板坯连铸机弯曲段的工作原理（5篇材料）

第一篇：板坯连铸机弯曲段的工作原理

板坯连铸机弯曲段的工作原理 [工程 ] 收藏 转发至天涯微博

悬赏点数 10 该提问已被关闭 2个回答 匿名提问 2009-04-26 11:36:26

板坯连铸机弯曲段的工作原理

最佳答案

29700669 2009-04-26 12:52:27

近年来，我国钢铁行业发展迅速，我国已成为世界上钢铁消费和钢铁生产大国，2005年我国的粗钢产量～3.4亿吨，连铸比达到95％以上。其中由于连铸具有显著的高生产率、高成材率、高质量和低成本的优点，因此连铸技术对钢铁工业生产流程的变革、产品质量的提高和结构化等方面起了革命性的作用。

钢铁技术的引进为我国钢铁工业的发展做出了巨大的贡献，特别是上世纪90年代以来，连铸技术的引进与推广极大的壮大了我国钢铁工业的实力，同时在连铸技术的消化吸收和创新的方面也取得了长足的进步，极大提高了我国连铸技术的自行设计和制造能力，实现了连铸技术的国产化。中冶京诚（原北京钢铁设计研究总院）在板坯连铸技术的集成创新和自主开发方面始终走在前列，随着国内连铸技术和连铸设备制造能力的发展与进步，为我国板坯连铸机的国产化做出了重要贡献。

板坯连铸国产化实践

板坯连铸机机型经历了由立式-弧形-直弧形的发展历程，特别是从世界上近10多年来新建的高质量板坯连铸机来看，直弧形连铸机已成为发展趋势和方向。直弧形连铸机兼具弧形和立式连铸机的优点，可根据产品方案和生产品种的不同，设计不同的基本弧半径和适宜的结晶器及以下的直线段长度，从而大大提高铸坯的洁净度和内部质量；国内外的生产实践证明，特别是在生产汽车用钢、管线钢等高质量钢方面，直弧形板坯连铸机有不可替代的作用。

中冶京诚是国内最早研究开发并参与引进消化国外先进直弧形板坯连铸工艺及装备技术的单位。多年以来，中冶京诚一直致力于研究开发、重视技术和理念的创新，先后成功地设计或总包建设了一大批技术经济指标达到国际先进水平的板坯连铸工程，拥有着丰富的先进技术资源和设计经验。无论是设计水平、总包能力还是设备集成技术，京诚公司在国内板坯连铸行业均占据着不可动摇的业绩优势和技术领先地位。

在多年的设计和生产实践中，开发出了如多种连铸机机型的辊列设计（连续弯曲连续矫直技术）、结晶器铜板传热计算、矫直反力计算、大包回转台有限元计算、扇形段有限元计算、小辊径密排分节辊、结晶器电动及液压调宽、扇形段远程调辊缝等软件技术，以及结晶器液压振动、动态二冷控制、扇形段轻压下等连铸工艺技术。新技术的不断应用大大提高了连铸机的装备水平和工艺技术水平，亦使京诚公司牢牢占据着国内板坯连铸机设计水平和行业业绩的领先水平。

至今为止，不包括与国外公司联合设计的项目，中冶京诚成功完成设计或总承包的大中型板坯连铸机共41台49流；已投产的大中型常规板坯连铸机国内设计市场占有率近75％；设计生产能力占全国板坯连铸坯产量的～50％。

中冶京诚直弧形板坯连铸机的设计范围：铸坯厚度：150～300mm，铸坯宽度：700～3000mm，拉速0.5～2.0m/min；生产的钢种主要包括：普碳钢、优碳钢、低合金高强钢、船板钢、管线钢、压力容器钢、桥梁钢、汽车大梁用钢、深冲钢、工程机械用钢、不锈钢、硅钢等。

近年来中冶京诚投产及设计的主要直弧形板坯连铸机业绩表：

序号

用户名称

产量（万吨/年）

台×流

机型

铸坯规格（mm×mm）

范围

投产时间

承德钢铁公司双流板坯连铸机

200

2×2

直弧形R=10m

150/180/200/220×900-1650

总承包

2006.12

安钢双流板坯连铸机

250

1×2

直弧形R=10m

210/230×800-1650

总承包

2006.6

唐山不锈钢新建板坯连铸机

1×1

直弧形R=8.4m

150-220×900-1600

总承包

2005.9

北台钢铁公司二期板坯连铸机

350

2×2

直弧形R=8.4m

180/210/230/250×800-1650

总承包

2006.9

鞍山宝得板坯连铸机

120

1×1

直弧形R=8.4m

180/200/250×800-1600

总承包

2005.9

莱钢银山型钢3#板坯连铸机

150

1×1

直弧形R=10m

200/250×1500-2100

总承包

2005.2

天钢3#板坯连铸机

1×1

直弧形R=8.4m

180/200/250×1050-1600

总承包

2005.6

唐山中厚板1#板坯连铸机

130

1×1

直弧形R=10m

180/250×1500-2100

总承包

2006.5

北台钢铁公司1#板坯连铸机

125

1×1

直弧形R=10m

180/250×1500-2100

总承包

2004.2

营口中板厂2#板坯连铸机

1×1

直弧形R=10m

180/220/250×1500-2100

总承包

2005.9

营口中板厂1#板坯连铸机

1×1

直弧形R=8.4m

150/200/250×1200-1600

总承包

2004.3

韶关钢厂新炼钢2#板坯连铸机

1×1

直弧形R=8.4m

180/220/250×1200-1600

总承包

2003.3

昆明钢铁公司板坯连铸机

65-80

1×1

直弧形R=8m

200/230/250×900-1600

设计

2001

柳州钢铁公司炼钢厂板坯连铸机

45-65

1×1

直弧形R=8m

180/220×1050-1300

设计

2001

上钢三厚板坯连铸机

1×1

直弧形R=10.5m

200/250/300×1200-2000

设计

1995.10

舞阳钢厂厚板坯连铸机

40-60

1×1

直弧形R=10.5m

180/250/300×1200-1900

设计

1992.11

到目前为止，中冶京诚基本上完成了两大系列（基本弧半径8.4m和l0m）连铸机的自主开发和实际应用，在实际生产中取得了良好的效果，具有投资省、工期短、达产快、效益高的特点：

