基于动态轧制力的四辊轧机垂直震动及扭转震动特性探析

在工业生产中,四辊轧机已经成为不可或缺的一部分,但因为其工作过程中振动特性的复杂性,相关的振动机理研究还有所不足。本文通过多尺度法利用四辊轧机垂直-扭转耦合振动动力学模型结合实际轧机工作参数,就不同参数变化情况下的四辊轧机垂直震动及扭转震动特性进行研究,为研究解决轧机震动问题提供参考。

基于动态轧制力的冷轧机非线性振动特性研究

在Bland-Ford-Hill轧制力模型的基础上,考虑冷轧机轧辊在垂直方向上振动位移动态变化影响,建立一种动态轧制力模型。针对该轧制力公式,通过对轧制力和轧辊压扁半径条件进行解耦计算,推导出轧制力的显示计算式。在此基础上进一步考虑轧机机械结构振动影响,建立含有动态轧制力的轧机辊系非线性垂直振动方程。采用谐波平衡法求解出该系统的主共振幅频特性方程。以实际轧机参数进行仿真研究,分析轧机中非线性刚度、阻尼、外扰力等参数变化下的轧机主共振幅频特性,并研究外扰力发生变化时轧机的动态分岔特性。研究发现,随着外扰力的变化,轧机可能会出现周期、倍周期、混沌运动等一系列复杂的运动状态,这为研究抑制轧机振动问题提供有效的理论参考。

基于动态轧制力的冷轧机两自由度垂直振动特性

考虑冷轧机轧辊在垂直方向上振动位移动态变化的影响,建立了一种动态轧制力模型,在此基础上考虑轧机机械结构振动的影响,推导出含有动态轧制力的轧机辊系两自由度非线性垂直振动方程,采用多尺度法求解该系统的主共振及内共振幅频特性方程。对轧机实际参数进行仿真,分析了轧机中非线性刚度、阻尼、外扰力等参数变化时的轧机主共振幅频特性以及内共振幅频特性,并研究了轧机工作辊与支承辊的动态分岔特性,发现随着外扰力的变化,轧机辊系均会出现周期、倍周期、混沌运动等一系列复杂的运动状态,并得到了各轧辊出现不同运动状态的条件,为研究抑制轧机振动问题提供了有效的理论参考。

动态轧制力下冷连轧机超亚谐共振特性分析

在考虑动态轧制力的基础之上,同时结合影响冷连轧机振动的机械结构、辊系间的非线性刚度以及周期性外激力等因素,建立了动态轧制力下的四辊冷连轧机非线性振动动力学模型。运用多尺度法求解得到了冷连轧机系统的3次超谐共振和1/3亚谐共振幅频特性方程,仿真分析了不同参数变化下系统的共振特性。发现外激力对超亚谐共振的影响均较微弱,可见轧制力的动态变化部分对系统所受外力有极好的调节作用。增大系统阻尼可以有效减小振幅和缩小共振区域,而非线性刚度对超谐和亚谐振动的影响比较剧烈,易造成系统出现失稳现象,因此需要选择适当的参数区间,使轧机得以平稳运行。

基于动态轧制力的四辊冷轧机七自由度振动特性研究

针对四辊冷轧机座辊系系统,考虑轧辊振动位移对轧制力影响,建立基于动态轧制力的非线性七自由度振动模型;用平均法求解该模型获得系统的幅频特性方程,利用奇异性理论获得系统的分岔行为。通过现场数据分析各参数对幅频特性及对系统分岔、混沌特性影响。可为四辊冷轧机的动力学研究、抑制振动提供理论参考。

基于动态轧制力的四辊轧机垂直-扭转耦合非线性振动特性研究

考虑轧辊垂直振动位移和扭转振动角动态变化影响,建立了动态轧制力和动态轧制力矩模型。在此基础上进一步建立了四辊轧机垂直-扭转耦合非线性振动动力学模型。采用多尺度法得到了该轧机耦合振动系统的主共振幅频特性方程。采用实际轧机参数,分析了动态轧制力非线性参数、外扰力矩等参数变化对轧机垂直振动和扭转振动主共振幅频特性的影响,并研究了不同外扰力下该系统的分岔行为,得到轧机在垂直和扭转方向出现周期、倍周期以及混沌等振动行为的条件,这为进一步解决轧机的振动问题提供理论参考。

