水平铸造机（精选八篇）
水平铸造机 篇1
SHF / PZJ. 00型水平式连续铸造机是电解铝厂母线、阳极导杆铸造生产的专用设备,该设备技术先进、结构紧凑布局合理、自动化高、铸造、切割一机完成,整机运行平稳、性能优越,适用于各种规格的铝母线及阳极导杆的铸造生产作业。且具有操作简单、 外形尺寸标准、制品外表面平整光洁、效率高节省人力物力等特点。
1水平母线铸造机工艺流程及控制要求
1. 1工艺流程
混合炉内铝液通过溜槽流入中间包内,铝液通过中间包溜口自由流过结晶器后进入拉坯牵引头,此时打开冷却水将铝液凝固,同时打开拉坯机电机开关,慢慢调节拉坯机速度,注意拉坯速度应与制品结晶速度相匹配,待铸造正常后再慢慢加快速度和冷却水量,达到正常铸造速度,最后经过锯切制成成品。
生产工艺过程如图1所示。
1. 2控制要求
1. 2. 1设有手动,自动两种工作方式。
手动工作方式: 用于对某一机构进行操作,并用于自动工作方式前协调各部动作; 自动工作方式: 用于对整个生产线的自动操作。
1. 2. 2设有急停开关
在两个操作盘C1、C2上设有生产线急停开关,在生产线出现故障时,能在任一部位实现生产线急停。
1. 2. 3设有信号指示及报警装置
在C1,C2操作面板上均设有运行状态指示灯,并在C1和C2操作柜内设有电笛报警装置,当生产线急停时( 任一急停按钮按下) ,电笛均会鸣叫报警,通知各岗位操作人员注意和处理。
2控制系统硬件配置与接线
由参考文献[1] 可知,水平母线铸造机控制系统主要由PLC、变频器、触摸屏HMI组成。硬件系统主要包括电源模块、 CPU模块、触摸屏、继电器等。控制系统部分接线图如图2。
( 1) 系统控制采用西门子S7 - 200PLC系列CPU224。
( 2) 触摸屏采用西门子公司的人机界面6600C─SB触摸屏1个。
( 3) 电源模块: PS307输入240 VAC/输出24 VDC,4 A,供其他模块使用。
3系统控制过程
3. 1水平母线铸造机运行控制
水平母线机控制流程图如图3。水平母线铸造机设备组成由引锭头、拉坯机、同步锯切机、成品料架、冷却系统、气动控制系统、电气控制系统等所组成。水平母线铸造机分为拉坯机和同步锯两个主要控制过程。混合炉内铝液通过溜槽流入中间包内,铝液通过中间包溜口自由流过结晶器后进入拉坯牵引头,此时打开冷却水将铝液凝固,同时打开拉坯机电机开关,慢慢调节拉坯机速度,注意拉坯速度应与制品结晶速度相匹配,待铸造正常后再慢慢加快速度和冷却水量,达到正常铸造速度。制品拉出正常后,待引锭头进入拉坯机1号压辊之前,升起1号压辊,等到引锭头位置走过1号压辊后再压1号压辊,待引锭头位置走到拉坯机2号压辊之前也按照1号压辊步骤操作。待引锭头拉杆进入同步锯位置时,升起同步锯压板,待引锭头拉杆和引锭头都走出锯片位置,并把锯片位置调整到锯切位置,压下压板,启动锯切电机,并打开冷却液泵,使冷却液喷到锯片上,再启动进锯电机,慢慢调节进给速度( 即进锯速度) 直到锯切正常位置。铸锭头锯完后,关掉冷却液泵,关掉锯片转动电机退回锯片,锯片复位,松开压板,小车复位,根据所需铸锭长度,进行下一次同步锯切作业。
( 1) 拉坯机的主要作用
拉坯机采用变频调速电机减速机驱动,可满足不同规格的铝母线及阳极导杆的铸造速度,可实现0 ~ 250 mm/min调节,链条采用双翼链板大大提高了承载能力,运行更加平稳。采用多层胶质压辊,具有一定弹性,即可保护设备同时也能保证足够的压紧力,为拆卸方便将压辊设计为分体组合式,可随时更换损坏压辊, 降低使用成本提高工作效率。
( 2) 同步锯的主要作用
同步锯切机由轨道支架、行走小车、带锯片进给装置、锯切装置、压紧装置、自动返回驱动系统组成。小车可在轨道支架上沿母线铸造方向自由行走,锯切装置全部放置在小车上部的平台上,从而实现了同步锯切的功能,实现了进给和退回速度可调,压紧装置,性能可靠压紧力大,实现了不同规格在同一平台操作的要求,锯切结束后同步锯小车自动返回初始位置,提高了设备的自动化程度。
3. 2系统软件控制
由参考文献[1 - 2,4]可知,根据水平母线铸造机的控制要求,按照不同的功能要求把程序分开来,在主程序加一调用。对控制功能相同的一类设备进行模块化编程,在程序中需要反复调用,模块化设计使程序的调试和维护简单方便,并使软件具有良好的可移植和可扩展性。水平母线机锯切部分控制程序如图4所示。
4结束语
由参考文献[3,5 - 6]可知,水平母线铸造机控制系统运用了成熟的PLC技术、网络通信技术。采用软硬件结合,较好的解决了母线铸造机系统中出现的问题。针对用户来说本系统可靠性高,容易设置,操作简单。软件编程简单清晰容易读懂,它还有足够的模块选择可以满足实际生产的需要。因此通过采用先进的自动化技术能大大提高生产效率、降低设备故障率、节约企业生产成本等优点。
