第八章-冶金设备的自激振动

冶金设备自振危害机理对策self-exceitiodosscricationsinmetalllgicalcalequipmentharmmechanismcdountermeasures，李友荣武汉科技大学冶金设备与教育部重点实验室Email:liyourong 8.1.1、太钢1000初轧机主传动系统自振the self-excitedoscillationsin 1000 mill、1990年全年共9根万向接头轴、8.1.2武钢1700热轧厂地下卷取机主传动系统扭振记录曲线、动载系数8.54、8.1.1 1700R1轧机也发生了同样的自激振动，万向接头的叉子断了。m上、m下、m上、m下、m高、自激振动占轧制过程整体的4050%，8.1.3、武钢双热轧R1轧机主传动系统的自激振动、m上、m下、自激振动显着增大了主减速机高速轴的轴向力，8.1.3、武钢双热轧R1轧机主传动系统的自激振动、2007年12月、R1轧机主高速轴作用另外，动作端的外侧保持器断开，8.2自振的机理themechanismofself-excited oscillations，自振是由自身的运动决定的振动，“滑动”是诱发自振的主要原因。 自激振动是非线性振动。 自然界中广泛存在由自激振动：弦乐产生的美妙旋律，由弦的自激振动产生，但机械设备的自激振动产生较大的破坏力。热轧机主传动系统扭转振动力学模型、R1轧机主传动系统示意图、8.2.1、轧机主传动系统扭转振动理论模型、轧机主传动系统扭转振动模型原则(抽象简化)、1 )将惯性矩大变形小的要素简化为集中惯性矩。 2 )将变形大、惯性矩小的元件简化为扭簧3 )在能量不变的状态下，将系统转换为1:1比的系统。 五自由度系统、四自由度系统和轧机主传动系统的二自由度和单自由度模型使轧机主传动系统进一步简化为二自由度扭转振动模型，因为主电动机转子的惯性矩远大于系统的其他元件，自由轴的扭转刚性远小于系统的其他元件。 2自由度系统模型和模式图分为两个单自由度扭转振动系统的力学模型，主传动系统扭转振动模型，*滑动时钢坯的速度小于辊的线速度。 *辊不以角速度进行刚体旋转，只研究辊主传动系统的扭转振动。 *将滚筒简化为安装在扭转刚性k的扭转弹簧上的圆盘，将钢坯视为以速度向左等速运动(与滚筒刚体的相对运动)。 轧机主传动系统的自激振动理论，摩擦系数与相对速度的关系，8.2.1，轧辊与钢坯之间的滑动引起主传动系统的自激振动理论模型，摩擦系数随相对速度的增大而减小，轧材与轧辊之间的“滑动”为图2.1的轧辊扭转振动模型，滑动时钢坯速度为轧辊速度滚不以角速度进行刚体旋转，只需研究滚主传动系统的扭转振动，就可以将滚简化为安装在扭转刚性k的扭转弹簧上的圆盘，将钢坯视为以速度向左等速运动(与滚刚体旋转的相对运动) (图2.1 )。 8.2.1、辊与钢坯之间的滑动引起的主传动系统的自激振动理论模型、图2.1辊扭转振动模型、辊受到扭簧k产生的弹性转矩和正压n (轧制力)产生的摩擦转矩。轧辊处于平衡状态时，K0=sNR(2.1)式中s钢坯与轧辊间的静摩擦系数、8.2.1、轧辊与钢坯间的滑动引起的主传动系统的自激振动理论模型、图2.2轧辊扭转振动模型、弹性转矩大于摩擦转矩的情况下，轧辊沿顺时针方向扭转摩擦扭矩为逆时针方向，与轧辊的运动方向相反方向，说明摩擦扭矩对主传动系统起负作用。 扭簧产生的弹性扭矩K(0-) (顺时针)是与钢坯和辊之间的折动摩擦产生的摩擦扭矩平衡，以K(0-)=krNR(2.2)式使kr辊顺时针旋转时的钢坯之间的折动摩擦系数。轧机主传动系统扭转振动模型、图2.2辊扭转振动模型、轧机主传动系统扭转振动模型、由式(2.1 )和式(2.2 )可知，辊扭转振动角度为=0-krNR/K=NR(s-kr)/K(1.3 )、图2.3辊扭转振动模型， 在滚转逆时针产生扭转振动的情况下(图2.3 )，扭转弹簧的弹性扭矩为K(0-)，钢坯与滚转之间的折动摩擦产生的摩擦扭矩为klNR (逆时针)，摩擦扭矩的方向与运动方向相同，因此阶段摩擦扭矩对主传动系统起正作用。轧机主传动系统扭转自激振动模型、图2.3辊扭转振动模型、逆时针旋转时，辊与钢坯间的相对速度小于辊顺时针旋转时的相对速度，因此其间的摩擦系数klkr(kl表示辊逆时针产生扭转振动)。 摩擦转矩随相对速度的变化趋势如图2.4所示。 相对速度越大，摩擦力矩越小。 