基于动态轧制力的轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究

针对轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究还不完善的问题,考虑轧辊与轧件间动态轧制力因素影响,建立了垂直振动系统和主传动系统的动态轧制力模型。在此基础上,考虑轧辊摩擦力的动态分量,建立了基于动态轧制力的轧机二自由度垂扭耦合振动系统模型。利用相平面法和Poincare映射方法分析了垂直振动系统发生主共振的情况下,垂直振动系统的线性阻尼、外扰力和主传动系统的线性阻尼变化对轧机垂扭耦合振动的影响。研究结果表明当参数变化时系统呈现周期运动、准周期运动和混沌运动等多种运动状态,可通过调整参数值避免系统产生混沌现象,提高系统的稳定性。分析结果为工程中解决轧机垂扭耦合系统的振动问题提供了一种参考。

非稳态变工况下动态轧制力模型研究

考虑工作辊水平振动、垂直振动和动态轧制工艺参数,建立基于一维卷积神经网络(1D CNN)和长短时记忆网络(LSTM)相结合的CNN-LSTM动态轧制力模型。针对热轧过程产品规格多、频繁换辊等非稳态变工况问题,采用迁移学习方法加强对小样本目标数据的动态轧制力预测。结果显示:CNN-LSTM模型具有更好的泛化能力,在10354组数据时,CNN-LSTM动态轧制力模型的预测精度为96.7%,相对误差在0.3%以内;针对变工况情况,迁移学习模型需600组数据才使预测精度达到90%以上。使用迁移学习方法节省了数据训练和参数调整时间,提升了小样本目标数据的预测精度,能够更好地适应实际生产,为动态轧制力快速预测和抑振提供了新的思路。

基于动态轧制力的波纹辊轧机非线性振动

金属层状复合板波纹辊轧制成形技术是一项变革性技术。为研究动态轧制力对波纹辊轧机振动特性和分岔行为的影响,考虑了波纹辊轧机动态轧制力、波纹界面间的非线性刚度和非线性阻尼,建立了基于动态轧制力的波纹辊轧机非线性振动数学模型。运用多尺度法求解了波纹辊轧机辊系在动态轧制力激励下的非线性振动幅频特性方程。分析了动态轧制力幅值、非线性刚度系数和非线性阻尼系数等参数对非线性振动的影响。通过最大Lyapunov指数、分岔混沌图、Poincaré截面和相轨迹等方法分析了轧制力的动态变化对系统稳定性的影响,设计了分岔反馈控制器对轧制力动态变化诱发的分岔行为进行控制,并且通过数值仿真验证了控制器设计的正确性和可行性。

热连轧轧制特性分析及轧制力动态锁定策略

为获得热连轧最优厚度控制策略,进一步提高厚度控制精度,基于轧制特性过程分析,分析轧制过程中辊缝、来料厚度和温度等对出口成品厚度的影响,得到各影响因素的厚度影响系数。针对厚度计AGC和监控AGC存在相互干扰的问题,提出一种动态锁定轧制力控制策略,并将优化后的厚度策略应用于某热连轧厚度控制系统中。研究结果表明:对于典型规格的带钢,平均厚度偏差在±25μm范围内厚度预测精度可达96.8%以上,偏差在±50μm范围内厚度预测精度可达98.8%以上,优于现场控制要求。

动态轧制过程下轧机辊系分岔与混沌特性

基于热连轧机的机械结构和工艺结构,考虑态轧制力对轧机振动的影响,建立了轧机辊系的非线性动态轧制振动模型。根据Lagrange原理,得到了轧机辊系的动力学方程,应用多尺度法求解了系统的分岔响应方程,采用奇异性理论分析得到了系统稳态响应的转迁集及其相应的分岔曲线拓扑结构,利用Melnikov函数法研究了系统发生分岔与混沌的参数临界条件。最后进行数值仿真,通过分岔混沌图、最大Lyapunov指数、相轨迹和Poincare截面验证了理论的有效性,这为抑制和控制轧机系统非线性振动提供了理论参考和借鉴。

