连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置

梁子福，张继强，李新强，薛松

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连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置

梁子福，张继强，李新强，薛松

(中国重型机械研究院股份公司，西安710032)

开发了一种小方坯或小圆坯连铸机的单振动单元液压振动装置，其采用串接式全板簧导向结构，单液压缸驱动，外弧或内弧侧布置，在缓冲螺旋弹簧、横向导向柱、导向板簧与液压驱动装置的柔性驱动下，实现弧形或仿弧形振动，集合了仿弧精度高、结构简单、重量轻、无需润滑、控制流程简单可靠、寿命长等诸多优点，并成功投入生产使用，为小方坯或小圆坯连铸高频振动提供了有效的、可靠的装置。

小方坯或小圆坯连铸机;单振动单元;液压振动

0 前言

持续、稳定的高频振动可保证良好的铸坯质量，促使了人们对振动机构持续不断的改进，改进从导轨型、长臂型、差动齿轮型、四偏心型到短臂四连杆型，又到半板簧型和全板簧型等。由于导轨型、长臂型、差动齿轮型、四偏心型结构或因结构复杂，易于磨损，或因使用中维修工作量大，使用寿命短等因素，在新建的小方坯或小圆坯连铸机上很少采用或基本不用。

结晶器振动机构的驱动方式主要有机械驱动式、数字缸驱动和液压伺服缸驱动式。机械驱动式结构复杂、设备重;只能进行正弦振动，不能进行非正弦振动;生产过程中不能实现振幅和波形的在线自动调节，而且线外振幅调整也较为复杂，已基本被数字缸驱动和液压伺服缸驱动所取代。液压伺服缸驱动的振动机构具有可在线调整振动参数(振幅、振频、波形，可按给定的正弦或非正弦曲线进行振动等)功能，振动控制精度高，其稳定性更好，可提高铸坯的质量，使用寿命长，故障率低，满足现代连铸生产高品质钢的要求。

中国重型机械研究院股份公司开发了一种小方坯或小圆坯连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置，能够满足结晶器按连铸机设定的圆弧半径作弧形或仿弧运动，有效的控制连铸机结晶器在振动过程中对纵、横两个方向的偏摆误差;并能够满足小方坯或小圆坯连铸机流数多、安装空间小和结晶器负荷小的特点。

本文对该小方坯或小圆坯连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置的机构组成、工作原理及使用效果进行了介绍。

1 机构组成

该小方坯或小圆坯连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置主要由机械机构、液压系统和自动控制系统组成。其中设备结构如图1所示，主要由振动台架、上导向板簧、下导向板簧、固定台架、横向导向柱、缓冲螺旋弹簧和液压缸驱动机构等组成。其结构简单、重量轻、无轴承无需润滑。

图1 单振动单元液压振动装置Fig.1The mould hydraulic oscillator ofsingle oscillating unit

2 机构振动工作原理

固定台架通过支座与连铸机基座固定连接，液压缸的缸体端铰接固定在固定台架的空腔内，液压缸活塞杆与振动台架铰接固定，活塞杆的作用方向垂直于铰接点与连铸机外弧圆心的连线;上板簧和下板簧靠近连铸坯的一端称为内端，另一端称为外端，上板簧的内端与振动台架联接，上板簧的外端与固定台架联接，下板簧的内端与振动台架联接，下板簧的外端与固定台架联接，左右两侧共四幅导向板簧的中心线的延长线相交于连铸机外弧的圆心，即可保证振动装置按设计的铸机基准圆弧半径R作仿弧振动;左右方向的横向导向柱将振动台架与固定台架弹性交错联接，既适应了仿弧振动的要求，又可减少侧向偏摆，使液压缸驱动机构不受侧向力作用;上、下板簧内外端均设计有张力调节装置，可实现板弹簧的张紧，有利于充分发挥串接式板簧的性能，保证振动装置仿弧精度的要求。满足以上条件后，当振动伺服液压缸按设定比例行程做运动时，结晶器外弧线就会按设定行程做弧形或仿弧运动。

3 液压系统

振动装置液压系统的作用是控制和驱动液压伺服油缸，主要由振动液压装置、蓄能过滤装置和连接管路组成。振动液压装置主要包括带位移传感器的振动伺服液压缸、电液伺服阀、压力传感器、截止阀和单向阀等，每台振动液压装置中的电液伺服阀、压力传感器等集成在其带位移传感器的振动伺服液压缸上。位移传感器固定在振动伺服液压缸的缸头上。蓄能过滤装置主要包括压力油蓄能器、回油蓄能器、压力表、压力油过滤器、电磁换向阀、液控单向阀、截止阀等。液压系统的原理如图2所示。