摘要：为了有效控制水平母线铸造铸造机的运行过程与监视,降低水平母线铸造机的运行故障,提高水平母线铸造机的生产效率的目的;采用成熟的PLC控制技术,运用PLC模块化编程的方法;获得了运用成熟的PLC能实时有效的控制水平母线铸造机平稳运行的结果;得到了采用PLC自动控制系统,可有效实现控制水平母线铸造机平稳运行的结论。创新点在于采用PLC控制系统代替了传统的电气控制系统;具有经济高效、稳定、维护方便、降低电能损耗等优点。
水平铸造机 篇2
此研究刊登于《农业工程学报》2011年27卷第5期，题为《链式红枣去核机的设计及试验》，第一作者为西安理工大学机械与精密仪器工程学院马朝锋。通信作者为刘凯教授。
红枣去核是红枣深加工的基础，去核后红枣可以增值3～4倍。长期以来由于对红枣深加工的重视程度不够，国内大多数红枣深加工企业仍依靠手工去核。手工去核效率低，卫生状况差，也容易造成工伤。因此采用机器去核已成为市场急需解决的问题。
该研究在对大量陕北滩枣外形参数统计的基础上，确定了红枣大小分布范围，依据机器去核的动作要求将整个去核过程分解为排队、上料、压枣、冲核、退核、卸料5个基本动作，针对各动作的部件进行创新性设计。整机由间歇运动机构和链条驱动，每次以对6个红枣去核為一个单元间歇工作。研究者还制造出了样机，并进行了试验。试验从去核的彻底性能、成功排队的性能和红枣压烂的比例三方面进行考核。试验数据显示，在试验用的400个红枣中，有7个去核不彻底，平均去核彻底性能为98.25%；实现成功排队的平均值为87.375%；整个试验没有红枣被压烂、压扁，去核后的红枣仍能保持较好的外观。
目前研究者已经对机器进行了进一步的改进设计，并对相关配套的部件进行了完善，以实现更高的生产效率。该机器已在当地一些红枣加工企业得到应用，受到用户的一致好评。
铸造机深基坑支护工程实例 篇3
1 工程概况
中铝瑞闽高精铝板带项目位于福州市马尾开发区,项目总投资约30亿元,建筑面积约11万m2。离闽江河岸距离约为45 m～50 m。熔铸车间含50 t液压半连续铸造机一台,铸造井长8.4 m,宽6.7 m。板底设计标高-15.550,现有场地地面设计标高约-0.700。因此井底(不包括钢管部分)开挖深度14.85 m。铸造机液压缸护筒ϕ1 350钢管底的设计标高-23.245,比铸造井板底超挖7.695 m,钢管底位于③含淤泥细粉砂。
2 方案选择
目前国内主要的深基坑支护的施工方法有:SMW工法、钻孔灌注桩、沉井及拉森钢板桩。根据现场实际条件,决定对灌注桩进行技术优化,采用单排灌注桩,内侧增设三道围护支撑梁,外侧采用旋喷搅拌桩进行止水,满足现场施工要求。
3 方案优化
经过组织技术人员进行论证,最后优化方案如下:支护结构采用钻孔灌注桩、高压旋喷桩加钢筋混凝土内支撑支护体系。
1)钻孔灌注桩:围护桩桩径1 000@1 200共计35根,桩长25.05 m,混凝土强度等级为C25。2)支撑:内支撑体系由现浇混凝土支撑梁组成,混凝土强度等级为C30,支撑梁截面尺寸为1 000×600,600×600。3)高压旋喷桩:桩间采用单重管旋喷止水帷幕,铸造井采用ϕ600旋喷止水桩,搭接长度不小于100。4)铸造机液压缸护筒施工采用大直径钻孔灌注桩:铸造井中间采用ϕ1 600大直径灌注桩,桩深29.10 m,下入长14.45 m支护钢护筒(ϕ1 500×10)至孔底,孔底灌入2 mm高C25混凝土封底。5)基坑降排水:采用深井井点降水,降水井4口,成孔直径不小于450,孔深18 m,井管ϕ219钢管。6)土方开挖:土方开挖应在灌注桩、钢筋混凝土内支撑、高压旋喷桩满足设计要求后进行。分3层开挖,第一层开挖至-5.6 m,开槽设置第一道环形内支撑;第二层开挖至-10.60 m,开槽设置第二道环形内支撑,支撑系统亦应在同一平面内整体浇筑;第三层开挖至基坑底部,立即施工垫层、底板。
4 施工组织
1)基坑围护采用钻孔桩加内支撑结构,配合单管高压旋喷桩止水帷幕。2)考虑工程量、工期、施工工艺及现场场地的具体情况,进行如下施工安排:施工准备、测量放样→钻孔桩→旋喷桩→桩顶梁→降水井→土方开挖-5.6 m→第一道支撑施工→土方开挖-10.6 m→第二道支撑施工→土方开挖至坑底→底板垫层施工。
5 钻孔灌注桩施工