·莱钢单流2100mm宽板坯连铸机，投产当月产量即达10万吨，铸坯质量良好；

·唐山不锈钢公司的具有双浇能力的板坯连铸机，建设工期为7个月，由中冶京诚自主开发的板坯软压下技术一次投产成功。

该系列连铸机采用了一系列的新技术，以保证铸坯质量：

·采用直弧形连续弯曲连续矫直

·全程多支点密排分节辊

·全程无氧化保护浇注系统

·大容量加堰和坝中间罐

·带塞棒吹氩的铸流浇注系统

·结晶器液面自动控制

·结晶器高精度小振幅高频振动（机械或液压）

·连续收缩辊缝

·二冷动态气水雾化冷却

·铸机拉矫分散驱动

·全交流变频等技术

在提高铸机作业率方面采用了如下先进技术：

·结晶器在线停机调宽

·结晶器至扇形段的整体更换和线外维修

·扇形段液压远程调辊缝技术

·浸入式水口快速更换及事故闸板

·热中间罐快速更换

·全程计算机跟踪管理等技术。

图1 样板厂断面图示意

板坯连铸技术现状与展望

经过近年来连铸技术的自主研发和生产实践，在生产高质量钢方面，中冶京诚形成了自己特有的一系列连铸新技术：

大容量中间罐，优化中间罐设计。以便提高钢水收得率和钢的洁净度

中间罐工作液面深度为1200mm，溢流液面深度为1300mm。同时设置挡渣墙和堰，增加钢水停留时间（～9min 以上），使钢液中夹杂物充分上浮，有利于净化钢水。此外，在水口位置处中间罐底部局部凹下～200mm，有利于减少浇注结束时中间罐钢水残留量。

中间罐钢水流量的控制采用塞棒控制。

中间罐内腔示意见图2。

图2 中间罐内腔示意图（单流和双流）

全程无氧化保护浇注

采用钢包长水口及中间罐浸入式水口保护浇注，中间罐钢液面覆盖碱性保护渣，结晶器钢液面覆盖颗粒状保护渣，其中钢包长水口与钢包滑动水口、浸入式水口与中间罐快换装置及上水口之间接口处均采用吹氩密封，防止钢水二次氧化和吸N、H。

设有液压压紧的钢包长水口安装机构，使得长水口的安装操作更为方便。

优化SEN设计和结晶器液面自动控制

浸入式水口（SEN）的主要作用除保护钢流防止钢水二次氧化外，还能起到改变钢流在结晶器内的流动状态，减少注流的冲击深度，促进夹杂物在结晶器内上浮，以及分散注流带入的热量，利于坯壳的均匀生长，同时对结晶器的弯月面也能起到相应的稳定作用。一般可通过改变水口侧孔倾角的大小来实现。

自行设计的快速而准确塞棒结构，加上结晶器液面自动控制技术的采用可使结晶器液面的波动控制在3mm以下，达到提高铸坯表面质量和减少最终产品缺陷，提高连铸机的操作水平。

直弧形连续弯曲连续矫直辊列布置

在弯曲段采用连续弯曲技术，在矫直段采用连续矫直技术，从而避免多点弯曲和多点矫直带来的坯壳变形突变，使高温坯壳的变形比较平滑，在恒定的变形速率作用下，使每一点的变形近似为无穷小，进而避免了高温坯壳因弯曲或矫直变形过大而产生的裂纹。

根据产品方案的不同，可以设计不同基本弧半径的直弧形连铸机，根据我们的实践经验，当结晶器以下的直线段长度达到2.5m以上时，对提高铸坯的洁净度，达到生产高级汽车板的要求最为有利。同时，采用小辊径密排分节辊技术，增加辊子的刚度，减少铸坯的鼓肚变形，提高对的铸坯的有效支撑，改善铸坯质量。

图3 辊列计算变形曲线

动态二冷控制和凝固模型的应用

根据自主开发的板坯连铸机凝固传热计算模型，确定最佳的二冷分区。

根据该三维不稳态模型，可计算出不同钢种、不同拉速、不同冷却制度下的铸坯凝固情况，进而优化二冷配水，得出不同钢种在不同拉速下的二冷水表，对铸坯的冷却实现动态控制，以达到高效生产和保证铸坯质量的目的。

如图4所示：采用优化设计的水表对铸坯二冷实现控制后，在不同的拉速条件下，其铸坯的表面温度基本上是按目标温度控制的，可实现动态控制。

图4 二冷模型模拟结果

采用二冷动态控制技术，实现二次冷却对铸流的实时动态跟踪，保证不同拉速变化条件下，使铸坯的表面温度控制在一个合理的目标表面温度区间，提高铸坯的表面质量。

结晶器液压振动

结晶器液压振动可以根据浇铸参数（钢种、拉速、铸坯规格、保护渣类型等）的变化，任意改变波形、频率、振幅，这也是液压振动的优点之一。其优点在于：

*较小的振痕

*适应大范围的浇注速度，得到良好的表面质量

*特别在高拉速下能通过振动型式的改变增加保护渣消耗，实现高拉速

*高精度导向，控制精度高

*维修量小

根据液压振动的控制特点，可以通过调整振幅和振动频率之间的关系，通过使用非正弦系数的改变，来达到控制结晶器振动负滑脱时间在0.1～0.12s的范围内，使整个拉速范围内结晶器的负滑脱时间控制在一个稳定的区间，达到对保护渣消耗的良好控制，实现铸坯良好的表面质量。

而结晶器液压振动技术是连铸机升级的核心技术之一，也是我们必须自主掌握的技术。目前我们开发出了具有自主知识产权的结晶器液压振动（见图5）技术，并利用CAE技术进行了动态模拟仿真，具有下述主要特点：

图5 新型结晶器液压振动

*结构上采用无磨损设计、无润滑点

*振动油缸采用间隙密封、保证长期恶劣条件下免维护

*采用预应力板弹簧导向，可有效控制水平各方向上的位移和转角，精度高

扇形段远程调辊缝和轻压下

在设计扇形段时，既要保证铸坯的内部质量和表面质量，也要尽量降低设备高度；既要保证扇形段设备的强度和刚度、更长的寿命和更便于维修，也要具备铸坯凝固末端动态轻压下和远程快速调节辊缝的功能。