压力油过滤器对提供给振动液压装置的压力油进行进一步过滤，以提高电液伺服阀、振动伺服液压缸等的工作可靠性;在由带位移传感器的振动伺服液压缸、电液伺服阀和压力传感器等组成的位置闭环系统工作时，压力蓄能器可补充系统瞬时流量的不足，提高闭环系统的快速响应能力;回油蓄能器可缓解振动液压装置驱动结晶器振动时管道的振动和噪音，并能改善系统的动态性能;在电磁换向阀的控制下，液控单向阀被打开，压力继电器发讯指示压力油已供给振动液压装置，这时振动液压装置进入“投入”状态，在此“投入”状态下，可依工艺要求给定的正弦或非正弦曲线，对振动液压装置的振动伺服液压缸进行动态位置闭环控制。振动伺服液压缸上的位移传感器的反馈信号实时与给定信号相比较，控制相应的电液伺服阀，使振动伺服液压缸按给定的结晶器振动正弦或非正弦曲线驱动结晶器上下振动。

图2 液压系统原理Fig.2Hydraulic system schematic diagram

4 自动控制系统

液压振动装置的自动控制系统通过软硬件来实现对液压振动装置的控制，是集过程控制、过程管理、液压振动控制和故障报警诊断为一体的专用控制系统。系统具有Ethernet(以太网)和硬线连接两种对外接口。纵向，向上通过Ethernet可与连铸机的二级系统相连，实现数据交换，向下可直接采集液压振动所需的数据并控制液压振动装置;横向，通过Ethernet或硬线可与连铸机其它设备的控制系统连接，以完成本系统与设备其它工位控制系统的数据交换。

4.1 自动控制系统的组成

自动控制系统主要由检测控制器件、PLC控制柜和机旁接线盒等组成。检测控制器件安装在机械及液压设备上用于对现场设备的运行状态进行检测与控制，PLC控制柜是结晶器振动控制系统的核心。电气控制系统主要以德国SORCUS高端嵌入式控制器和西门子S7-300PLC为主体。

4.2 系统控制的主要功能

德国SORCUS高端嵌入式控制器包括DI/ DO、模拟量IO，SSI接口，Ethernet接口、Profibus-DP接口，主要完成液压振动装置的振动控制;S7-300 PLC包括DI/DO模块、Ethernet通讯模块等，主要完成液压站的控制。高端嵌入式控制器不仅很好的继承了PLC结构紧凑，运行稳定、可靠性高等特点，而且更重要的是:它比PLC的系统运行速度更快，编程更加灵活(可方便的实现复杂的控制算法)、体积小、性价比高，且控制流程简单可靠。

系统使用专业的触摸式操作面板，友好的图形化人机界面，方便用户操作。图3为振动装置自动控制系统图。

图3 液压振动装置自动控制原理Fig.3Automatic control diagram of hydraulic oscillator

5 使用效果

该小方坯或小圆坯连铸机结晶器的单振动单元液压振动装置已在攀钢、鞍钢成功投入使用，使用效果显著。能达到频率f:0～400 c/min，振幅A:0～5 mm，非正弦因数Δ:0～40%，完全满足生产要求。生产结果表明振动装置及其系统能按工艺要求在线改变振频、振幅、非正弦因数，连续地改变振动波形，且振动运行平稳，性能稳定，具有较好的可靠性。

6 结论

(1)采用串接式全板簧导向结构，单液压缸驱动，在缓冲螺旋弹簧、横向导向柱、导向板簧与液压驱动装置的柔性驱动下，有效地、精确地实现弧形或仿弧形振动，并能避免因加速度过大而产生冲击和摆动，有效地避免水平偏摆，有利于改善铸坯表面。

(2)该装置结构简单，重量轻，无轴承，无磨损，无需润滑，传动采用直传式，刚性连接，无干涉，无下垂现象，既可承拉也可承压，维修量小，寿命长。

(3)振动液压系统能按工艺要求在线改变振频、振幅、非正弦因数，连续地改变振动波形，且振动运行平稳，性能稳定，具有较好的可靠性。

(4)自动控制系统结构紧凑，运行稳定，控制流程简单可靠，操作灵活，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，工程师，主要研究方向:冶金设备。