第八章冶金设备的自激振动.ppt

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1、冶金设备的自激振动危害机理对策SELF-EXCITEDOSCILLATIONSINMETALLURGICALEQUIPMENTHARMMECHANISMCOUNTERMEASURES李友荣武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室Email：liyourong@wust.edu.cn8.1热轧机主传动自激振动的危害剧烈的自激振动使设备受到强烈的高频冲击动载荷，导致设备损坏。8.1.1、太钢１０００初轧机主传动系统的自激振动THESELF-EXCITEDOSCILLATIONSIN1000MILL199

2、0年全年共断9根万向接轴8.1.2武钢1700热轧厂地下卷取机卷筒主传动系统扭振记录曲线动荷系数高达8.548.1.3、武钢二热轧R1轧机主传动系统的自激振动在轧制过程中发生多次自激振动，时间间隔几乎相等。1700R1轧机也发生过类似的自激振动，导致万向接轴叉头断裂。M上M下M上M下M高自激振动占整个轧制过程40～50%8.1.3、武钢二热轧R1轧机主传动系统的自激振动M上M下自激振动使主减速机高速轴的轴向力显著增大8.1.3、武钢二热轧R1轧机主传动系统的自激振动2007年12月，R1轧机主减速机高

3、速轴工作侧双列圆锥辊子轴承外侧一列的保持架再次发生断裂。工作端外侧保持架断裂8.2自激振动的机理THEMECHANISMOFSELF-EXCITEDOSCILLATIONS自激振动——由其自身运动决定的振动，“打滑”是诱发自激振动的主要因素。自激振动是一种非线性振动。自然界广泛存在自激振动:弦乐发出的美妙旋律，就是由琴弦的自激振动产生的；但机械设备的自激振动会产生巨大的破坏力。热轧开坯机主传动系统扭转振动力学模型R1轧机主传动系统简图8.2.1、轧辊与钢坯之间打滑引起主传动系统自激振动理论模型轧机主传动

4、系统扭振建模原则（抽象简化）1）即将转动惯量大而形变小的元件简化为集中转动惯量；2）将变形大而转动惯量较小的元件简化为扭转弹簧；3）在能量保持不变的前提下将系统转化为速比为1:1的系统。五自由度系统四自由度系统轧机主传动系统两自由度及单自由度模型由于主电动机转子的转动惯量比系统其它元件大得多，而万向接轴的扭转刚度又比系统其它元件小得多，因此可以将轧机主传动系统进一步简化为两自由度扭振模型。两自由度系统模型和振型图切分为两个单自由度扭振系统的力学模型主传动系统扭振模型＊打滑时，钢坯的速度小于轧辊的线速度。

5、＊不计轧辊以角速度ω进行的刚体转动，只研究轧辊主传动系统的扭转振动。＊将轧辊简化为装在一扭转刚度为K的扭簧上的圆盘，将钢坯视为以速度向左匀速运动（与轧辊刚体转动的相对运动）。轧机主传动系统自激振动理论摩擦系数与相对速度之间的关系8.2.1、轧辊与钢坯之间打滑引起主传动系统自激振动理论模型摩擦系数随相对速度的增大而减小.轧件与轧辊之间“打滑”图2.1轧辊扭振模型打滑时，钢坯的速度小于轧辊的线速度。不计轧辊以角速度ω进行的刚体转动，只研究轧辊主传动系统的扭转振动，则可将轧辊简化为装在一扭转刚度为K的扭簧上的

6、圆盘，将钢坯视为以速度向左匀速运动（与轧辊刚体转动的相对运动）(图2.1)。8.2.1、轧辊与钢坯之间打滑引起主传动系统自激振动理论模型图2.1轧辊扭振模型轧辊受到扭簧K产生的弹性扭矩和正压力N(轧制力)产生的摩擦力矩。当轧辊处于平衡状态时，则有：Kφ0=μsNR（2.1）式中μs——钢坯与轧辊之间的静摩擦系数8.2.1、轧辊与钢坯之间打滑引起主传动系统自激振动理论模型图2.2轧辊扭振模型当弹性扭矩大于摩擦力矩时，轧辊将向顺时针方向发生扭转振动（图2.2），摩擦力矩是逆时针方向，与轧辊运动方向相反，说明

7、摩擦力矩对主传动系统做负功。扭簧产生的弹性扭矩K(φ0-φ)（顺时针方向）将与钢坯与轧辊之间的滑动摩擦产生的摩擦力矩平衡，即：K(φ0-φ)=μkrNR（2.2）式中μkr——轧辊顺时针方向转动时与钢坯之间的滑动摩擦系数。轧机主传动系统扭转自激振动模型图2.2轧辊扭振模型轧机主传动系统扭转自激振动模型由式(2.1)和式(2.2)可知，轧辊扭转振动角度为：φ=φ0-μkrNR/K=NR(μs-μkr)/K（1.3）图2.3轧辊扭振模型当轧辊逆时针发生扭转振动时(图2.3)，扭簧的弹性扭矩为K(φ0-φ)，

8、钢坯与轧辊之间的滑动摩擦产生的摩擦力矩为μklNR（逆时针方向），由于摩擦力矩方向与运动方向相同，故此阶段摩擦力矩对主传动系统做正功。轧机主传动系统扭转自激振动模型图2.3轧辊扭振模型逆时针转动时，轧辊与钢坯之间的相对速度要小于轧辊顺时针转动时的相对速度，故其之间的摩擦系数μkl>μkr（μkl表示卷筒逆时针方向发生扭转振动）。摩擦力矩随相对速度的变化趋势如图2.4所示。相对速度越大，则摩擦力矩越小。轧机主传动系统扭转自激振动模型图2.4摩