中冶京诚在多年板坯连铸机设计所积累经验的基础上，开发了新型结构的板坯连铸机扇形段（见图6）。这种新型结构板坯扇形段，采用了液压缸夹紧内外框架，液压缸压下驱动辊；小辊径密排分节辊，框架采用立板结构，具有很高的强度和刚度；辊子和轴承座通水冷却、辊子表面和各基准面、结合面均堆焊不锈钢，提高了使用寿命和对弧精度；框架和辊子结构保证了装拆更换方便，可接近性好，便于在线检测和维修。

图6 新型扇形段结构

新型扇形段可实现动态软压下功能和辊缝的远程调节。我公司在消化吸收国外板坯连铸扇形段压下的基础上，总结国外各家公司的板坯连铸扇形段压下经验，自主开发出一套全新的板坯连铸扇形段压下的设备和自控（L1）软硬件系统，在唐钢一次投产成功，得到了用户的赞誉。自动化控制系统（L1）具有，高安全性，稳定性，可视性、可读性、方便快捷操作性（可远距离离线、在线调整辊缝和辊缝的收缩程度），操作方式灵活，有完善的故障处理和报警功能，具有很好的工程推广应用价值。其控制方式见图7，位置控制精度+/-0.1mm，测量范围300mm。整套装置稳定可靠，工艺适应性强，操作使用方便。通过对投入扇形段开口度控制后的产品测量发现，铸坯两侧的厚度均匀，符合产品要求，并且铸坯表面要明显优于采用压垫块控制的效果，充分证明了控制系统良好的稳定性和控制成效，达到了国外设备的水平。

图7 扇形段辊缝控制原理

配合铸坯二冷凝固模型的进一步开发和应用，该扇形段结构完全可以实施动态轻压下，达到改善铸坯内部质量的目的。

液芯凝固是一个动态过程，进行轻压下的最佳点及变形方案要根据生产过程中的冶金参数（冷却水量、浇铸温度、浇铸速度、钢种等）来确定，轻压下的理想时间应是铸坯受压不破裂之时，若不在理想时间进行或过了理想时间继续轻压下则不但不能改善铸坯的金相组织，反而会由于内裂纹而损害板坯内部的质量。为此需要一个高度智能的凝固模型系统实时计算变形曲线，动态控制压下的终点位置，动态调节需要的辊缝形状，使静态的压下调节变成动态的压下控制。这也是国内下一步需要努力的方向。

提高连浇炉数的技术

采用了浸入式水口快速更换装置，可提高单个中间罐的连浇炉数；采用热中间罐快速更换技术，可进一步提高一个浇次的连浇炉数，以达到降低消耗，提高金属收得率的目的。

目前，该两项技术在实际生产中使用效果良好，经济效益明显。

提高铸机作业率的技术

采用结晶器在线调宽和扇形段远程调辊缝技术，提高铸机作业率。

连铸机主要设备：结晶器、快速更换台、弯曲段、扇形段等均采用整体更换，离线维修的方式。为此配备了较完善的设备维修设施，可对离线设备进行维修、对中及各种试验，保证离线设备的快速维修，提高连铸机的作业率。

自动化和工艺控制

采用三电一体化设计，按整个工艺过程控制要求，可实现对整条生产线的自动、半自动、手动控制。

三电自动控制系统为多级分散式控制系统，系统分为二级：

一级是电气、仪表系统组成的基础自动化级，二级是以过程计算机为中心的过程控制级。

*基础自动化级的主要功能：

◇驱动系统的联锁和控制

◇仪表系统的联锁和控制

◇铸坯及引锭杆跟踪

◇基础自动化级控制计算和设定

◇过程实际值数据收集

◇过程状态信息检测及显示

◇故障报警及故障打印

*过程控制级的主要功能：

◇过程控制动态计算和设定

◇数据信息收集

◇操作指导

◇数据记录和数据报告（报表等）

◇产品质量信息的收集和管理

◇铸机状态跟踪

操作站过程监控由按要求显示的总体图、彩色图来实现。包括：

◇总体状态画面

◇运行准备画面

◇控制设定画面

◇运行状况画面

◇故障报警画面

创新也是由一些外部因素造成的，比如总体技术工艺的自动化水平，由于计算机动力的不断增强，以及使用标准软件包的舒适性，连铸机的工艺控制能实现全动态，可以保存大量数据进行数据分析。连铸系统的质量判定系统和二冷动态凝固和控制模型良好配合，为提高铸坯质量和满足客户需求提供了保证，这也是国内需要努力的方向。

结论和展望

通过近年来，冶金相关行业的共同努力和奋斗，国内板坯连铸机国产化工作取得了很大成绩，打破了以往板坯连铸机必须引进的束缚，各个用户单位可以根据自己的资金实力来选择国产还是集成引进，这主要是因为国内在板坯连铸机的结晶器液压振动、轻压下等一些的软件和模型方面与国外还有一定的差距。而目前国内在设备设计和制造方面越来越具有优势，为推动中国钢铁事业的发展做出了贡献，相信在不久的将来，在板坯连铸机的各个方面会有更大的突破。

第二篇：济钢板坯连铸机的技术特点

http://www.xiexiebang.com

济钢板坯连铸机的技术特点

易本熙

(北京钢铁设计研究总院)摘 要 济南钢铁集团公司新建了一台板坯连铸机。本文介绍了该连铸机所采用的一系列新技术。

为适应钢铁工业的发展要求和满足市场的需求，济南钢铁集团公司新建了第三炼钢厂，该厂配备了一台现代化的板坯连铸机，并于2003年3月1日建成投产。1 第三炼钢厂简介

济钢有一个中厚板轧钢车间，其坯料尺寸为150mm、180mm×(600—1050)mm，除了品种、规格受到限制之外，质量也不能得到保证，适应不了市场的需要，大大限制了济钢的发展。为此济钢决定建设新的炼钢厂。

