热连轧机辊系非线性水平振动特性

考虑热连轧机振动时非线性阻尼、非线性刚度、轧机结构及轧制力的动态变化对轧机水平颤振的影响,建立轧机辊系非线性水平振动模型。应用多尺度法求解了系统的幅频特性方程,分析了不同轧制参数变化时对轧机水平振动幅频特性的影响,研究表明,可以通过减小阻尼、外扰力来降低轧机水平振动幅值,通过减小非线性刚度,增大非线性阻尼来缩小轧机水平振动区域。同时运用奇异性理论讨论了系统在非自治情况下的分岔特性,得到了系统的转迁集和分岔拓扑结构,给出了系统发生振动的临界条件。以上研究结果为抑制和控制轧机非线性水平振动系统提供了理论参考和借鉴。     

冷连轧机辊系参激刚度颤振特性研究

考虑轧辊表面振纹对辊系间的刚度变化的影响以及动态轧制力对振动系统的影响,依据轧机垂直振动的产生机理,建立了冷连轧机单自由度非线性颤振动力学模型。应用多尺度法求解得到了系统发生1/2亚谐共振时的幅频特性响应方程,仿真分析得到了不同参数变化对振动系统幅值以及振动区域的影响,并运用奇异性理论讨论了系统在非自治情况下的分岔特性,得到在3种不同情形下系统的转迁集与分岔拓扑结构图,给出了系统失稳的参数区域,从而可以避免轧机剧烈振动的发生,这为抑制和减少冷连轧机系统的振动提供了技术支撑与理论参考。     

多自由度冷连轧机耦合颤振机理与特性研究

在分析冷连轧机辊系振动时垂直与水平两个方向轧制力的相互影响与轧机实际机械结构的基础上,建立了动态轧制力影响下的多自由度冷连轧机辊系垂直-水平耦合非线性振动模型。利用参数所占轧制力变化的比重,对动态轧制力变化部分中的各项敏感参数进行选取,得到了轧机多自由度耦合系统的动力学方程,应用谐波平衡法对其进行求解。依据轧机实际参数,仿真得到了系统在不同外激励变化下的轧机多自由度耦合系统幅频特性曲线,研究了耦合系统在一定参数下水平方向的周期倍化分岔及混沌的演化途径,且耦合系统垂直方向也呈现出了丰富的分岔与混沌现象。最后利用分岔图、相图、最大Lyapunov指数和Poincare截面对其动力学行为进行了分析与验证。     

分段对称非线性刚度作用下的轧机辊系分岔与混沌行为分析

考虑轧机辊系间分段对称非线性刚度以及轧机受到的外部周期性激励的影响,建立了具有分段对称非线性刚度的轧机辊系振动模型。应用最小二乘法将分段对称非线性刚度项拟合成一条连续曲线,给出了振动系统的动力学方程,并运用多尺度法求解轧机振动系统的幅频方程,在此基础上运用奇异性理论得到余维为3的轧机振动系统分岔响应方程,讨论了3种不同开折参数情形下系统的稳态响应转迁集,研究了振动系统在非自治情形下的分岔特性及出现不同分岔形态的条件。通过数值仿真,研究了轧机振动系统的安全盆被侵蚀的过程与通向混沌过程的趋势及临界值,给出了轧机振动系统的安全盆分岔行为和混沌行为特征。研究结果为轧机振动系统中广泛存在的动力学行为分析与控制提供了一定的理论参考。     

两自由度轧机辊系参激刚度非线性振动特性研究

考虑轧机辊系间的参激刚度以及轧制过程中辊系受到的动态轧制力,建立了两自由度轧机辊系参激刚度振动模型。运用多尺度法求解给出了系统1/2亚谐共振和内共振的幅频方程,以某冷轧机实际轧制参数为例,通过数值仿真得到结构阻尼、非线性刚度以及参激刚度等工艺参数变化下系统的幅频响应特性。并采用奇异性理论分析了1/2亚谐共振的静态分岔特性,同时分析了内共振情形下3组不同的转迁集以及相应的分岔拓扑结构图, 得到了轧机稳定与不稳定振动的工艺参数区域。最后研究了工作辊、支撑辊随参激刚度变化的分岔混沌动力学行为,且用最大Lyapunov指数、相轨图以及Poincare截面对其加以验证,发现带材表面出现振纹或振痕的原因是系统在周期运动、倍周期运动与混沌运动多种运动形式间相互转换造成的。因此适当选取系统参数可有效减弱轧机系统的振动,这为消除和抑制轧机振动提供了理论依据。     