1)初步放样。2)筑岛采用尼龙袋围堰,普通土填充,筑岛高出地面30 cm为准。3)护筒埋设。护筒埋设是重要一环,起到定位、导向的作用。4)钻孔。5)循环泥浆护壁。泥浆的稠度是成孔质量的重要保证,优质的泥浆可使孔壁形成一层粘性好、密度大、渗透性差的泥皮,这层泥皮可防止孔内泥浆外渗,这也是使孔壁稳定的有效措施。6)回转钻钻孔注意事项:a.钻机就位。b.钻孔同钢护筒中心位置偏差不大于2 cm。c.钻孔作业必须连续,并作钻孔施工记录。d.钻进过程中,每进5尺～8尺检查钻孔直径和竖直度,记入记录表中。e.在钻孔排渣,提钻头除土或因故停钻时,应保持孔内水头和要求的泥浆指标。7)成孔检测、清孔。a.成孔检测:成孔检测包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、直径、护筒顶标高等。b.只有成孔检测合格后才可清孔。c.清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压机洗孔。d.钢筋笼安放至设计标高。8)钢筋笼的制安。9)灌注桩芯混凝土注意事项。a.灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序,必须经过成孔质量检测和清孔检测(包括泥浆指标和沉淀厚度检测等)合格后,方可进行灌注工作。b.首批混凝土的数量必须保证导管初次埋深不小于1 m和填充导管底部桩身混凝土的需要。c.混凝土拌合物运至灌注地点时,应检查均匀性和坍落度等,达不到要求不能使用。d.首批混凝土灌入孔底后,立即测探孔内混凝土面高度,计算出导管内埋置深度,如符合要求即可正常灌注。e.灌注开始后,应紧凑、连续地进行,严禁中途停工。f.导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升,如导管法兰卡钢筋骨架,可移动导管,使其脱开钢筋骨架后,移到钻孔中心。g.当导管提升到法兰接头露出孔口以上有一定高度,可逐步拆除导管。h.拆除导管动作要快,已拆下的管节要立即冲洗干净,堆放整齐。i.在灌注过程中,当导管内混凝土不满、含有空气时,后续混凝土要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和导管,以免在导管内形成高压气囊,挤出管节间的橡皮垫而使导管漏水。j.在灌注将近结束,拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管,形成泥芯。
6 高压旋喷桩施工
6.1 施工工艺及主要技术参数
采用单重管高压旋喷工艺,地质钻机导孔施工,导孔施工时准确记录地层情况,选用P.O32.5R普通硅酸盐水泥,主要有效参数:
1)孔位偏差不大于50 mm,孔斜率不大于1%,搭接长度不小于100 mm;2)泥浆的水灰比1.0,浆压不小于20 MPa;3)提升速度不大于50 mm/min,旋转速度:160 r/min～20 r/min。
6.2 施工顺序
定位放线→钻孔→下喷射管→制浆→喷射提升→回灌→冲洗。
7降水井施工
采用井点降水方法:深井井点降水是在施工范围内埋置深于孔底的井管,通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出,使地下水位低于孔底,排水效果好。
1)深井布置:根据设计降水井4口,成孔深度在18 m左右。
2)降水井成孔施工工艺程序:井点测量定位→挖井口、安护套→钻机就位→钻孔→回填井底碎石垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间碎石过滤层→洗井井管下设水泵→安装抽水控制电路→试抽水降水正常工作→降水完毕拔井管→封井。
8支撑梁施工
1)采用圆环拱形钢筋混凝土内支撑支护,由于它们具有在计算方面的正确性、土方施工的经济性和施工实践的安全可靠性。2)工艺流程:钢筋混凝土支撑施工的关键流程:第一道钢筋混凝土支撑施工。基坑土方开挖至第一道钢筋混凝土支撑梁底的垫层底面→凿开支护结构与围檩的连接面→钢筋混凝土支撑垫层施工→绑扎支撑钢筋→支立侧模板→浇筑混凝土→养护、拆模清理。
9结语
深基坑支护随着经济发展在建设工程中日益广泛,采用经济技术都合理的支护类型必须综合考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。同时,合理的方案必须有良好的施工组织,优良的施工质量作为保障才能得到实施,因此,做好方案的论证,周密的施工安排和质量控制,以及完善的施工监测都是深基坑支护的重要环节。
摘要：结合深基坑在工程中的广泛应用,介绍了某铸造机深基坑支护工程重点从方案选择、方案优化、钻孔灌注桩和高压旋喷桩施工、降水井及支撑梁施工等方面进行了阐述,积累了深基坑施工经验。
关键词：深基坑,钻孔灌注桩,高压旋喷桩,支撑梁
参考文献
[1]段良策,殷奇.沉井设计与施工[M].上海:同济大学出版社,2004.
