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。

四辊轧机非常态轧制时板形模型的研究

针对四辊轧机工作过程中可能出现的上下左右不对称问题,在大量的现场试验与理论研究的基础上,充分结合四辊轧机的设备与非常态轧制的工艺特点,从辊系弹性变形模型入手,充分考虑到四辊轧机非常态轧制过程中的上下与左右的不对称性,建立一套适合于四辊轧机非常态轧制时的板形模型,编制相应的板形分析与控制软件,利用该模型及软件不但可以定量预报出带材跑偏、不对称辊型、轧制中心线与轧辊中心线不重合、不对称弯辊、不对称窜辊等非常态因素单独或综合作用对轧机成品板形的影响,而且可以定量预报出对称弯辊、对称窜辊、倾辊等常态因素对成品板形的影响。该模型及软件已经被应用到梅钢1420双机架平整机组的板形分析与控制,有效地提高了机组的成品板形质量,板形封闭率从项目开展前的2.5%降低到目前的0.5%以内,给机组创造了较大的经济效益,具有进一步推广应用的价值。

四辊轧机辊系偏移距机理的不确定性和微尺度静定性

生产板带的四辊轧机辊系,普遍设置偏移距求得轧辊间平行定位及其稳定以防止辊间交叉,成为四辊轧机辊系平行定位机理编入轧机教科书及参考书中。近代相继出现的现代四辊轧机辊系都设置偏移距,但未能保证其机理的确定性,辊间动态交叉现象的发生屡禁不止,引发超大轴向力损坏推力滚动轴承或生成轧制支反力偏差破坏板形控制的稳定性。设置偏移距3mm的高速铝箔四辊轧机轴向力在线检测试验,揭示轧制过程中工作辊与支承辊之间发生规律性动态交叉现象。轧制中轧辊之间的动态交叉行为,与轴承座和机架窗口立柱间微小间隙大小相对应,只限于轧机的交叉角β≤0.05°区间,远小于交叉(Paircross,PC)轧机的交叉角(β=1°～1.5°),但派生的轴向力超出额定值的3倍以上。四辊轧机模拟辊系偏移距静态零调试验,探明轧辊间初始安装位置不变没有轧辊的水平位移。辊间动态交叉现象和静态水平位移为零的两种结果,揭示出设置偏移距机理的不确定性,不能用于四辊轧机辊系平行定位及稳定性设计。

2800四辊轧机“逆宽”轧制中的凸度控制

为了研究２８００四辊轧机在工作辊服役后期“逆宽”轧制状态下的凸度控制问题，结合 大量的现场实测数据，运用变厚度平面有限元方法建立了专门针对２８００四辊轧机的辊系变形 （即凸度预测）仿真模型．根据仿真计算结果，揭示出工作辊服役后期的“箱型”磨损辊形、钢板 宽度及轧制力等对钢板凸度的影响关系，并提出相应的生产中可行的控制措施．

四辊轧机轧辊弹性变形解析模块的开发

采用影响函数方法开发了四辊轧机轧辊弹性变形解析模块 ,完善了辊间压扁和工作辊压扁影响函数计算模型 ,克服了轧辊压扁影响函数计算过程浮点数被零除的缺陷 ,提出了平滑指数和收敛指标取值的处理方法 ,有效地解决了四辊轧机辊系弹性变形计算精度及收敛问题。该模块适应于普通四辊轧机、PC轧机和CVC轧机轧辊弹性变形计算 。

基于改进粒子群算法的四辊轧机机座结构优化设计

为了获得四辊轧机的合理结构参数与最佳工作性能,在满足结构、强度、刚度等约束条件下,以机座弹跳值最小为目标函数,建立四辊轧机机座结构优化设计数学模型。针对常规优化方法和标准粒子群算法求解该类复杂机械系统结构优化设计问题存在的诸多缺陷,提出采用Logistic映射对种群进行混沌初始化、非线性地动态改进惯性权值和非线性地动态调整加速因子三种策略对标准粒子群算法进行改进,结合改进的惩罚函数法对四辊轧机机座结构进行优化设计,求解结果验证了所提方法的正确性和有效性。