非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动特性

同时考虑轧制过程中非线性动态轧制力和辊面振纹导致的非线性参激刚度的影响,建立了非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动动力学方程.应用多尺度法求解了轧机发生1/2亚谐共振时的幅频特性方程,得到了阻尼、参激刚度对系统亚谐共振的影响规律,并运用奇异性理论讨论了轧机在非自治情况下分岔特性.最后通过采用轧机实际参数进行数值仿真,得到系统各参数对幅频特性以及分岔和混沌特性的影响规律,发现系统参激刚度的变化会使轧机出现了周期运动和混沌等多种不同的运动形态,为进一步抑制轧机振动提供了理论参考.

二十辊轧机轧制力动态预设定模型研究

针对某厂二十辊森吉米尔轧机生产不锈钢时存在非稳态过程轧制力设定偏差较大,带钢厚度超差段较长的问题,建立了摩擦因数数据库,采用迭代反算方式计算摩擦因数并存于数据库,在轧制力计算时提供摩擦因数;然后在机组原有ALSTOM轧制模型及Bland-ford公式的基础上,考虑了弹性区和温度变化的影响,建立了轧制力动态预设定模型,可在AGC投入前进行动态计算,时间间隔为1.5s;设定结果与实测数据比较表明,相对误差基本在±3%以内,厚度偏差2%以上的长度控制在5m以内,实现了森吉米尔轧机生产不锈钢时轧制力的精确设定。

冷连轧末机架厚度控制策略的优化

五机架冷连轧机末机架采用轧制力闭环控制模式时，会出现4^#机架负荷过大以及4^#～5^#机架间张力控制精度低等问题，继而对厚度控制精度造成影响。为了在保证末机架轧制力控制精度的前提下提高厚度控制精度，提出了末机架厚度控制优化策略。通过建立动态轧制力补偿控制器与动态负荷平衡控制器，补偿了速度调节对张力以及厚度控制的影响，并实现了各机架的负荷分配的平衡。现场实际应用效果表明，在实现末机架高精度轧制力控制的同时，优化了4^#机架负荷，且成品厚度控制精度均远优于＋1％。该优化策略满足了冷连轧厚度控制的要求。

轧机颤振建模及理论研究进展

轧机颤振是由系统结构动力学与轧制过程动力学相互耦合导致的一种自激振动,对轧机颤振的研究除了需要合理有效的结构模型,还有赖于对轧制过程的精确表征。现有的轧机结构模型除了考虑三倍频、五倍频及扭振三种基本振动形式和多方向多模态的耦合问题,还有通过张力模型和时滞传递模型耦联而建立的多机架连轧模型。此外,多种非线性因素和非对称特征对轧机颤振的影响也越来越受到重视。Slab分析方法是轧制过程建模最重要和广泛的方法,包括不同变形条件下屈服准则的建立、摩擦模型的确定以及应力分布的计算。基于Slab分析法建立的轧制过程模型包括稳态轧制模型、考虑辊缝波动量的准静态模型以及同时考虑辊缝波动及其波动速度的动态轧制模型。将动态轧制力作为反馈激励源,作用于相应的轧机结构模型,从而可以构建轧制过程与系统结构相耦合的颤振动力学模型,研究系统的稳定性及失稳准则。

受轧件水平振动影响的板带轧机非线性振动特性

基于Roberts摩擦因数公式和Hill轧制力公式,建立能够表征不同摩擦状态下的动态轧制力模型;在此基础上进一步考虑轧机结构的振动和轧件振动之间的相互影响,提出轧件-轧辊耦合振动模型。根据广义耗散的Lagrange原理,分别沿轧制方向和垂直于轧制方向建立动力学平衡方程;采用多尺度法求解出考虑系统内共振的幅频特性方程,并仿真分析不同外部激励和非线性参数作用下的轧机振动规律。研究结果表明:滑动摩擦状态下耦合系统对内部非线性参数变化和外部扰动变化的敏感程度远远高于静摩擦状态下的情况;适当选取耦合三次项非线性参数,可以将系统不稳定振动的出现控制在一个较小的频率区间,削弱轧件-轧辊耦合振动对板带轧机振动的影响。

