液压缸非线性约束下的轧机辊系振动行为

以四辊板带轧机为例,分析液压压下缸及弯辊缸在轧机辊系振动时表现出的分段弹性力和摩擦力两种非线性约束,建立液压缸非线性约束作用下的轧机辊系振动模型,并采用平均法求得振动系统的幅频响应。通过比较两种非线性作用下辊系振动速度和振动幅值的仿真曲线,研究辊系受分段弹性力和摩擦力影响时的行为特性。取不同分段弹性力和摩擦力,仿真分析两种非线性因素分别对轧机辊系幅频特性的影响规律。结果表明,轧机辊系振动速度受分段弹性力大小影响,系统不稳定频率区域随分段弹性力增大而变宽;摩擦力较小时,对辊系振动行为影响表现为阻尼特性,较大时,摩擦力的非线性成为影响辊系振动行为的主要特性。该结论为轧机辊系振动控制提供了理论参考。     

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。     

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。     

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。     

双动力源驱动下的热连轧机振动特征

对现场监测信号进行分析,发现热连轧机存在扭振和垂振的耦合振动现象,其振动特征受双动力源作用的影响。建立热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型,用Matlab编程进行仿真研究得知：主传动系统扭振和液压压下系统垂振能同时传递给工作辊而影响其振动特征;改变轧制力波动量和扭矩波动量之间的相位角,水平振动和垂直振动也随之发生较大变化;进一步改变轧制力、电机扭矩波动幅值大小时,辊系振动出现分岔和混沌等特性,随着外激励幅值的变化,辊系将表现出周期、倍周期和混沌等不同振动状态。仿真和实测结果相吻合,证明热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型的正确性。     

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。     

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。     

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。     

有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。     

多非线性弹性约束下轧机辊系振动特性

考虑四辊轧机在轧制过程中液压压下缸和平衡缸的非线性弹性约束作用,建立轧机辊系的多分段非线性动力学方程。运用平均法求解系统的频率响应方程,并采用奇异性理论分析系统的分岔行为,得到系统的转迁集以及6组不同的分岔图。以轧机实际参数为例,分析各非线性参数对系统幅频特性曲线的影响,发现系统幅频曲线在各分段处具有向高频段拐弯的特性,适当选取系统参数可有效减小这种行为的发生,这为抑制轧机辊系振动提供了理论参考。     

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。     

Multi-factor coupling system characteristic of the dynamic roll gap in the high-speed rolling mill during the unsteady lubrication process

In the present work, a multi-factor coupling dynamic model of a rolling mill system for a dynamic roll gap during an unsteady lubrication process was developed on the basis of the rolling theory, lubrication and the friction theory, and the mechanical vibration theory. The multi-factor coupling model of interfacial film binding was coupled with the rolling force model, dynamic roll gap interface friction model and work roll movement model. The corresponding distributions of friction and pressure at varying surface roughness and times were systematically analyzed during the unsteady mixed lubrication process. The effects of the main processing parameters on the critical speed and amplitude for self-excited vertical vibration were investigated.     

Design of a nonlinear vibration absorber using three-to-one internal resonances

A weakly nonlinear vibration absorber is designed to attenuate the primary resonance vibrations of a single-degree-of-freedom weakly nonlinear oscillator having cubic nonlinearity. The linearised natural frequency of the nonlinear absorber is tuned to be approximately one-third the linearised natural frequency of the primary nonlinear oscillator. The low frequency mode for the absorber is favourably considered based on the fact that the nonlinear absorber can be easily realised in practice by using a light-weight mass attachment with small values of linear and nonlinear stiffness of coupling. For a given primary nonlinear oscillator and absorber mass, implementation of three-to-one internal resonances requires the smallest value of the absorber linear stiffness among three options for utilising internal resonances to design nonlinear absorber. The method of multiple scales is used to obtain the averaged equations that determine the amplitudes and phases of the first-order approximate solutions to the vibrations of the primary nonlinear oscillator and nonlinear absorber. It is found that the absorber response may admit either forced vibration having the forcing frequency or a combination of forced vibration and free-oscillation term having one third the forcing frequency. The nonlinear absorber can effectively suppress the amplitude of primary resonance response and eliminate saddle-node bifurcations occurring in the frequency-response curves of the primary nonlinear oscillator. Numerical results are given to show the effectiveness of the nonlinear absorber for suppressing nonlinear vibrations of the primary nonlinear oscillator under primary resonance conditions.     

热连轧机横向-垂向耦合振动研究

为了研究某热连轧机组的振动特性,根据轧制界面粘滑摩擦特性和轧辊轴承座-牌坊接触非线性,建立轧辊-轴承座有无间隙时的轧辊横-垂向模态耦合振动模型.分析表明,当系统刚度和外激励频率处于某区段时轧辊横向和垂向振动幅值均出现大幅波动的现象,轧制生产中应避开此范围;机座有间隙时,轧辊出现跳振,轧辊横向响应曲线有明显的削顶现象,辊系动力学性能变差.