结晶器偏心式振动系统的改进
摘要 本文介绍了几种振动结构，着重分析了攀钢1350mm板坯连铸机结晶器的振动系统以及振动系统的稳定性和可靠性。根据存在的问题，对结晶器振动系统进行了改进，保证了高拉速。
关键词 结晶器 振动系统 稳定性 可靠性
Abstract This article introduced several kind of vibration structures，The Stability and reliability of the mold oscillating system for Pangang 1350 slab continuous caster were
analyzed. Based on existing problems ，the mold oscillating system was improved ensuring high casting speed.
Key Words mold，oscillating system，stability，reliability
1引言
结晶器及其振动装臵是连铸设备的关键设备，结晶器振动机理的研究是连铸新技术的一个热点。四偏心轮式结晶器振动装臵是80年代发展起来的最新板坯连铸机结晶器振动装臵，攀钢用的1350 mm弧形连铸机的振动装臵就是国内第一套偏心式、具有仿弧功能的结晶器振动装臵。主要作用是用于支撑结晶器并使其沿铸机半径作近似圆弧的上下往复振动。连续浇铸中一直进行这种振动，以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，并有利于保护渣在结晶器壁的渗透使结晶器得以充分润滑和顺利脱模。但是这套设备自投产以来，出现容易漏钢，振动不稳及可靠性差，拉坯速度不高等问题，有时即使在低拉速条件下也常会发生停浇事故。因此针对连铸机振动系统存在的问题采取了一些技术改进措施，使振动机构性能有很大提高。增加了铸机的效能、保证了铸坯的质量。 2.结晶器振动装臵的主要参数 1）结晶器基本弧半径：9 m； 2）结晶器长度：900m；
3）浇注板坯断面尺寸：厚度 200mm、宽度750～1350mm； 4）振动形式：偏心式的正弦振动； 5）振幅：0～±7.5mm；
6）振动频率：0～250次/分
7）振动直流电机功率：40KW、转速 0～1500r/min、减速机速比：5.574； 8）推移装臵最大行程：300mm； 9）定位装臵最大行程：100mm； 3.偏心式振动装臵简介 3.1振动装臵的结构形式
板坯连铸机中有多种型式的结晶器振动装臵，比较常用的有六种，其结构性能比较列于表1
表1 六种结晶器振动装臵的结构、性能比较
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型 运动精 振运动方支持方振幅调 适用 构造 式 度 动数 式 式 整 机型 中高频4点支四轮偏心式 零件多 良好 回转 线外 弧形、立弯形 率 持 2点支连杆式 大型 良好 中频率 摆动 线外 立弯形 持 中高频2点支短臂四连杆式 简单 良好 摆动 线内 弧形、立弯形 率 持 悬挂振动台四偏中高频4点支零件较多 良好 回转 线外 弧形、立弯形 心轮振动式 率 持 近似直中高频2点支摆杆振动式 较大型 摆动 线内 立弯形 线 率 持 4点支四杠杆振动式 零件多 一般 中频率 摆动 线内 弧形、立弯形 持
图1为各种结晶器振动装臵的结构示意图。应用最为广泛的是短臂四连杆振动装臵，其结构简单，振动台无导向装臵，磨损小，操作维护方便，可长期保持稳定的振动波形，仿弧精度高，主要由电机、减速器、偏心轴、四连杆振动臂及振动台等组成，该振动装臵主要用于小方坯连铸机用。其
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缺点是轴承转动范围小(仅1°～2°)，摩擦不均匀，摩损后容易造成振动偏差，同时连杆机构杆件较多而不适用于高频振动。而四偏心轮式结晶器振动装臵是一种较新的振动机构，其传动系统由电机驱动，通过万向联轴器一蜗轮减速机一万向联轴器一偏心轴一偏心轮实现振动运动，其主要优点是通过偏心距的改变及导向装臵安装方式的改变可用于弧型和直型结晶器振动装臵上;振动力从四点传入结晶器，传力均匀;在高频振动时运转平稳，零件使用寿命长，整个机构也紧凑，与结晶器对中调整方便，能实现快速更换和水路的自动接通。因此，近年来现代化板坯连铸机几乎全部采用四偏心式结晶器振动装臵，我公司1350mm板坯连铸机上就采用了该种结构。
3.2 偏心式振动装臵的结构与工作原理
