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。     

动态轧制过程下轧机辊系分岔与混沌特性

基于热连轧机的机械结构和工艺结构,考虑态轧制力对轧机振动的影响,建立了轧机辊系的非线性动态轧制振动模型。根据Lagrange原理,得到了轧机辊系的动力学方程,应用多尺度法求解了系统的分岔响应方程,采用奇异性理论分析得到了系统稳态响应的转迁集及其相应的分岔曲线拓扑结构,利用Melnikov函数法研究了系统发生分岔与混沌的参数临界条件。最后进行数值仿真,通过分岔混沌图、最大Lyapunov指数、相轨迹和Poincare截面验证了理论的有效性,这为抑制和控制轧机系统非线性振动提供了理论参考和借鉴。     

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。     

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.     

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。     

液压缸非线性弹簧力下的轧机特性及控制

建立了非线性弹簧力约束作用下的轧机辊系振动模型,采用平均法求得轧机辊系的幅频响应方程。仿真分析了不同非线性弹簧力和活塞杆初始位移的幅频特性曲线,以及系统分岔响应随外激励幅值的变化规律。引入吸振器控制装置,比较了吸振器加入前后的时域曲线和幅频曲线,仿真分析了吸振器质量、弹簧力和摩擦力对幅频曲线的影响。研究结果表明：非线性弹簧力和外激励都会改变轧机辊系振动特性的规律,吸振器的控制效果与吸振器质量、弹簧力和摩擦力有关。     

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。     

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。     

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.     

轧机主传动机电耦联扭振系统的动态分岔研究

针对交流电机驱动的轧机主传动系统存在的低频扭振失稳问题,依据拉格朗日—麦克斯韦原理建立交流电机电磁能与传动系统机械能耦联作用的轧机主传动非线性系统的动力学方程,并运用动态分岔理论研究该类高维非线性自治系统的振动特性。对定子与转子电阻随温度变化导致主传动系统出现非双曲奇点时系统中产生的高余维动态分岔现象,采用多尺度和谐波平衡法求解非线性微分方程组的近似解析解,不经中心流形直接求得原系统的三阶规范形,研究系统的Hopf分岔情况、二维环面分岔情况,甚至三维环面分岔情况,运用Hurwitz判据分析分岔发生时系统周期解和概周期解的稳定性,给出稳定域边界条件,数值仿真验正结论的正确性,为轧机主传动系统的平稳运行提拱理论依据。     

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。     

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。     

板带四辊轧机的三维振动特性

针对轧机振动传统的一维或二维的解析模式,给出1 580 mm四辊轧机振动的三维(空间)振动解析模式及其振动特性-固有频率和振型。在四辊轧机振动解析中被忽略的“不得已”间隙,必须在辊系结构予以考虑。利用修正三维多物体传递矩阵法辅之有限元法对轧机轧辊进行包含3个位移3个转角6个自由度的三维振动数值解析。数值模拟结果显示,四辊轧机考虑阻尼作用后的固有频率(复频率虚部)与现场测试频率基本吻合;“不得已”间隙导致轧机系统出现危险低频率,且振型为含有水平、交叉及摇摆等包含多个单一振型的复合振型。     

基于S变换的热连轧机耦合振动特征提取

提出一种基于短时傅里叶变换的自适应频域滤波方法,将噪声信号与振动特征成功地分离。根据短时傅里叶变换和功率法设定的阀值,自动捕捉了振动信号在不同时间段的优势频率。对振动信号、压下液压缸压力信号和伺服阀给定信号做短时傅里叶变换后,热连轧机振动被诊断为液机耦合振动。利用离散小波变换和S变换相结合的方法对轧机振动信号进行分析,确定轧机起振的时间为液压压下系统的投入时间,证明了热连轧机存在液机耦合振动现象。     

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。