第三炼钢厂一期有一座120t顶底复吹转炉(预留两座)，并配有LF钢包炉和VD精炼炉，同时建设一台R10m板坯连铸机，年产125万t合格坯。

第三炼钢厂建在紧靠中厚板厂坯库的位置，除了利用坯库作为出坯区和铸坯堆存外，还达到了直接热送的目的。2板坯连铸机

该连铸机主要技术是由奥钢联(VAI)引进的，绝大部分机械设备由国内生产制造。2．1连铸机基本技术参数

台×流

1×1 铸机型式

直弧形、连续弯曲连续矫直 铸坯年产量

125万t 铸机半径

R=10m 铸坯尺寸

200mm、270mm×(1200～2100)mm 定尺长度

2—3m 铸机冶金长度 34．2m 拉速范围

铸坯厚度200mm：1．3～1．6m／min(生产低碳钢时拉速可达2．2m／min)

270mm：1．0～1．15m／min 生产钢种

碳素结构钢、优碳钢、低合金钢、造船板钢、耐候钢、压力容器板

钢、汽车大梁钢、管线钢(X60～X80)2．2连铸机主要技术特点

对于炼钢厂所建设的连铸机而言，它除了要与炼钢炉相配合完成将炼钢炉所生产的合格钢水浇成铸坯外，还需要保证铸坯的质量，以使下一道工序生产出优质的轧材。同时，为使生产顺行所采用的技术措施应便于生产管理。因此，这台连铸机的设计和引进过程中均是围绕铸坯质量和便于生产管理这个中心进行的。2．2．1钢包下渣检测技术

为防止钢包渣进入到中间罐(或称中间包)内污染钢水，从而影响铸坯质量，因此在钢包水口处装有下渣检测装置。2．2．2全程保护浇注

连铸机为防止钢水二次氧化设有长水口和浸入式水口。为方便长水口的安装，回转台升降行程为1000mm，中间罐下部设有浸入式水口快换机构，尽量减少钢水与空气接触的机会。2．2．3大容量中间罐

中间罐的容量除了保证在钢包更换时能维持正常浇注，更重要的是要使钢水的夹杂物能有充分的时间和空间可以上浮，通常为使夹杂物能充分上浮，钢水在中间罐内的停留时间应

http://www.xiexiebang.com

维持在6～7min，这台连铸机的中间罐容量为35t，工作液面高度为1238mm，(溢流容量为37．6t，溢流面高度1300mm)钢水在中间罐内的停留时间达到7～8min。此外，在塞棒位置中间罐底部局部凹下195mm，这有利于减少浇注结束时中间罐钢水残留量。

中间罐钢水流量的控制，日本钢厂多用滑动水口。欧美钢厂多用塞棒控制，同时在浇注过程中液压控制的塞棒有上下微动的功能，有利于减少水口处的结瘤堵塞，济钢采用的就是这种类型的塞棒。2．2．4结晶器

众所周知，直结晶器对钢水夹杂物上浮的好处，目前新上的板坯连铸机均为直弧形，本连铸机的直线段长度为2820mm。

连铸机采用了VAI的DIFACE结晶器，板坯连铸机结晶器的窄边铜板若锥度过大，窄边易鼓肚造成纵向裂纹，锥度过小易产生角裂并且增加铜板磨损。据介绍由于坯壳与铜板上部接触少而与下部接触多磨损利害，DIAFACE结晶器则为弧形锥度，即窄边铜板的上部锥度大而下部锥度小，这样既防止了裂纹又减少了磨损。

奥钢联林茨厂的No．5板坯连铸机在使用DAFACE结晶器后，铸坯窄边鼓肚减小、外弧侧(结晶器固定边)内部裂纹减少、内弧侧(结晶器可移动边)边部裂纹减少，同时铸坯的冶金缺陷(晶间裂纹、晶粒尺寸等)降低。2．2．5结晶器液面控制

连铸机的液面控制装置的使用除了可以改善铸坯表面质量之外，还有稳定操作和配合自动开浇的功能。

目前板坯连铸机采用的液面控制方式有电磁涡流式和放射性元素(Co60或Cs137)控制，前者的检测范围在100～120mm，后者为250mm。电磁涡流使用时比较安全。而使用放射性元素会给操作者带来疑虑，但是它比较便宜，约为前者的1／8—1／10，另外它的检测范围大便于实现自动开浇。欧美国家多使用放射性装置，但也有的厂同时装有两种液面控制装置，将放射性装置用于自动开浇，如德国HKM钢厂和美国TUSCLOOSA钢厂。

济钢连铸机的液面控制装置采用Co60控制。2．2．6结晶器液压振动装置

济钢连铸机的结晶器采用了振动装置液压振动的型式，它有如下优点： 1)振痕深度减小提高了表面质量，同时可减少纵裂和角裂； 2)提高了振动的精度；

3)可实现非增正弦振动方式； 4)振幅调节可离线或在线调节；

5)可根据钢种的需要选择振动规程，可自由调节振幅；

6)振动装置由两个单元组成放在结晶器两侧，两个单元可互换，应此备件仅需准备一个单元；

7)振动单元设备磨损小。2．2．7漏钢预报

连铸机安装有结晶器漏钢预报系统，有利于安全生产。2．2．8动态二冷控制

二冷采用气水雾化冷却，为了生产出质量更好的铸坯，二冷采用了动态控制。

二冷动态控制是根据所浇注钢种、钢水温度、铸坯尺寸、拉速、二冷水温度、铸坯所在位置、辊径、辊缝、喷嘴的数量和型号等参数输入到模型中以确定二冷参数。2．2．9扇形段采用了小辊径、密排辊和分节辊的结构

小辊径、密排辊和分节辊的结构有利于减少铸坯的鼓肚防止产生裂纹和减少中心偏析。2．2．10动态轻压下

http://www.xiexiebang.com

济钢板坯连铸机的扇形段具有动态轻压下的功能。目前世界各国的板坯连铸机具有动态轻压下功能的还为数不多，它可以降低铸坯的中心偏析和中心疏松。

济钢板坯连铸机共有14个扇形段，轻压下区域为7～14段，它是通过位置传感器来调节辊缝。液压缸对铸坯压下量为4～10mm，它取决于铸坯的厚度。

确定轻压下的位置是很困难的问题，如果在铸坯液相较多时压下容易产生裂纹，反之在全凝时压下则会损坏辊子。据日本NKK技术人员介绍在固相为30％～70％区域压下效果好，VAI技术人员认为固相在50％～95％区域压下，这一切均有待于我国技术人员不断探索确定合适位置。

