專利名稱：連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)高速連鑄無(wú)缺陷鑄坯技術(shù)研究的不斷深入及廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代軋 制工藝對(duì)鑄坯表面質(zhì)量要求越來(lái)越高。近年來(lái)研究表明，鑄坯表面振痕深 度與負(fù)脫滑時(shí)間成增函數(shù)關(guān)系，保護(hù)渣消耗量與正脫滑時(shí)間成增函數(shù)關(guān)系。 這樣為了取得良好的振動(dòng)工藝效果，希望上振時(shí)間長(zhǎng)、速度慢，下振時(shí)間 短、速度快。很顯然，傳統(tǒng)的正弦曲線不能滿足這一工藝要求，只要通過(guò) 非正弦振動(dòng)有不同的上振曲線和下振曲線相結(jié)合才能夠?qū)崿F(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，能方 便地產(chǎn)生不同工藝要求的非正弦振動(dòng)波形，以提高鑄件的質(zhì)量，降低生產(chǎn) 成本。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法的技術(shù)方案是， 所述連鑄結(jié)晶器采用伺服驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，所述連鑄結(jié)晶器的控制系統(tǒng)控制 伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作，所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)， 在每個(gè)振動(dòng)周期中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)在接近振幅的 頂部時(shí)開(kāi)始作正弦振動(dòng)，直到越過(guò)下一個(gè)振幅的底部，之后執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 連鑄 晶器向上作勻速運(yùn)動(dòng)，直到接近下一個(gè)振幅的頂部。本發(fā)明采用直線與正弦函數(shù)的結(jié)合的振動(dòng)軌跡，方便地產(chǎn)生了不同工 藝要求的非正弦振動(dòng)波形，提高了鑄件的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明 圖1為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法振動(dòng)軌跡的曲線圖； 圖2為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法實(shí)施例中負(fù)脫滑計(jì)算的示意圖； 圖3為本發(fā)明連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法實(shí)施例的實(shí)測(cè)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開(kāi)了一種連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，所述連鑄結(jié)晶器采用伺服 驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，所述連鑄結(jié)晶器的控制系統(tǒng)控制伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作，所述 伺服驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)，在每個(gè)振動(dòng)周期中，所述 執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)在接近振幅的頂部時(shí)開(kāi)始作正弦振動(dòng)， 直到越過(guò)下一個(gè)振幅的底部，之后執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上作勻速運(yùn) 動(dòng)，直到接近下一個(gè)振幅的頂部。
如圖1所示，
豐示7隹正弓玄曲線A = / sinW 0 S M S 2;r..................( 1 )
另外，還包括
一條正弓玄曲線/z = /z ,sinM(w/_2a) 2"欲S2;r-2"............(2)
其中，A為偏離原點(diǎn)的距離，、,為偏離原點(diǎn)的最大距離，即振幅，w為 振動(dòng)的角頻率，/為時(shí)間，"為變化量偏斜角度，M = ^^;
從原點(diǎn)以大于0的斜率引出一條直線，該直線與所述正弦曲線相切于A點(diǎn)，該直線記為0A，所述正弦曲線上的A點(diǎn)為、-Z^sinM(一-2");
從橫坐標(biāo)上距離原點(diǎn)2;r處的E點(diǎn)以大于0的斜率引出一條直線，該直 線與所述正弦曲線相切于C點(diǎn)，該直線記為CE，所述正弦曲線上的C點(diǎn)為 /2C = /;w sinM[(2;r — , ) - 2"];
所述連鑄結(jié)晶器每個(gè)振動(dòng)周期的振動(dòng)軌跡為線段OA、線段CE和曲線(2 ) 中的AC段，艮卩
/2 = XW 0 S W S 一
< = /zm sin A/(/y/ — 2") w/\ < w/1 S (2;r —)........................ ( 3 )
=《(/y/ — 2;r) (2;r —) < 6>/ S 2;r
其中，《為所述直線OA和直線CE的斜率，單位為mm/弧度； 所述控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集所述連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)位移信息，并控制所述
執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器按照公式(3)的位移運(yùn)動(dòng)。
所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓伺服閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)
為液壓伺服缸。
或者所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為伺服驅(qū)動(dòng)器，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)為電動(dòng)缸。 在切點(diǎn)A，
