热连轧机水平振动仿真与实验研究

某热连轧机在轧制薄规格板材时发生强烈振动,为确定其振动类型和振源,对其进行仿真计算和测试分析。首先计算该轧机水平振动和主传动系统的固有频率和主振型;然后对该轧机主传动系统和辊系振动情况进行综合测试,发现该轧机水平振动最剧烈,并引起轧机垂直振动和主传动系统扭振,因此,对该轧机水平振动进行仿真分析,研究轧件厚度以及工作辊和支承辊偏移量对水平振动的影响。研究结果表明:轧件厚度越薄,后张力和轧制力的波动越大,对轧辊水平振动影响增大;工作辊与支承辊偏移量的增大,轧机水平振动降低,达到稳态振动的时间缩短,但该偏移量不宜过大。增加0.7 mm厚垫片减小工作辊水平振动的方案,可以减小间隙,明显抑制轧机水平振动,效果良好。     

金属塑性加工工作界面非稳态润滑轧机振动控制

针对轧机垂直系统经常发生的自激振动现象,综合运用轧制理论、流体力学理论、润滑摩擦理论以及机械振动理论,建立考虑辊缝非稳态润滑过程轧机系统振动模型。该模型综合运用工作界面上的轧制力模型、界面摩擦模型、工作辊运动模型构成的界面薄膜约束多重耦合模型,定量分析一些主要参数对轧机垂直自激振动临界速度和振幅的影响。研究结果表明:轧制润滑乳化液的黏度越大,振动的临界速度越低;轧件的出口厚度越小,入口厚度越大,振动临界速度越低;轧件的变形抗力越高,振动临界速度越低;轧辊、轧件的表面粗糙度越高,轧机振动临界速度越高;轧辊半径越大,振动临界速度越高;轧机垂直系统本身的正阻尼(工作辊间阻尼以及压下油缸阻尼)越大,振动临界速度越高,振幅也越小;轧制速度越高,振幅越大。     

热连轧机非线性水平振动抑制研究

针对热连轧机发生的强烈水平振动现象,结合现场实际情况、轧机实际结构尺寸及工艺技术参数,提出在辊系轴承座水平方向加侧向液压缸来抑制轧机水平振动的方法。以振动最强烈的F3轧机为例,根据轧机辊系的结构特点,建立轧机上工作辊分段非线性水平振动微分方程。经数值仿真,得出在不同油液压力作用下系统的振动加速度有效值,找到了振动加速度最小情况下的油液压力值。为避免系统再次发生主共振、超谐波共振、亚谐波共振和组合共振等现象,通过增大侧向液压缸油液压力来提高水平方向的刚度和阻尼,抑制轧机水平方向振动。最后将该措施应用于工业现场热连轧机,液压缸油液压力调节到8.1 MPa时,水平振动加速度有效值降低75%。仿真和实践结果均表明,该方法可有效抑制热连轧机工作辊水平振动,为研究和抑制轧机振动提供了合理的解决途径。     

高速轧机工作界面的负阻尼特性

轧制界面作为轧制过程的工作界面,其动力学特性对轧机振动有决定性影响.作者分析了动态情况下轧制界面上的金属塑性流动、界面摩擦学、工作辊运动等行为机理及其耦合特性;通过研究工作辊振动对界面润滑膜厚的影响以及界面动态摩擦学行为对金属塑性流动的影响,建立了轧制界面的动力学模型,并对轧制界面的阻尼特性进行了数值仿真.研究结果表明在混合润滑条件下,轧制界面因润滑膜厚动态变化可产生负阻尼,界面阻尼的大小与轧制工艺、轧辊表面状态、润滑剂特性等参数密切相关,为解释轧机自激振动机理、控制或消除轧机颤振提供了理论基础.     

立辊轧机主传动系统的非线性参激振动仿真

考虑了轧制界面间的非线性阻尼以及辊系间的非线性刚度、阻尼,建立了立辊轧机辊系两自由度非线性参激振动模型.分析了该主传动系统的稳定性,得到了阻尼与刚度对系统稳定性的影响关系;并用MATLAB软件对其进行仿真,得出了不同参激频率分叉图、相图、庞加莱图及Lyapunov指数图.结果表明,非线性因素和系统的振动特性有着密切的联系;应避免激振力频率与系统固有频率相近,以避免混沌的出现.     