大吨位挤压铸造机框架有限元分析 篇4
大吨位挤压铸造机 (又称液态模锻) 最早由德国人在二战时期形成, 二战后转入前苏联, 20世纪50年代后经过日本宇部公司全面深入研究和发展形成系列锁模力成型装备, 在汽车和精密装备制造中得到良好的运用。由于其制品性能优异, 推动了高端汽车总体技术水平的提高, 同时也由于其优异的成型性能可运用于国防。
本文以广东科达机电股份有限公司自主创新的3300t大吨位挤压铸造机为研究对象, 如图1所示。主机结构为国际上先进的二板机结构。在压力机械结构设计中, 有限元分析因其可以较精确地揭示压力机主机的受力及变形情况, 已成为压机结构设计的重要依据。通过主机架结构进行有限元模拟分析, 并通过有限元模拟分析的结果, 对主体框架进行安全性和可靠性验证, 其分析结果为结构改进优化提供重要依据。主机架结构的优劣不仅直接影响压机的寿命, 而且与加工、制造、安装等方面密切相关, 是反映设计、制造水平的重要因素。
1 主机参数
挤压铸造机总工作载荷:33 000 k N。
材料参数的确定, 主机框架共4种材料, 为合金钢、碳钢、铸钢和铸铁, 材料参数如下:
合金钢:弹性模量E=2.06×1011 Pa, 泊松比μ=0.3, 屈服强度σs=440 MPa;
碳钢:弹性模量E=2×1011Pa, 泊松比μ=0.3, 屈服强度σs=345 MPa;
铸钢:弹性模量E=1.9×1011Pa, 泊松比μ=0.3, 屈服强度σs=270 MPa;
铸铁:弹性模量E=1.4×1011Pa, 泊松比μ=0.25, 屈服强度σb=200 MPa。
2 主机框架结构有限元分析
2.1 有限元模型的建立
主机框架简化1/2模型如图2。主机框架结构比较复杂, 为独立导轨导向的新型二板机结构, 主机框架结构尺寸为:2 846 mm×3 960 mm×5 500 mm。独立导轨导向结构不再使用大拉杆为导向, 将大拉杆从复杂的受力工况解放出来只承受合模力, 独立导轨同时为后续的辅机安装提供了重要支撑, 导轨部分为碳钢焊接结构, 导轨摩擦副材料为铸铁;主机下部为主油缸部件, 主油缸部件一部分为碳钢, 一部分为合金钢;主机上部为抱合螺母部件, 图2中为简化后的抱合螺母, 抱合螺母材料为合金钢;大拉杆材料为合金钢, 动、定梁材料为铸钢, 模具材料为碳钢。主机合模动作为当抱合螺母抱合后主油缸施加油压从而形成合模力。
根据有限元模拟计算的需要, 本次考察的主要是主机框架的变形、应力情况, 故本次计算对主机框架的结构进行了相应的简化, 舍去小的倒圆角以及小的螺纹孔, 对抱合螺母与大拉杆连接螺纹部分进行简化。模具尺寸按照实际工况设定尺寸, 该主机最初模具为铝合金轮毂模具, 其模具尺寸为1 380 mm×1 380 mm×1 120 mm。同时考虑到如果对主机架整体有限元模型进行计算将会对计算机的配置要求非常高, 而主机架结构为前后对称结构, 故可用二分之一结构进行计算与分析。在有限元分析中, 六面体八节点单元相对于四面体十节点单元分析精度较高且运算速度较快, 故网格划分时尽可能采用六面体八节点单元。本次的计算是利用有限元求解程序MSC.MARC+MSC.PATRAN, 求出机架在公称压制力下工作时的刚度、强度, 在此过程中对原结构进行一些局部优化。对主机框架的网格划分定模板采用四面体十节点单元, 其余采用六面体八节点单元, 在局部关键区域进行网格细化, 节点数47 020;单元数32 617。主机框架有限元网格模型如图3所示。
2.2 边界条件设置及加载
对主机框架的有限元模型施加边界条件及载荷, 原则上尽可能接近实际工况。边界条件及加载如图4所示, 对称面施加对称边界条件, 即该对称面的法向位移为零, 主机底座地脚螺钉孔处固定, 各个相邻零件之间接触类型定义为可分离的接触, 零件之间的摩擦因数设定为0.1, 主油缸腔压力28.8 MPa。
2.3 有限元模拟结果分析
2.3.1 模拟分析结果合理性检查
边界条件的检查:通过检查分析结果的对称面、约束点以及主油缸承受油压面可知满足所定义的要求。
有无应力奇变点:通过检查框架可知整个模型的应力梯度变化合理, 无明显的奇变点。说明模型的建立和边界条件的定义符合要求, 见图5。
拉杆的变形情况与理论分析的误差:大拉杆有效受力长度为3 357 mm, 杆件变形公式为△l=Pl/ (EA) 。代入数值得△l=1.48 mm, 而有限元计算拉杆变形结果约为1.53 mm, 有限元计算结果与理论计算误差为3.38%。考虑到有限元分析结果并非完全的拉伸, 由于模板变形还导致大拉杆有一定的弯曲变形, 这也足够说明理论计算与有限元结果相当接近, 分析结果是可信的。大拉杆变形分析件如图6。