动态轻压下的模型与生产钢种、铸坯厚度、钢水温度、拉速变化、所在位置等一系列参数有关。

2．2．11辊缝测量仪

正确使用辊缝测量仪，使连铸机处于良好状态，是保证铸机正常生产，确保铸坯质量是极为重要的。

济钢使用的辊缝测量仪是英国SARCLAD公司的产品，它具有如下功能： 1)测量辊缝； 2)辊子转动状况； 3)外弧对中； 4)喷嘴状况。2．2．12去毛刺机

采用了锤式去毛刺机，为进入轧机的铸坯创造了良好的条件。2．2．13打印机

选用了奥地利LENZING公司刻字式打印机，字高70mm。这为生产管理创造了条件。2．2．14质量跟踪系统

由于铸坯热送轧钢车间，为防止有缺陷的铸坯送到轧钢车间轧制出现废品，连铸机具有质量跟踪的功能。当怀疑铸坯产生缺陷时，可自动由辊道通过垛板台下线进行检查，检查完毕或进行清理后的合格坯，再由卸垛板台送到辊道上运送至加热炉，以保证进入加热炉的铸坯均为合格坯。3 结语

济钢的这台常规板坯连铸机，国际上当前实用的新技术得到采用，应属国际先进水平。在济钢连铸工作者的努力下一定会生产出优质合格铸坯，以满足市场需要。

第三篇：连铸机弯曲段组装调试与检测心得

连铸机扇形段组装调试与检测心得

时间：2011.4.23 前言：本文以我在检测连铸机弯曲段为例，总结了弯曲段的组装与检测经验，提出了对检测弯曲段的见解和方法，并在实际生产中进行了验证，通过本文使我们在实践中积累的经验得以总结与提炼，为大家以后同类型产品的监造，可提供有效的参考方法。

正文：

一.连续铸钢发展概述：

连续铸钢：就是将高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程，简称连铸。

连续铸钢技术最早出现于1857年，本世纪40年代在美国建成了第一台工业试验性连续铸钢装臵，并取得了工业试验成功。50年代连续铸钢设备开始用于工业生产。而真正被人们所重视，得到迅速发展的是在本世纪70年代。1985年，日本和联邦德国的连铸比已分别达到91.1％和79.5％。1987年世界平均连铸比达到54.8％。

我们国家是从1955年开始从事连续铸钢技术的试验研究工作的。1957年12月，在当时的上海钢铁公司中心实验室的实验工厂建立了我国第一台连续铸钢试验装臵。1958年冬，在重庆第三钢铁厂建立了我国第一台工业生产连续铸钢机。

20世纪80年代以来，直弧形连铸机被越来越多的用户接受。这种机型的连铸机具有使钢液中夹杂物均匀上浮的优点，90年代新建的板坯连铸机几乎全部采用的是这种机型，其直线段的长度为2～3m。由此可以看出，连铸机的机型发展大体上经历了一个立式－弧形－直弧形的过程。

在从立式－弧形－直弧形的转换过程中，弯曲段的结构及功能起到了很大的作用，其结构也发生过重大变化。对直弧形板坯连铸机而言，弯曲段正好处于从直线到圆弧线的弯曲区域，则弯曲段起着将直形铸坯弯曲成圆弧形铸坯的作用。因此，弯曲段的装配精度对钢坯的质量有很大的影响。二．连铸机弯曲段结构分析：

弯曲段安装在结晶器与二冷扇形段之间，主要功能是对液芯铸坯和引锭杆进行支承和导向，并对液芯铸坯的表面进行强制喷水冷却，使铸坯坯壳不断加厚。对直弧型板坯连铸机而言，弯曲段正好处于从直线到圆弧线的弯曲区域，则弯曲段起着将直形铸坯弯曲成圆弧形铸坯的作用。它位于结晶器下方，也称为零号扇形段，弯曲段主体由上框架（内弧框架）、下框架（外弧框架）、拉杆等构成。

上框架由框架本体、辊系、冷却喷淋装臵、润滑管路、及防护罩组成。下框架与上框架弯曲的弧向相向。

拉杆主要起定位、连接作用，同时通过调整垫来改变板坯的厚度。

三．连铸机弯曲段组装与检测：

下面以中钢西重为武钢承制的弯曲段（Z2857—3）为例详细分析其组装与检测要点：

1.上、下框架的组装与检测（落辊前）：首先进行上、下框架的装前清理工作，攻丝，去毛刺。攻丝时，拿弯尺多测量几次，以免攻斜后，沉头螺钉高出垫板表面。键槽内由于机加工时刀具磨损，有R0.5圆弧，故在装配前将键棱角倒一小角（1X45°左右）。

2.热装铜套必须注意：首先测量一下铜套内径φ170-0.03-0.01mm、外径φ2050-0.029mm、耳轴φ170+0.12+0.14mm的尺寸，过盈量能达到0.15mm～0.17mm范围内的，则可以热装，否则必须进行调配。将框架翻转180°后，测量四个加工基准面到耳轴的尺寸447.5mm，这样可以看出四个耳轴的平面度。再翻转过来后，对四个连接面加调整垫，用平尺测量，四个面到耳轴的尺寸在0.05mm以内，即达要求。3.对吊耳处焊缝必须根据设备起重点的要求进行探伤检测，MT探伤合格后，方可进行下到工序。

4.对辊系进行组装与测量：首先对轴承座进行清洗内部杂物和公差尺寸选配安装，保证选配的每组辊子的径向跳动误差在正负0.05mm以内，尽管图纸上给定的辊子外径尺寸150mm公差为正负0.10mm以内，但是我们在多次组装这类零部件时总结出，将外径尺寸相接近的辊子选配装在同一根轴上，其精度要求是能够达到正负0.05mm这个要求的。我认为这项选配工作非常重要，不能敷衍，这项工作做好以后，对下一步的辊子对弧调整至关重要，因为如果辊子外径大小不一，会给后续的对弧调整带来很大的麻烦。

5.全部辊子组装完毕后，在精平台对单组辊子进行径向跳动量及直线度检测（测六个点）。用四个等高块垫在轴承座底下，盘动辊子（转不动的，或很费劲的，拆开处理），其精度要求达到正负0.05mm，则转入装配。否则，进行调整达到要求。

