四辊冷轧机水平振动研究

摘要

轧机振动属轧机塑性力学、动力学及表面工程交叉课题，对轧机振动理论和振动现象的研究已成为现代轧机设计和安全使用所必须重视的课题。 本课题考虑从轧机垂直振动和扭转振动入手，分别把二者作为水平振动的原始输入激励，诱发的水平振动响应作为输出，通过对四辊冷轧机机构的合理简化，建立轧机水平方向的非线性动力学模型，来揭示四辊冷轧机的不同工况下的水平振动的变化机制。 首先研究了只有压下系统的垂振引起的工作辊水平振动，得到了垂直方向的参数和水平方向的参数相互作用下的工作辊振动特性；其次研究了只有扭转系统的扭振引起的工作辊水平振动，得到了扭转方向的参数和水平方向的参数相互作用下的工作辊振动特性；最后考虑了垂直方向的垂振和扭转方向的扭振同时作用下的工作辊水平振动，得到了工作辊的组合共振特性。 1. 通过分析不同参数对轧机工作辊水平主共振特性的影响，得出水平方向的阻尼和刚度对其水平振动影响较大；轧制力的波动幅值对轧机工作辊水平方向的主共振幅值影响较大；轧辊偏心距越小，共振区越小，共振幅值越大；偏心距越大则相反。 2. 利用奇异性理论，根据不同区域的分岔特性，得到参数处在区域(1)时系统的振幅变化比较平滑、缓慢。 3. 通过分析边界扰动对系统动力学特性的影响，得到参数频率-ω、频率比η、边界扰动幅值ζ、轧制力浮动幅值--F等参数发生改变时，所导致的系统的运动路径变化规律和振动特性的变化机制。 4. 考虑主传动系统扭振所引起的附加力对工作辊水平方向振动影响，得到参数频率-ω、立方阻尼-c3、一次方阻尼-c1、附加水平力-F、一次方刚度-k1、立方刚度-k3等参数发生改变时，导致系统运动路径变化规律和振动特性的变化机制。 5. 用多尺度法分析了工作辊水平方向上受到两个激励的2Ω1+Ω2≈1和Ω1+Ω2≈1型组合共振形式下的系统的非线性特性。 6. 基于Mathieu方程分析了轧制系统的工艺稳定性，获得了不同的轧制工艺参数对系统稳定性的初步影响规律。 本文的研究成果，可为四辊冷轧机系统结构设计和轧制过程中的振动控制提供一定的指导意义。

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