板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算

板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算

文章介绍了某型不锈钢板坯连铸机组结晶器振动液压装置的设计计算过程。计算系统所需流量，配置核心液压元件型号规格，对循环冷却系统进行了精确计算。

标签：连铸结晶器；振动；液压

引言

结晶器是板坯连铸机组的核心设备，而结晶器振动装置又是结晶器设备重要装置之一。当结晶器上下振动时，钢水液面与结晶器壁面相对位置也随之改变。其目的在于防止坯材在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘连而出现拉漏、拉裂事故，同时有利于脱坯，改善坯壳与结晶器壁的润滑性等[1]。结晶器液压振动因其能在线调整振动参数，近期有广泛的发展和推广。文章即围绕国内某型板坯连铸机组的结晶器液压振动装置，对其进行分析计算和设计。

1 系统原理

连铸机的结晶器液壓振动装置由两个液压缸推动整个机架做垂直方向上的非正弦曲线。

非正弦曲线运动的周期、振幅与正弦曲线其实是一致的，只是在半周期内由两条周期不同的正弦曲线（全周期为T，上升段周期为T+，下降为T-）拼接而成。定义非对称系数C=T+/T，当C=0.5，曲线即为对称的正弦曲线；当0.5≤C≤1，比如C=0.6，则T+=0.6T，T-=0.4T，使得结晶器上振时间长，而下振时间短。实际生产中C值大于0.5，一般在0.5～0.6。

振动装置由两部分组成：液压站和振动执行器。液压站向振动执行器提供油。振动执行器包括缸旁伺服阀和振动液压缸。

2 工作泵流量计算及选择

工作泵的选择取决于液压缸运动所需的流量，因此先计算各个工况下所需流量。

（1）对称正弦运动（C=0.5）时，振动所需的平均供油流量

振动液压缸参数为Φ125/Φ90。单个液压缸的最大振幅Am为6.5mm，最大频率160次/min，在1/4个周期内，其平均速度Vp=Am/（T/4）=69（mm/s）。此速度下单缸塞腔供油平均流量为51L/min。两个液压缸同时工作则需要102L/min，取效率系数0.8，得127 L/min。

（2）对称正弦运动（C=0.5）时，振动所需的最大供油流量

正弦振动的速度为

最大速度Vmax为Am 2πf，此速度下单缸最大供油流量80.19L/min，两个液压缸同时工作则需要160.3 L/min。

（3）非对称系数C=0.7时，振动所需的最大供油流量

随着非对称系数C的不断变大，下降速度提高。认为C=0.7是最大非对称系数，此时最大速度出现在下降段。令对称正弦周期为T，频率为f，角速度为ω，非对称正弦下降周期T-，频率为f-，最大速度为Am（2πf-）。此速度下单缸最大供油流量64.4L/min；乘以塞腔面积，得到单缸最大的回油流量133.6L/min。双缸同时工作则需要供油128.8L/min，回油267L/min。

综合（1）～（3），据此，选择泵的最大流量为130L/min，只满足液压缸运动的平均流量即可。出现最大尖峰流量时刻，由蓄能器提供油液。

3 负载计算和伺服阀选择

系统由两个液压缸驱动。其单侧液压缸负载参数如下有：

（1）负载重力G=16000/2+1800=9800kg。

（2）振幅Am=6.5mm；频率f=2.66Hz。

（3）坯壳摩擦力：2Ff=（B+D）H2μρ，其中B=1800mm；D=180mm；H=700mm；μ摩擦系数0.5[2]。

（4）平衡弹簧力Fk在最低点为42710N。

在非正弦C=0.7下降到最低点，负载最大为：

考虑单出杆缸情况，解出液压缸两侧压力p1=110bar，p2=24.8bar，则伺服阀单边压降为PV=Ps-P1=100bar。

在最极端工况下（最大负载时输出最大可能133L/min流量），则阀单边压降为35bar下时的空载输出流量78.6L/min[3]的伺服阀即可满足需要。

4 循环冷却系统

系统采用恒压变量泵，即泵输出流量随负载流量变化，泵输出压力基本保持恒定。而负载压力成正弦函数变化，两者差值即为作用在伺服阀上的压降，转化为油液热量，需要被冷却循环带走。

0-T/4时，泵平均输出功率为：

单个液压缸输出功率为

同理在T/2-3T/4周期计算得出单个液压缸输出功率为 6.1kw，取平均值5.5kw。因此生成热量为H=k（Pp-2Po）=29.5Kw。此热功率占输入功率55kW的53%。结晶器振动液压装置的冷却装置要比普通液压站大。这是因为在选择系统压力和流量的时候是按照两者同时达到极值考虑的，而实际上两者极值并不同时出现。

5 结束语

对结晶器振动装置在正弦运动工况和非正弦运动工况下的负载和流量进行了分析对比和计算，并在此基础上配置核心液压元件规格。为后续的板坯连铸机组结晶器振动液压装置的设计提供指导。

参考文献

[1]解通护.结晶器液压振动缸负载力的计算[J].液压气动与密封，2010（2）：30-32.

[2]张梁敬.结晶器液压振动装置的设计及计算[J].重工与起重技术，2011（1）：16-18.

[3]王春行.液压控制系统[M].北京：机械工业出版社，1999，5：148.