軋機振動原因分析與及其抑制措施研究

摘 要：軋機振動對保證設備的順利高效工作具有重要的影響。本文在分析了軋機振動原因的基礎上，從多個方面提出了抑制軋機振動的相關措施，尤其提到了先進的工作輥彎輥與竄輥功能，為解決軋機的振動情況奠定了一定的分析基礎。

關鍵詞：扭振；垂振；耦合；竄輥與彎輥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.021

0 引言

軋機振動是世界范圍內板帶材軋制生產中普遍存在并難于解決的問題，這些振動表現為軋機顫振、軋件表面振紋、軋輥表面周期振痕，軋制時異響，主傳動系統顫振等，這些都是高效率、高附加值、高端產品軋制的障礙[1]。影響軋機振動的原因很多，理清其振動發生特性并采取相應的抑制措施，對保證軋機的順利高效的工作具有重要的意義。

本文以某熱連軋廠線為例，尤其是薄規格產品和高附加值產品的軋制過程中，達到一定軋制速度時，軋機出現振動的情況進行說明，分析振動造成生產的不穩定的原因，并提出相應的振動抑制措施，給設備的穩定運行重大隱患的避免奠定了一定的分析基礎。

1 軋機振動原因分析

根據軋機受力情況，可將軋機部件按照兩種不同的載荷傳遞系統進行振動分析。一種是軋機的主傳動系統，包括主電機、電機聯軸器、主減速機、中間接軸、人字齒輪機座、鼓形齒接軸、軋輥、工作輥竄輥裝置等；另一種則是軋機的機座系統，包括軋機牌坊、上下階梯墊裝置、AGC液壓缸、上下支撐輥、上下工作輥、以及工作輥彎輥與平衡裝置等。主傳動系統的振動形式主要是扭轉振動，機座系統的振動形式主要是垂直振動。

以往的研究認為扭振不會引起垂振，垂振也不會引起扭振，隨著對軋機振動研究的越來越深入，會發現在垂振信號中，存在著扭振的頻率，扭振與垂振之間存在著耦合關系[2]。

（1）主傳動系統振動情況分析：供電電網的頻率，變頻控制的調節頻率和特征頻率，主傳動機械扭轉系統的固有頻率都會產生振動現象。在非穩態軋制時，如軋鋼時咬入軋件，拋出軋件，間隙沖擊，打滑，都使得傳動系統產生扭振現象。一般振動頻率為40-60HZ及其倍頻。

（2）機座系統振動分析：液壓伺服控制系統的特征頻率和調節頻率、壓下系統的調節頻率和特征頻率以及機械固有頻率會引起垂直振動，一般振動頻率在40-80HZ及其倍頻。

（3）動力學的缺陷：主傳動系統的調節頻率和特征頻率、液壓壓下系統的調節頻率和特征頻率與機械固有頻率接近將產生較大的振動現象。

（4）主傳動系統的扭振和機座系統的垂振耦合形成工作輥的振動，工作輥的振動通過輥縫壓力反饋伺服系統，通過速度電流反饋至變頻控制系統，形成惡性循環，加劇軋機的振動。

2 軋機振動抑制措施

避免軋機振動的措施主要有兩個方面：一是消除振動起因；二是增加系統的阻尼以減小振動幅值。

（1）在設計方面，避免動力學缺陷，通過調整機架間機座系統的固有頻率和主傳動系統的固有頻率，避免兩種頻率引起的共振現象。這種方法屬于事前抑制，在軋機設計時，進行相應的校核，無法應用于現有軋線的振動抑制。

（2）優化工作輥彎輥與竄輥系統結構，控制軋機精度。目前國內出現較多的工作輥彎輥與竄輥系統結構是竄輥缸體固定于彎輥塊上，竄輥缸活塞桿缸頭通過壓蓋聯接于牌坊固定塊上，液壓動力源驅動竄輥缸體、彎輥塊及軋輥完成軸向位移。軋機軸承座與彎竄裝置之間以及彎竄裝置內部的固定塊與移動塊之間的滑板磨損會導致軋機軸承座與牌坊之間的間隙過大，加劇軋機的振動，通過更換滑板或者加墊片調整的方式控制間隙可以抑制振動。這種方法抑制振動的能力有限，當軋機與牌坊之間的間隙過小時，工作輥裝輥時將出現卡阻，無法裝入等現象。

國外先進的竄輥結構，彎輥缸體與軋機牌坊固定在一起，竄輥缸活塞桿與彎輥缸體是整體結構，竄輥時彎輥缸體不動，竄輥缸體帶動軋輥軸向竄動。其先進竄輥與彎輥系統示意圖見圖1所示：

（3）優化振動較大部位如鼓形齒接軸的結構形式，抑制振動。常見鼓形齒接軸，輥端齒潤滑采用循環稀油潤滑，齒輪座端進油，輥端回油，回油采用接油盒形式，接油盒處采用軸承結構，當軋機高速轉動時，輥端振動較大；新的內循環式鼓形齒接軸通過在軸內部設置油路，將回油引至齒輪座端，可以很大程度上降低接軸的振動。

（4）引起軋機振動的關鍵因素就是軋制力，改善軋輥潤滑，合理分配各軋機軋制力，降低易振軋機軋制力，提高開坯溫度，降低軋制入口張力，降低帶鋼出口溫度，合理配備軋輥直徑等方案有效抑制軋機振動。

（5）合理調整軋機的控制參數，優化液壓伺服系統以及電機的變頻控制等抑制耦合振動。目前比較成熟的有解耦抑振器，通過在線監測系統的數據的采集和分析，進行解耦及自適應參數優化設定，作用于軋機的兩大動力源，液壓系統和電機系統，抑制振動。

3 結語

目前軋機的振動抑制基本都是事后性的，沒有在軋機的設計階段考慮到軋機的振動，將主傳動系統的固有頻率、機座系統地固有頻率和機械設備的固有頻率分散開，從而在設計上避免軋機的動力學缺陷。在事后抑制方面，主要通過控制軋制力，改善軋輥潤滑，傳統調整控制軋機精度的方式，對于軋機振動的抑制能力有限，解耦抑制將是一個發展方向。

參考文獻：

[1]王芳，董宏.軋機垂直振動的研究現狀與展望[J].軋鋼，2008（03）：46-47.

[2]司小明.馬鋼CSP軋機振動分析[J].安徽冶金，2010（03）：37-40.

作者簡介：鳳成龍（1984-），男，工程師，主要從事設備管理工作。