摆动，摆角在±90°之内变化，通过调整摆角的大小可以控制振幅。但该装置中伺服电机正反频繁旋转，系统的转动惯量比较大，所以其控制精度，响应速度较差。再如，方一鸣等人在2014年《仪器仪表学报》，35卷11期，2615-2623文中，公开了一种含有单向旋转伺服电机的波形发生器和四连杆导向振动台组成的非正弦驱动装置，其中伺服电机、减速器和偏心轴连杆机构组成波形发生器，该波形发生器布置在四连杆导向振动台的一侧，与振动台铰接。当伺服电机以变化的速度旋转时，结晶器振动台可实现非正弦振动规律。该装置的波形和频率由伺服电机控制，均可在线调整，但缺点是无法在线调整振幅，不适应高效连铸对振动设备及工艺的发展要求。再如，刘大伟等人在2013年《中国机械工程》，24卷3期，327-331文中，公开了一种含有非圆齿轮的波形发生器和四连杆导向振动台组成的非正弦驱动装置，其中变频电机，非圆齿轮和偏心轴连杆组成波形发生器，单侧驱动四连杆振动台。该装置中，变频电机匀速旋转，通过非圆齿轮变速后实现非正弦振动，由于不需复杂的伺服控制，该装置成本最低，但除频率外，振幅和波形均无法在线调整。综上所述，对于非正弦驱动装置，电动式具有成本低，维护方便，无环境污染等突出优点，大有取代液压式驱动装置的趋势。但是，目前的电动式驱动装置中，正反频繁旋转的伺服电机运行模式较差，单向连续旋转的电机无法在线调整振幅。发明内容为解决以上技术问题，本发明提供一种连铸结晶器双源激振装置，易控制，运行精度高，耐冲击性能好，振动参数均可在线调整。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种连铸结晶器双源激振装置，包括平面连杆机构和两个动力装置，所述平面连杆机构包括传动机构、摇杆和两个曲柄，所述传动机构包括横梁、输出杆和两个连杆，一个所述动力装置用于驱动一个所述曲柄运动，各所述曲柄的上端与一个所述连杆的下端铰接，所述横梁的两端分别与两个所述连杆的上端铰接，所述输出杆的下端与所述横梁上表面铰接，所述输出杆的上端用于与结晶器振动台铰接，所述摇杆一端铰接于所述传动机构的一侧，所述摇杆另一端与设置于机架上的第一基座铰接。优选地，所述动力装置包括伺服电机和减速器，所述伺服电机与所述减速器连接，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述曲柄连接。优选地，所述动力装置为伺服直驱电机，所述伺服直驱电机的输出轴与所述曲柄固定连接。优选地，两个所述曲柄的回转中心在同一水平位置上。优选地，两个所述连杆对称设置。优选地，所述输出杆与所述横梁的铰接点处于两个所述连杆与所述横梁的两个铰接点连线的中心上。优选地，所述摇杆远离所述第一基座的一端与所述横梁的端部铰接。优选地，所述摇杆远离所述第一基座的一端与所述输出杆铰接。本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供的连铸结晶器双源激振装置，两个动力装置单向旋转且以相同的角速度运动分别使两个曲柄实现旋转运动，两个曲柄的运动通过传动机构合成来推动结晶器振动台实现振动。与液压缸激波的驱动装置相比，不仅可以实现液压式的全部功能，而且设备的投资，运行和维护费用大大降低，生产中避免液压油导致的环境污染。与电动缸激波的驱动装置相比，所有动力装置单向旋转，避免了频繁的正反转启停，而且均在理想转速范围内运行，整个设备的耐冲击，耐磨损性能更加优越。与单向旋转电机激波的驱动装置相比，可实现所有振动参数在线调整，更加符合高效连铸对振动工艺的要求。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一中连铸结晶器双源激振装置的结构示意图；图2为本发明中动力装置与曲柄的连接示意图；图3为本发明实施例二中连铸结晶器双源激振装置的结构示意图；图4为本发明中两个曲柄相位差不变，改变伺服电机转速时的正弦振动位移曲线图；图5为本发明中两个伺服电机转速不变，改变曲柄相位差时的正弦振动位移曲线图。附图标记说明：1、曲柄；2、连杆；3、横梁；4、输出杆；5、摇杆；6、第一基座；7、结晶器；8、第一连接杆；9、第二连接杆；10、第三连接杆；11、第二基座；12、第三基座；13、伺服电机；14、联轴器。