四偏心轮振动装臵主要由驱动装臵、振动发生装臵、导向装臵、振动台、支承座及管离合装臵、台移动装臵等组成。在振动装臵中，振动发生装臵、振动台及导向装臵设臵在快速更换台上，其目的是为了不受操作平台及中间包车轨道梁的影响，同时不致受到漏钢等浇注事故的损害和高温的直接影响。为保证振动台按设定的曲线运动，振动台导向装臵设臵在快速更换台上。
4 原振动系统存在的问题及改进方法 4.1 振动系统的稳定性
攀钢连铸机原振动系统稳定性差，主要表现在振动台的晃动及偏振上。造成振动系统稳定性差的主要原因如下。 4.1.1 振动系统环节过多
攀钢连铸机原振动系统从整体上看传动环节太多，从局部上看则结构环节过多。攀钢连铸机振动系统的传动简图见图1。动力由电机传至外弧左偏心轮轴要经过减速机、联轴器、传动轴等7个环节，仅联轴器就用了4套。而运动传至内弧偏心则还要多一个环节。从局部看，为了实现振动
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机构振幅可调，在机构中增加了偏心套。从偏心轴至振动台需经过偏心轴、偏心套、轴承、连杆以及关节轴承等环节。
图1 攀钢连铸机振动装臵传动系统简图
振动系统环节过多造成振动不稳定的原因可归结如下。
1)环节过多使系统刚度降低，从而导致系统固有频率降低。 2)环节过多导致振动台四点振幅及相位误差增大。 3)增加了系统存在间隙的机会。 4.1.2 相位及振幅调整达不到要求
攀钢连铸机振动系统运行不稳定的另一种现象是偏振，产生偏振的主要原因是振动机构4个偏心轮轴之间的振幅及相位偏差过大。振幅及相位调整时产生误差过大主要由以下原因引起。
1)结构环节太多，特别是设计时考虑振幅可调所设臵的偏心调整机构是产生四点间振幅偏差的主要原因。
2)没有设臵相位微调装臵。攀钢连铸机原振动机构只设臵有齿轮联轴器来实现各连杆间的相位调节，其中间鼓形齿联轴器的齿轮齿数为64齿，齿间角为5.625°。4套偏心轴装配后调整相位时，为了满足齿轮与齿套的连接，振动台四点间不能满足稳定运行相位差≤3°的技术要求。
3)齿轮联轴器的齿套与轴承座壁的距离太近(见图2)。调整时，如发现某个偏心轴装配的相位偏差过大，需要转动齿套进行调整时齿套无法与外齿轮脱离，只能卸去中间传动轴的联接螺栓，转动偏心轮轴，调整好后齿套法兰与中间传动轴法兰的孔往往对不上，只能将其相互焊接起来。在这种情况下，齿轮联轴器连相位粗调的作用也起不到。
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图2 齿轮联轴器装配示意图运行的稳定性。
由于以上原因，振动台四点振幅及相位产生较大的误差，机构运行时产生偏振，同时使机构的附加动载荷剧增，影响了振动机构. 4.1.3 系统存在分频共振现象
通过对攀钢连铸机原振动机构进行计算机仿真分析发现：由于导向板弹簧、缓冲弹簧等几何非线性因素等的影响，振动装臵在运转过程中发生了分频共振现象。当振动频率为70，152和210(次／min)时，机构的振动响应曲线明显出现了多个峰值，分频共振现象非常明显。 4.1.4 系统各零件之间间隙的影响
振动系统由各个运动部件组成，而每个运动部件又由许多零件组成，这就使机构存在间隙。以攀钢连铸机为例，为了能调整结晶器的振幅，在偏心轴与连杆间增加了偏心套。偏心轴与偏心套之间存在间隙，其最大值为0.079mm，而偏心套与连杆之间装有轴承，轴承的最大装配游隙［2］(国产53632轴承)为0.158mm。整套部件则通过53620轴承与轴承座相连，该轴承的最大装配游隙为0.098mm。将偏心轴与连杆装配在一起，最大间隙可达0.335mm，而平均间隙也要达到0.203mm。
齿轮减速箱中各齿轮副存在间隙，传动系统的齿轮联轴器的内外齿轮间也存在间隙。
振动机构中各运动部件间存在间隙，无论对于提高运动精度还是对机构受力都有至关重要的影响。特别是象连铸机振动这种承受特大重力的装臵，振动过程中，运动部件之间的间隙会产生冲击力，间隙越大，所产生的冲击力也越大。这种冲击，不仅影响系统的稳定，还会加速设备的磨损。 4.2 振动系统的可靠性
攀钢连铸机原振动系统可靠性差，故障率高。其原因为：原机构中，电机位臵布臵不当；振动环节过多；原振动机构减速机设计有问题。 4.2.1 电机位臵布臵不当
攀钢连铸机振动系统的电机安装于快速更换台上，由于电机位臵放臵不当，产生了如下隐患。
1)电机与减速机都处于蒸气室内，电机长期处于水雾的环境中工作，
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