单辊驱动冷轧平整机的水平振动研究

针对单辊驱动四辊冷轧平整机轧制过程中辊系的水平振动问题,本文考虑装配间隙、轧辊偏移距和非线性阻尼等影响因素,建立了平整机辊系水平振动非线性动力学模型,并考察了平整机水平振动机制以及轧制工艺参数对辊系水平振动的影响规律。通过现场实测某单辊驱动冷轧平整机的振动信号可以发现,其辊系水平振动呈发散状态,工作辊尤其下工作辊水平振动剧烈,测试结果与同条件下轴承座开式约束时的辊系水平振动仿真结果相吻合,模型的有效性和准确性得到验证;另一方面,轴承座闭式约束可有效减轻轧辊水平振动,此时,轧制工艺参数波动也会对辊系水平振动产生影响,且轧制速度的影响效果最为显著。     

非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动特性

同时考虑轧制过程中非线性动态轧制力和辊面振纹导致的非线性参激刚度的影响,建立了非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动动力学方程.应用多尺度法求解了轧机发生1/2亚谐共振时的幅频特性方程,得到了阻尼、参激刚度对系统亚谐共振的影响规律,并运用奇异性理论讨论了轧机在非自治情况下分岔特性.最后通过采用轧机实际参数进行数值仿真,得到系统各参数对幅频特性以及分岔和混沌特性的影响规律,发现系统参激刚度的变化会使轧机出现了周期运动和混沌等多种不同的运动形态,为进一步抑制轧机振动提供了理论参考.     

变摩擦力下板带轧机辊系垂直-水平耦合振动特性

考虑轧辊振动情况下轧制界面间变摩擦力因素影响,基于Orowan变形区力平衡理论建立了垂直和水平方向的动态轧制力模型.在此基础上考虑轧机结构振动的影响,建立了板带轧机垂直-水平耦合非线性振动动力学模型.运用多尺度法对该系统进行求解,得到了系统的幅频响应方程,并采用1780轧机参数进行仿真,分析了非线性参数对幅频特性的影响.最后采用奇异性理论分析该耦合系统的分岔行为,得到该耦合系统在2参数平面内的6组不同转迁集及分岔图,这为进一步抑制轧机辊系振动提供了理论指导.     

板带轧机液压压下-垂直振动特性研究

考虑板带轧机垂直振动对液压压下系统中四通伺服电磁阀非线性流量的影响,推导出非线性流量变化下的液压缸的非对称分段弹簧力,并建立了板带轧机液压压下-垂直振动动力学方程.运用平均法求解出该轧机振动系统的幅频响应方程,并利用奇异性理论求解了轧机在动态轧制过程的分岔特性,得到4组不同的转迁集及其对应的分岔图,分析了开折参数对轧机分岔特性的影响.最后以实际轧机参数为例,通过仿真发现系统幅频曲线在分段处出现拐弯特性,调整伺服阀响应时间可降低系统振幅不稳定频率区域,通过调整外激励幅值与阻尼比等参数可有效改善系统共振情况,为进一步抑制轧机辊系振动提供理论参考.     

PC轧机轧辊磨损预报

采用分段离散的方法,对宽带钢热连轧过程进行了模拟仿真,分析了PC轧机精轧轧制过程中交叉角、弯辊力对辊间压力和轧制压力分布以及轧辊磨损的影响,并结合轧辊磨损实测数据,对轧辊磨损进行了预报研究,研究结果对于板形控制有一定的借鉴作用.     

六辊CVC轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析

采用非线性弹塑性有限元法,利用大型非线性有限元软件MSC.Marc建立了六辊CVC轧机轧制过程三维有限元仿真模型。模型将辊系弹性变形与轧件弹塑性变形耦合在一起,进行统一建模与分析。运用该模型分别改变工作辊弯辊力、中间辊弯辊力、中间辊横移量进行有限元模拟,得到了工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊横移对六辊CVC轧机轧辊弯曲和压扁变形的影响规律。所建模型与分析结果可为六辊CVC轧机的板形控制研究提供理论数据与参考依据。     

2250热连轧R2轧机轴向力生成机理

针对某2250热连轧R2轧机轴向力过大导致传动系统的主电机轴承座和水平轴轴承座移位事故的问题,研制了轴向力在线监测系统并对轴向力进行长期在线监测.从理论上剖析了轧机轴向力生成的主要原因并进行了计算机仿真研究和探讨,得出轴向力的大小与辊系交叉角密切相关.通过减小辊系轴承座与牌坊之间的间隙来控制交叉角的大小,从而可以有效地减小轧机轴向力,这一结果得到现场实验验证.     