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种连铸结晶器双源激振装置，易控制，运行精度高，耐冲击性能好，振动参数均可在线调整。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。实施例一：如图1-2所示，本实施例提供一种连铸结晶器双源激振装置，包括平面连杆机构和两个动力装置，平面连杆机构包括传动机构、摇杆5和两个曲柄1，传动机构包括横梁3、输出杆4和两个连杆2，一个动力装置用于驱动一个曲柄1运动，各曲柄1的上端与一个连杆2的下端铰接，横梁3的两端分别与两个连杆2的上端铰接，输出杆4的下端与横梁3上表面铰接，输出杆4的上端用于与结晶器振动台铰接，摇杆5一端铰接于传动机构的一侧，摇杆5另一端与设置于机架上的第一基座6铰接。于本具体实施例中，动力装置包括伺服电机13和减速器，伺服电机13与减速器连接，减速器的输出轴通过联轴器14与曲柄1连接，具体地，伺服电机13为直流电机或交流电机。于另一实施例中，动力装置为伺服直驱电机，伺服直驱电机的输出轴与曲柄1固定连接。具体地，输出杆4通过连接连杆机构与结晶器7连接，连接连杆机构包括依次铰接的第一连接杆8、第二连接杆9和第三连接杆10，第二连接杆9固定于结晶器7的侧壁上，第一连接杆8远离第二连接杆9的一端与机架上的第二基座11铰接，第三连接杆10远离第二连接杆9的一端与输出杆4的上端固定连接，第三连接杆10的中部与机架上的第三基座12铰接，连接连杆机构用于限制结晶器7的振动轨迹。具体地，两个曲柄1的高度相同，且两个曲柄1的回转中心在同一水平位置上。具体地，两个连杆2对称设置，输出杆4与横梁3的铰接点处于两个连杆2与横梁3的两个铰接点连线的中心上。于本具体实施例中，摇杆5远离第一基座6的一端与横梁3的端部铰接。于本具体实施例中，连铸结晶器双源激振装置布置于结晶器振动台一侧，单独驱动结晶器振动台。于另一实施例中，可以将两套连铸结晶器双源激振装置布置于结晶器振动台两侧，同时驱动结晶器振动台；还可以采用四套连铸结晶器双源激振装置布置于结晶器振动台四角，同时驱动结晶器振动台。本实施例中的连铸结晶器双源激振装置的工作过程大致如下：两个动力装置分别带动两个曲柄1以相同的角速度规律做单向的旋转运动，两个曲柄1由两个动力装置驱动旋转产生两个波形，两个曲柄1的单向旋转运动通过传动机构使输出杆4上下运动，故而通过传动机构实现了将两个曲柄1的运动的合成为一个运动，两个波形因此迭加在一起成为一个波形，输出杆4的上端为连铸结晶器双源激振装置的输出端，由输出端通过连接连杆机构间接推动固定在第二连接杆9上的结晶器7振动。通过调整两个动力装置的角速度规律，可以控制两个曲柄1的摆动频率和摆动速度，进而达到在线调整结晶器7频率和波形的目的。通过调整两个曲柄1的相位差Ф的大小，可以达到在线调整结晶器7振幅的目的。其中两个曲柄1的相位差范围的设定最高不超过π，当两曲柄1的相位差设定为0时，对应的结晶器振动台振幅不小于结晶器7要求的最大振幅。于本具体实施例中，曲柄1的高度为7mm，连杆2的长度为300mm，输出杆4的长度为800mm，取左侧的曲柄1的底端为原点，竖直方向为y轴，水平方向为x轴。设左侧的曲柄1在t时刻与x轴正方向的夹角为θ1，右侧的曲柄1在t时刻与x轴正方向的夹角为θ2。工作时，两个动力装置逆时针转动，且两个动力装置都匀速转动，并带动两个曲柄1以相同的角速度运动规律运动，两个曲柄1由两个动力装置驱动旋转产生两个正弦波，两个曲柄1带动整个装置的其余部分运动：输出杆4的下端与横梁3的铰接点位于两个连杆2与横梁3的两个铰接点形成的连线的中点处，输出杆4与横梁3的铰接点处在竖直方向上的速度为横梁3两侧与两个连杆2的铰接点在竖直方向上的速度的和的一半，两个曲柄1的单向旋转运动通过传动机构使输出杆4上下运动，故而通过传动机构实现了将两个曲柄1的运动的合成为一个运动，两个正弦波迭加在一起。输出杆4的上端通过连接连杆机构间接推动固定在第二连接杆9上的结晶器7振动。简言说就是由两个动力装置驱动两个曲柄1产生两个正弦波，两个正弦波再通过传动机构迭加成一个正弦波来驱动结晶器7产生正弦振动。