冷板带轧机含振动因素的轧制力模型

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1、万方数据第30卷第4期2010年8月振动、测试与诊断JournalofVibration，Measurement＆DiagnosisV01．30No．4Aug．2010冷板带轧机含振动因素的轧制力模型’杨旭，童朝南(北京科技大学信息工程学院北京，100083)孟建基血惩荃(中冶集团建筑研究总院北京，100088)摘要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

2、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。关键词冷板带轧机振动耦合模型仿真中图分类号TG333TP271THll3引言随着现代化工业和科学技术的飞速发展，许多行业对冷轧板带表面质量和尺寸精度的要求越来越高，提高轧制速度和产品质量是冷轧行业发展的一个重要方向。而轧机振动，特别是三倍频振动是限制冷轧行业产量和产品质量提高的主要障碍之一。对于旋转、往复机

3、械，倍频是指其工作转速所对应频率的整数倍。与其他振动形式相比，三倍频振动频率为系统的第2阶固有频率，它常突然发生，并在很短时间内达到最大幅值，造成带钢表面厚度波动，降低了轧辊的使用寿命。近些年来，国内外学者从不同角度对其进行了研究[1-6】。但是轧机振动涉及理论众多，系统设备复杂庞大，并存在非线性、强耦合等问题，单独从某个角度来分析三倍频振动问题会存在缺陷。此外，扭转振动的固有频率(5～20Hz)远低于三倍频振动频率(100～200Hz)。过去认为轧机传动系统扭振不会影响系统垂直振动，随着振动形式的复杂和多样化，对轧机

4、振动的研究发现，这种复杂的机电液系统振动可能存在多种振动形式的耦合[7d0。。因此，从多种振动形式耦合角度分析三倍频振动便成为了一个关键问题。板带轧机作为一个多质量、旋转运动体系统，振动现象作为隐含因素在其运行过程中普遍存在，只是在各种条件的约束之下，这种振动现象没有明确体现。实际上，一旦轧机运行状态超出对产品的精度要求或设备承受能力，轧机振动现象便会显现出来，而这种故障状态与正常运行状态之间不存在明显的分界点，这对振动的分析与抑制带来了困难。轧制力是轧制过程中的关键，影响板厚和板型等产品质量的一切因素均可在轧制力模型

5、中体现，而轧机的振动产生与否同轧制条件密切相关，研究精确的振动过程轧制力计算模型就显得更为重要。本文结合轧机系统结构模型，提出了一个基于动态过程的轧制力计算模型，并对含轧制力因素影响建立的轧机耦合运动模型进行稳定性分析。通过仿真对比试验，验证模型的有效性，讨论在不同轧制速度下垂扭耦合振动对轧机垂直系统稳定性的影响。轧机振动系统模型1．1轧机系统结构模型轧机上发生的振动现象主要可以分为两大类：轧机主传动系统的扭转振动和轧机垂直系统的振动(三倍频振动和五倍频振动)。冷板带轧机是多质量弹簧系统，根据研究目的和对精度的要求，可

6、将其简化为单自由度或多自由度系统。为方便研究，本文将轧机简化为二自由度垂直振动系统，如图1所示。图中：m，，m。分别为上、下工作辊的质量；K。，K：分别为上、下工作辊刚度；C，，C。分别为上、下辊辊缝间国家发改委高技术产业化资助项目(编号：发改办高技[zoos]1899)；北京市教委重点学科共建资助项目(编号：XK100080537)收稿日期：2009—04—21；修改稿收到日期：2009—09—10万方数据第4期杨旭，等：冷板带轧机含振动因素的轧制力模型423阻尼；y。，y：分别为上、下工作辊垂直振动位移；尸。，为轧

7、制压力动态量。_'，t上y1。图1轧机垂直系统结构模型该模型振动方程为，，11y1+C1夕l+K1Yl=一P。(1)优2y2+C2夕2+K2Y2一一P。(2)轧机主传动系统可简化为多自由度“质量弹簧系统”，部分学者从轧机设备角度考虑，认为应将轧机主传动系统分为三质量体甚至四质量体系统。为了便于分析，本文将其简化为二自由度的“质量弹簧系统”，电动机一轧机两质量体系统模型如图2所示。图中：J为工作辊转动惯量；K，为主传动系统扭转刚度；C，为主传动系统阻尼系数；∞为工作辊角速度。ctJ图2轧机主传动系统结构模型该模型振动方程

8、为，护+C,O-f-K,O=R7F(3)F一{F-≤“-P”r(4)‘F。，==户尸。，其中：0，0，0分别为工作辊转动角加速度、角速度和角度；R7为弹性压扁后工作辊半径；F为摩擦力；R为静态摩擦力；F。。为摩擦力动态分量；甜。为系统静态摩擦系数；卢为主传动系统动摩擦系数。1．2辊缝几何参数模型辊缝(变形区)是带钢在轧制过程中直接