主被动阻尼减振器对轧机辊系减振特性研究

轧机的垂直振动是冷轧带钢产品生产效率低下的关键问题所在,严重影响了轧制产品的质量和轧制速度的提高.为提升轧机设备的安全性,同时提高生产的效率和钢材的精度,基于主被动阻尼减振器对轧机辊系的振动特性及减振效果进行了研究.首先,考虑主动阻尼控制效应中的分数阶和时滞因素,建立带有主被动阻尼减振器的分数阶时滞垂直非线性振动方程;然后,对建立的数学模型进行稳定性分析,得到主被动阻尼减振器各参数的稳定区域;再者,运用多尺度法求得系统的幅频方程,分析系统的时域特性、频谱特性、主共振特性以及次谐共振特性;而后,对轧机辊系振动响应进行时滞反馈控制,通过获得最优反馈控制增益和最优反馈时滞,将振动系统的振幅、不规则振动及能量消耗达到最优;最后,对静定轧机上工作辊进行了垂直振动控制实验,对比发现理论分析与实验结果基本吻合,结果表明主被动阻尼减振器能够有效抑制轧机辊系的垂直振动并满足设计要求.研究结果为轧机辊系减振器的设计应用及轧机的振动控制提供了参考.

二十辊轧机辊系耦合振动特性及振动控制

精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能,被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面,建立了一种二十辊轧机辊系耦合动力学模型。应用多尺度法求解主共振和内共振的幅频特性方程,分析了不同参数对幅频特性曲线的影响。基于奇异性理论探究了不同参数与系统分岔的关系。同时,根据李雅普诺夫一次近似稳定性判据,结合系统动相平面相轨迹图,对系统稳定性进行判断分析。然后,基于Washout filter控制器原理设计了一种状态反馈控制器,通过对系统进行状态空间表达式变换,分析了控制增益对幅频特性的影响。利用时域图、相位图、频谱图以及Poincaré截面图进行仿真对比,验证了所设计控制器的可行性和有效性,为二十辊轧机振动及其控制的研究提供了一定的理论指导。

液压缸非线性约束下的轧机辊系振动行为

以四辊板带轧机为例,分析液压压下缸及弯辊缸在轧机辊系振动时表现出的分段弹性力和摩擦力两种非线性约束,建立液压缸非线性约束作用下的轧机辊系振动模型,并采用平均法求得振动系统的幅频响应。通过比较两种非线性作用下辊系振动速度和振动幅值的仿真曲线,研究辊系受分段弹性力和摩擦力影响时的行为特性。取不同分段弹性力和摩擦力,仿真分析两种非线性因素分别对轧机辊系幅频特性的影响规律。结果表明,轧机辊系振动速度受分段弹性力大小影响,系统不稳定频率区域随分段弹性力增大而变宽;摩擦力较小时,对辊系振动行为影响表现为阻尼特性,较大时,摩擦力的非线性成为影响辊系振动行为的主要特性。该结论为轧机辊系振动控制提供了理论参考。

基于吸振器控制的轧机辊系时滞反馈研究

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,建立带有吸振器的两自由度轧机辊系模型。引入时滞反馈控制函数,设计带吸振器的轧机辊系振动位移、振动速度时滞反馈控制方程。通过分析轧机辊系振动极限环幅值和幅频特性的稳定性,得到不同反馈增益参数和时滞量参数对轧机辊系主系统的影响规律。适当地增大反馈增益系数g 1和g 2,减小时滞量系数τ1和τ2,可以改善系统的稳定性和收敛性。

一类分段非线性轧机辊系系统的奇异非混沌动力学研究

考虑一类拟周期激励的分段非线性轧机辊系系统,发现了丰富的奇异非混沌动力学现象.揭示了该系统中奇异非混沌吸引子的产生机理.通过数值结果发现有三种路径可以演变为奇异非混沌吸引子,即分形路径、阵发路径和Heagy-Hammel路径.通过最大李雅普诺夫指数验证其非混沌特性;采用有理数逼近无理数和相敏感函数刻画其奇异特性.

基于吸振器控制的两自由度轧机辊系特性研究

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力的影响因素,引入吸振器控制装置,建立带吸振器的两自由度轧机辊系模型,通过分析轧机耦合系统平衡点,得出增大吸振器的刚度系数能有效避免Hopf分岔和混沌动力学行为的产生;通过分析频谱曲线、时域曲线,得出吸振器装置可以增大谐振频率与主共振频率之间的距离,缩短轧机辊系从不稳定状态收敛于稳定周期的时间;通过幅频特性曲线,得出在一定范围内减小吸振器的质量可以提高系统的稳定性,增大吸振器弹簧力可以缩小系统不稳定区域,增大吸振器摩擦力可以降低系统的振动幅值。

HC轧机辊间接触压力分布及辊系变形计算(HC轧机板形控制机能的研究之一)