四辊轧机辊系轴向力的实验──四辊轧机轴向力学行为的研究（Ⅴ）

在理论分析的基础上，先后在试验轧机上和现场工业轧机上对四辊热、冷轧机进行了综合测试，对四辊轧机轧辊不同交叉形式以及不同交叉角情况下的轴向力进行了测试分析，获得了轧机的力学、运动学和动力学等参数的实际数据。

小型四辊轧机工作辊水平位移对板形的影响

小型四辊轧机由于工作辊长径比较大且辊径较小而造成工作辊沿轧制方向很容易出现水平位移现象,常规四辊轧机板形计算模型不能满足出口板形的准确计算与预测,为此,充分结合小型四辊轧机的设备与工艺特点,建立了四辊轧机考虑工作辊水平位移时的板形模型;通过板形对比说明了该模型计算结果的准确性。在此基础上,具体分析了工作辊水平位移产生的规律以及在考虑工作辊水平位移时弯辊力对板形控制的影响,并将该模型应用到某钢厂650可逆四辊轧机机组,开发了650可逆四辊轧机工作辊水平位移对板形影响分析软件,有效地解决了以往板形计算误差大的问题,实现了对出口板形的准确计算与预测,大大提高了板形控制精度。

四辊轧机冷轧带材各力参数的实验研究

在轧件宽厚比从15到625的较大范围内,对轧制铝带时的压力、两向摩擦力和前后张力的横向分布进行了比较全面的研究,考察了弯辊力、前后总张力变化的作用效果,给出了不同板形状态下的各力参数横向分布规律,对实际生产有指导意义。

四辊轧机轧辊弹性变形的研究

介绍了轧辊弹性变形影响函数解析方法的基本理论与公式.采用Fortran语言编写了轧辊弹性变形解析软件.采用编写的解析软件对某1 700 mm热带轧机精轧机组进行模拟计算,计算结果表明:增大弯辊力将降低出口带钢凸度;弯辊力的变化对辊间压力分布、工作辊挠度及辊间压扁的影响较大,而对支撑辊挠度及工作辊与轧件间的压扁影响不大;辊间压力在支撑辊端部位置存在峰值.以上模拟计算结论均符合轧制理论及现场实际.

四辊轧机有载辊缝解析模型研究

针对轧制过程中轧辊的弹性变形和轧辊与轧件间的相互作用,通过对四辊轧机辊系变形和受力状况的分析,从理论上详细推导了直观的有载辊缝形状函数,明确了有载辊缝形状函数与相关因素的对应关系。同时,为了验证辊缝解析模型的准确性,采用该模型对某铝热连轧机的精轧末机架的出口板凸度进行了理论计算,并与在线测得数据进行比较,结果表明:该模型计算精度高,相对误差较小(低于15%)。该模型不但为板形的控制以及轧制板凸度的建模提供了理论基础,还为预报板形、研究板带截面上任一点的板凸度提供了方便。

四辊轧机工作辊热辊型的研究

根据热轧工作辊的热力学方程及边界条件 ,用有限差分法计算其温度场 ,用影响函数法计算其弹性变形 ,建立了工作辊温度场和热凸度的数学模型 ,并进行了实验验证。研究了工作辊热辊型动态形成机理 ,并将热变形与弹性变形进行了叠加 ,求出最终辊型曲线。

四辊轧机辊系的横向自由振动

为研究轧机辊系沿辊身长度方向的振动特性及其对板带材板形质量的影响,以四辊轧机为研究对象,将工作辊和支撑辊看作弹性连续体,辊间接触认为是Winkler弹性基础,建立轧机辊系的横向振动模型。根据欧拉-伯努力梁理论,采用模态叠加法对轧机辊系自由振动耦合方程进行求解,得到四辊轧机辊系横向振动的自然频率、主振型和振动方程。对宝钢2030冷轧机组进行数值模拟,分析其辊系横向振动特性。研究结果表明:四辊轧机辊系横向振动包括2个无限序列的自然频率ω1n和ω2n;辊系横向自由振动由2种振动模式组成,即低频的同步振动和高频的异步振动;辊系横向振动中模式n=1起主要作用,低阶时工作辊的振动比支承辊的振动剧烈;高阶时支承辊振幅大于工作辊振幅,奇数阶振幅大于偶数阶振幅;轧辊横向振动对带材板形质量有重要影响。

