1850四辊铝带冷轧机动力学特性与机理研究

为解决某大型企业1850四辊铝带冷轧机垂直振动问题,通过现场振动测试与数值仿真相结合的方法,针对轧机不同工况下的动力学特性对轧机系统进行了时域和频域振动特性研究,分析了不同轧制工艺参数对轧机动力学特性的影响。以四辊铝带冷轧机系统六自由度动力学模型为基础,该模型综合考虑了工作界面上的轧制力波动量、界面摩擦过程、工作辊运动过程构成的界面约束多因素耦合模型,对轧机固有特性、主振型及主振型的灵敏度进行了仿真分析。结果表明：轧机系统发生自激振动,工作辊振动核心频率为290 Hz,振动集中频段为250~350 Hz,振源在辊缝,轧制速度、轧件张力、辊缝摩擦状态、轧件厚度等是影响轧制界面耦合的重要因素。支撑辊和机架等部件在该频段的振动是系统交互传递的结果。     

金属塑性加工过程主要参数对系统振动影响的定量分析方法

本文针对轧机系统经常发生的自激振动现象,综合运用轧制理论、流体力学理论、润滑摩擦理论以及机械振动理论,建立了基于轧制力模型、界面摩擦模型、工作辊运动模型的系统动力学模型,并编制了相应的仿真分析软件。同时对某大型公司2 800轧机系统的自激振动进行了仿真分析。通过仿真分析,定量地分析了一些主要参数对轧机自激振动临界速度及振幅的影响。充分验证了本文所述理论及仿真的正确性。     

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。     

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。     

高速铝带轧机振动测试分析与振动机理研究

针对某大型企业2800四辊可逆式轧机出现的严重振动问题,为掌握轧机的振动规律并确定振源,进行了现场测试研究。从实际轧机机组运行中采集多物理过程的表现状态与过程信息,对轧机垂直系统振动特性进行了测试研究,确定了其振动机理和振源。采用六自由度简化弹簧质量系统建模对轧机固有特性进行了仿真分析。测试与分析表明:主导振动为轧机垂直系统的自激振动,确认振源在辊缝,确认辊缝多因素耦合导致的轧制过程动力学响应最为突出,得出了工作辊动力学行为的集中频带与核心频率。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。     

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。     

单辊驱动轧机水平自激振动定性分析

应用非线性力学模型分析了轧辊水平振动。在分析轧辊轧件接触界面之间相对运动及其相对变形与接触面上摩擦力的关系基础上,建立了轧辊水平振动的非线性动力学方程。分析了粘滑共存摩擦转变为全滑动摩擦对轧辊水平振动的影响。用相平面方法分析了轧辊水平运动规律,并确定了粘滑—滑动运动的极限环。定性地分析了轧辊水平运动的动力学特性,着重分析单辊驱动轧机水平自激振动产生的条件及其机理,得出影响轧辊水平自激振动的因素。提出轧辊水平自激振动模型。     

四辊轧机的六自由度垂直振动模型研究

提出一种四辊轧机工作机座垂直振动的六自由度集中质量模型,利用MATLAB软件平台对机座垂直振动的固有频率进行了数值计算。现场振动测试结果表明,计算结果比较精确。所构建的轧机工作机座垂直振动模型可以用于进行动力学仿真分析和结构动力学修改,对于全面掌握和了解四辊轧机的振动特性、避免轧机产生垂直自激振动和提高轧机的生产效率及轧制产品质量都有重要的理论和实际意义。     

基于动态轧制力的四辊轧机垂直震动及扭转震动特性探析

在工业生产中，四辊轧机已经成为不可或缺的一部分，但因为其工作过程中振动特性的复杂性，相关的振动机理研究还有所不足。本文通过多尺度法利用四辊轧机垂直-扭转耦合振动动力学模型结合实际轧机工作参数，就不同参数变化情况下的四辊轧机垂直震动及扭转震动特性进行研究，为研究解决轧机震动问题提供参考。     

无缝钢管连轧机组的自激振动分析

无缝钢管的轧制变形区作为轧制过程的工作界面,其动力学特性对连轧管机的轧制振动有决定性影响.文中分析了动态情况下轧制界面上的界面摩擦、轧制变形参数、轧辊运动等行为机理及其耦合特性,建立了轧制界面的动力学模型.通过模型研究轧制工艺参数与轧制力能参数的关系,分析了连轧管机自激振动发生的原因,并用数值模拟方法分析了不同轧制条件下轧制变形区的工艺参数与连轧管机自激振动的关系,为解释连轧管机的自激振动机理提供了理论基础.     

Multi-factor coupling system characteristic of the dynamic roll gap in the high-speed rolling mill during the unsteady lubrication process

In the present work, a multi-factor coupling dynamic model of a rolling mill system for a dynamic roll gap during an unsteady lubrication process was developed on the basis of the rolling theory, lubrication and the friction theory, and the mechanical vibration theory. The multi-factor coupling model of interfacial film binding was coupled with the rolling force model, dynamic roll gap interface friction model and work roll movement model. The corresponding distributions of friction and pressure at varying surface roughness and times were systematically analyzed during the unsteady mixed lubrication process. The effects of the main processing parameters on the critical speed and amplitude for self-excited vertical vibration were investigated.     

