轧机耦合振动机理研究

轧机振动一直是困扰板带轧制发展的重要问题,已有的研究无法解释几种轧机振动内部的影响关系。轧机的异常振动包含轧机垂直振动、工作辊水平振动和主传动系统扭振,这三种振动形式复杂且交叉影响,增加振动模型的建立的复杂程度,不利于理论分析。通过分析轧制力对轧机水平刚度的影响,建立轧机系统垂直振动、工作辊水平振动和主传动系统扭振间相互影响的函数关系,建立轧机系统动力学模型,揭示轧机耦合振动机理;分析振动特性,分析轧机系统各参数对振动特性的影响,对照生产测试数据验证耦合影响的存在,分析实际生产中振动现象产生的原因;结合1580热轧机组的参数进行仿真分析,分析热轧薄带钢时频繁发生异常振动的原因,并提出合理的改进优化建议。     

轧机主传动机电耦合扭振系统机理分析及影响因素研究

轧机主传动系统作为传递运动和力矩的主要装置,是一个复杂的机电系统,其机电耦合因素是导致轧机扭振异常变化的重要原因之一。此主要研究轧机主传动系统扭转振动的动力学分析,对比分析不考虑电机与考虑电机反馈的主传动系统扭振,从机理分析机电系统的固有属性;然后建立直流电机驱动下的轧机主传动扭振系统力学模型和数学模型;再采用Matlab/Simulink仿真,对主传动扭振系统失稳状态进行研究,进而分析不确定性参数对轧机主传动系统扭振的影响。研究结果可为进一步揭示轧机扭振系统的振荡规律以及控制策略的制定奠定理论基础。     

轧机主传动系统机电振动特性分析及控制措施研究

建立恰当的轧机系统模型,对其动态特性进行正确完备的描述是进行轧机系统设计、控制、状态监测和故障诊断的关键.考虑间隙、摩擦等非线性因素的影响,建立了轧机主传动系统的机械模型,并进一步将控制系统、机械系统和轧制工艺条件等作为一个大系统来考虑,建立了复杂系统的机电耦合模型.用数值方法分析了电流调节器参数、轧制工艺条件、谐波扰动和间隙等因素对轧机系统振动特性的影响,并提出了相应的机电振动控制措施.研究结果表明,建立的机电耦合模型可以方便地分析轧机系统机电耦合动力学规律,为进一步控制轧机振动特性奠定基础.     

考虑轧机主传动系统扭振的带钢非线性振动研究

带钢振动在连轧过程中不可避免,其弹塑性体与主传动系统间的耦合作用直接影响轧机轧制的整体动态性能。基于带钢与主传动系统的运动机理,将主传动系统简化为2自由度的离散模型,带钢简化为具有轴向运动速度的Euler梁,建立带钢橫、纵向振动与主传动系统扭振相耦合的力学模型。然后根据哈密顿原理建立该耦合模型的非线性振动微分方程,采用修正迭代法和Kantorovich时间平均法联合对所建立方程进行求解。最后利用Matlab软件进行数值模拟,讨论出主传动系统扭振基频对带钢振动特性的影响。研究结果能够丰富轧机振动研究方面的理论成果,对于理论成果转化为工程应用具有重要的实用价值。     

高速轧机若干振动问题——复杂机电系统耦合动力学研究

试验发现高速轧机中的多种振动现象都与轧制过程中多种的交互作用关系,研究轧机振动中的界面耦合机理与机电耦合机理。建立了轧制界面动力学模型,分析了轧制界面负阻尼特性和垂直自激振动,建立了轧机非线性水平振动模型,分析水平自激振动产生条件,建立轧机机电耦合动力学方程,阐明了强,弱电过程对轧机振动的影响。     

考虑磁参数影响的轧机主传动系统机电耦合振动特性研究

伴随科技的迅猛发展,交流电机已逐步取代直流电机并广泛应用在轧机系统中。针对以往对轧机机电系统振动特性的研究往往忽略电机磁参数影响这一问题,考虑异步电机中漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数等磁参数,把转子磁链电机模型与机械系统相结合,建立了轧机主传动系统机电耦合振动模型,此模型摆脱了以往机电耦合模型复杂繁琐的积分环节和惯性阻碍,并利用数值方法研究了漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数对轧机主传动系统振幅与调节时间的影响。研究结果为进一步分析轧机主传动系统的振动现象奠定了理论基础。     

