一种摆动型偏心轴激发连铸结晶器非正弦振动的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及连续铸造领域，尤其是一种摆动型偏心轴激发连铸结晶器非正弦振动 的控制方法。
【背景技术】
[0002] 连续铸钢具有节约能源、大幅提高金属收得率和铸坯质量的显著优势，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 此根据结晶器驱动装置的特点开发满足连铸工艺的非正弦振动波形是连铸生产中的重要 问题。目前常用的结晶器非正弦波形发生器主要有液压缸，电动缸和偏心轴连杆机构三种。
[0003] 其中，偏心轴连杆机构具有结构简单、运行可靠、耐磨损、耐冲击性能优良等优点， 通过变角速度驱动偏心轴旋转即可实现非正弦波形。但目前由偏心轴连杆组成的波形发生 器，由于偏心轴单向连续旋转，在线改变偏心距难度较大，相应结晶器振幅不宜调整。相关 技术中，如申请号为201210291325. 0的中国专利，公开了一种通过偏心轴摆动运行激发结 晶器非正弦振动的装置，调整偏心轴的摆角即可控制结晶器的振幅，相对传统偏心轴连续 运动模式，该发明有效地解决了困扰偏心轴连杆波形发生器无法在线调整振幅的难题，但 该发明只公开了一种可实现偏心轴摆动的装置结构，没有讨论与摆动型偏心轴运行模式相 符的非正弦振动波形。
[0004] 综上所述，目前的非正弦波形都是针对直线运动的液压缸或连续旋转的偏心轴构 建的，因此急需构建一种适用于偏心轴摆动运行模式下的结晶器非正弦振动波形。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种频率和波形可调、在线控制方便的摆动型偏心轴激发连 铸结晶器非正弦振动的方法。
[0006] 为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法用于偏心轴摆动运行的 非正弦驱动装置，偏心轴通过连杆与振动台相连，连杆两端分别与偏心轴和振动台铰接，振 动台通过导向装置沿特定轨迹移动，结晶器与振动台固接并随其运动，偏心轴旋转时驱动 结晶器上升或下降，偏心轴圆心与回转中心连线关于水平面对称摆动运行，连线转过的最 大角度为180°，根据结晶器的振幅h、频率f和波形偏斜率α这三个基本振动参数作为自 变量，设计如下偏心轴摆动角速度方程，
[0008] (1) ω = at2+bt 0 < t彡ta，为结晶器下降段对应的偏心轴摆动角速度方程；
[0009] 式中，ω--偏心轴的角速度（rad/s);
[0010] t--时间参数（S);
[0011] T--振动周期（S)，T = 60/f，f为振动频率（min 3 ;
[0012] ta一一结晶器下降和上升转化时的时间（s)，ta= (l-a)T/2, a为波形偏斜率；
[0013] a、b-一结晶器下降时偏心轴角速度函数中的第一系数和第二系数，可根据方
求得，其中h为结晶器的振幅（mm)，e为偏心轴的偏心距 (_)，i为连杆与振动台连接点处的振幅与结晶器振幅的比值；
[0014] (2) ω = c〇+c1t+c2t2+c3t3+c 4t4 ta < t彡T，为结晶器上升段对应的偏心轴摆动 角速度方程；
[0015] 式中，t--时间参数（s);
[0016] T--振动周期（s)，T = 60/f，f为振动频率（min 3 ;
[0017] c。、Cl、c2、c3、C4一一结晶器上升时偏心轴角速度函数中的第一系数、第二系数、第 三系数、第四系数和第五系数，可根据如下方程组
[0019] 求得；其中，a、b--结晶器下降时的速度系数；
[0020] 则相应的结晶器速度函数为
[0021]
[0022] 式中，V--结晶器的速度（m/min)
[0023] φ--偏心轴的摆角（rad):
[0024] t--时间参数（s);
[0025] T--振动周期（s)，T = 60/f，f为振动频率（min 3 ;
[0026] ta一一结晶器下降和上升转化时的时间（s)，ta= (l-a)T/2, a为波形偏斜率。
[0027] 结晶器的最大振幅等于e/i，e为偏心轴的偏心距（mm)，i为连杆与振动台连接点 处的振幅与结晶器振幅的比值。为了保证结晶器振幅任意可调，偏心轴的偏心距e多i h_， 其中h_为结晶器振动过程中要求的最大振幅。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0029] 1、偏心轴和结晶器的速度曲线光滑连续，无冲击，完全适用于振幅，频率和波形可 调的摆动型偏心轴波形发生装置；
[0030] 2、波形函数和偏心轴速度函数均以结晶器的振幅h，频率f和波形偏斜率α三个 基本参数为自变量，非常便于根据生产工艺实现对驱动装置的在线实时控制。
[0031] 3、结晶器的波形由多项式函数构造，易于积分和求导运算，可精确的计算出负滑 动时间，负滑动超前量及正滑动速度差等振动工艺参数，有利于准确把握非正弦波形的工 艺特性。
【附图说明】
[0032] 图1是结晶器驱动装置的结构简图。
[0033] 图2是本发明实施例一的偏心轴角速度曲线图。
[0034] 图3是本发明实施例一的结晶器振动速度曲线图。
[0035] 图4是本发明实施例一的结晶器振动位移曲线图。
[0036] 图5是本发明实施例一的结晶器振动加速度曲线图。
[0037] 附图标号：1为偏心轴、2为连杆、3为结晶器振动台。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本发明做进一步说明：
[0039] 本发明用于偏心轴摆动运行的非正弦驱动装置，偏心轴1通过连杆2与结晶器振 动台3相连，连杆两端分别与偏心轴和结晶器振动台铰接，结晶器振动台通过导向装置沿 特定轨迹移动，结晶器与振动台固接并随其运动，偏心轴旋转时驱动结晶器上升或下降，偏 心轴圆心与回转中心连线关于水平面对称摆动运行，连线转过的最大角度为180°，根据结 晶器的振幅h、频率f和波形偏斜率α这三个基本振动参数作为自变量，设计如下偏心轴摆 动角速度方程，
[0041] (1) ω = at2+bt 0 < t彡t。，为结晶器下降段对应的偏心轴摆动角速度方程；
[0042] 式中，ω--偏心轴的角速度（rad/s);
[0043] t--时间参数（s);
[0044] T--振动周期（s)，T = 60/f，f为振动频率（min 3 ;
[0045] ta一一结晶器下降和上升转化时的时间（s)，ta= (1-α)Τ/2, α为波形偏斜率；
[0046] a、b-一结晶器下降时偏心轴角速度函数中的第一系数和第二系数，可根据方
长得，其中h为结晶器的振幅（mm)，e为偏心轴的偏心距 (_)，i为连杆与振动台连接点处的振幅与结晶器振幅的比值；
[0047] (2) ω = c〇+c1t+c2t2+c3t3+c 4t4 ta < t彡T，为结晶器上升段对应的偏心轴摆动 角速度方程；
[0048] 式中，t--时间参数（S);
[0049] T--振动周期（s)，T = 60/f，f为振动频率（min 3 ;
[0050] c。、Cl、c2、c3、C4一一结晶器上升时偏心轴角速度函数中的第一系数、第二系数、第 三系数、第四系数和第五系数，可根据如下方程组
[0052] 求得；其中，a、b