板带轧机刚体柔体耦合振动系统的建模研究

板带连轧机组是由多个工作机座及其辅助设备组成的复杂工作系统,其中每个工作机座都是一个多变量、非线性动态系统,并通过板带与其相邻的工作机座相互作用。板带轧机系统可视为由机架、液压装置、辊系、运动板带等多个刚体和可变形体组成的柔性多体机械系统。轧制过程中,轧机辊系发生振动的同时还与其接触的轧件存在相对运动。因此在动力分析中,轧机辊系与机架间板带的弹性变形和刚性运动相互耦合作用。综合考虑辊系的垂直运动、轧辊的转动以及板带刚性运动和弹性变形,通过动力学分析,实现柔性多体机械系统中刚体和可变形体位移场的描述,进而确定由于系统构件刚性运动与弹性变形同时作用引起的强非线性惯性耦合与刚度耦合作用规律,建立板带连轧机柔性多体系统耦合振动机理模型,分析耦合作用下辊系的动态响应和轧机工作稳定性,为实现轧件厚度动态控制提供理论依据。     

板带材轧机横移辊系统同步回路的分析与改进

由于对板带材的质量要求很高,在板带材轧机上,广泛地采用液压弯辊装置和横移辊装置调整轧辊辊型来改善板形。应用弯辊系统消除对称浪,应用横移辊系统改善非对称的平直度缺陷。目前,弯辊与横移辊系统的结合代表了板带材轧机技术发展的现状。轧机中横移辊装置在轴向驱动工作辊(右四辊轧机中)或中间辊同步相向运动,同时在轴向固定轧辊并承受轧辊的轴向力。横移辊同步运动时的同步精度及轧机横移辊的锁定精度将直接影响板带材成     

利用轧辊移动技术改造板带轧机

利用轧辊移动技术对老式四辊板带轧机进行了改造,从而改善了钢板的板形     

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     

柔性多体系统动力学的轧机机架垂振系统仿真研究

应用机械系统动力学分析软件ADAMS,结合大型通用有限元分析软件ANSYS及三维建模软件SolidW orks,将虚拟样机技术融合柔性多体系统动力学仿真思想应用于板带加工领域,对轧制过程中轧机机架系统进行了垂直振动仿真研究,模拟在板带材来料厚度有波动的情况下柔性工作辊的弹性变形过程,对比刚性系统模型的仿真结果,得到更接近实际的参量分析,对轧制过程中多重非线性问题的解决提供了一个较好的思路。     

四辊CVC热带钢轧机板形控制特性的仿真

用流面条元法分析带材的三维塑性变形．用影响系数法分析辊系的弹性变形，将两者耦合，建立了四辊轧机板形和板凸度的分析计算模型。对四辊CVC热带钢轧机板形控制特性的仿真表明，随着CVC工作辊横移距离的增加，前张应力沿横向的差距增大；随着工作辊弯辊力的增加，前张应力沿横向的差距增大，且变化主要集中在板宽的边部；随着板宽的增加，前张应力沿横向的差距先减小后增大。     

热带钢轧机线性变凸度工作辊的研制及应用

为改善轧机的板形调控性能,在分析连续变凸度(Continuously variable crown,CVC)辊形技术的板形控制特性的基础上,开发出用于热带钢轧机的线性变凸度(Linearly variable crown,LVC)工作辊辊形技术及其相应的板形控制模型。LVC技术的板形调节能力与窜辊量成线性关系,同时与带钢宽度成近似线性关系。在满足宽带钢板形控制要求的同时,提高轧机对窄带钢的板形控制能力,使轧制各种规格带钢时所需弯辊力处于合理的的幅值。在1 700 mm热带钢轧机上一年多的工业应用表明,采用LVC工作辊后,板形控制精度提高30%以上,尤其是轧制高强度钢种时,凸度下降显著,轧制公里数一般都大于55 km,磨损辊形和轧辊消耗与常规工作辊基本一致。     

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。     

四辊轧机有载辊缝解析模型研究

针对轧制过程中轧辊的弹性变形和轧辊与轧件间的相互作用，通过对四辊轧机辊系变形和受力状况的分析，从理论上详细推导了直观的有载辊缝形状函数，明确了有载辊缝形状函数与相关因素的对应关系。同时，为了验证辊缝解析模型的准确性，采用该模型对某铝热连轧机的精轧末机架的出口板凸度进行了理论计算，并与在线测得数据进行比较，结果表明：该模型计算精度高，相对误差较小(低于15％)。该模型不但为板形的控制以及轧制板凸度的建模提供了理论基础，还为预报板形、研究板带截面上任一点的板凸度提供了方便。     

四辊轧机滚动轴承偏载与板形影响因素分析

为了分析板带轧机滚动轴承列间偏载和板形的变化规律,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了耦合轧件、工作辊、支撑辊及其轴承座的轧制过程整体变形分析模型,分析了辊径、摩擦系数、变形抗力及张力对轴承载荷分布和板凸度的影响。研究结果表明,轴承偏载程度和板凸度随轧辊半径和张力的增大而减小,随变形抗力的增大而增大;轴承偏载程度随摩擦系数的增大而增大,板凸度随摩擦系数的增大略有减小;轴承偏载程度与板凸度的变化呈显著正相关。研究结果可为板带轧机滚动轴承的使用和板形控制提供有益参考。     