6.上下弧框架的组装与检测：根据图纸要求，在框架上加5mm（理论值）调整垫片，辊子落入框架后，把合螺栓的紧固方式是非常重要的。从中间向两边进行预紧，还不能一次把紧，把合完后，用塞尺塞一下轴承座与垫板间隙，把合不好，则一侧就有间隙。需重新把合，直到两侧都没间隙为止。然后对全部辊子进行径向跳动及轴向窜动复测，跳动超过正负0.05mm的，拆下来换辊子重新测量。

7.对中台的组装与检测：对中台是用来检测弯曲段上，下框架装配对弧尺寸的测量装臵。对于对中台的组装，其调整精度要控制在0.05mm以内。首先，对两导轨进行调整。用经纬仪对导轨进行粗调（经纬仪调整精度在0.05mm以内），然后用激光跟踪仪对导轨进行精调（激光跟踪仪测量精度在0.02mm以内）。两种仪器精度都能达到要求，但我们考虑到环境误差、人为误差，所以视经纬仪为粗调。其次，就是用刮研过的平尺放于导轨之上（平尺必须在数控机床上测量出挠度，测量间隔与辊子间隔相等），用千分辊分别测量四个基座的尺寸，反复测量及调整，最终控制在误差0.05mm以内。在这里需注意的是，每落一次弯曲段前、后，都必须对对中台进行校验，因为落弯曲段前、后测量对中台有点差异（弹性变形、虚点），这一点是在实际检测中发现的。还有特别重要的一点就是‘下沉量’，这在以前测量（对弧）时是没有注意到的。当弯曲段落到对中台上时，四个测量基准块有下沉情况，而且四个值不全一样。经过调整后，将四个点的下沉数值相差控制在0.05mm以内，这样计算对弧尺寸就用四个数值的平均值来计算。

8.对弧：所有准备工作都做完之后，将内弧框架吊放在对中台进行对弧调整，对弧调整分为二个阶段：1）初调。即：测量初次的调整尺寸。

2）细调，以粗调尺寸依据，进行个别超差尺寸的复检，记录每次实测对弧尺寸，直到所有点都调到公差范围内之后，再确认合格。

外弧框架的对弧调整步骤与内弧框架相同，只是对弧尺寸有差异，这里不再叙述。

9.润滑配管、喷淋配管、防护板检查：

装配时，检查所有配管排列走向要横平竖直，间隔统一整齐、美观。（1）润滑管配完充油前，检查管路必须清洗干净。然后将管道充满干油，检查各润滑点均应出油。

（2）所有喷淋配管均需进行耐压试验，试验压力为：1.6Mpa 保压30分钟，各处无渗漏及异常现象。组装后，检查喷嘴安装方向与辊子平行、喷嘴到辊面距离180mm。

（3）喷淋试验：上、下框架接水冷管后，所有喷嘴均应以扇形面喷出水，且在辊缝中间。

（4）防护板要求不能高出辊子表面，且美观、大方。

10、整体的组装，检测：

将四个拉杆装入下框架上，然后将上框架与下框架进行组装，用液压螺母将四个拉杆同时以40MPa往上拉紧，背紧拉杆上的圆螺母即可。在这里，我想说一下为什么要同时？如果不同时，则四个拉杆受力不均，最后会造成上框架是个倾斜的，开口度也很难调整。

弯曲段铸流方向（入口，出口）开口度的检测及精度调整：（mm）以241.5为入口开口度、240.5为出口开口度进行调整，将液压千斤顶调到2Mpa压力，进行顶、压紧后，分别测量辊子两边尺寸，以外弧框架尺寸为基准，在内弧框架上进行加、减垫调整，最终达到图纸要求。

11、外观检查：

在发货前，检查所有外露管口均须用塑料盖或布封堵。设备在发货时如果管子解体拆下，检查所有外露管口均须用塑料盖或布封堵，各连接部位必须做出标识。将铭牌上的字头内容详细记载（年月日、几号段、操作者及编号等）。目视检查设备整体表面，不允许存在影响外观质量的缺陷和损伤。修磨外观，去除飞溅、焊渣、清洗油污，进行涂装。涂装按技术协议要求的涂装说明执行：底漆颜色为灰色，漆膜厚度：65～75μm；面漆颜色为浅绿色RAL6021，漆膜厚度：20μm。每层涂膜实干后，检查其外观应均匀、平整，不允许有流挂、起泡、针孔、龟裂、分层剥落和漏涂等缺陷。

四．结束语

弯曲段通过这样的组装、及调试过程，基本可以达到图纸设计要求的尺寸与精度，我对此套连铸机弯曲段的组装、调试与检测经验进行了全面细致的总结。至于扇形段、弧形段和弯曲段的组装与调试基本相同，区别有二处：第一是扇形段的框架和辊系轴承座均通过循环水冷却形式，需要进行水压试验；第二是上、下框架通过液压缸可动态调节开口度大小。希望本文能够对大家在今后的同类产品的监造及验收有所帮助。

监理部：张 鹏 涛

Zhpt027@126.com

第四篇：雷达工作 原理

雷达的原理

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2

其中S：目标距离

T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间

C：光速

雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。

测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理．当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。

雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。

其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。

雷达的技术指标与参数很多，而且与雷达的体制有关，这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。

根据波形来区分，雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期（脉冲重复频率）、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率。

雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述，波束越窄，天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中，雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内，在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间，需要通过天线的机械转动或电子控制，使雷达波束在探测区域内扫描。

概括起来，雷达的技术参数主要包括工作频率（波长）、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的，因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如，为提高远距离发现目标能力，预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的，使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明，如果知道了雷达的技术参数，就可在一定程度上识别出雷达的种类。

雷达的用途广泛，种类繁多，分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分，还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。（军事观察·warii.net）

双/多基地雷达

普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点，而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上，地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达，这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射，总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达，较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的，已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达，主要用于预警系统。

相控阵雷达

我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。

相控阵雷达的优点

（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。

相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展，固体有源相控阵雷达得到了广泛应用，是新一代的战术防空、监视、火控雷达。

宽带／超宽带雷达

工作频带很宽的雷达称为宽带／超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的，而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了，它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面，超宽带雷达发射的脉冲极窄，具有相当高的距离分辨率，可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达，已完成动目标显示技术的研究，将要进行雷达波形的试验。

合成孔径雷达

合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上，利用雷达与目标间的相对运动，将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理，就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达，这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果，具有很高的目标方位分辨率，再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率，因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用，如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔径雷达，英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。