为使振动频率可调，可采用直流电机或交流电机通过交流变频调速技术来实现振动频率的无级自动调节。调整两个动力装置的角速度规律，可以控制两个曲柄1的摆动频率和摆动速度，进而达到在线调整结晶器7频率的目的。图4中是在θ1＝+30°，θ2＝-30°，即相位差Ф＝θ1-θ2＝60°情况下，两个伺服电机13的转速都等于1500转分或1800转分时的输出杆4的输出端的正弦振动位移曲线。为使振幅可调，可改变两个曲柄1的相位差，实现振幅的无级在线调节。其中两个曲柄1的相位差范围的设定最高不超过π，当两个曲柄1的相位差设定为0时，对应的结晶器振动台振幅不小于结晶器7要求的最大振幅。图5中是两个伺服电机13的转速都等于1500转分时，在θ1＝+30°，θ2＝-30°，即相位差Ф＝θ1-θ2＝60°情况下，和θ1＝90°，θ2＝90°，即相位差的Ф＝θ1-θ2＝0°情况下输出杆4的输出端的正弦振动位移曲线。可见，本实施例中提出的连铸结晶器双源激振装置能够保证所有伺服电机13单向旋转的情况下，通过控制伺服电机13的速度函数，即可实现结晶器7的振动参数的在线调整。实施例二：如图3所示，本实施例中摇杆5的设置位置与实施例一中不同，具体地，摇杆5远离第一基座6的一端与输出杆4铰接，二者的铰接点位于输出杆4的中部，由输出杆4的输出端通过连接连杆机构间接推动固定在第二连接杆9上的结晶器7振动。由此可知，本发明中提供的连铸结晶器双源激振装置，两个动力装置单向旋转且以相同的角速度运动分别使两个曲柄1实现旋转运动，两个曲柄1的运动通过传动机构合成来推动结晶器振动台实现振动。与液压缸激波的驱动装置相比，不仅可以实现液压式的全部功能，而且设备的投资，运行和维护费用大大降低，生产中避免液压油导致的环境污染。与电动缸激波的驱动装置相比，所有动力装置单向旋转，避免了频繁的正反转启停，而且均在理想转速范围内运行，整个设备的耐冲击，耐磨损性能更加优越。与单向旋转电机激波的驱动装置相比，可实现所有振动参数在线调整，更加符合高效连铸对振动工艺的要求。本发明中的连铸结晶器双源激振装置，完全适用于浇注各种断面的连铸机结晶器振动，包括半板簧和全板簧导向的振动装置。本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，包括平面连杆机构和两个动力装置，所述平面连杆机构包括传动机构、摇杆和两个曲柄，所述传动机构包括横梁、输出杆和两个连杆，一个所述动力装置用于驱动一个所述曲柄运动，各所述曲柄的上端与一个所述连杆的下端铰接，所述横梁的两端分别与两个所述连杆的上端铰接，所述输出杆的下端与所述横梁上表面铰接，所述输出杆的上端用于与结晶器振动台铰接，所述摇杆一端铰接于所述传动机构的一侧，所述摇杆另一端与设置于机架上的第一基座铰接。2.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，所述动力装置包括伺服电机和减速器，所述伺服电机与所述减速器连接，所述减速器的输出轴通过联轴器与所述曲柄连接。3.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，所述动力装置为伺服直驱电机，所述伺服直驱电机的输出轴与所述曲柄固定连接。4.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，两个所述曲柄的回转中心在同一水平位置上。5.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，两个所述连杆对称设置。6.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，所述输出杆与所述横梁的铰接点处于两个所述连杆与所述横梁的两个铰接点连线的中心上。7.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，所述摇杆远离所述第一基座的一端与所述横梁的端部铰接。8.根据权利要求1所述的连铸结晶器双源激振装置，其特征在于，所述摇杆远离所述第一基座的一端与所述输出杆铰接。

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