连铸结晶器双源七杆激振器的构型原理与弹性动力学

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结晶器是高效连铸的核心,连铸结晶器激振系统是保证结晶器进行非正弦振动的关键装备。针对当前存在的连铸机结晶器电动伺服激振系统的性能缺陷,设计一种可以在恶劣工作环境下平稳运行的双源七连杆激振设备,并考虑构件弹性和铰链间隙,研究该系统的弹性动力学。首先,针对单偏心轴非正弦激励系统无法在线调节振幅的缺陷,提出了一种双伺服电机驱动的七杆激振系统,阐述了连铸结晶器双源七连杆激振机构组成和运动原理,推导出系统的运动学方程,利用傅里叶函数逼近特性,建立了结晶器非正弦振动的统一表达式,并进行了运动学分析。考虑到机构构件弹性变形,利用集中参数法建立等效构件和双源七连杆激振系统弹性动力学模型。使用龙格-库塔法求解了系统的振动响应,分析了系统振动特性随激励参数的演变规律。结果表明,偏心轴基频是导致系统产生超谐波共振的主要原因且对系统误差影响最大;波动系数的增大和相位角之差的减小都会增强系统弹性振动;系统弹性误差则随着属于外激励的铸坯摩擦力的增大而线性增长。进一步考虑到长时间运转下连杆间的铰链会产生间隙,建立了双源激振系统的间隙非线性动力学模型。通过龙格-库塔法得到了方程数值解。结果表明:间隙会影响结晶器的非正弦振动。随着间隙值的增大,结晶器受到了更大冲击力。系统的运动状态经历了周期-倍周期-混沌-倍周期的状态。最后根据双源激振机构原理,设计并且制造出试验样机,搭建振动测试实验平台,对双源激振系统在不同工艺参数下的振动信号进行测试。通过降噪方法对原始测量数据进行预处理,与理论数值进行对比,试验和理论分析的结果基本吻合,证明了本文提出的双源激振系统可以实现全参数在线精确调控并且动力学分析方法是合理的。
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