軋機壓下系統機電液耦合效應研究

劉繼生

（山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠，山東 濟南 271104）

軋機是現在市面上非常常見的一種冶金設備，軋機質量的好壞直接影響著工業產品的質量，以及會間接影響工廠的效益。軋機壓下系統是對厚度控制的最基本環節，對保證液壓缸的位置正確性起著重要的作用。在這種情況下，我們要不斷地提高其精度，使其充分地為工業生產服務。

目前，市面上的雙壓系統多為電氣雙壓下系統和電液雙壓下系統，主要是將粗調與微調相結合，粗調進行整體把控，微調可以做到精度符合標準。將電動壓用于粗調之上，微調時采用液壓，這種配合方法，在一定程度上能夠在響應速度和構件的規格精確度時均能達到一個非常好的效果。而且可以預見未來軋機壓下系統必然會對精度和響應速度不斷要求更高，從而不斷滿足目前對生產效率和生產質量不斷提高的要求。機械耦合是通過液壓缸進行的，根據力的相互作用液壓系統在活桿的連接下可以當作驅動力矩進行處理研究，從而使得液壓參數與機械成功的進行了耦合，進行了機液耦合連接。同時，軋機液壓壓下作為一個整體系統，液壓和機械作用在一個共同的系統，相互之間的耦合就會對系統的動態特性進行影響，使其發生電液耦合振動，這也就會使得軋機系統變得非常的不穩定，控制精度在這種情況下也會慢慢的有所下降。

1 背景

我國作為一個鋼材產量和使用量均很大的國家，根據中國鋼鐵工業協會最新統計數據顯示，1949 年，我國鋼產量只有15.8 萬噸，不足當時世界鋼產量的千分之一。2018 年年底，我國鋼產量突破9 億噸，占世界鋼產量的50%。鋼材自給率從新中國成立初期的缺鐵少鋼，發展到目前大部分鋼材品種的完全自給。

隨著國民經濟的進一步發展，鋼材的使用范圍變得越來越廣泛，因此，對鋼材的要求就變得越來越高，需要更高的質量更加高的精度，可是，這兩者目前仍然是我們國家的劣勢，因此，我們只能對軋機壓下系統提出了更高的要求。

2 現狀分析

總體來說，我們國家對于軋機的研究比較晚，經過大量科研技術人員的摸索研究，在軋機固有動態特性和與振動有關的特性上有了一些比較客觀的成果。但是，近年來，軋機系統變得越來越復雜，逐漸形成了一個囊括機械、電氣、液壓等多個學科的綜合研究系統，研究人員和團隊也在不斷地與多方面進行協作研究，逐漸形成了完整的研究模型和理論基礎，在這其中，發現軋機在工作的過程是各種特性相互耦合的結果。

在國內對軋機壓下系統的研究，主要是從模型建立、實驗分析、理論研究這幾個方面進行研究的。模型建立的方法有很多，目前，比較常用的主要是拉格朗日方程法、有限單元法。而實驗分析和理論研究主要還是以實驗數據作為出發點。

軋機壓下系統中機電液耦合效應的研究，主要體現在對軋機動力學系統進行建模，從而可以在動態的角度上進行分析。在國內，很多專業技術人員都認為機械系統的復雜性研究應該為單機架系統模型。而對軋機壓下系統機電液的耦合研究主要以垂振耦合的研究為主，自閆曉強等人發現在特定情況下傳動系統扭轉振動會引發系統的垂振動以來，經過諸如申延智、史榮、徐陽、王瑞鵬等人不斷地進行研究，2012 年，位于北京科技大學的冶金機械研究所發明了針對耦合振動的抑振器，并就此將其作為了對軋機耦合振動的抑制重要措施，主要就是將軋機的各種信號收集起來并通過相位識別進行運算，以此轉化為振動抑制信號，然后，便可以對耦合振動進行有效控制。

經過長達50 年的努力研究，對軋機壓下系統機電液耦合的研究已經取得了很大的進步，取得了許多可人的成果。但是，振動機理還并未給出清晰合理的解釋，因此，對于軋機壓下系統機電液耦合系統仍然任重而道遠，對其的研究仍然需要不斷地進行探索。

3 研究內容

若想設置合理的控制方法實現抑制和消除耦合作用的目的，必須通過多種仿真技術進行模擬分析，從而才能保證軋機工作的穩定和高效。

3.1 機電液耦合機理

機電液耦合的發生在各個構件的相互作用過程中，為了便于研究，我們通常把四輥軋機作為主要研究對象，以此以系統間參數建立數學模型，對機電液耦合機理及方式等問題進行著重的研究。

3.2 抑制耦合振動的方法

軋機壓下系統是一個由多質量的結構通過彈性連接構成的復雜的機械動力學系統，在外界作用力的作用下，若是各個機械構件的頻率相互吻合，軋機在整個系統中就處于一種極不穩定的狀態，這也就是機電液發生耦合振動的原因。軋機壓下系統與機電液耦合系統由于耦合系統的豐富分布導致這兩者無法避開，又由于機電液具有很大的非線性和不確定性，因此，對于耦合振動來說，這也是無法預知的，通過研究我們可以在進行仿真模擬研究后，我們可以提出具有針對性的擾動器的干擾耦合振動，這也就推動了我們對抑制耦合振動方法的研究。

3.3 仿真模擬

無論是建模還是對抑制方法進行研究，我們都繞不開一個重要的環節——仿真模擬，通過ADAMS、AMESIM 分別對軋機壓下系統的機械和液壓控制進行建模，構建一個機電液耦合的虛擬仿真模型，從而實現對具體的操作進行仿真模擬，從而實現構造一個虛擬樣機模型進行分析計算的目的。

4 未來展望

軋機壓下系統在未來對其的研究是會越來越深的，基于其的使用范圍在慢慢擴大，對其的要求也會越來越高，因此，我們必須慢慢提升自己對軋機系統的研究。機電液耦合是軋機壓下系統繞不開的一個話題，如何抑制其耦合振動，讓其充分地為我們軋機服務，是我們不斷要研究和加深的領域問題，進行數學建模，虛擬仿真實驗，對實驗進行結果分析得到合理的解決方法，從而達到抑制耦合振動使得機電液耦合效應為軋機壓下系統充分進行服務。但是，實驗依然存在著許多不足之處亟待解決：

（1）由于國內實驗條件的落后，我們的實驗進程僅僅停留在了虛擬樣機的仿真模擬上，缺乏大量實驗數據和實際工作情況的雙向考量，因此，如何引入后續的大量實驗設備，布置資金投入如何對數劇進行智能化的處理，成為我們目前需要克服的第一個問題。

（2）抑制耦合振動的優化問題，因為尚有很多原理還處于研究階段，所以對于耦合振動的優化問題變得尤為困難，下一步應該進一步發現目前機械化、智能化、自動化的手段不斷對優化方法進行高效的優化。

5 結語

軋機壓下系統作為鋼材處理的常用系統，承載的能力和強度都需要我們去關注，去不斷地研發，以保證軋機在我們正常生產的情況下變得高質和高效，更加的安全穩定。