轧机主传动系统与带材耦合振动模型及求解方法

摘要

轧机振动问题随着轧制速度不断提高、轧制强度不断加大而变得越来越严重，现已成为困扰钢铁行业向高产能高效率发展的亟待解决的问题之一，由于振动的产生机理异常复杂，涉及过个学科，已经受到国内外学者及高级工程师的广泛关注。轧机的振动形式多种多样，其中主传动系统扭振作为主要的轧机振动形式之一，对轧机系统的潜在危害和钢材制品产出规模与品质影响尤其严重。并且各轧机间不同轧辊通过带材相互连接，使得主传动系统扭振与带材振动及轧机机座水平垂直振动相互影响，轧制带钢品质要求的不断提高，使得对轧机振动研究范围扩展为多种振动形式的耦合研究。本文主要针对轧机主传动系统与带材耦合振动进行研究，主要研究工作如下：
　　首先，建立轧机主传动系统与带材耦合振动模型，带材等效为轴向运动梁，轧辊系视为绕定轴转动的惯性元件，运用Hamilton原理，分别写出各部件的动能和势能，从而建立轴向运动梁的非线性振动方程，接下来运用Kantorovich时间平均法，将边界条件及振动方程简化为关于空间变量的边界条件及振动方程，继而运用修正迭代法进行求解。运用Maple软件编程计算得出数值计算结果，进行幅频响应特性分析，分别讨论转动惯量、带材轴向运动速度以及横截面积对带材振动特性的影响。
　　其次，运用ANSYS有限元软件根据实际图纸对轧机主传动系统建模，继而进行模态分析得到该模型的固有频率及其相对应的振型；然后加入带材使所建模型更加贴近实际情况，再次进行模态分析，将之前模型中仅包含主传动系统时所得固有频率及振型进行对比，并且将得到的固有频率与之前数值计算得出的固有频率进行对比验证，得到结果。
　　最后，通过ANSYS软件对主传动系统及带材模型进行谐响应分析，在薄弱环节取点查看该处位移幅值随频率响应曲线，以检验简谐载荷的频率取何值时系统结构会发生共振。
　　综上所述，仍有必要对轧机与带材耦合振动进行深入研究，在透彻了解轧机工作过程中各部件运动机理的基础上，结合各种影响因素，使振动对轧制生产的损失降到最小。对轧机设计时，轧制带材厚度、轧制速度以及辊系转动惯量对于轧机振动特性有显著影响。本文的研究可对设计轧机时，如何在提高轧机稳定性与提高轧制效率的矛盾中达到最佳平衡提供理论依据和参考价值。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 轧机振动问题及研究现状

1.3 本文研究内容介绍

第2章 轧机振动理论

2.1 轧机结构介绍

2.2 轧机扭振理论分析

2.3 Hamilton原理介绍

2.4 本章小结

第3章 轧机扭转振动理论计算

3.1 考虑带材影响的扭振模型

3.2 建立振动基本方程

3.3 对振动方程求解

3.4 计算结果及对结果的讨论

3.5 本章小结

第4章 主传动系统及带材模型模态分析

4.1 有限元方法

4.2 主传动系统模态分析

4.3 轧辊带材系统扭振的模态分析

4.4 本章小结

第5章 主传动系统及带材模型谐响应分析

5.1 谐响应分析介绍

5.2 前处理

5.3 谐响应分析结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