= /zm sin-2a)...................................................... ( 4 )
〖=、McosM—, -2 )...................................................... (5)
由公式(4)、 (5)兩式可得，
W二丄tanA/"—， -2")...................................................... (6)
)，則紐，=上+ 2 ， P、 W,、"均取弧度，可得P-tan"2M" = 0............................................................ (7)
根據(jù)工程應(yīng)用，取(^"S^，貝IJ:
4
1SMS2........................................................................ (8)
........................................................................ (9)
2
0S一 ..................................................................... (10)
由于M二J一，所以在對(duì)一的求解中，實(shí)際上只有唯一的自變量"， ;r 一 2a
而不涉及振幅、振頻等變量；給定"值后，—可用如下公式求得 。 =—2xl0—5o;4 +0.0027o;3 — 0.1391a:2 + 4.8805a + 29.208
當(dāng),求得后，可按公式(5)求出相應(yīng)的《值。因此當(dāng)?shù)玫皆O(shè)定值/ (振 動(dòng)頻率，Hz， 《-2<)、 & (振幅，mm)和偏斜角"后，即可按公式(3)
所給的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的設(shè)定波形。
由公式(3)可求得在三個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)的振動(dòng)速度為 Fc = b 0《oK f
)...............(11)
Fe =《w (2;r - — ) < w" 2;r
顯然，若取"=工，此時(shí)有^=2，當(dāng)欲^;r時(shí)獲得最大的下降速度的絕 4
對(duì)值，即
^^ = 01 (米/分).......................................(12)
I — 1000
若1=3附附，M=1.5， /-3/fe， w = 6;r"'，由式(12)可求出 6
KJ = 5.089 (米/分)； 直線段速度為^=60丄、《 = 1.711 (米/分)
根據(jù)公式(3)和公式(11)即使振幅、振頻相同，振動(dòng)偏斜角"不同， 其振動(dòng)速度波形也不同，這正是采用非正弦振動(dòng)波形的原因之一。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還習(xí)慣用偏斜率(slant rate)來(lái)表示非正弦波形的
偏斜，偏斜率的定義為
Si =^xl00%,,,............................................................ (13)
由此可得
"-朋x三.....................................................................(14)
2
M二丄.....................................................................(15)
1 —朋
由公式(14)、 (15)可得
當(dāng)"=36°時(shí)，5^ = 40%， M =—;
3
當(dāng)《 = 45°時(shí)，Si = 50%， M=2。 由公式(4)可得<formula>formula see original document page 7</formula>
于是，公式(3)給出的數(shù)學(xué)模型可用SR表示為 1-M<formula>formula see original document page 7</formula>
由圖2可見(jiàn)負(fù)滑脫NS (Negative Slip)發(fā)生在結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。 假設(shè)鑄坯速度為^，則在時(shí)間,。-^期間鑄坯向下行程為F丄-")，若用t表示結(jié)晶器在此間的行程，則有
............................................................ (17)
其中AW即為圖2中斜線陰影部分所代表的長(zhǎng)度。結(jié)晶器下降過(guò)程中的 速度波形可用正弦曲線表示，此正弦波形角頻率為il/w。為計(jì)算方便建立新
的時(shí)間坐標(biāo)，將MM-0選在圖2中(^g(;7 = ;zmax,K = o)，于是結(jié)晶器下降時(shí)
的位置可記為
= /z , cosA/欣..................................................................(18)
F = — = —/2mMysinMy/ ...................................................... (19)
|f/ I
M< :sin一1 1 c| ............................................................ (20)
鑄坯和結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)速度的正方向?yàn)橄蛏线\(yùn)動(dòng)方向，故鑄坯速度K本身 為負(fù)值
(21)
1
f。 =-sm
負(fù)滑脫值
=2/ w F — sin Ato(iM^ w Jw氣
=2、 cosAto I2 i
sin一1 c|
、染
=—2/zw cos sin一1 ...................................................... (22)<formula>formula see original document page 9</formula>2我，
(23)
可見(jiàn)iVS是以長(zhǎng)度為單位的負(fù)值，當(dāng)使用正弦振動(dòng)波形("=1,似=1)時(shí)，
A/51 = -2/z ' cos
sin
.一i
2我