毫米波雷达

工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力，特别适用于防空、地面作战和灵巧武器，已获得了各国的调试重视。例如，美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头，目前正在研制更先进的毫米波导引头；俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达；英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。

激光雷达

工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的，因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”；再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高，因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术，已进行了前视／下视激光雷达的试验，主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作。参考资料：

第五篇：伺服系统工作原理（本站推荐）

第一部分：伺服系统的工作原理 伺服系统(servo system)亦称随动系统，属于自动控制系统中的一种，它用来控制 被控对象的转角(或位移)，使其能自动地、连续地、精确地复规输入指令的变化规 律。它通常是具有负反馈的闭环控制系统，有的场合也可以用开环控制来实现其功 能。在实际应用中一般以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控 机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量 较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。其基本工作原理和普通的交直流电机 没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一 般其内部包括转矩（电流）、速度和/或位置闭环。其工作原理简单的说就是在开 环控制的交直流电机的基础上将速度和位置信号通过旋转编码器、旋转变压器等反 馈给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。再加上驱动器内部的电流闭环，通过这 3个闭环调节，使电机的输出对设定值追随的准确性和时间响应特性都提高很多。伺服系统是个动态的随动系统，达到的稳态平衡也是动态的平衡。全数字伺服系统一般采用位置控制、速度控制和力矩控制的三环结构。系统硬 件大致由以下几部分组成：电源单元；功率逆变和保护单元；检测器单元；数 字控制器单元；接口单元。相对应伺服系统由外到内的“位置”、“速度”、“转矩” 三个闭环，伺服系统一般分为三种控制方式。在使用位置控制方式时，伺服完 成所有的三个闭环的控制。在使用速度控制方式时，伺服完成速度和扭矩（电 流）两个闭环的控制。一般来讲，我们的需要位置控制的系统，既可以使用伺 服的位置控制方式，也可以使用速度控制方式，只是上位机的处理不同。另外，有人认为位置控制方式容易受到干扰。而扭矩控制方式是伺服系统只进行扭矩 的闭环控制，即电流控制，只需要发送给伺服单元一个目标扭矩值，多用在单 一的扭矩控制场合，比如在小角度裁断机中，一个电机用速度或位置控制方式，用来向前传送材料，另一个电机用作扭矩控制方式，用来形成恒定的张力。『伺服机构系统』源自servomechanism system，系指经由闭回路控 制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。一个伺 服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、控制器(controller)等几个部分，受控体系指被控制的物件，例如一格机械手 臂，或是一个机械工作平台。致动器的功能在於主要提供受控体的动 力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用油压驱 动方式，一般称之为油压伺服系统。目前绝大多数的伺服系统采用电 力驱动方式，致动器包含了马达与功率放大器，特别设计应用於伺服 系统的马达称之为伺服马达(servo motor)，通常内含位置回授装置，如光电编码器(optical encoder)或是解角器(resolver)，目前主要应用於 工业界的伺服马达包括直流伺服马达、永磁交流伺服马达、与感应交 流伺服马达，其中又以永磁交流伺服马达占绝大多数。控制器的功能 在於提供整个伺服系统的闭路控制，如扭矩控制、速度控制、与位置 控制等。目前一般工业用伺服驱动器(servo drive)通常包含了控制器与 功率放大器。一个传统伺服机构系统的组成如图1所示，伺服驱动器主要 包含功率放大器与伺服控制器，伺服控制器通常包含速度控 制器与扭矩控制器，马达通常提供类比式的速度回授信号，控制界面采用±10V的类比讯号，经由外回路的类比命令，可直接控制马达的转速或扭矩。采用这种伺服驱动器，通常 必须再加上一个位置控制器(position controller)，才能完成 位置控制。图2所示是一个现代的伺服机构系统架构图，其 中的伺服驱动器包含了伺服控制器与功率放大器，伺服马达 提供解析度的光电编码器回授信号。图1.一个传统伺服机构系统的组成 图2.现代伺服机构系统的组成 多轴运动控制系统 精密伺服系统多应用於多轴运动控制系统，如工业机 器人、工具机、电子零件组装系统、PCB自动差建机等等。图3所示是一个运动控制平台的方块图，工作物件的位置控 制可藉由平台的移动来达成，平台位置的侦测有两种方式，一种是藉由伺服马达本身所安装的光电编码器，由於是以 间接的方式回授工作物件的位置，再藉由闭回路控制达到 位置控制的目的，因此也称之为间接位置控制(indirect position control)。另一种方式是直接将位置感测元件安装 在平台上，如光学尺、雷射位置感测计等等，直接回授工 作物件的位置，再藉由闭回路控制达到位置控制的目的，称之为直接位置控制(direct position control)。一个多轴运动控制系统由高阶的运动控制器(motion controller)与低阶的伺服驱动器(servo drive)所组成，运动 控制器负责运动控制命令解码、各个位置控制轴彼此间的相对 运动、加减速轮廓控制等等，其主要关键在於降低整体系统运 动控制的路径误差；伺服驱动器负责伺服马达的位置控制，主 要关键在於降低伺服轴的追随误差。图5所示是一个双轴运动 控制系统的简化控制方块图，在一般的情况下x-轴与y-轴的动 态响应特性会有相当大的差异，在高速轮廓控制时(contouring control)，会造成显著的误差，因此必须设计一 个运动控制器以整体考量的观点解决此一问题。图3.双轴运动控制系统 图4.双轴运动控制系统的简化控制方块图 图5.网路控制分散式伺服系统 图6.伺服系统的整合 图7.伺服系统的阶层式控制架构 图8.伺服系统的环状多回路控制架构 图9.现代伺服系统的阶层式控制介面 图10.直流伺服驱动器的系统方块图 图11.交流伺服驱动器的系统架构图 图12.泛用型伺服驱动器的系统架构图 图13.一个典型闭回路控制系统的方块图 图14.伺服系统的环状多回路控制架构 图15.一个典型的多回路直流伺服系统控制方块图 图16.实用的工业数位伺服控制法则 图17.伺服马达驱动系统的自调控制架构 图18.数位马达控制技术的演进 图19.以DSP为核心的伺服系统解决方案 图20.DSP数位伺服驱动器的硬体电路图(TI Application Note)The Resolver �6�1 The resolver is essentially a rotating transformer �6�1 Very rugged deviceMotor FB Velocity Feedback The Position Servo Compensator Commanded Position Drive Actual Position Position Error ++Pcomp Vcomp Icomp Actual Velocity Current Command To Inner Loop Vder* Actual Current + Motor FB +Pderived Controller Drive Current Limit Velocity Command Position Feedback +Pcomp Vff + Motor FB ++ Pderived Controller Drive Velocity Command Position Feedback Velocity Feedforward Lexium 24V Fuses Contactor Choke Motor Brake Motor Connection Brake Timing Enable Input Speed Brake Output Enable Power Section Emergency StopThe Golden Rules �6�1 Command the System to Do Only What it is Capable of – If the motor and drive is incorrectly sized for the desired motion profile no amount of tuning will yield the desired results �6�1 Tune Inside Out – It is essential to tune the inner loops first.A common mistake is to have a low bandwidth, poorly tuned velocity loop then try to tune the position loop.The position loop can never be properly tuned because of the phase shift in the inner loop �6�1 Proper Grounding and Shielding – Great care must be taken in following the grounding and shielding procedures in the installation manual.If there is excessive system noise the system must be detuned(low bandwidth)so that it is not excited by high frequency noise �6�1 Robust Mechanical Design – Ensure that there is minimum flexibility in the mechanical system and that couplings are tight.Without a good mechanical design, resonances will be introduced which again force system detuning Velocity Control Architecture + +Pderived Position Feedback Proportional Plus Integral Velocity Loop Position Control Architecture +P P+I Vderivedstep change in velocity �6�1 Constant speed �6�1 Constant torque �6�1 Constant current The Current Loop �6�1 The current loop is configured automatically when the motor is selected.It is usually not necessary to modify parameters.Optimizing Velocity Loop Step Response �6�1 Proportional Gain – Higher proportional gain results in faster rise time but more overshoot and ringing.The optimum response is a small amount of overshoot with minimal ringing �6�1 Integral Gain – Higher integral gain improves immunity to disturbances but increases ringing.In