面向机电耦合振动抑制的电主轴系统匹配特性研究

电主轴系统存在复杂的机电耦合作用,若系统机电参数匹配不当,将引起机电耦合振动,导致系统稳定性下降,工件加工表面质量降低。利用将电动机与主轴系统机械特性分离的动力学分析方法难以对系统的机电耦合振动进行有效的分析评价,也难以实现系统机电特性的优化匹配。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法,利用所提出的方法研究磨削电主轴系统逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮机械参数对脉动转矩及定子电流频谱特性的影响,并在凸轮轴磨床上进行试验。揭示系统机电耦合振动的物理机制,提出通过优化逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮参数抑制机电耦合振动的方法。经理论与试验分析证实,通过优化逆变器工作参数可有效抑制机电耦合振动,提高系统匹配特性和磨削质量,从而证实所提出的基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法是有效可行的。     

超高速磨削SPWM电主轴系统机电耦合振动的瞬态特性研究

超高速磨削相比于普通磨削具有效率高、表面质量好,可实现难加工材料的精密加工等优点,但是随着砂轮线速度的提高,高速电主轴和高频变频哭的应用越来越广泛,高频高频哭、电主轴、砂轮及磨削载荷之间的机电耦合振动对磨削系统的稳定性和磨削质量的影响越来越显著,因此有必要进行深入的机理研究。为揭示超高速磨削SPWM砂轮电主轴系统的机电耦合振动规律,本文建立了SPWM电压源逆变器供电的砂轮主轴系统的机电耦合数学模型,利用该模型对超高速磨削SPWM砂轮电主轴系统的启动、升速及加入磨削力等瞬变过程进行了数值仿真研究。研究结果表明,该模型能有效地反映SPWM砂轮电主轴系统的机电参数之间的相互影响规律,可以作为超高速砂轮主轴系统研究机电耦合振动的防治和磨削参数的优化的基础;高次谐波电压是诱发超高速磨削机电耦合振动的主要因素;磨削力加载的冲击对横振的影响大于扭振。     

基于混合摩擦模型的轧机垂扭耦合特性分析

为了研究轧机系统的垂扭耦合振动特性,建立了基于混合摩擦模型的轧机垂扭耦合振动模型,给出了耦合振动微分方程,探讨了轧制过程中相关参数的相互影响关系,建立了轧机垂扭两系统相互耦合的关系框图,并对其结果进行仿真分析。通过改变混合摩擦系数的相关项来探讨其对轧机垂扭耦合系统的影响,得到了混合摩擦系数的一个失稳临界值。讨论了轧机主传动扭转振动系统对垂直振动系统的耦合影响,并对其原因进行了分析。对进一步研究轧机系统垂扭耦合振动问题具有一定的参考价值。     

基于交流传动的轧机机电耦合系统振动特性分析

建立恰当的轧机系统模型,对其动态特性进行正确完备的描述是进行轧机系统设计、控制、状态监测和故障诊断的关键。随着交流调速技术的发展,交流电机已广泛用于轧机传动系统中。通过考虑驱动电机的影响,建立异步电机一轧机主传动系统的机电耦合模型,并利用该模型对轧机系统由串联补偿电容、摩擦、间隙和负载扰动等因素引起的机电耦合动态过程进行数值研究？研究结果表明,建立的机电耦合模型可以方便地分析轧机系统机电耦合动力学规律,为进一步控制轧机振动特性奠定基础。     

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。     

高速冷连轧机组的振动与对策研究

针对我国某钢厂高速冷连轧机组冷连轧机组轧制T5极薄带材时,第5机架轧制速度超过650 m/min出现轧机振动的问题,从生产现场该机组轧机振动的实测分析入手,确定了该轧机的振动源和振动频率,并采用有限元动态分析计算,验证了轧机振动实测分析结果和振动形态。根据实测分析和有限元计算所确定的振动轧机辊缝润滑油膜变化而引起轧机振动的结论,通过优化该轧机的轧制润滑工艺,有效抑制了该机组轧制T5极薄带材时出现轧机振动的现象,使该机组的轧制速度从650 m/min左右提高到900 m/min以上,消除了该机组轧制T5极薄带材的瓶颈问题。     