宽带钢六辊冷连轧机横向刚度特性研究

板带轧机的横向刚度对于板形控制十分重要,研究轧机不同状态下的横向刚度变化规律对于实现板形的精确控制具有重要意义。本文针对某厂六辊轧机利用有限元软件ANSYS9.0建立了三维辊系有限元分析模型,分别分析了不同工作辊窜辊和中间辊窜辊下的轧制力横向刚度和弯辊力横向刚度的变化情况,为轧机板形控制量的调整提供了参考依据。     

万能凸度轧机非对称板形调控特性与广义整体板形控制策略研究

随着板形质量精度要求的不断提高以及板形控制技术的显著进步,非对称板形缺陷逐渐凸显为带钢轧制质量控制的重要技术难点。根据目前新建万能凸度轧机(Universal crown mill,UCM)逐渐具备新型非对称板形控制手段——反对称弯辊的有利条件,通过ANSYS有限元仿真计算软件,建立高精度辊系—轧件一体化耦合模型,分析UCM各对称与非对称板形控制手段沿带钢全宽调控特性的差别,并以板形调控功效矢量的形式进行定量表示。在仿真基础上,提出基于板形调控功效矢量的广义整体板形控制策略,并设计完整的板形设定计算模型与闭环控制模型。通过仿真试验表明,该控制策略能够很好地通过各对称与非对称板形控制手段的有效配合实现对复杂模态板形的有效控制,具有广阔的研究与应用前景。     

一种十八辊轧机板形调控方法

针对传统十八辊轧机板形调控手段有限,对轧制过程中出现的复杂的板形难以进行控制,制约了其应用范围的情况,提出一种对侧支撑摆臂进行分段设计,每段对应增加位移微调装置的改进方案。改进后的十八辊轧机,侧支撑可以分段独立调整,使工作辊沿轧制方向产生弯曲,进而控制带材的板形。改进后,十八辊轧机的板形调控手段得到扩展,调控复杂板形的能力得到提高。     

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。     

VC轧机内辊型优化设计技术的开发

针对VC辊轧机在大轧制压力轧制时,套筒塌陷位移抵消VC辊油压凸度、减弱轧机的板形控制效果并引起成品带钢产生双边浪板形缺陷的问题,充分结合VC轧机的设备与工艺特点,提出了一套VC辊内辊型优化设计技术,通过对VC轧辊套筒内凸式辊型的设计,使得轧机在大轧制压力轧制时,套筒内壁与芯轴表面出现局部接触,从而将套筒的塌陷位移控制在允许的范围内,抑制了双边浪等板形缺陷的发生,提高了VC轧机的板形控制范围,进一步拓宽了VC轧机的应用领域。     

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。     

四辊轧机辊系偏移距机理的不确定性和微尺度静定性

生产板带的四辊轧机辊系,普遍设置偏移距求得轧辊间平行定位及其稳定以防止辊间交叉,成为四辊轧机辊系平行定位机理编入轧机教科书及参考书中。近代相继出现的现代四辊轧机辊系都设置偏移距,但未能保证其机理的确定性,辊间动态交叉现象的发生屡禁不止,引发超大轴向力损坏推力滚动轴承或生成轧制支反力偏差破坏板形控制的稳定性。设置偏移距3mm的高速铝箔四辊轧机轴向力在线检测试验,揭示轧制过程中工作辊与支承辊之间发生规律性动态交叉现象。轧制中轧辊之间的动态交叉行为,与轴承座和机架窗口立柱间微小间隙大小相对应,只限于轧机的交叉角β≤0.05°区间,远小于交叉(Paircross,PC)轧机的交叉角(β=1°～1.5°),但派生的轴向力超出额定值的3倍以上。四辊轧机模拟辊系偏移距静态零调试验,探明轧辊间初始安装位置不变没有轧辊的水平位移。辊间动态交叉现象和静态水平位移为零的两种结果,揭示出设置偏移距机理的不确定性,不能用于四辊轧机辊系平行定位及稳定性设计。     

短应力线轧机辊颈过渡曲线形状优化研究

为了提高轧辊的承载能力和辊系结构的紧凑性,提出了对辊颈双圆弧锥面过渡曲线的优化设计方法。利用材料力学、奇异函数与拉普拉斯变换相结合的方法,建立过渡曲线的优化数学模型。结合750轧机基本尺寸要求,利用优化数学模型获得最优的过渡曲线,并根据短应力线轧机实际轧制过程和轧制理论建立优化后辊系的有限元耦合模型,模拟计算轧辊的工作压力分布和弯曲变形情况。结果表明,优化后轧辊的最大应力减少了15%,最大变形减少了10.8%,因此,轧辊优化设计的方法为降低轧辊弯曲应力和提高整体刚度提供了理论依据。     

四辊轧机板凸度控制能力分析

采用变分法求解金属横向流动,用影响函数法计算辊系弯曲变形,考虑轧辊热凸度,通过耦合迭代的方式,编写热轧钢板凸度计算程序。通过对1450 mm轧机、1780 mm轧机以及2050 mm轧机的板凸度的模拟,分析轧辊挠度、轧辊压扁、弯辊力和热凸度对钢板凸度的影响,为轧机辊系参数的设计提供参考。     

考虑车体弹性的集装箱平车动态响应分析

基于柔性多体系统动力学理论研究铁道集装箱平车动态响应。建立考虑车体弹性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,并与多刚体模型的动态响应进行对比。仿真结果表明:弹性体模型的车体加速度均方根值(RMS)较刚性体模型大,最大差值为2.8 m/s2;频谱分析显示,车体1阶扭曲、1阶垂向弯曲和1阶横向弯曲模态对空车振动响应影响显著;加装集装箱会改变车体模态振型,主要表现为扭转弹性变形和局部的弹性振动,对车体端部垂向振动响应影响显著。