a high friction system the integral gain can be increased more significantly Time Velocity The Position Loop �6�1 The integral term moves from the velocity loop to the position loop.It should normally be increased 2-3 times the value from the optimized speed loop.A higher integral gain reduces following error but increases ringing �6�1 The proportional gain may require no adjustment.A higher gain reduces following error bu increases ringing �6�1 Following error is significantly reduced by Vff which normally requires no adjustment from the default 第二部分：伺服电机的工作原理 无刷永磁电机原理图 Rotor Magnets 3 Phase Stator Windings Phase A Phase B Phase C Motor Inertia m F Force = mass x linear acceleration J T Torque = inertia x angular acceleration Step 2 Step 3 Step 4 Step 1 步进电机原理图 Servo/Stepper Comparison Feature Servo Stepper Torque/Speed Excellent Limited Efficiency High Low Position Information Yes Possible Lost Steps Ease of Use Requires Tuning Very Simple Settling Time Excellent Poor to Fair Cost Higher Lower Position Resolution High Limited Resonances Low High Velocity Ripple Excellent Poor Runaway Take Precautions Inherently Safe DC Permanent Magnet Motor-Theory of Operation N S + _ Magnetic Field Around Rotor Coil Permanent Magnet Stator Brush Commutator Rotor Coils Multiple Poles and Coils S N S N S N Feedback Devices Explain the feedback concepts of resolution, accuracy and repeatability Discuss resolvers and encoders and how they work Compare feedback options and review relative benefits Resolution Higher Resolution Lower Resolution Accuracy Higher Accuracy Lower Accuracy �6�1 Accuracy defines how close each measured position is to the actual physical position �6�1 The higher accuracy example has a tighter tolerance for the placement of each increment Repeatability High Repeatability �6�1 In the example above, the accuracy is poor but the repeatability is good Incremental, Absolute and Multiturn Position Change Actual Position Within Revolution Incremental Absolute Multiturn Actual Position Over Multiple Revolutions The Incremental Encoder Sensor 1 Sensor 2 Moving Disk Light Source Sensor 1 Sensor 2 �6�1 The encoder uses optical scanning of a fine grating in the form of a moving disc �6�1 The incremental encoder can only measure position changes �6�1 Digital pulse ouputs are typically provided which can be counted by the controller �6�1 A third sensor is often used to generate a marker pulse at a specific position within a revolution The Absolute Encoder �6�1 The absolute encoder has multiple disks which completely define position within a revolution �6�1 With mechanical gearing of the disk to another moving disk it is possible to define position over multiple revolutions �6�1 The encoder interface to the is typically Endat/Hyperface or SSI 总结 �6�1 交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构 �6�1 形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个 �6�1 绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。固定和保 �6�1 护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转子交流伺服电机的转子和普 �6�1 通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图3-12由外定子4，杯 �6�1 形转子3和内定子5三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，�6�1 转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转 �6�1 轴7上。空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此转动惯量很小。内定子由硅钢 �6�1 片叠压而成，固定在一个端盖1、8上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电 �6�1 机工作时，内、外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转 �6�1 动。对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制绕组分别安放 �6�1 在内、外定子铁心的槽内。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机 �6�1 无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流 �6�1 伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它 �6�1 已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动 �6�1 机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。�6�1 当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组 �6�1 通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋 �6�1 转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场 �6�1 分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电 �6�1 流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方 �6�1 向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信 �6�1 号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产 �6�1 生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋 �6�1 转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向 �6�1 相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向 �6�1 旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不 �6�1 等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转 �6�1 动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及 �6�1 其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电 �6�1 压的相位，即移相180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺 �6�1 服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是 �6�1 脉动磁场，转子很快地停下来。�6�1 为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电 �6�1 阻做得特别大，使它的临界转差率Sk大于1。在电机运行过程中，如果控制 �6�1 信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁 场可 �6�1 视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。图3-13画出正向及反向旋转磁场 �6�1 切割转子导体后产生的力矩一转速特性曲线1、2，以及它们的合成特性曲线 �6�1 3。图3-13b中，假设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于A点，�6�1 此时负载力矩是。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为 �6�1 正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线3运行。由于转 �6�1 子的惯性，运行点由A点移到B点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方 �6�1 向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。�6�1 必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态 下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程 度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通 异步电动机的根本区别。