基于动态轧制力的冷轧机两自由度垂直振动特性

考虑冷轧机轧辊在垂直方向上振动位移动态变化的影响,建立了一种动态轧制力模型,在此基础上考虑轧机机械结构振动的影响,推导出含有动态轧制力的轧机辊系两自由度非线性垂直振动方程,采用多尺度法求解该系统的主共振及内共振幅频特性方程。对轧机实际参数进行仿真,分析了轧机中非线性刚度、阻尼、外扰力等参数变化时的轧机主共振幅频特性以及内共振幅频特性,并研究了轧机工作辊与支承辊的动态分岔特性,发现随着外扰力的变化,轧机辊系均会出现周期、倍周期、混沌运动等一系列复杂的运动状态,并得到了各轧辊出现不同运动状态的条件,为研究抑制轧机振动问题提供了有效的理论参考。     

高速冷轧机辊系非线性动力学模型及控制参数优化

综合运用轧制过程动态轧制力模型、轧机系统分段非线性弹性力模型和分段非线性摩擦力模型,建立了考虑非线性因素耦合的高速冷轧机辊系动力学模型,采用平均法求解幅频响应方程,研究了轧机系统主要参数对轧机垂直振动的影响。分析结果表明：动态轧制力一次项刚度越小,轧机系统固有频率越大;动态轧制力三次项刚度不为零时,轧机系统出现明显跳跃现象;非线性弹性力起主导作用时,易发生跳跃现象;非线性摩擦力越大,轧机系统振动幅值越小,分段特性减弱;外扰力幅值越大,振动幅值越大,振动越剧烈;线性阻尼越大,振动幅值越小且减小幅度越缓慢。     

冷轧机垂向辊系非线性振动建模与稳定性分析

考虑轧制界面的非线性阻尼和辊系-机架间的非线性刚度影响,建立冷板带轧机两自由度垂向系统非线性自激振动模型.利用奇异值理论讨论不同参数条件下系统的稳定性,并通过平均法求解垂向振动系统一次近似解,得到系统的振幅、相位微分特性方程.分析了刚度、阻尼等非线性参数变化对系统稳定性及振动特性的影响,并采用数值仿真方法验证了理论推导结果的正确性,为抑制冷轧机垂向辊系系统振动提供了一定的理论指导.     

多源激励下CSP轧机主传动扭振问题研究

为研究薄板坯连铸连轧CSP轧机在轧制高强薄带钢时出现强烈振动这一普遍难题,利用轧机在线监测系统获取振动信号,分析得出CSP轧机存在电气驱动、机械传动及辊系压下耦合振动且振动信号表现出非线性谐波特征。以F3轧机主传动扭振问题为研究对象,通过建立传动等效非线性2自由度系统模型,将电气驱动谐波和轧制力谐波作为外扰激励施加到模型求解,结果显示轧机主传动在多源激励下存在超谐、亚谐及组合共振等多态特征。以w_1-w_2≈w-n型组合共振为例求解获得振动响应幅值随阻尼一次、三次项减小和刚度三次项、初始加载及谐波激励增大而增大的结论。由此制定利用抑制电气驱动电流谐波和轧制力谐波来抑制轧机传动扭振方案,试验结果表明振动幅值降低75%,取得显著效果。本文研究内容对深入认识传动非线性动力学特性与轧机系统耦合振动机理以及振动抑制提供参考。     

水下结构物二次就位计算分析

由于轧机的水平振动对板带质量影响很大,为减小水平振动、提高板带质量,文中通过四辊冷轧机的工作机构模型,建立了新的水平非线性动力学模型;根据多尺度法,求得系统的频响方程,并通过MATLAB对其进行了仿真。仿真结果表明:主共振振幅随着工作辊水平方向的线性阻尼和垂直方向激振力波动值的增大而增大,非线性阻尼、线性刚度、非线性刚度和垂直方向激振力均值的增大而减小;工作辊和支承辊之间的偏心距越大,共振区越大,共振峰值越小。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

四辊冷轧机水平非线性主共振分析

由于轧机的水平振动对板带质量影响很大,为减小水平振动、提高板带质量,文中通过四辊冷轧机的工作机构模型,建立了新的水平非线性动力学模型;根据多尺度法,求得系统的频响方程,并通过MATLAB对其进行了仿真。仿真结果表明:主共振振幅随着工作辊水平方向的线性阻尼和垂直方向激振力波动值的增大而增大,非线性阻尼、线性刚度、非线性刚度和垂直方向激振力均值的增大而减小;工作辊和支承辊之间的偏心距越大,共振区越大,共振峰值越小。     

