冷軋鍍鋅機組光整機振動分析

王明瑞，呂劍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司冷軋部，河北 唐山 063210）

某熱鍍鋅機組采用四輥光整機，近期鍍鋅光整機在生產汽車外板時有輕微振紋，影響產品質量，需要對光整機進行振動測試，尋找引起振紋的振源，基本情況如下：（1）振紋間距基本固定，平均間距大概為10～20mm；（2）穩態軋制時軋制速度基本在90～140m/min左右。

1 光整機振動測試方案

結合現場實際情況，在光整機及其前、后最有可能引起板材振紋的位置布置21個振動傳感器，對汽車外板的生產過程中的振動信號進行采集，分析各個傳感器振動信號的時域與頻域特征，尋找與振紋間距相對應的振動頻率。

圖1 入口防皺輥傳動側時域圖及頻域圖

由圖1可以看出，入口防皺輥傳動側的振動幅值0.12g，動態測試過程中頻率分布非常集中，基本固定在130Hz與260Hz左右。

圖2 出口防皺輥操作側時域圖及頻域圖

由圖2可以看出，出口防皺輥操作側的振動幅值0.16g，動態測試過程中頻率分布較集中，重要集中在100Hz、250Hz左右。

綜合上述信息，可以得到表1。

表1 測試信號特征

經過分析研究，可以得到如下幾點結論：（1）由于光整機的軋制速度較低，因此所有的測試點振動幅值均不是很大，最大值也沒有超過一個重力加速度；（2）按照振動幅值的大小進行排序，工作輥振動幅值最大，入、出口防皺輥次之，支撐輥、轉向輥與張力輥的振動幅值很小。本次測試軋制速度基本穩定在125m/min，實測振紋間距近似為15～20mm，可以計算計算得到引起振紋的振源每秒鐘振動的次數（振動頻率）為

125×1000/60/(15～20)≈ 104～ 138Hz

這個頻率范圍剛好為入、出口防皺輥的振動頻率吻合，因此就光整機區域而言，引起帶材振紋的振源是入、出口防皺輥。

2 防皺輥固有頻率計算

對于防皺輥，其固有頻率計算可以看做是一個兩端簡支的軸，其固有頻率可以根據下式計算

式中，k是防皺輥剛度，N/m；f是固有頻率，Hz；D是防皺輥等效直徑，m；l是防皺輥兩簡支點距離，m；m是防皺輥質量，kg。

防皺輥結構為芯軸加套筒結構，對于套筒部分，其簡支點為套筒與芯軸之間軸承寬度的中點，根據其圖紙可知近似長度為2.1m。套筒的外徑與內徑近似為0.3m與0.24m，其等效直徑為0.263m（根據慣性矩計算公式可得），套筒質量為493kg，將其代入式（1）可得防皺輥套筒的固定頻率為114Hz。

通過上述計算可知，防皺輥套筒的固有頻率剛好處于100～140Hz之間。

3 防皺輥改造更換后效果驗證

在完成防皺輥改造更換后，根據生產情況安排進行第二次信號采集，第二次測試的振動幅值與振動頻率與第一次測試相比既有相同之處也有不同之處。相同之處在于同一個輥子其操作側與傳動側振動幅值與振動頻率基本相同，因此下面只給出一個輥子一側的振動時域與頻域圖；不同之處在于各輥子的振動頻率分布與第一次測試有所不同，輥子的振動幅值也比第一次測試時降低了。下面給出各輥子的振動實測曲線。

由圖3可以看出，防皺輥的振動幅值：0.12g，動態測試過程中頻率分布較集中，頻率集中于260Hz。

與第一次測試相比，盡管汽車外板的軋制力明顯增加，但各個輥子的振動幅值反而比第一次測試都有所減小，主要原因是第二次測試時軋制速度偏低，基本穩定在80～90m/min。

從振動頻率分布特征來看，第二次測試工作輥的振動頻率與入、出口防皺輥的振動頻率都比較集中，但是并沒有集中于與振紋間距相對應的100～140Hz，而是集中于更高的頻率260Hz與310Hz，因此應該不會出現明顯的振紋（按照振動理論，振動頻率越高，反映到帶材表面的效果越不明顯）。

通過測試與分析，最終可以得到如下結論：（1）就光整機區域而言（包括光整機前、后的輔助輥），引起板帶材振紋的振源是前、后防皺輥，因為其振動頻率較為集中，而且與振紋間距對應性較好。（2）防皺輥套筒的固有頻率剛好處于100～140Hz之間（與振紋間距對應）。通過改變其結構以改變其固有頻率，可以實現減振、改善產品質量的效果。