宽带钢冷轧机辊系纵向刚度特性对比

针对目前广泛使用的CVC和HC两种主要轧机机型,利用大型有限元软件ANSYS 9.0建立了三维辊系有限元模型,分析了不同机型的四辊和六辊轧机在不同窜辊、弯辊工况下的轧制力纵向刚度和弯辊力纵向刚度的变化情况.在相同工况下的四辊轧机的轧制力纵向刚度要大于六辊轧机.中间辊窜辊或工作辊窜辊对HC轧机的轧制力纵向刚度和弯辊力纵向刚度的影响要大于CVC轧机.     

1780热连轧机机座系统的动力学分析

以1780热连轧机机组第五架轧机在轧制过程中发生振动为背景,建立其弹簧质量模型。利用AN-SYS软件对轧机机座系统进行动力学分析,计算出其各阶模态参数。第2,3,6阶主振型上下工作辊运动方向相反,第2阶主振型频率为124.62 Hz,同三倍频振动特征有较好的吻合,易于形成轧制厚度波动。本文的研究可为轧机机座系统的动力学分析寻找出一条新思路。     

1780热连轧机机座系统的动力学分析

以1780热连轧机机组第五架轧机在轧制过程中发生振动为背景,建立其弹簧质量模型.利用ANSYS软件对轧机机座系统进行动力学分析,计算出其各阶模态参数.第2,3,6阶主振型上下工作辊运动方向相反,第2阶主振型频率为124.62 Hz,同三倍频振动特征有较好的吻合,易于形成轧制厚度波动.本文的研究可为轧机机座系统的动力学分析寻找出一条新思路.     

薄铝带轧制工作辊边部接触的建模与仿真

为研究冷轧机在轧制薄铝带时工作辊边部接触对辊系受力和铝带断面形状的影响,借鉴弹性悬臂梁法和影响函数法的处理思想,建立了适用于实际生产在线控制的铝冷轧机辊系变形模型,并对不同入口铝带厚度、弯辊力、工作辊的接触状态进行仿真研究.仿真结果表明:工作辊边部接触力随入口厚度增加而增加、随弯辊力增加而减小;工作辊边部接触轧制时,轧机出口铝带凸度和横向厚差小于非边部接触轧制,有利于铝带边部减薄控制,但降低了铝轧机边部板型调控能力,在轧制中应尽量避免.     

22800四辊轧机“逆宽”轧制中的凸度控制

为了研究2800四辊轧机在工作辊服役后期“逆宽”轧制状态下的凸度控制问题,结合大量的现场实测数据,运用变厚度平面有限元方法建立了专门针对2800四辊轧机的辊系变形(即凸度预测)仿真模型.根据仿真计算结果,揭示出工作辊服役后期的“箱型”磨损辊形、钢板宽度及轧制力等对钢板凸度的影响关系,并提出相应的生产中可行的控制措施.     

中厚板轧机非线性参激的振动

建立了中厚板轧机两自由度非线性参激振动模型,分析了轧机振动系统在主参数共振情形下的振动特性,尤其是振动系统随激励参数变化的拟周期振动和混沌运动现象。分析结果表明:轧制过程中轧制力的周期性变化可以导致轧机振动系统混沌运动的产生;避免激振力频率与系统固有频率相近,以防止混沌的出现。     

复合材料层合板辊压工艺参数影响轧辊轴承振动实验研究

利用卧式二辊试验轧机辊压"三明治"式AZ31-PE复合材料层合板,改变轧制速度、压下率和基体厚度配比辊压工艺参数,测量层合板咬入时轧辊轴承的振动响应,并将结果进行对比分析.随着轧制速度和压下率的增大,轧辊轴承水平方向加速度峰值、垂直方向加速度峰值和轧制力峰值均增大;当基体厚度配比为53.98％时,轧辊轴承出现较大的振动,随着基体厚度配比增加,振动明显减小;复合材料层合板由于自身的高阻尼特性,可以降低轧辊轴承在轧件咬入冲击阶段的振动,消减轧机主传动系统的振动.     

2800四辊轧机“逆宽”轧制中的凸度控制

为了研究2800四轧机在工作辊服役后期“逆宽”轧制状态下的凸度控制问题,结合大量的现场实测数据,运用变厚度平面有限元方法建立了专门针对2800四辊轧机的辊系变形（即凸度预测）仿真模型,根据仿真计算结果,揭示届工作辊服役后期的“箱型”磨损辊形,钢板宽度及轧制力等对钢板凸度的影响关系,并提出耵应的生产中可行的控制措施。