2.3.2 有限元模拟结果分析
1) 刚度分析。在施加合模力后, 主机框架会产生一定的弹性变形, 需对其刚度进行分析。该挤压铸造机框架为国内首创结构, 除考虑整体变形情况外, 更多关注的是导轨以及两个模板的变形。刚度分析包括:主机框架的整体变形, 导轨在x方向 (水平方向) 变形程度, 两个模板在方向 (竖直方向) 的变形情况。图7是主机框架总体的位移云图, 图8是导轨在x方向 (水平方向) 的位移云图, 图9是定模板在y方向 (竖直方向) 的位移云图, 图10是动模板在y方向 (竖直方向) 的位移云图。
由图可知:主机框架变形最大的地方在大拉杆及主油缸部位处, 最大位移值为2.34 mm, 该变形主要由大拉杆的拉伸变形产生, 一般情况下拉杆的弹性变形由材料力学判定都在安全范围之内可以不予考虑, 不考虑大拉杆变形, 主机框架变形约为0.6 mm, 在安全范围之内。导轨中间部位在x方向 (水平方向) 的最大变形为0.482mm, 该变形是由于动模板变形侧向挤压导轨产生, 导轨的高度为5 030 mm, 则导轨单位长度变形为0.09 mm/m, 导轨的变形在允许的安全范围内。定模板的模具安装平面在y方向 (竖直方向) 中间圆孔处两边点变形为-0.261mm、-0.254 mm, 两边缘处的变形为-0.186 mm、-0.138 mm, 则定模板竖直方向单位变形一侧为0.066 mm/m, 另一侧为0.10 mm/m, 定模板工作平面两边变形不一致主要是由于下面一侧有一大缺口造成, 一般模板原则上变形不能超过0.15 mm/m, 定模板变形也是在允许的范围之内。动模板的变形为0.07 mm/m, 也是在安全的允许范围内。
2) 强度分析。工作状态下, 主机框架属于复杂受理状态, 既有压应力也有拉应力, 当结构设计不合理时, 局部应力集中会成为疲劳破坏源, 导致整个结构的失效, 设计中应予以关注。主机框架均为弹塑性钢材, 以第四屈服强度理论为依据, 分别考察大拉杆、导轨、动定模板的应力情况。图11~图14分别为大拉杆、导轨、定模板、动模板的von Mises图。
由大拉杆合应力图可知最大应力为169 MPa, 位于大拉杆与抱合螺母结合部位, 该应力较大主要是由于螺母前端受力大后端受力小造成, 该处安全系数为2.6倍;拉杆主要受单向拉应力, 拉杆主体拉应力为95 MPa, 这说明拉杆设计是合理的, 拉应力过大容易导致拉断, 拉应力过小说明拉杆的安全系数过大, 会浪费材料。由导轨应力图知其最大合应力仅为17.4 MPa, 说明导轨主要是承担模板导向, 并没有参与到主机复杂的受力工况中, 承受模板导向功能足以满足。由定模板应力图知最大von Mises应力为63.4 MPa, 位于主油缸与模板结合处, 该处主要承受压应力, 定模板的屈服强度为270 MPa, 则安全系数为4.25倍, 是足够安全的;需要注意的是中间圆孔边缘最大拉应力为62.5 MPa, 该圆孔通过机加工后边缘处需要人工打磨一定圆角, 以提高其疲劳强度。由动模板应力图知最大von Mises为128 MPa, 位于抱合螺母和动模板结合处, 主要为压应力, 动模板安全系数为2.1倍, 是在安全范围内。动模板的最大合应力约为定模板最大合应力的2倍, 均在与大拉杆与模板联接部位, 均为压应力, 原因在于定模板下方为主油缸底盖, 主油缸底盖和定模板的接触面积远大于抱合螺母和动模板的接触面积, 接触面积大则会将应力扩散, 局部应力集中不会很明显。
3 结语
通过对3 300 t大吨位挤压铸造机框架总体结构进行刚度和强度的有限元模拟校核计算, 主机架总体结构刚度和强度均安全、可靠。在结构优化设计上通过对定模板圆孔下边缘处打磨成圆角以提高其疲劳强度, 在实际工业运行中验证主机是可靠的。
参考文献
[1]俞新陆.液压机的设计与应用[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[2]罗守靖.液态模锻与挤压铸造技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[3]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社, 1998.
[4]李邦国.Patran 2006与Nastran 2007有限元分析实例指导教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[5]邵敏.有限单元法的基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社, 2001.
