Расчет механизма качания кристаллизатора мнлз

Цель работы: Изучение конструкции привода и принципа работы механизма качания кристаллизатора МНЛЗ, определение мощности электродвигателя привода. Исходные данные приведены в таблице 7.1.

Теоретическая часть

Сила трения затвердевающей заготовки (сляба) о стенки в радиальном кристаллизаторе

, (7.1)

где μ – коэффициент трения затвердевающего металла о стенки кристаллизатора (μ=0,47…0,55); B – периметр сечения заготовки, м; ρ – плотность жидкой стали (ρ=7000 кг/см³); R – радиус кристаллизатора, м; ψ – центральный угол между мениском жидкого металла, нижним торцом кристаллизатора и центром кривизны, рад.

Усилие при вытягивании заготовки из радиального кристаллизатора зависит, кроме того, от степени приработки кристаллизатора и химического состава разливаемой стали.

Расчетное усилие с учетом этих факторов

F=F₁k₁k₂, (7.2)

где k₁ – коэффициент, учитывающий степень приработки кристаллизатора (k₁=1,5…2); k₂ – коэффициент, учитывающий химический состав стали (k₂=1,75…1,8).

Сила, действующая на качающуюся раму (звено АВ)

T=F±G, (7.3)

где G – суммарный вес кристаллизатора с водой и качающейся рамой. Знак «плюс» в формуле относится к случаю подъема кристаллизатора, знак «минус» - опускания.

Силу давления в шарнире А (рис. 6) четырехзвенного шарнирного механизма ОАВС определяем графоаналитическим методом выделения двухповодковой группы. На выделенную двухповодковую группу АВС (рис. 6, б) действует одна внешняя сила T, приложенная к звену АВ. Неизвестные силы в шарнирах А и С представляем силами, направленными вдоль и перпендикулярно звеньям. Нормальные и тангенциальные силы для шарнира А и ; для шарнира С и .

Тангенциальную силу найдем из уравнения моментов сил

, (7.4)

где k – плечо силы Т относительно шарнира В; l_AB – длина звена АВ.

Из уравнения моментов для звена ВС следует .

Величины нормальных сил и определяем построением многоугольника сил для двухповодковой группы АВС (рис. 6, в), откладывая последовательно известные по величине и направлению силу Т и и проводя через начало и конец крайних векторов направления сил и . Так как двухпо водковая группа находится в равновесном состоянии под действием всех приложенных к ней сил, то многоугольник сил должен быть замкнутым. Полную силу давления F_A в шарнире А определяем по силовому многоугольнику, графически складывая силы и .

Рис. 7.1 – Расчетные схемы механизма качения кристаллизатора:

А) схема действия сил; б) двухповодковая группа; в) много угольник сил для двухповодковой группы.

На несущую раму (звено ОА) будет действовать сила F_A, направленная в противоположенную сторону. В результате переноса силы F_A на механизм становится известным его плечо m. Поскольку перемещения звеньев рычажного механизма ОАВС в процессе работы незначительны, то для дальнейшего расчета можно принять среднее положение механизма и определить два значения сил F_A, соответствующих двум величинам силы Т для случаев подъема и опускания кристаллизатора.

Конструктивно четырехзвенный механизм ODEF выполнен так, что угол между коромыслом и шатуном близок к 90° и изменяется незначительно при повороте кривошипа EF (эксцентрика) вследствие большого отношения длины шатуна к эксцентриситету.

При этих условиях равновесия усилие Q в шатуне будет постоянным и из условия равновесия рычага АО равным

, (7.5)

где G₁ и G₂ – силы тяжести соответственно коромысел OD и несущей рамы ОА; a и b – расстояния от оси качания О до центров тяжести звеньев OD и OA соответственно; c – длина коромысла OD.

Крутящие моменты на валах эксцентрика и электродвигателя для полупериодов подъема и опускания кристаллизатора:

при подъеме (φ=0…180°)

(7.6)

при опускании (φ=180…360°)

(7.7)

где Q₁, Q₂ – усилия в шатуне, определяемые для случаев подъема и опускания кристаллизатора; r – радиус эксцентрика; φ – угол поворота эксцентрика, отсчитываемый от верхнего крайнего положения; η – к.п.д. рычажного механизма (η=0,94).

Максимальные крутящие моменты при подъеме и опускании кристаллизатора

; . (7.8)

Эквивалентный момент на валу электродвигателя при синусоидальном законе измерения крутящих моментов по полупериодам подъема и опускания кристаллизатора

(7.9)

Мощность электродвигателя по нагреву

P_экв=М_эквω, (7.10)

где ω – угловая скорость вращения вала электродвигателя.

Подобранный электродвигатель необходимо проверить на перегрузочную способность при его пуске

, (7.11)

где М_н – номинальный момент выбранного электродвигателя; - допускаемый коэффициент перегрузки ( =1,8…2 – с последовательным возбуждением; =1,8…1,9 – со смешанным; =1,7…1,8 – с параллельным возбуждением; =1,5…1,6 - ассинхронные); M_max – максимальный момент по формулам (6.8).

Отчет о работе должен содержать: тему и цель работы, расчетную часть со всеми пояснениями, а так же расчетную схему в масштабе (l_EF=r=0,2 м; l_ED=3,1 м; l_DO=c=2,2 м; l_OA=1,4 м; l_AB=1,5 м; l_CB=1,6 м; d=2,2 м; e=1,5 м; α=9°30'; φ=60°; G₁=12,5 кН; G₂=8,1 кН). Используя формулы (6.6) и (6.7) построить график М_ст=f(φ). Подобрать электродвигатель с частотой вращения его вала 0…100 мин^-1, чтобы обеспечить диапазон регулирования частоты качания 5…100 кач./мин. В конце работы необходимо сделать выводы и для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Объясните причину применения качающего кристаллизатора МНЛЗ.

2. Объясните особенности конструкции кристаллизатора.

3. Назовите типы механизмов применяемых для качания кристаллизатора и в чем их достоинства и недостатки.

4. Объясните, как образуется дно кристаллизатора, в момент начала разливки стали.