A thermal analysis of strip-rolling in mixed-film lubrication with O/W emulsions

Increase of both roll and strip surface temperatures can significantly affect a rolling process, roll conditions and strip mechanical properties. A comprehensive thermal analysis in cold rolling, especially in a mixed film regime, is needed to understand how thermal fields develop in roll and strip during rolling. It requires a simultaneous solution of the mixed film model for friction in the roll bite and the thermal model for roll and strip thermal fields. This paper presents a numerical procedure to analyse strip rolling process using lubrication with oil-in-water (O/W) emulsions. The thermal model includes the effect of heat generation due to the strip deformation and frictional shear stress at the asperity contacts. The numerical analysis employs a coupled thermal model and a mixed film lubrication model for calculating the friction and the asperity deformation in the bite. The thermal model considers the initial temperatures of the roll and strip, temperature rise due to the strip plastic deformation and friction. While the O/W mixed-film lubrication model takes into account the effect of surface roughness and oil concentration (%vol) of the emulsion. The thermal effect is analysed in terms of strip surface temperature and roll temperature, which are influenced by rolling parameters such as reduction, rolling speed, oil concentration in the emulsion. The results of the parametric study indicate that the effect of oil concentration on the thermal field is relatively small compared to that of reduction ratio and rolling speed. The reduction ratio increases the maximum interface temperature in the roll bite. In the mixed film regime, rolling speed also increases the maximum interface temperature and alters the temperature field of the strip. The numerical procedure was validated against known experimental data and can readily be extended to hot rolling or used to analyse roll strip temperature subjected to different cooling system.     

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.     

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。     

冷轧铝工作区的混合润滑特性研究

为研究冷轧铝工作区的混合润滑特性,基于平均流量理论建立考虑表面粗糙度的冷轧铝工作区混合润滑模型,并通过相关文献的数据验证模型的正确性.在不同轧制速度、润滑油黏度以及前后张应力条件下对整个工作区内的润滑特性进行分析,研究轧制工艺参数对油膜厚度、接触面积比以及应力分布的影响.仿真结果表明:随着轧制速度的提高,轧制压力有一定...     

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。     

离子双电层动态输运特性及电场对液体油膜压力的影响

随着流体动压润滑向纳米尺度发展,离子双电层对润滑性能的影响不能忽视。考虑到润滑过程中摩擦副相对速度是可变的,提出一种考虑离子动态输运特性与流场及电场耦合的离子双电层润滑模型,分析摩擦副相对运动速度和Zeta电势差对润滑膜的影响。分析结果表明：摩擦副相对运动造成了电势不均衡分布,平衡电势偏向于运动壁面Zeta电势,且相对速度的增大加剧了不均衡性;Zeta电势差对润滑液体承载能力影响显著,当Zeta电势差从0开始增大时,双电层电黏度效应及润滑液体承载能力先增大后减小。提出的模型实现了速度可变的双电层润滑瞬态仿真,为变工况下的双电层润滑性能分析奠定理论基础。     

金属轧制过程工作界面非稳态润滑模型研究

基于非稳态流体动力润滑理论和相应的数学物理方法,建立了板带轧制时工作界面非稳态润滑基本模型。通过入口区的分析,确定了入口油膜厚度。考虑了非稳态变量如带张力、轧制速度、入口角等因素对入口油膜厚度的影响,同时还分析了入口油膜厚度的频率响应情形。入口油膜厚度幅值与输入频率成反比。入口油膜厚度呈周期性的变化,但不是正弦波形,所以整个轧机润滑系统是非线性的。非稳态工作区的分析建立在已知的入口油膜厚度基础之上。通过数值计算,定性地分析了后张应力、表面平均速度、入口角等参数对油膜厚度分布的影响。     

宽带钢冷连轧机综合耦合模型的建立与分析

宽带钢冷连轧过程中,板形、板厚和张力控制之间存在着很强的耦合关系,相互影响对方的调节功效。为了进一步提高控制精度,进行解耦设计实现解耦控制是十分有效的手段,而其前提和基础就是冷连轧机综合耦合模型的建立和分析。首先,运用轧制理论对轧制过程中板形、板厚和张力控制的各种影响因素进行了系统的分析,然后考虑执行内环的动态特性建立冷连轧机综合耦合模型,以定量地描述轧制过程中辊缝、弯辊力、本架轧辊速度、前架轧辊速度和出口厚度、出口凸度、出入口张力之间的耦合影响关系。最后,基于Matlab/Simulink工具,采用此耦合模型对某冷连轧机末机架的耦合特性进行仿真分析,指出对其进行解耦控制的必要性。