[6]陈火红.新编Marc有限元实例教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
水平铸造机 篇5
铅锭连续铸造生产线是生产重熔用铅锭的自动化生产线,可完成铅锭的铸造、冷却、堆垛、打包等生产工序。由于在运行中输送链的不平稳性,使铅锭在冷凝过程中其表面形成 “水波纹”,影响了铅锭表面质量,从而影响铸造产品的生产质量。引起输送链运行不平稳的因素很多,主要是周期性的啮合冲击和多边形效应等因素,使得输送链链条瞬时速度出现不均匀[1],致使链条的传动比不恒定。本文通过研究其动力特性以及影响其动力学响应的主要因素,来减少或消除铅锭表面的“水波纹”,从而提高输送链运行平稳性。
1铅锭连续铸造机的结构
低速重载铅锭连续铸造机构主要包括浇铸机构、输送机构、打印机构、堆垛机构、输送机构以及液压驱动系统与控制系统等,其主要结构示意图如图1所示。
1-浇铸机构; 2-链式输送机构; 3-打印机构; 4-堆垛机构; 5-输送机构
2铸锭机输送链动力学特性分析
引起输送链运行不平稳性的动力学因素有很多,主要有多边形效应、啮合冲击、打印机构的敲击力等。
2.1 多边形效应
多边形效应是指在运动中链条中心轴线与链轮的分度圆交替地呈现相切和相割状态,链节的速度出现忽上忽下、忽快忽慢变化。与主、被动链轮相切点的铰链受力状态如图2所示。其中,Ftq为主动链轮沿链条紧边方向上的驱动力;Ftz为从动链轮沿链条紧边方向上的阻力;R1,R2分别为两链轮分度圆半径;α,β为两链轮的位置角。
由多边形效应而引起的激励Ftq为[2]:
其中:Tq为驱动力矩;z1为主动链轮齿数;ω1为主动链轮角速度。
2.2 啮合冲击
链轮和链条之间的啮合冲击也是导致输送链运动不平稳的主要因素之一。滚子链传动的啮合冲击力与主动链轮转速、链条节距、主动链轮和从动链轮的齿数以及轮齿刚度有关,链条和链轮之间的冲击载荷可表示为[3]:
其中:K为链轮齿面的刚性系数;ωn为固有频率;p为链条节距;undefined为齿形半角;r为滚子半径。
2.3 打印机构的敲击力
国家标准规定,对生产的铅锭都要求打印出铸造铅锭的生产日期,而在铅锭生产工序中,一般是在铅锭基本上已经凝固的位置安装打印机构,打印机连续工作引起的强烈的周期性击打冲击波,会反向传输到正在运行的输送链上,从而影响输送链运行平稳性。打印力引起的冲击载荷为[4]:
其中:m为打印锤的质量;ω为打印频率;a、b为常数。
3MATLAB仿真分析
下面利用MATLAB仿真软件对输送链进行仿真分析,分析铅锭连续铸造机输送链系统中的主要参数对其动力学特性(主要包括多边形效应、啮合冲击力、打印机构的敲击力等)的影响,进而分析直接影响输送链运动不平稳性的因素。分析结果如图3～图5所示。
由图3可以看出:减小主动链轮的驱动力矩Tq与角速度ω1,或增大其分度圆半径R1与齿数z1,可降低链条驱动力的幅值变化大小,从而降低多边形效应对输送链运行平稳性的影响。
由图4可以看出,打印频率ω和打印锤m的质量越小,打印力带来的冲击载荷也越小,因此可以通过减小打印频率和打印锤质量来提高输送链的运行平稳性。
由图5可以看出,啮合冲击力随链轮角速度、链节距和滚子半径的增大而增大。在输送链机构传动比为1时,适当地增大链轮的齿数,可以减小冲击载荷。
4结论与展望
本文通过理论分析与仿真实验,研究降低铅锭表面“水波纹”现象的措施,通过减小输送链主动链轮的角速度与链节距、增大主动链轮的齿数与分度圆半径,以及减小打印机构的打印频率和打印锤的质量,可降低铅锭表面“水波纹”现象,提高产品的质量。这些研究对连续铸造机的设计提供了理论依据。
摘要：铅锭链式连续铸造机生产的铅锭表面较容易出现“水波纹”现象,通过对输送链的动力学特性进行研究,并利用MATLAB进行仿真,分析了影响输送链运行平稳性的因素,以减少铅锭表面“水波纹”现象,提高产品的质量,为连续铸造机的设计提供了理论依据。
关键词：输送链,动力学分析,MATLAB仿真,连续铸造机
参考文献
[1]Peng J P,CarPino M.Optional design of the path of chainlink system[J].Journal of Mechanical Design,1993,115:793-799.
[2]郭应龙.链传动的动态特性[J].冲击、振动与噪声,1987(2):25-26.
[3]Yen Shin Lai,Jia Ho Chen.A new approach to directtorque control of induction motor drives for constantinverter switching frequeney and torque ripple reduction[J].IEEE Transaction on Energy Conversion,2001,16(3):220-227.
[4]周金良.铝锭连铸机的输送链稳定性分析[D].兰州:兰州理工大学,2008:34-37.
[5]陈立平,张云清,任卫群,等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.