(24)
作為一例，若振動(dòng)波形采用下列參數(shù)
/7"'=3ww， / = 4/fe， K卜30m附"，{扁余斗角"=丘，
6
由公式(24)可求出= -5.78mw。
與正弦振動(dòng)波形相比，采用公式(3)給出的非正弦振動(dòng)波形時(shí)，結(jié)晶 器向下運(yùn)動(dòng)的速度波形也是正弦波，但其頻率是正弦振動(dòng)時(shí)速度波形頻率 的M倍(MH)，因此對(duì)于相同的鑄坯速度，非正弦振動(dòng)時(shí)負(fù)滑脫持續(xù)時(shí)間是 正弦振動(dòng)時(shí)的l。由公式(21)并參見(jiàn)圖2，不難求出負(fù)滑脫持續(xù)時(shí)間A/為
一匸=
1
2碌 M
IF,
2 . 一， IK -sm
1
sm
/j",M0 2碌
;r碌
2sin—
(25)
若用偏斜率SR和振動(dòng)頻率表示，貝IJ:
-，
2 sin
2/
1 —朋
2sin一
l一
U-圳. 2我
(26)
9對(duì)正弦振動(dòng)波形(似=1)，則:
1
2/
2 sin
—i
l一-
2我
7T
以采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式為例，本發(fā)明可以應(yīng)用于電控系統(tǒng)上，其上位機(jī) 控制器可采用B&R第四代控制系統(tǒng)PP420,驅(qū)動(dòng)控制器采用B&R公司伺服驅(qū) 動(dòng)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)缸。通過(guò)上位機(jī)設(shè)定好振幅(士5mm)、振頻(0 5Hz), 偏斜角(0 45° )等工藝參數(shù)即可生產(chǎn)本發(fā)明所提供的曲線波形，如圖3 所示。
綜上所述，本發(fā)明采用直線與正弦函數(shù)的結(jié)合的振動(dòng)軌跡，方便地產(chǎn) 生了不同工藝要求的非正弦振動(dòng)波形，提高了鑄件的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，其特征在于，所述連鑄結(jié)晶器采用伺服驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，所述連鑄結(jié)晶器的控制系統(tǒng)控制伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作，所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)，在每個(gè)振動(dòng)周期中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)在接近振幅的頂部時(shí)開(kāi)始作正弦振動(dòng)，直到越過(guò)下一個(gè)振幅的底部，之后執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上作勻速運(yùn)動(dòng)，直到接近下一個(gè)振幅的頂部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，其特征在于，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)的位移軌跡為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，/^為偏離原點(diǎn)的最大距離，w為振動(dòng)的角頻率，/為時(shí)間，《為變^七量f扁余斗角度<formula>formula see original document page 2</formula>所述控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集所述連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)位移信息，并控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器按照公式(3)的位移運(yùn)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，其特征在于，所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓伺服閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓伺服缸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，其特征在于，所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為伺服驅(qū)動(dòng)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)缸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，其特征在于，所述《的取值范圍是(^6^工。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)方法，所述連鑄結(jié)晶器采用伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所述連鑄結(jié)晶器的控制系統(tǒng)控制所述伺服驅(qū)動(dòng)器工作，所述伺服驅(qū)動(dòng)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器振動(dòng)，在每個(gè)振動(dòng)周期中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上運(yùn)動(dòng)在接近振幅的頂部時(shí)開(kāi)始作正弦振動(dòng)，直到越過(guò)下一個(gè)振幅的底部，之后執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連鑄結(jié)晶器向上作勻速運(yùn)動(dòng)，直到接近下一個(gè)振幅的頂部。本發(fā)明采用直線與正弦函數(shù)結(jié)合的數(shù)學(xué)模型，方便地產(chǎn)生了不同工藝要求的非正弦振動(dòng)波形，提高了鑄件的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22D11/11GK101642801SQ20081004369
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者劉和興, 劉奎奎, 曹鐵軍 申請(qǐng)人:上海重礦連鑄技術(shù)工程有限公司