四辊轧机不对称刚度条件下轧辊弹性变形的研究

针对国内某热连轧厂精轧机组某机架轧机两侧刚度不对称的实际情况,为了研究四辊轧机驱动侧和操作侧刚度不对称条件下轧辊弹性变形的规律,采用影响函数法开发了基于双悬臂梁模型的轧辊弹性变形模拟计算模块,对刚度不对称时的四辊轧机进行了受力分析,对轧辊和轧件进行了离散化,给出了关键的影响函数.使用该计算模块并结合现场实际数据计算了不同刚度差条件下工作辊的弹性挠曲、工作辊与轧件之间的压扁、工作辊与支撑辊之间的弹性压扁、轧制力的横向分布和辊间压力的横向分布规律,研究了不同刚度差条件下轧件出口断面形状的变化规律.

板厚板形综合调节新型四辊轧机的研究

本文以探索板厚板形综合调节方式为出发点,研制出一种新型的四辊轧机—DC 轧机(Deviating and Crossing Work-Rolls Mill)。该轧机是靠工作辊的偏移(Deviating)和交叉(Cro-ssing)来实现板厚板形综合调节的。该轧机具有板厚板形综合调节能力强;调节精度高;可由一个执行机构、一套调节系统同时实现板厚板形两种调节;而且调节系统所受负载小等优点。作者研制出一台300mm 可逆式 DC 轧机,并以现代化的手段对该轧机的各种性能做了综合试验。同时,通过对轧制变形区的三维弹塑性解析和 DC 轧机辊系变形的计算,从理论上分析了该轧机的板厚板形综合控制功能。从而为这种轧机的实际应用奠定了基础。

四辊轧机辊系变形分析的有限元方法

采用有限元方法求解四辊轧机辊系变形问题，由于在工作辊及支承辊之间存在着未知接触压力和位移因而该问题无法用简单方法求解；根据辊系变形与受力的特殊性对方程进行变换可解出辊系各点位移，从而实现对辊系变形及辊缝形状进行较为准确的预报及控制．

四辊轧机轧制压力横向分布的计算

采用有限元方法确定四辊轧机轧制压力沿横向分布问题时，由于在工作辊及支撑辊之间存在着未知接触压力和位移，因而该问题无法用简单方法求解。根据辊系变形与受力的特殊性对方程进行变换并由实测钢板的截面形状以及轧制压力、弯辊力参数可解出辊系各点的位移；由力—位移的关系可以计算出给定工况下轧制压力的分布。计算结果与国内外研究结果相吻合。该计算方法可用于完善及优化辊系变形数学模型。

四辊轧机轴向力理论计算模型——四辊轧机轴向力学行为的研究(Ⅰ)

通过对四辊轧机辊间摩擦特性的分析,从微观角度讨论了轧辊表面微凸体在轧辊之间的相互作用,建立了辊间接触表面以及轧辊与轧件间轴向位移场。根据预位移原理,分析了冷轧、热轧不同情况下的辊面粗糙度等级、轧件变形抗力及粘度对轧辊轴向力的影响,得到了对称轧制条件下的轧辊轴向作用力理论计算模型,并对情况较复杂的工作辊轴向力进行了分析。

四辊轧机轴向移位变凸度辊型的研究

利用工作辊轴向相对移动来改变辊缝形状的四辊轧机是一种很有前途的板带轧机。决定这种轧机板形控制能力的一个重要因素是工作辊的辊型。本文给出这种辊型的构成方法,并利用它对CVC和UPC两种辊型进行分析,最后给出两种实用辊型——简单的3次辊型和应用广泛的复合辊型。

四辊轧机电液辊缝系统变刚度建模与控制研究

针对轧机压下缸行程变化带来的变刚度问题,借助轧制区动力学关系的引入,讨论了四辊轧机辊缝控制的机电液系统数学模型和控制要点。通过仿真与实测对比,验证了模型的有效性;以全工况下系统响应特性一致为目标,通过引入位移正反馈补偿,得到了改善大范围变刚度辊缝控制系统响应的方法;实测数据表明,所述方法能满足目标要求。最后简要讨论了用于提高板厚精度的自适应模型控制方法,并给出了实例。