[6]姚继权,张世轩,李晓豁.基于Pro/ENGINEER链传动运动仿真[J].机械设计与制造,2005(11):155-156.
水平铸造机 篇6
铝锭连续铸造机是电解铝行业的关键设备, 铸造机由输送链系统、冷却系统、浇注系统、打印系统、支承件部分以及控制部分组成。随着铝锭连续铸造机功率的提高和对传动平稳性要求的增加, 对铸造机支承件的要求也将越来越高, 铸造机支承件应满足以下基本要求:
1) 在额定载荷作用下支承件应具有足够的刚度, 既有良好的静态特性。
2) 应该具有较好的动态特性, 即支承件抵抗自激振动和受迫振动的能力。
3) 支承件的设计应使得整机的热变形较小。
1 打印装置冲击载荷的计算
铝锭连续铸造机在工作过程中按照生产要求, 对每块铝锭要打印上生产日期等信息, 打印装置在打印过程中会对铸造机产生冲击载荷, 铸造机打印装置如图1所示。
打印装置的打击力是3部分的合力:打印锤的冲击力F1、打印锤自身重力G、打印气缸的作用力F2, 打印装置的打击力为:
F0=F1+G+F2 (1)
假设打印过程为一刚性冲击过程, 在刚性冲击时冲击力与冲击动能呈线性相关关系。按动量定理计算打印锤的冲击载荷, 有
F1=Mv/△t (2)
v=H/t (3)
式中, M为打印锤的质量, kg;v为打印锤到铝锭表面时的速度, m/s;△t为冲击载荷作用时间, s;H打印锤到铝锭表面的距离, m;为t为打印锤从静止运动到铝锭表面时的时间度, s。
由式 (2) 和式 (3) , 可得打印锤的冲击载荷为:
F1=MH/ (t·△t ) (4)
根据式 (1) 和式 (4) 以及打印装置的尺寸, 计算出打印时打印锤对铸造机的打击力约为F0=3kN, 在瞬态分析时将打印装置的打击力载荷谱等效为阶跃载荷处理。
2 支承件的瞬态动力学分析
选取打印锤与铝锭接触的那一瞬间作为分析的初始时刻, 在这一情况下支承件的受力情况与静态载荷下的受力情况是不一样的, 除了受到静态载荷以外, 铸造机支承件还受到一个初始碰撞速度产生的冲击载荷, 冲击载荷的作用过程为:打印锤直接敲击成品铝锭在上面打印标记, 再通过输送链传递到支承件上, 假定输送链为刚性的, 在传递过程中冲击载荷的大小没有发生变化。打印锤产生的冲击力传递到支承件的过程如图2所示。
2.1 有限元模型
铸造机支承件的实体模型和有限元模型如图3～4所示。
2.2 施加荷载并求解
瞬态分析中施加随时间变化的荷载 (包括力和位移等) , 不仅要给定荷载值的大小和方向, 还要确定加载的时间。本文研究荷载的施加采取按一定的时间间隔进行采样, 把荷载的采样值按照其对应的时间点加到结构上。进行瞬态分析的目的是比较冲击载荷加载位置对支承件响应的影响, 因此在上导轨处纵向选取2个不同的位置作为施加载荷的位置, 加载位置如图3所示, A、B为冲击载荷的不同施加位置。
2.3 瞬态分析结果处理
主要分析击振后采样点的位移、速度和加速度响应。图5～10为在A和B位置做击振模拟时, 得到的上导轨处5个采样点的位移、速度和加速度响应曲线, 5个采样点沿上导轨等间距选择, 采样编号从浇注端到铸造端的方向依次为1、2、3、4、5。
3 结论
1) 在B位置施加冲击载荷各采集点的位移和速度响应曲线比A位置的波动小, 2个位置击振时采样点的加速度区别不是很大。因此, B位置处击振比A位置理想。
2) 在冲击载荷施加位置附近的采样点响应值要比其他采样点的值大, 说明载荷施加位置对周围的响应值有影响。因此, 在设计打印装置时要考虑其安装位置, 尽量远离铝锭的凝固区域。
参考文献
[1]赵建军.20kg铝锭铸造机技术性能分析[J].甘肃冶金, 2004 (4) :57-58.