冷连轧机辊系非线性耦合振动特性分析

考虑冷连轧机辊系振动时,垂直和水平两个方向的轧制力相互影响且处于动态变化,因此引入了动态轧制力这一概念。同时,考虑到轧机辊系间的非线性阻尼、非线性刚度以及外激励,建立了冷连轧机辊系非线性耦合振动模型。利用多尺度法求解了耦合振动系统的幅频响应,研究结果表明,非线性高次项刚度和外激励对轧机耦合系统的振幅影响明显,均出现了两个共振区域,且伴随着跳跃现象。进一步运用奇异性理论得到了系统的静态分岔方程,发现可以通过改变开折参数来预测和控制非线性耦合系统的动力学行为。最后,运用非线性理论分析并验证了系统的混沌特性,给出了发生混沌行为的临界点,从而减小和避免轧机辊系非线性耦合系统发生共振。     

基于动态摩擦和分段刚度的热轧机水平振动行为分析

考虑工作辊振动时轧制界面间摩擦力的变化状态,以及工作辊水平方向轴承座撞击牌坊的情形,建立了相应的动态摩擦模型和分段刚度模型,并基于此建立了热轧机水平方向非线性振动模型。研究了线性阻尼项、动态摩擦力三次非线性项、分段刚度项以及外扰幅值变化下热轧机水平振动系统的幅频特性。最后,研究了外扰力变化下热轧机振动系统的分岔行为,发现外激幅值的变化可以使振动系统进入混沌状态,并且存在倍周期分岔通向阵发性混沌和混沌运动等显著现象,这正是引起带钢呈现明暗相间条纹的原因之一。上述研究内容为抑制热轧机辊系振动和参数的优化提供了理论依据。     

液压缸非线性作用下轧机辊系振动特性及机理研究北大核心CSCD

对轧机振动系统中液压缸的结构特点、运动特点以及相关因素的影响进行了分析,理论研究表明,液压缸非线性弹性作用可以由三势阱Mathieu-Duffing振子来描述。同时,考虑轧机辊系结构和外激励的影响,运用非线性动力学原理,建立了液压缸非线性作用下轧机颤振模型。通过数值仿真分析了液压缸弹性力一次线性项、三次和五次非线性项对轧机振动系统幅频特性的影响。最后,运用Melnikov定理求得轧机系统进入Smale马蹄存在意义下的混沌运动的临界条件,发现轧机系统随五次非线性项系数变化时,存在周期运动、多倍周期运动以及混沌运动等分岔行为。研究结论对揭示液压缸非线性弹性作用以及轧机振动机理具有一定的参考价值。     

冷连轧机多种水平共振状态特性对比研究

针对冷连轧机工作辊轧制过程中的水平振动现象,建立轧机辊系非线性水平振动模型。采用多尺度法求解得到冷连轧机水平方向主共振、超谐波共振和次谐波共振下的幅频特性方程。仿真表明:轧机参数的变化和不同的共振状态会对系统振动的幅值、共振点、共振区域及脊骨线位置产生明显影响。系统在次谐波共振状态下的振动相对稳定,而在主、超谐波共振情况下有明显的跳跃现象和不稳定区域产生。对比系统位移动态响应,发现次谐波共振响应曲线相对于超谐波共振情况下的位移正、负幅值减小且趋于对称,有利于减少轴承座撞击牌坊现象的产生。对比系统位移分叉特性,发现不同共振状态系统随着干扰力幅值的变化表现出不同的周期运动规律。以上研究为抑制轧机水平振动提供了参数区域和理论参考。     

轧制速度影响下冷连轧机辊系分岔行为分析

在考虑轧机结构、轧机的实际动态轧制过程、轧制速度的变化以及轧制界面间摩擦系数的非线性特性等影响因素的基础之上,建立了一种受轧制速度影响的非线性动态轧制力模型。运用谐波平衡法求解振动系统的动力学方程,得到了受轧制速度影响的分岔响应方程,运用奇异性理论得到了系统的转迁集和拓扑结构曲线,研究了系统在不同参数下的静态分岔行为。同时,采用动态分岔图、相轨迹以及Poincare截面等非线性方法,分析了振动系统在周期运动、倍周期运动以及混沌运动之间相互转换的动态分岔特性,给出了系统发生振动的临界速度范围以及抑制措施。     