基于轧件动态变形过程的轧机辊系耦合振动特性研究

以Orowan单位压力微分方程为基础,考虑轧制过程轧辊纵向和横向振动的影响,建立了轧件的动态轧制力模型。在此基础上,考虑轧机结构的影响,建立了轧机辊系的耦合振动动力学模型。运用多尺度法求解了该系统在主共振和内共振情形下的解析近似解,得到了幅频特性曲线方程,同时采用奇异性理论分析了系统的分岔行为,得到了系统的转迁集及在不同区域中分岔曲线的拓扑结构。最后以轧机实际参数为例,分析了不同参数对系统振动特性的影响,发现主共振与内共振都存在着跳跃现象,且耦合项参数对内共振影响颇大,适当选取系统参数可有效减小这种振动行为,这为抑制轧机辊系振动提供了理论参考。     

波纹辊轧机辊系主共振分岔控制研究

基于波纹轧制工艺与结构,利用检测装置对小型波纹辊辊系系统进行了振动特性分析。考虑了波纹轧制界面的非线性阻尼和非线性刚度,建立了波纹辊轧机辊系二自由度非线性主共振动力学方程,应用多尺度法求解了波纹辊轧机辊系在主共振情况下的幅频特性方程,采用奇异性理论和普适开折理论得到了波纹辊系统稳态响应的转迁集及相应的分岔曲线拓扑结构,通过设计非线性参数控制器来改变波纹辊辊系的稳态响应,减小了系统的响应幅值和消除了共振时的鞍结分岔。通过数值仿真验证了该控制器设计的正确性和可行性,为抑制波纹辊轧机的辊系振动提供了一定的理论指导。     

轧机辊系滞后非线性垂直振动系统的振动特性

考虑轧件弹塑性变形的滞后非线性作用,建立一种轧机辊系滞后非线性垂直振动动力学模型.运用奇点稳定性理论分析该滞后非线性系统的稳定性,得到了系统出现各种不同奇点的条件.同时采用渐进法求解系统在主共振情况下的解析近似解,得到了系统的主共振幅频特性方程.最后以实际轧机参数为例,分析轧件的非线性刚度、阻尼等参数对轧机主共振幅频响应的影响,并研究轧机在不同外部扰动下的分岔行为,发现在不同的外部扰动下,轧机表现出周期、倍周期以及混沌等多种动力学行为,这为研究和抑制轧机振动问题提供了理论参考.     

液压缸非线性刚度作用下的轧机辊系振动行为及控制

针对液压系统动态特性影响下的轧机振动问题,建立一种液压缸非线性刚度约束下的轧机辊系振动模型,采用平均法求得系统的幅频响应。在Lyapunov第二方法的基础上,设计了系统的反馈控制器。以轧机实际参数为例,仿真分析轧机辊系中非线性刚度系数、外激励和无杆腔初始位移等参数对幅频响应的影响,并研究外激励幅值和无杆腔初始位移等参数发生变化时的动态分岔特性,发现随着这些参数的变化,轧机辊系振动在周期运动、倍周期运动和混沌运动等多种运动状态之间交替变化;同时在系统中引入反馈控制,通过对比控制前后的时域曲线和相平面曲线,验证了反馈控制器的有效性。研究结果为提高轧机辊系稳定性提供了理论参考。     

1850四辊铝带冷轧机动力学特性与机理研究

为解决某大型企业1850四辊铝带冷轧机垂直振动问题,通过现场振动测试与数值仿真相结合的方法,针对轧机不同工况下的动力学特性对轧机系统进行了时域和频域振动特性研究,分析了不同轧制工艺参数对轧机动力学特性的影响。以四辊铝带冷轧机系统六自由度动力学模型为基础,该模型综合考虑了工作界面上的轧制力波动量、界面摩擦过程、工作辊运动过程构成的界面约束多因素耦合模型,对轧机固有特性、主振型及主振型的灵敏度进行了仿真分析。结果表明：轧机系统发生自激振动,工作辊振动核心频率为290 Hz,振动集中频段为250~350 Hz,振源在辊缝,轧制速度、轧件张力、辊缝摩擦状态、轧件厚度等是影响轧制界面耦合的重要因素。支撑辊和机架等部件在该频段的振动是系统交互传递的结果。     

高频周期位移激励下的叶片辊轧机振动特性研究

根据齿轮齿条啮合特性,建立了含有高频周期位移激励的叶片辊轧机非线性垂直振动模型。采用多尺度法求解了系统非线性振动的近似解,研究了高频周期位移激励的振幅、频率对叶片辊轧机非线性垂直振动的影响。研究结果表明:随着高频周期位移激励振幅的增加,系统振幅增加,且振动系统出现了高次谐波振动;高频周期位移频率的增加使振动系统振幅、频率减小,且高次谐波振动减弱。研究结果为叶片辊轧机系统动态特性优化提供理论依据。     