水平铸造机 篇7
钢丝绳式半连续铸造机运行的精度决定着铸锭外形的最终质量, 而衡量铸造机运行精度的两个关键指标一个是升降平台运行轨迹的直线性, 一个是升降平台运行速度的均匀性。
升降平台运行轨迹的直线性, 是指升降平台工作时在水平面内无前后、左右方向的悠动和扭动, 特别是没有“s”形运行轨迹;
升降平台运行速度的均匀性, 是指升降平台工作时下降速度的均匀性高, 全行程内速度平稳, 无忽快、忽慢及爬行现象。
所谓铸锭的几何尺寸超差, 主要表现为铸锭弯曲、扭曲或翘曲 (弯曲扭曲兼有) 。对于几何尺寸超差的铸锭轻者需要矫直或增加加工切削工作量, 重者造成废品。如果排除铸造工具及冷却水量和温度等铸造工艺的原因, 从设备上追述到的原因就是铸造机运行精度的影响, 而运行速度的均匀性受钢丝绳铸造机传动的特性所决定, 无法实现提高, 下面只就升降平台运行精度即运行轨迹的直线性对铸锭质量的影响做阐述。
2 工作原理分析
铸造机升降平台是由卷筒缠绕钢丝绳通过导向轮、动定滑轮组传动实现的, 如图1所示。
因此, 要使平台在工作中绝对不产生悠动是不可能的, 为了限制平台的悠动, 原设计采取了两条措施: (1) 平台导路瓦与立柱的间隙可调。当间隙过大, 平台因动载荷作用产生悠动时, 可将间隙调小, 使平台的悠动量控制在允许的范围内 (间隙为0.25~0.50) ;当因间隙过小时, 平台产生“爬行 (顿) ”时, 可适当放大间隙。 (2) 平台的吊挂点, 即动滑轮轴心线相对平台几何轴心线偏移一段距离δ, 由此产生的偏心距使平台靠在导柱上运行, 以减小或消除平台悠动。
由此可见, 导柱就是平台运行的轨道, 因此导柱的直线度与安装垂直度决定了平台的运行轨迹, 只要导路瓦间隙调整适当, 平台就不会产生过大的悠动和扭动, 铸锭就不会出现弯曲和扭曲变形。
实际上导柱的制造与安装精度决定了铸锭的平直度。如果排除其制造与安装精度, 不可忽视的就是由于在工作中产生的动载荷或意外冲击载荷产生的导柱永久变形。
3 提高运行精度
下面就导柱变形量与起本身结构的关系进行分析:
导柱的变形量:f=PL3/48EJ
式中:P-导柱安装支点中部的动载荷;
L-导柱安装支点之间的距离;
E-弹性模量;
J-导柱截面惯性矩。
从变形公式可知, 变形量f与支点间距L的立方成正比关系;与J、E成反比, 所以要提高导柱的抗变形能力则要:a.增加导柱的安装的支点数, 使L减小;b.选取适当截面形状以增大J (增大刚性) ;c.选用优质钢材以增加E, 要增大E, 就要增加设备成本, 因此本条不做考虑。
基于以上两点, 对现场存在的两种导柱状态即圆形导柱和方形导柱的抗变形能力进行对比, 见图2和图3。
圆导柱的变形量:
方导柱变形量:
当p=p'时
式中f'max、fmax为方、圆导柱的最大变形量。
可见, 在同等外力作用下, 方导柱的变形量是圆导柱变形量的0.035 (7/20≈1/28) , 即抗变形能力提高了28倍。
4 结论
方导柱对铸锭平直度的保证能力比圆导柱提高28倍, 使铸锭的几何尺寸超差造成废品的几率大大减小, 方导柱在相互垂直的两个平面上镶导路瓦, 可有效的限制平台在前后、左右两个方向的悠动, 并且可通过更换严重划伤或磨损的导路瓦以提高运行的精度。
摘要：阐述了钢丝绳式半连续铸造机运行的精度对铸锭外形的影响, 从导柱方面论述提高运行精度的方法。
水平铸造机 篇8
1 半连续铸造机测长控制硬件接线说明与I/O接口分配
设计基于PLC-200来实现控制功能, 核心部分有PLC LOGO电源模块、CPU224XP CN DC/DC/DC模块、扩展模块EM232。其次, 有四块数显仪表, 四个复位按钮和四块编码器。CPU224输入点I0.0、I0.1, I0.3、I0.4, I0.6、I0.7, I1.2、I1.3分别接四块编码器, 来控制实现编码器的正反转, 并且可以在数显仪表上显示编码器的正反旋转状态, 正转为正值, 反转为负值。
2 半连续铸造机测长系统的程序设计
2.1 半连续铸造机测长系统的主程序设计
网络1、网络2、网络3、网络4为初始化程序, SM0.1为初始扫描位。网络5到网络8检测编码器数据传送状态, 网络9检测钢丝绳数据传送状态, 网络10将编码器传送数据与钢丝绳传送数据作比较, 网络11到网络14将测量结果输出, 显示到数显仪表上。网络15到网络18实现数显仪表的复位、清零作用。主程序用STL语言编写如图1所示。
2.2 半连续铸造机测长系统的子程序设计
子程序用STL语言编写如图2所示。
3 结语
通过对半连续铸造机测长系统的PLC程序改造, 大大减小了其长度测量偏差, 使铸锭铸造出来的长度达到了测量精度要求。
摘要：半连续铸造机由于其测长系统采用机械转盘式测量方法, 由于受钢丝绳变形与环境的影响, 铸造出的实际铸锭长度与转盘上测量长度偏差很大, 严重影响铸锭的生产工艺流程与质量。论文设计将其测长系统改造为PLC精密控制测长系统, 将大大减小钢丝绳结构对其长度造成的偏差值影响。本论文基于plc控制原理, 重点以程序为重点来设计讨论其测长控制系统。
关键词：半连续,PLC,测长系统,程序设计
参考文献
[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2011 (12) .