轧件弹塑性滞后变形下冷连轧机振动行为分析

通过分析冷连轧时轧件受弹塑性形变的影响,且考虑相关振动参数和工艺参数,给出了一种具有滞后特性的轧制力表达式。在此基础上,结合轧机的实际结构,建立具有弹塑性滞后形变作用的冷连轧机非线性动力学模型。以某冷连轧机结构参数和工艺参数为例,仿真给出轧制力与位移的滞后曲线,结果表明:应尽量减小滞后回线的面积,可抑制轧机振动。并且研究了非线性阻尼、非线性刚度以及周期性外扰力对系统幅频特性的影响,结果发现,适当的取值可有效减小冷连轧机的振动程度。最后分析了滞后振动系统的分岔行为,发现系统会随外扰力的变化在倍周期和混沌运动之间变换,有可能造成系统发生共振现象。     

考虑润滑粗糙界面的叶片辊轧机辊系非线性振动特性北大核心CSCD

针对粗糙形貌导致界面行为发生变化进而影响叶片辊轧机辊系动力学特性的问题,建立了综合考虑支撑轴承以及楔板的表面形貌影响的叶片辊轧机辊系的垂直振动模型,计算了不同粗糙形貌的楔板与轧辊的接触载荷以及支撑轴承的非线性接触刚度。采用数值积分法求解了叶片辊轧机辊系垂直振动的动力学方程,分析了界面粗糙形貌对轧机辊系动力学响应特性的影响。研究结果表明:叶片辊轧机辊系振动位移幅值随着分形维数的增大逐渐减小,振动频率幅值也随之减小,且系统出现次谐波振动,表现出多频率振动现象。研究结果为实现辊轧机系统垂直振动控制提供了理论依据。     

CVC冷轧机工作辊垂直-水平耦合振动分析

轧机系统异常振动是影响轧件质量的主要因素。不同属性的振动共同促使了轧机系统的整体振动,辊系的垂直振动和工作辊的水平振动是较为主要的振动。根据某钢厂CVC轧机实际参数建立了轧机垂直-水平振动的动力学耦合模型并进行了求解,得到了变参数下轧机振动响应情况,通过提取钢厂轧机在线振动监测系统数据分析验证了仿真的正确性。结果显示,轧制工作辊处存在耦合振动情况,轧机系统振动特性与各种轧制工艺参数有关,对工艺参数进行适当调整可以有效地减小轧机振动。     

叶片辊轧机辊系在准周期激励作用下的振动特性分析

考虑两种不同频率的周期外部激励的作用,建立了含有准周期外部激励的叶片辊轧机非线性垂直振动动力学模型。采用多尺度法求解了系统主共振情况下的幅频特性方程,研究了系统在两种频率周期外部激励作用下的幅频响应变化规律,并且研究了高频激励参数对系统的动态特性影响。研究结果表明:随着高频激励系数的增加,系统的固有频率增大,系统主频与高频振动幅值加剧;高频激励频率在一定范围内增大,则高频振动幅值相应减小。     

谐波力矩和辊系偏心影响下轧机水平振动研究

考虑谐波力矩和轧辊偏心的影响，建立了工作辊水平振动的动力学模型。采用多尺度近似解析法得到了在谐波力矩和轧辊偏心影响下工作辊水平方向的主共振、超谐波共振和亚谐波共振的幅频特性方程，分析了阻尼系数、轧制力非线性系数以及谐波力矩变化下系统的幅频特性。结果表明：系统阻尼系数的增大会使幅频特性曲线的幅值和共振区域变小；随着轧制力非线性系数和谐波力矩的增大，幅频特性曲线的曲率和幅值增大，系统的稳定性降低。最后，对模型进行数值求解，并通过相轨迹和分岔混沌图等方法分析了谐波力矩和辊系偏心影响下系统的运动规律，发现谐波力矩和轧辊偏心力共同作用时会导致工作辊在水平方向上的混沌运动范围增大，使系统更容易出现失稳现象。通过将模型的数值解与近似解对比，进一步验证了谐波力矩和轧辊偏心力会降低工作辊运行的稳定性。研究结果为稳定工作辊的运行提供了一定的理论依据。     

