無縫鋼管軋制過程的振動穩定性分析

王瑞 陳松

摘要：我國在無縫鋼管軋制中，常用的機器是連續軋機，物料軋制過程中的振動在很大程度上會影響機器的穩定性，在此過程中，產品質量也會受到不同程度的影響。然而，在實際研究中，這方面的研究相對較少，從理論的角度，對連軋機在運行過程中的振動穩定性進行研究，從而促進實際生產。

關鍵詞：無縫鋼管軋制過程;振動;軋制;穩定性

在無縫鋼管軋制過程中，減振對軋機振動的穩定性起著重要作用，影響著產品的質量。采用動態分析的方法無縫鋼管的軋制過程，建立了力學模型和軋制過程的微分方程，軋制過程使用數值方法的穩定性分析，確定軋制的穩定性降低，為無縫鋼管軋制工藝參數提供參考。

一、理論基礎

連軋管機在運行過程中的振動會在一定程度上對產品質量產生影響，舉例來說，在連軋管機運行過程中，由于會出現振動，會導致鋼管沿著機器軸向產生波紋，這對產品質量的影響非常大，嚴重時還有可能導致連軋管機的損壞。但在理論層面中，連軋管機的這種振動現象還沒有有效辦法得到解釋。隨著研究力度的加深，越來越多的專家與學者也對連軋管機的這一現象進行了研究，并獲得了一些成果，如一些學者構建起了動力學模型，一些學者對參數工藝進行了研究，還有一些人構建起了微分方程，這些成果都對研究軋制鋼管過程中的振動穩定性分析提供了有力的分析理論基礎。

二、無縫鋼管軋制過程的振動穩定性的分析

三、軋機穩定性的具體算例

通過數值解析方法分析軋機水平振動的變化規律.例如，軋輥最小直徑D=518.2 mm，鋼管與軋輥之間的摩擦系數為μ=0.3，軋輥的轉動速度n=11.7 r/s，軋制前的鋼管直徑為356.05 mm、壁厚為26.97mm，取長度L=2 m，軋制后的鋼管直徑為339.55 mm、壁厚為19.83 mm，材質為28CrMo47V鋼，軋制壓下量為8.4mm，最大軋制力為351，t軋制溫度為1 050 e，材料的彈性模量為E 1=6.912x 103MPa，材料的泊松比μ1=0.28.軋輥的材料為球墨鑄鐵，其彈性模量為E 2=1.45 x105MPa，泊松比為μ2=0.3.相對阻尼系數隨著軋輥壓下量的增加而逐漸增大，當軋制壓下量小于23.63 mm時，連軋機系統的相對阻尼系數小于1，連軋機處于欠阻尼狀態，在軋制過程中有可能出現自激振動，通過計算比較分析可得：當軋輥的壓下量為3.27mm時，軋輥的固有頻率與系統的自激振動頻率成3倍頻程關系，此時，軋機容易產生自激振動;當軋制壓下量大于23.63 mm時，連軋機軋制系統的相對阻尼系數大于1，軋制系統將處于過阻尼狀態，連軋機處于非振動狀態.從動力學的角度分析，在適當的軋制工藝參數下，連軋機可以穩定軋制無縫鋼管。綜上的計算和分析可得：連軋機在軋制過程中，由于鋼管的軋制速度、軋輥的輥縫、摩擦系數及軋制力等因素的影響，導致了被軋鋼管在軋制運動方向上波動，進而影響了軋輥和鋼管的接觸剛度和接觸阻尼.因此，在軋制過程中，尤其當自激振動頻率與系統的固有頻率成比例關系時，更易使連軋機產生自激振動.

總之，在對軋制無縫鋼管的過程中，工藝的制定需要以軋制壓下量為基礎，其原因在于鋼管與軋輥接觸過程中的剛度與阻尼會在很大程度上收到雜質壓下量的影響，到達一定程度以后，很有可能會造成連軋管機的系統發生共振，甚至會誘發自激振動。所以，軋制過程中工藝參數的合理制定能夠提升軋制過程中的穩定性。經理論與計算能夠得出，軋制壓下量與連軋管機阻尼系數之間的關系為正相關，除此之外，軋制速度、壓下量、變形抗力、鋼管型號、摩擦系數、材料情況等參數也都與之相關。

參考文獻：

[1]何金.無縫鋼管軋制過程的振動穩定性探討.2017.

[2]王曉林.淺談無縫鋼管軋制過程的振動穩定性分析.2017.

（作者單位：天津鋼管集團股份有限公司）