考虑间隙与带钢振动的轧机主传动系统非线性扭振研究

摘要

轧机振动问题是困扰钢铁行业多年并给生产带来严重影响与危害的技术难题，其现象异常复杂。主传动系统扭转振动(扭振)是影响产品质量的重要因素，也是轧机振动的主要形式之一。在轧机主传动系统扭振分析中，由于设计、安装和磨损等原因造成的间隙对扭振影响是不可忽视的。另外，带钢振动在板带轧机轧制过程中不可避免，带钢对主传动系统扭振的影响也鲜有人重视。本文主要针对考虑各部位间隙的轧机主传动系统扭振，带钢振动以及带钢对主传动系统扭振的影响进行分析和研究。主要研究工作如下：
　　采用集中质量法建立轧机主传动系统5自由度离散型扭振模型，基于实测数据确定模型参数及外力载荷形式，并对扭振系统进行固有特性分析。再根据系统中间隙存在的实际位置及电动机拖动特性，将已建立的扭振模型优化为4自由含间隙的非线性扭振动力学模型。
　　基于含间隙扭振系统动力学模型，分别在打滑和咬钢冲击状态下考虑间隙对扭振系统的影响。采用龙格-库塔方法进行数值计算，得到间隙影响的扭振系统动态响应数值结果。比较分析不同间隙简化形式对系统动态响应及各轴段扭矩放大系数(TAF)的影响，以及不同间隙位置和尺寸对扭振系统各轴段TAF的影响。
　　根据轧辊与带钢的运动机理，建立轧辊与带钢耦合的非线性动力学模型。将连轧过程中的带钢等效为轴向运动Euler梁，轧辊等效为定轴转动的惯性元件，基于哈密顿原理，建立惯性边界下轴向运动Euler梁的非线性振动方程，利用Kantorovich时间平均法简化运动方程和边界条件，并采用修正迭代法求解振动方程。通过数值计算获得带钢非线性振动的幅频响应曲线，并讨论惯性边界下的带钢轴向速度、带钢张力、机架间距以及轧辊转动惯量等参数对带钢振动特性的影响。
　　针对带钢对轧机主传动系统扭振的影响，建立带钢与双机架传动系统耦合扭振模型，并进行模态分析，获得系统的固有频率和固有振型。然后对带钢横断面施加激振力进行谐响应分析，通过对比模态分析结果，进一步研究带钢与轧机主传动系统扭振之间的固有属性关系。
　　综上所述，轧机主传动系统扭振的工程控制和优化设计依赖于对系统复杂运动特性的深入了解和研究。在对轧机主传动系统扭振进行分析时，将间隙实际位置、实际尺寸及带钢振动等因素加以考虑，建立具体的符合实际的动力学模型和数学模型，这样才能得到更合理、更准确的分析结果，为轧机系统的设计分析和主传动系统扭振的工程分析提供重要的参考价值和理论依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 轧机振动问题及研究现状

1.3 振动研究的方法

1.4 本文主要研究内容

第2章 轧机振动的基本理论

2.1 轧机扭振机理

2.2 带钢振动机理

2.3 有限元模态分析

2.4 本章小结

第3章 轧机主传动系统扭振模型

3.1 轧机主传动系统结构

3.2 模型参数的确定

3.3 轧机系统固有特性分析

3.4 扭振系统有限元模态分析

3.5 外力载荷形式的确定

3.6 含间隙主传动系统的扭振模型

3.7 本章小结

第4章 打滑状态下考虑间隙的主传动系统扭振分析

4.1 含间隙扭振系统的数学模型

4.2 含间隙扭振系统振动方程的求解方法

4.3 含间隙扭振系统的动态响应分析

4.4 不同间隙位置对扭振系统的影响

4.5 不同间隙尺寸对扭振系统的影响

4.6 实测与仿真结果对比

4.7 本章小结

第5章 咬钢冲击状态下考虑间隙的主传动系统扭振分析

5.1 咬钢冲击理论分析

5.2 含间隙扭振系统的数学模型

5.3 含间隙扭振系统的动态响应分析

5.4 不同间隙位置对扭振系统的影响

5.5 不同间隙尺寸对扭振系统的影响

5.6 加载时间对扭矩放大系数的影响

5.7 本章小结

第6章 考虑轧辊影响的带钢振动模型研究

6.1 考虑轧辊的带钢振动建模

6.2 振动方程的解析解

6.3 数值计算结果及讨论

6.4 本章小结

第7章 带钢与轧机主传动系统耦合模型数值研究

7.1 带钢与主传动系统耦合建模及模态分析

7.2 带钢连接的轧机扭振系统谐响应分析

7.3 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