HC六辊冷轧机垂扭耦合振动分析

轧机系统异常耦合振动是影响轧件质量的重要因素。通过对某钢厂2180型六辊冷轧机的现场测试及分析发现工作辊的异常振动会传递到主传动系统中,造成齿轮箱等部件的故障,万向接轴并未有效隔断振动的传递。根据实际参数建立了包含主传动系统扭转振动和工作辊垂直振动的轧机耦合振动数学模型,并求解了模型的响应特性。同时,通过仿真分析发现了轧机垂扭耦合振动的真实性。定量分析发现系统发生耦合振动时工作辊扭转角及振动位移变化相对较大,扭转振动对垂直振动的影响较为明显。此方法为抑制轧机系统振动、减少设备故障提供了理论依据。     

四辊轧机垂直振动特性研究及测试分析

为研究四辊轧机系统的垂直振动特性,考虑到四辊轧机具有较复杂的振动过程,建立了四辊轧机非对称6自由度垂直振动模型,利用机械振动学牛顿第二定律理论,构建四辊轧机的垂直振动系统动力学方程。采用Matlab软件对四辊轧机6自由度系统垂直振动模型的固有特性进行理论计算,对系统各阶固有频率及其相应的主振型进行分析,得到了第5阶固有频率是引起四辊轧机强烈自激振动的主要频率。通过现场垂直振动测试平台的验证,表明了该系统垂直振动模型具有较高精度的优点。以上研究结果为研究四辊轧机的现代动态设计、动力学分析以及抑振减振等问题提供了一定的理论基础。     

风电齿轮箱直齿轮传动系统动态特性影响分析

综合考虑齿轮啮合刚度、齿侧间隙、齿轮啮合误差以及外部激励等多种非线性因素对齿轮传动系统动态特性的影响,建立风电齿轮箱传动系统高速级直齿轮传动的纯扭转非线性动力学模型,用拉格朗日方程推导了传动系统的振动微分方程。采用Runge-Kutta法对直齿轮系统非线性动力学模型进行求解,得到传动系统的时域波形、频谱图和相位图。定量给出齿轮转速、齿侧间隙等参数变化对齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明:随着转速和齿侧间隙的增大,传动系统的振动幅值明显增大,系统的振动加剧。为风电齿轮箱传动系统的固有特性,动态响应等动力学特性奠定了一定的基础。     

四辊轧机辊系刚柔耦合动力学建模研究

板带轧机的工作稳定性取决于系统的动力学特性,其中轧辊沿轴线方向的弯曲变形运动是影响板带厚度和表面质量的主要因素。几种运动形式相互影响、耦合作用,令轧机辊系成为一个复杂多变量动态系统。为综合考虑轧制过程中轧辊不同振动形式之间的耦合效应,同时考虑工作辊动特性与轧制外载荷动态增量之间的相互作用关系,本文分别建立了辊系刚柔耦合动力学模型、轧机系统刚性振动耦合动力学模型和轧制变形区耦合动力学模型。通过建立的四辊轧机刚柔耦合动力学模型体系,对轧制过程进行动态控制,仿真分析了轧制过程中轧机辊系和变形区内轧件的动力学特性。     

液压缸驱动下叶片辊轧机传动系统动力学特性北大核心CSCD

为了分析液压缸非线性动力学特性对叶片辊轧机传动系统振动的影响,建立了液压缸与叶片辊轧机传动系统耦合振动模型,考虑载荷作用下齿条基体产生弹性变形,推导出上轧辊二级齿轮-齿条时变啮合刚度,采用Runge-Kutta法求得了系统动力学特性,研究了无杆腔的初始有效长度、齿轮-齿条啮合刚度等参数对辊轧机传动系统的动力学特性的影响。分析表明,无杆腔的初始有效长度的增加,使系统逐步由周期运动进入倍周期运动,最终转为混沌运动;此外,齿轮-齿条啮合刚度引起上轧辊一级齿轮以及上轧辊二级齿轮-齿条的振动位移在初始时刻产生一定的波动,而对下轧辊一级齿轮的运动状态影响较小。