轧机主传动系统扭转自激振动模型，图2.4摩擦转矩与相对速度的关系图，图2.3辊扭转振动模型，因此，绕辊逆时针旋转时的摩擦转矩比绕辊顺时针旋转时产生的摩擦转矩大，在振动周期内摩擦转矩施加给辊主传动系统的正功、轧机主传动系统扭转自激振动模型、图2.4摩擦转矩与相对速度的关系图、图2.5是轧机主传动系统自激振动的振幅变化示意图、扭簧从点2到点3的变形阶段、wn=-0.5 k(0) (0-2)(2) (2.4)该阶段摩擦转矩的功能为wf=krnn (2.5)中，辊与钢坯之间的滑动引起主传动系统的自激振动，轧机主传动系统的扭转自激振动模型，由于图2.5的自激振动振幅的变化示意图在该阶段系统的动能没有任何变化，因此动能的变化量为零，因此Wn Wf=0(2.6) 即-0.5K(20 -2) krNR=0(2.7)将式(2.3)(2.4)代入式(2.7)时，由于一个振动周期振幅的增加量=2NR(kr-kl)/K(2.8)系统的固有频率高，因此自激振动的振幅急剧增大. 轧机主传动系统扭转自激振动模型，图2.5自激振动振幅变化示意图，1 )轧制材料与辊之间的摩擦力过小(主要产生于出铁机)，8.2.2打滑的原因(以轧机为例) THERESONOFTRACKSLIP，2 )轧制材料的头部受到冲击(轧制材料“叩头”) 理论上，轧制材料的弯曲贯通轧制材料的全长，但是在轧制材料下弯曲时，在轧制材料出口处由于支架辊或滑板的拉起作用，弯曲只出现在头部的一定长度(轧制材料出口和支架辊之间的距离)内，被称为弯曲。轧制材料产生“尖峰”的主要原因是：1)板坯的上下表层温度不相等时的变形，轧制材料温度高的上表面的高温侧的金属压下量相对大于温度低的下表面，两侧的金属的伸长、滑动、出口流动速度不一致，最终轧制材料向下(低温)侧弯曲。轧制材料产生“尖峰”的主要原因是2 )辊径差、轧制材料的上下侧的接触弧长相同，但是大的辊对应大的水平投影长度，轧制力分布的不同，轧制力作用点和方向线的变化，最终将轧制材料弯曲成小的辊导入大的辊的力矩大。 轧制材料产生“尖峰”的主要原因是2 )轧辊直径差、大轧辊(速度高)面侧的中性面向出口方向移动，前滑和前滑区域减少，后滑和后滑区域增大，由此无法取得轧辊面两区域的摩擦力引起的水平成分的平衡，轧制线不垂直，高速轧制材料两侧的表面速度的不同使轧制材料出口偏向低速侧(小辊侧)。 轧制材料产生卡扣的主要原因，3 )轧制线的高度对卡扣和轧制转矩分配的影响、轧制线的高度降低的情况下(0 )，咬入中轧制材料先与上辊面接触，上辊的作用力使轧制材料的头部向下倾斜，形成强制的倾斜咬入该力的存在使轧制材料的上表面的接触部的压力的合力向入口方向移动，使下表面的压力的合力向出口方向移动。轧制材料产生“卡箍”的主要原因是：3)轧制线的高度对卡箍和轧制转矩分配的影响，制作轧制线的高度下降时(0 )的图像，入口辊(或支架辊)和两个辊和轧制材料的相对位置以及对轧制材料的作用这些力对变形区域内的轧制材料形成向上的弯曲力矩，向上弯曲的同时，上下辊作用于轧制材料的力的合力作用点的移动使上辊驱动扭矩相对增大，使下辊驱动扭矩相对减小。轧制材料产生止动件主要原因，3 )轧制线的高度对止动件和轧制转矩分配的影响、a=17mm、d=8mm，轧制材料的头部平坦，a=37.5mm， d=2.7mm时防止轧制材料的紧固件8.3冶金设备自激振动的对策thecountermeasuresofself-exceiteddosicationsinmetallgicalequipment，1 )增大滑动材料之间的摩擦力2 )避免轧制材料的头部碰撞消除轧制材料的“叩头”现象，8.3.1，消除太钢1000初轧机主传动系统的自激振动的对策，1 )减少传动间隙，关闭间隙2 )避免轧制材料因碰撞头部等原因滑动而引起的自激振动3 )辊表输入与辊速一致。 效果：自1992年以来，万向接头轴未发生断裂事故。 8.3.2、武钢1700地下卷绕机主传动系统消除自激振动的对策；1 )适度降低卷入速度，减小卷绕机与F7轧机的速度差；2 )增大夹送辊的能力，在卷入带钢头部之前使其达到一定的弯曲程度；3 )适度提高带钢头部温度。 将TAF从原来的6.808.54降低到4.004.80的效果。比较卷取机产生的自激振动和未产生自激振动的情况，发生辊主传动转矩记录曲线(比较)、辊转速记录曲线(比较)、自激振动、未产生自激振动的8.3.3、武钢双热轧R1轧机的主传动系统消除自激振动的对策、1 ) 将r1轧机轧辊的轧辊外表面加工方式由原来的磨削改为车削，适当