板帶軋機振動研究

（中冶京誠工程技術有限公司軋鋼與金屬加工工程技術所，北京 100176）

板帶軋機振動問題是軋機自身攜帶問題，雖然近些年提高了軋制速度，改進了軋制技術，但是未能解決軋機振動問題[1]。

由于軋機在作業過程中產生振動，對其內部零件及軋材質量造成了嚴重影響，為了解決此問題，我國加大了軋制生產效率控制力度，并提出了一些問題解決研究思路[2]。在此時代背景下，本文通過構建模型，對板帶軋機振動問題展開全面分析。

1 板帶軋機振動問題分析

目前，對于板帶軋機振動問題的分析，主要以軸承、傳動軸、電機、液壓缸等零件作為重點研究對象，通過構建振動模型，探究振動響應特征，提出一些抑制措施[3]。由于國內在此方面研究較少，所以，大部分研究通過引進國外建模思想展開研究[4]。本文在對板帶軋機振動問題進行研究時，引用空間動力模型，對基于四輥熱軋板帶軋機振動展開研究。

2 基于四輥熱軋板帶軋機振動研究

2.1 模型的構建

本文依據軋板帶軋機結構特點，模擬動力學模型，如圖1所示。該模型由兩部分組成，即主系統及分支系統。前者包含2個萬向接軸和4個軋輥，后者包含液壓缸、軸承座、機架3部分。

模型中，軋機梁由萬向接軸和軋輥組合而成，以此承接作用力。軸承座為剛體，本文以傳動側軸承座為例，對軋機振動模型結構進行介紹。上軸承和下軸承與機架、軋輥建立連接，用不同顏色分別標記多個位置作用點。其中，紅色點代表承輥軸受下墊板和液壓缸作用力分布點；粉色代表軸承座與軋輥之間相互作用力分布點；綠色點代表軸承座受機架擋板相互作用產生力分布點；紫色點代表軸承座與機架側面相互作用產生力分布點。粉點作用力是綠點、紫點、紅點作用力的集中點。在探究傳動側軸承座受力時，考慮到其未受擋板作用，在原有基礎上去除綠點作用。利用模擬軟件將受力轉化為多個彈簧受力，沿軋輥軸線方向布設，利用洋紅色點標注。

圖1 基于四輥熱軋板帶軋機振動模型

2.2 振動響應分析

本文選取軋制1.6mm情況下振動展開響應分析，采用時域分析法，描述各個階段負載變化情況，并對信號進行解讀。

2.2.1 軋制過程時域描述

如圖2所示為板帶軋制扭振應變時域曲線，該曲線記錄各個階段負載變化。

圖2 板帶軋制扭振應變時域曲線

在圖2中，記錄了軋件咬入瞬間和甩出瞬間時域變化信號，咬入瞬間，軋機負載，當其轉換到甩出狀態一瞬間，生產卸載信號。除此之外，中間信號變化曲線分為4個階段分別分析，具體劃分如圖2所示。第1階段：板帶軋制操作，維持時間大約25秒，隨著軋機的振動生成變化波形，穩定一段時間后呈現出上漲趨勢；第2階段：自激起振，生成波形振動幅度較大，維持大約20秒，從整體來看，此階段曲線為連續葫蘆狀；第3階段：軋機擾動階段，生成曲線振幅逐漸減小，拍振消失，維持時間8秒；第4階段：振幅增加自激振動，與前幾個階段相比，此階段振幅較大，并且伴隨著噪聲，此階段曲線維持時間大約37秒。

2.2.2 信號解讀

由于第3階段維持時間較短，曲線振幅較小，拍振消失，板帶軋機振動不明顯，因此，本文在對信號進行解讀時，忽略此階段，分別對1、2、4階段信號展開研究。

（1）第1階段信號解讀：此階段隨著軋制時間的延長，產生的應變信號振幅微幅增加，形成穩定信號。由于軋機輥系穩定性較差，在整個軋制期間，各個軋輥之間動態交叉較為頻繁，導致應變信號和扭矩發生變化，呈現出明顯增加趨勢。由此可以推理，板帶軋制初期，各個軋輥之間存在較為明顯的動態交叉變化趨勢。

（2）第2階段信號解讀：該階段信號上接軸和下接軸生成曲線相似，本文以上接軸為例，分析扭振應變信號特性。整個階段拍振呈現出明顯的下降趨勢，與此同時，拍振頻率隨之增加，依據空間振動理論可知，當自激頻率等于固有頻率時，拍振下降。

（3）第4階段信號解讀：通過觀察該階段的時域曲線分布情況可知，軋機共振頻率變化較為明顯，并且部分曲線與第1階段共振頻率大小相同。所以，此階段軋機系統出現自激振動情況，其他時域階段存在軋件咬入沖擊及系統激勵情況。

2.3 板帶軋機振動抑制思路

通過分析板帶軋機振動時域分布情況，本文基于軋制自激振動理論，提出以下兩種振動抑制思路。

2.3.1 靜定穩定軋機設計研究

本文通過對比分析靜定穩定型軋機振動特性及非穩定型軋機振動特性，合理選取軋機結構設計方法，并提出設計思路。如表1所示為兩種情況下軋機振動特性統計表。

表1 兩種情況下軋機振動特性統計表

通過觀察表1中兩種情況下軋機振動特性可知，靜定穩定型優勢更大一些。由于當前使用的軋機機構存在嚴重缺陷，容易引發振動。對于此問題可以采用靜定穩定型結構展開改進研究，以此提高軋機性能。

2.3.2 壓下規程改進研究

依據軋機生產工藝要求，可以采用壓下規程制定改進方案，當軋機最大壓下率控制在臨界值以下時，便可以降低軋機振動產生頻率[5]。

另外，通過調整軋機參數也可以有效抑制軋機振動，該項方案的原理是通過調節變形區長度，改變軋機滑動速度，控制前滑值，以此優化影響因素，使得軋機振動免遭其作用，達到降低振動幅度的目的。

3 總結

本文主要圍繞板帶軋機振動問題展開研究分析，由于板帶軋機振動所受影響因素較多，簡單的工藝分析無法準確定位振動根源，本文通過構建模型展開全面分析。依據軋板帶軋機結構特點，構建動力學模型，此模型時域曲線反映了4個不同階段軋機振動時域特點。根據此特點，從靜定穩定軋機設計、壓下規程改進兩個方面提出軋機振動問題解決思路。