轧机颤振建模及理论研究进展

轧机颤振是由系统结构动力学与轧制过程动力学相互耦合导致的一种自激振动,对轧机颤振的研究除了需要合理有效的结构模型,还有赖于对轧制过程的精确表征。现有的轧机结构模型除了考虑三倍频、五倍频及扭振三种基本振动形式和多方向多模态的耦合问题,还有通过张力模型和时滞传递模型耦联而建立的多机架连轧模型。此外,多种非线性因素和非对称特征对轧机颤振的影响也越来越受到重视。Slab分析方法是轧制过程建模最重要和广泛的方法,包括不同变形条件下屈服准则的建立、摩擦模型的确定以及应力分布的计算。基于Slab分析法建立的轧制过程模型包括稳态轧制模型、考虑辊缝波动量的准静态模型以及同时考虑辊缝波动及其波动速度的动态轧制模型。将动态轧制力作为反馈激励源,作用于相应的轧机结构模型,从而可以构建轧制过程与系统结构相耦合的颤振动力学模型,研究系统的稳定性及失稳准则。     

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。     

冷板带轧机含振动因素的轧制力模型

通过对冷板带轧机振动过程的分析,结合轧机系统结构模型,考虑工作辊和轧件的弹性变形,推导轧机垂直系统振动过程中带钢厚度、张力、辊缝接触弧长及辊缝摩擦状态变化与轧机扭转振动系统中工作辊速度、摩擦系数变化对轧制力的影响公式,建立振动状态下的轧制力模型,运用稳定性判据对含轧制力影响因素的轧机系统运动耦合模型进行分析,最后对此模型进行仿真对比验证,讨论不同工况下和垂扭耦合对轧机垂直系统稳定性的影响。结果表明,该模型符合实际情况。     

冷连轧机组耦合振动模型及影响因素分析

针对板带轧制过程轧机出现的垂直振动问题,分析轧机液压与机械系统耦合作用,建立4自由度轧机机-液耦合振动模型.研究前后张应力、压下制度和摩擦因数对轧机振动过程中轧制力的影响,构建轧机振动轧制力增量模型.基于振动系统正负阻尼对轧机振动的稳定性影响,提出用于表征轧机振动发生概率的振动系数指标与轧机稳定判别模型.同时选取现场典型规格产品为例,分析出轧制速度、压下制度、平均张力、乳化液流量、乳化液浓度和乳化液温度等关键工艺参数对振动系数的影响规律,并编制轧机振动系数计算软件,将其应用到某厂五机架冷连轧机组,验证了本文提出的振动判别模型的有效性.     

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。     

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。     

基于动态轧制力的轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究

针对轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究还不完善的问题,考虑轧辊与轧件间动态轧制力因素影响,建立了垂直振动系统和主传动系统的动态轧制力模型。在此基础上,考虑轧辊摩擦力的动态分量,建立了基于动态轧制力的轧机二自由度垂扭耦合振动系统模型。利用相平面法和Poincare映射方法分析了垂直振动系统发生主共振的情况下,垂直振动系统的线性阻尼、外扰力和主传动系统的线性阻尼变化对轧机垂扭耦合振动的影响。研究结果表明当参数变化时系统呈现周期运动、准周期运动和混沌运动等多种运动状态,可通过调整参数值避免系统产生混沌现象,提高系统的稳定性。分析结果为工程中解决轧机垂扭耦合系统的振动问题提供了一种参考。     

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.     

薄板冷连轧自激振动的临界轧制速度研究

轧机是典型的结构与工艺相互耦合的复杂动力学系统,在内源反馈激励作用下驱动能量在某种条件下被转换为结构的振动能量而引起自激振动。轧制速度既是生产效能的直接衡量指标,也是触发轧机振动失稳的关键因素,因此对临界轧制速度的研究对于预测和抑制自激振动的产生具有重要意义。考虑轧制界面的等效弹塑性刚度,建立某薄板轧制六辊轧机的8自由度非对称结构模型,基于平面应变假设运用SLAB理论计算法建立轧制过程模型,通过轧制力计算值和实测值的比较对模型有效性进行验证,并运用TALOR展开得到力能参数的增量模型,从而建立结构-工艺相耦合的动力学模型。通过对模型的LAPLACE变换得到S域特征方程,应用ROUTH稳定性准则得到系统的失稳条件以及产生自激振动的速度阈值,分析工艺参数对其影响规律,并进而提出工艺规程的制订及优化途径。将计算分析结果与生产现场实际情况相结合,对轧制过程升速阶段和匀速运行阶段的典型振动现象及抑制策略进行仿真再现,并从临界轧制速度与自激失稳振动的关系对其进行解释。研究结果表明临界轧制速度是评价轧机振动及轧制稳定性的重要指标,通过连轧机架间的压下规程配比和工艺条件优化可以提高临界轧制速度,从而实现薄板轧机的高速稳定轧制。