一个轧机参数振动模型

分析研究了带材横向振动导致轧机振动失稳的条件和机理。建立了轧制过程中带材横向振动动力学方程 ,分析带材横向参数振动稳定性、稳定区域和非稳定区域 ,得出开卷和卷取张力波动频率为带材横向振动固有频率二倍或一倍时 ,带材失稳 ,导致轧机振动加剧或失稳。对某平整机驱动电机主回路电流特性进行了分析和现场测试 ,证实了驱动电机主回路电流存在谐波分量 ,实测表明轧机在运行中存在由参数振动引起轧机失稳现象     

CSP轧机振动的测试与抑制

针对某CSP生产线F3轧机在轧制薄规格集装箱板时出现的严重振动问题，测试了主传动系统扭振、机座轧辊振动、齿轮座减速器振动等参数，通过对测试结果和所有可能的外激励分析后，表明该轧机振动的主要形式是横向振动。主要振因是当工作辊轴承座与牌坊之间间隙过大时，接轴弧形齿的啮合冲击将激起轧辊横向振动。试验表明，消除该间隙后振动得到了很好的抑制。     

基于信号时-频特征的轧机振动分析

为了找到某轧机振源,通过集流环采用电阻应变法对接轴扭振,采用加速度计对轧辊振动进行了测试.通过咬钢和抛钢曲线,采用时域复指数法,识别了轧机机座的固有模态参数及带钢对机座固有特性的影响.然后,采用5点直线滑动平均法和小波滤噪法对实测波形进行平滑及去噪处理,并通过实测信号的时-频分析,揭示了轧机振动的非平稳特征及接轴不平衡冲击力对轧机振动的影响.     

基于辊缝动力学的板带轧机垂直振动的研究

板形与板厚是衡量板带轧制成品几何精度的两大指标。而与这些指标直接相关的是轧机机座垂直方向的振动。本文将机座与轧件作为一个系统来研究 ,建立了基于辊缝动力学的 ,以分析板带轧机机座垂直振动对板形及板厚影响为目的辊缝动力学模型 ,提出了振动模态对板形及板厚影响的指标。得出的结论是 :板形与板厚控制的实质是辊缝的控制 ,在轧制状态下辊缝不仅与静力学因素有关 ,而且在很大程度上取决于辊缝动力学因素。本文所建立的模型考虑了阻尼因素及由辊缝动力学模型确定的非线性轧制力 P,使模型能更真实的模拟现场实际情况     

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.     

热连轧机自激振动诊断与振动机理分析

描述了热连轧机的现场多点振动测试方法，利用振动信号的功率谱分析和小波包分析等现代信号分析技术，深入研究了轧机自激振动机理并诊断了振源位置。分析结果表明，研究对象的轧机压下系统位移传感器定尺支座结构是引起系统不稳定的敏感部位。该结构参数不合理，是导致压下系统反馈信号严重失真,诱发轧机工作机座自激振动的根源。分析结果和诊断结论对于制定合理的结构动力学修改策略，消除轧机自激振动具有重要的意义。     

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。     

Tandem Strip Mill’s Multi-parameter Coupling Dynamic Modeling Based on the Thickness Control

The rolling process is determined by the interaction of a number of different movements,during which the relative movement occurs between the vibrating roll system and the rolled piece,and the roll system’s vibration interacts with the strip’s deformation and rigid movement.So many parameters being involved leads to a complex mechanism of this coupling effect.Through testing and analyzing the vibration signals of the mill in the rolling process,the rolling mill’s coupled model is established with comprehensive consideration of the coupling interaction between the mill’s vertical vibration,its torsional vibration and the working roll’s horizontal vibration,and vibration characteristics of different forms of rolling mill’s vibration are analyzed under the coupling effect.With comprehensive attention to the relationship between the roll system,the moving strip and the rolling parameters’dynamic properties,and also from the strip thickness control point of view,further research is done on the coupling mechanism between the roll system’s movement and the moving strip’s characteristics in the rolling process.As a result,the law of inertial coupling and the stiffness coupling effect caused by different forms of the roll system’s vibration is determined and the existence of nonlinear characteristics caused by the elastic deformation of moving strip is also found.Furthermore,a multi-parameter coupling-dynamic model is established which takes the tandem strip mill as its research object by making a detailed kinematics analysis of the roll system and using the principle of virtual work.The coupling-dynamic model proposes the instruction to describe the roll system’s movement,and analyzes its dynamic response and working stability,and provides a theoretical basis for the realization of the strip thickness’dynamic control.