受轧件水平振动影响的板带轧机非线性振动特性

基于Roberts摩擦因数公式和Hill轧制力公式,建立能够表征不同摩擦状态下的动态轧制力模型;在此基础上进一步考虑轧机结构的振动和轧件振动之间的相互影响,提出轧件-轧辊耦合振动模型。根据广义耗散的Lagrange原理,分别沿轧制方向和垂直于轧制方向建立动力学平衡方程;采用多尺度法求解出考虑系统内共振的幅频特性方程,并仿真分析不同外部激励和非线性参数作用下的轧机振动规律。研究结果表明：滑动摩擦状态下耦合系统对内部非线性参数变化和外部扰动变化的敏感程度远远高于静摩擦状态下的情况;适当选取耦合三次项非线性参数,可以将系统不稳定振动的出现控制在一个较小的频率区间,削弱轧件-轧辊耦合振动对板带轧机振动的影响。     

基于动态轧制力的轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究

针对轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究还不完善的问题,考虑轧辊与轧件间动态轧制力因素影响,建立了垂直振动系统和主传动系统的动态轧制力模型。在此基础上,考虑轧辊摩擦力的动态分量,建立了基于动态轧制力的轧机二自由度垂扭耦合振动系统模型。利用相平面法和Poincare映射方法分析了垂直振动系统发生主共振的情况下,垂直振动系统的线性阻尼、外扰力和主传动系统的线性阻尼变化对轧机垂扭耦合振动的影响。研究结果表明当参数变化时系统呈现周期运动、准周期运动和混沌运动等多种运动状态,可通过调整参数值避免系统产生混沌现象,提高系统的稳定性。分析结果为工程中解决轧机垂扭耦合系统的振动问题提供了一种参考。     

系物弦在温度场中受简谐激励的亚谐共振研究

建立温度场中系物弦受简谐激励的数学模型,研究其亚谐共振规律.用伽辽金法得到系统的非线性振动方程.采用非线性振动的多尺度法求得系统亚谐共振的近似解,并进行数值分析.分析温度、阻尼、调谐值、激励幅值等参数对响应曲线的影响.给出1/3次亚谐共振存在非零解的条件.指出随着温度差的升高,系统的固有频率增加;随着阻尼的增加,幅频响应曲线向开口方向移动;随着调谐值的减小,响应曲线的振幅减小.力幅响应曲线的形状区别于经典的1/3次亚谐共振,是封闭的曲线.     

轧机液压压下垂直系统非线性振动机理研究

针对轧机垂振系统往往忽略液压压下系统影响的问题,考虑轧机液压系统中液压缸与机架间的粘性阻尼及轧制界面非线性刚度,建立了轧机二自由度液压压下垂直振动系统模型。采用多尺度法求解了该模型在主参数共振情况下的一阶近似解,得到了系统的频率响应方程,用数值方法研究了定常解的稳定性。分析了非线性刚度、液压缸的粘性阻尼等参数对系统振动的影响,并应用相平面法,Poincare映射方法和最大Lyapunov指数方法分析了激励频率变化对液压非线性参激垂直振动的影响。分析结果为工程中解决液压压下系统的振动问题提供了一种参考。     

热连轧机工作辊水平-垂直非线性振动特性及抑制

基于振动情况下轧制界面水平-垂直方向摩擦力模型和动态轧制力模型,考虑轧机的结构和工作辊轴承座与牌坊立柱间的摩擦力等因素的影响,建立了热连轧机工作辊水平-垂直系统的非线性振动模型。运用平均法求解得到幅频特性方程,分析外扰力和非线性参数等因素对系统幅频特性的影响,为抑制轧机工作辊水平-垂直振动提供理论指导。通过分析李雅普诺夫指数和位移分岔图,发现系统随外扰力幅值变化表现出周期、倍周期和混沌等不同运动状态。最后,通过分析工作辊轴承座与牌坊立柱间有无衬板间隙这两种情况下的幅频特性及衬板间隙对系统振动的影响规律,提出一种抑制工作辊水平振动和垂直振动的方法,仿真和实验结果均表明该方法有效。     

金属塑性加工过程主要参数对系统振动影响的定量分析方法

本文针对轧机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,建立了基于轧制力模型、界面摩擦模型、工作辊运动模型的系统动力学模型,并编制了相应的仿真分析软件。同时对某大型公司2 800轧机系统的自激振动进行了仿真分析。通过仿真分析,定量地分析了一些主要参数对轧机自激振动临界速度及振幅的影响。充分验证了本文所述理论及仿真的正确性。     

考虑反馈机构动刚度的轧机伺服压下系统建模与仿真

轧机伺服压下系统具有轧制力大的特点,其位移反馈机构的动刚度对系统的影响应予以考虑.建立了考虑位移反馈机构动刚度的轧机压下系统模型,分析了动刚度参数存在缺陷时系统的振动特点与阶跃响应特性.通过分析轧机垂直方向振动与位移反馈机构动刚度参数之间的关系,提出了动刚度参数修改策略,采用该策略消除了模型的自激振动,同时获得了满足工艺要求的控制特性.研究表明,位移反馈机构的动刚度对轧机系统的稳定具有重要意义.所建立的轧机压下系统模型可作为实际轧机压下系统反馈机构的设计及故障诊断的仿真实验模型.