本文采取整体模型法和分割模型法;以及在计算上采用功的互等定理、影响函数法、迭代法等。对 HC 轧机辊系变形、剪切变形、接触压力、板厚分布等有问进行理论探讨。

基于动态递归模糊神经网络的轧机辊缝动态辨识

模糊系统和神经网络,由于具有逼近任意连续非线性映射的特性,而广泛应用于系统的辨识与控制。但是传统的模糊神经网络是一种静态映射,不适用于动态系统的辨识,而轧制过程中影响轧机辊缝的因素复杂,外界干扰严重,过程参数难以确定,为提高轧机辊缝动态的辨识精度,提出了一种基于动态递归模糊神经网络的辨识模型。轧制仿真结果表明,该模型具有很高的辨识精度。

锻轧机辊环的研究与应用

本文对锻轧机辊环的化学成份进行了科学设计，对辊环的离心铸造工艺、软化退火工艺、淬火工艺和回火工艺进行了深入研究。结果表明，新研制的辊环硬度高、耐磨性好，使用安全、可靠，其使用寿命已达到进口辊环的水平，该类辊环还有望在高速线材轧机的预精轧段推广使用。

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。

六辊轧机辊间压力分布解析

用影响函数法计算了六辊轧机的辊系变形和辊间压力分布,研究了单锥度中间辊对辊间压力分布和轧件横向厚度分布的影响·结果表明采用单锥度中间辊可改善辊间压力分布状态,明显降低辊间压力峰值,但轧件横向厚差稍有增加,最大值出现在轧件边部·计算了不同锥度时的辊间压力分布与轧件横向厚度分布,通过比较辊间压力峰值与轧件边部厚度,确定了最佳锥度范围为1/100～1/150,使HC轧机的辊间单位压力峰值降低15%～20%,轧件横向厚差仅在边部增加几微米,符合板形要求·

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。

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。

六辊轧机辊系弹性变形研究

在板带轧制中,轧机辊系弹性变形是影响板形质量的重要因素。以弹性基础梁理论为基础,将辊间接触及工作辊与轧件间的接触采用弹簧模拟其力学模型,从而获得六辊冷轧机辊系弹性变形的解析数学模型;提出了一种将轧件断面形状分布与轧制压力分布耦合的迭代计算轧机辊系弹性变形和轧件最终断面形状的方法,利用MSC.MENTAT/MARC软件建立了六辊轧机辊系弹性变形的非线性接触有限元模型。计算结果表明:采用解析法、有限元法计算出的轧件断面形状与现场实测出的轧件断面形状及板带凸度数值相近,这说明研究方法和模型的有效性。

基于边界积分方程法的六辊轧机辊系变形分析

精确的板形控制理论对提高带钢质量具有重要意义,而辊间压扁理论是板形控制理论的重要组成部分。针对半无限体模型在计算辊间压扁时的误差问题,给出一种计算辊间压扁的新模型。应用有限元法模拟有限长度半无限体两侧面的位移场,建立侧面的位移衰减函数。基于边界积分方程法,得到有限长度半无限体在表面分布力作用下的数值解,从而建立求解有限长度半无限体的解析模型,并用有限元法验证该模型的准确性。基于该压扁模型建立新型六辊轧机辊系变形模型,所得结果与有限元法,半无限体模型和费普尔公式进行对比,发现新模型所得结果与有限元法更加接近。考虑板宽和窜辊量的影响,利用新模型与半无限体模型、费普尔公式进行对比计算,发现新模型所得辊间压力和压扁优于其他两模型,特别是在轧辊边部区域比其他两模型更符合实际。

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．

四辊轧机辊系轴向动态特性──四辊轧机轴向力学行为的研究（Ⅳ）

建立了四辊轧机辊系轴向动态模型，根据摩擦学的预位移理论，确定了辊系接触轴向刚度的概念和量级，由此得到了辊系的固有特性，确定了轴向动负荷放大系数，为合理地分析轴向力对轧辊轴承的作用提供了依据。

十二辊板带冷轧机辊系特性分析

介绍了引进的十二辊宽板带冷轧机的辊系结构 ,对其系统特性进行了分析。并介绍了在生产实践中通过对系统结构不合理部分的改进 ,使窜动负荷大大降低 ,保证了正常生产。

引进四辊轧机辊系的改造

对引进的四辊精轧机进行改造 ,采取了增大工作辊、支承辊辊径 ,将落后的工作辊滑动轴承改造为滚动轴承 ,改进密封、润滑方式等方法 ,并对改造后的辊系进行了结构尺寸分析和强度分析。使用证明 ,轧机作业率提高 ,换辊时间缩短 ,轴承寿命延长 ,轴承精度提高 。

2200铝箔四辊轧机辊系动态交叉微尺度行为研究

对某2200mm铝箔四辊轧机的轴向力检测时,发现在轧制运行中工作辊与支承辊在有1mm间隙的运动副辊系内的位置处于不稳定的状态,出现了工作辊与支承辊之间的动态交叉微尺度行为。该微尺度交叉导致产生超大轴向力而使工作辊止推轴承(双列角接触球轴承)超载,造成止推轴承短寿烧损事故。对该微尺度交叉行为的产生机理进行了分析,研究有助于推动四辊轧机"偏移距"力约束辊系定位理论的完善和发展,对各类薄带钢轧机设计具有参考价值。