混合润滑状态下板带轧机垂直振动特性研究

考虑轧制界面混合润滑状态的影响,基于卡尔曼力平衡理论建立了含润滑油膜厚度的动态轧制力模型。在此基础上,考虑板带轧机机械结构振动影响,建立了混合润滑状态下板带轧机的非线性垂直振动动力学模型;采用多尺度法对该振动模型进行求解,得到了系统的主共振幅频率方程。最后采用实际参数进行仿真,分析了三次刚度系数和外扰力幅值对系统主共振幅频特性的影响,得到了外扰力幅值和入口油膜厚度变化下的全局分岔图,发现外扰力和入口油膜厚度变化时会导致系统出现周期和混沌运动,同时发现轧机刚度系数对系统的运动行为影响很大,在合适的刚度下油膜厚度的变化将对系统振动行为不再敏感。

Dynamic recrystallization and mechanical properties of high-strain-rate hot rolled Mg-5Zn alloys with addition of Ca and Sr

Effects of the sole and the combined addition of Ca and Sr on microstructure and mechanical properties of as-cast and as-rolled Mg-5 Zn alloys were carefully investigated by OM,SEM,hot-compression testing and tensile testing.Ca is more effective than Sr in the microstructural refinement of as-cast alloys.High-strain-rate rolling(HSRR)produces more deformed twins and thus provides more nucleation sites for dynamic recrystallization(DRX).The addition of Ca and Sr can promote dynamic precipitation during HSRR,the precipitation process would consume the storage energy and thus increases the critical strain value of DRX,resulting in the retarded DRX effect by the addition of Ca and/or Sr.The as-rolled Mg-5 Zn-0.4 Ca-0.2 Sr alloy exhibits a good combination of strength and ductility,with the ultimate tensile strength of 317 MPa,the yield strength of 235 MPa and the elongation to rupture of 24%.

轧制速度影响下冷连轧机辊系分岔行为分析

在考虑轧机结构、轧机的实际动态轧制过程、轧制速度的变化以及轧制界面间摩擦系数的非线性特性等影响因素的基础之上,建立了一种受轧制速度影响的非线性动态轧制力模型.运用谐波平衡法求解振动系统的动力学方程,得到了受轧制速度影响的分岔响应方程,运用奇异性理论得到了系统的转迁集和拓扑结构曲线,研究了系统在不同参数下的静态分岔行为.同时,采用动态分岔图、相轨迹以及Poincare截面等非线性方法,分析了振动系统在周期运动、倍周期运动以及混沌运动之间相互转换的动态分岔特性,给出了系统发生振动的临界速度范围以及抑制措施.

基于颗粒阻尼吸振的波纹辊轧机非线性垂振控制

轧机振动理论的研究一直是轧制成形领域的前沿科学问题,对板材的质量和设备的稳定运行至关重要。随着轧制复合成形技术的快速发展,波纹辊轧机作为一种具有特殊辊型的设备,在复合板制备上具有细化晶粒、改善板形、提高结合强度等突出优点,逐渐成为当前的研究热点,但是复杂辊型曲线所诱发的轧制力动态变化对轧机的稳定性控制提出了新的挑战。为了对波纹辊轧机的非线性垂振进行合理的控制,建立了考虑波平辊系之间的非线性刚度、波纹界面非线性阻尼和轧制力动态波动的非线性垂振方程,通过分岔图、最大Lyapunov指数、相轨迹和Poincare截面分析了轧制力的动态变化对系统稳定性的影响,发现轧制力的动态变化诱发系统产生了复杂的动力学行为。设计了一种颗粒阻尼吸振器对波纹辊轧机非线性垂振进行控制,运用多尺度法求解得到了安装颗粒阻尼吸振器系统的幅频特性曲线方程,分析了钢珠颗粒群质量、吸振器刚度系数、阻尼系数以及质量比对幅频特性曲线的影响,通过数值仿真研究了颗粒阻尼吸振器对非线性垂振的控制效果。最后,通过试验验证了颗粒阻尼吸振器设计的正确性和可行性,缩短动态过程调整时间的同时也减小了系统的振幅,为波纹辊轧机非线性动力学分析及稳定性控制提供理论指导和技术支持。