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. 7.1) четырехзвенного шарнирного механизма ОАВС определяем графоаналитическим методом выделения двухповодковой группы. На выделенную двухповодковую группу АВС (рис. 7.1, 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. 7.1, 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) многоугольник 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 (7.6) и (7.7) 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.

Таблица 7.1. Исходные данные к работе №7

вари-ант	сечение заготовки	R	Ψ	G	вари-ант	сечение заготовки	R	ψ	G
	мм	м	рад	кН		мм	м	рад	кН
1	200х800	10,5	0,14	210	16	200x900	10,5	0,14	210
2	200х800	10,0	0,14	210	17	200x900	10,0	0,14	210
3	200х800	11,5	0,14	210	18	200x900	11,5	0,14	210
4	200х800	11,0	0,13	210	19	200x900	11,0	0,13	220
5	200х800	12,0	0,13	210	20	200x900	12,0	0,13	230
6	250х1400	12,0	0,13	220	21	250х1500	12,0	0,13	240
7	250х1400	12,5	0,13	220	22	250х1500	12,5	0,13	220
8	250х1400	130	0,13	220	23	250х1500	13,0	0,13	230
9	250х1400	11,5	0,14	220	24	250х1500	11,5	0,14	220
10	250х1400	13,5	0,14	220	25	250х1500	13,5	0,14	240
11	300х1900	13,5	0,14	230	26	300х2000	13,5	0,14	220
12	300х1900	14,0	0,11	230	27	300х2000	14,0	0,11	230
13	300х1900	13,0	0,11	240	28	300х2000	13,0	0,11	230
14	300х1900	12,5	0,11	240	29	300х2000	12,5	0,11	230
15	300х1900	12,0	0,11	240	30	300х2000	12,0	0,11	240

Практическая работа № 8