轧机振动及非线性分析

　　现代轧钢工业对产品的质量要求越来越高,从而对轧机主传动系统提出了高精度和高动态性能的技术要求,而在轧钢过程中存在的轧机振动问题,严重影响产品的质量和精度,甚至会造成轧钢机械组成部件的损坏,影响轧钢生产。国内很多钢厂均出现过轧机振动问题,轻则影响产品质量,重则损坏设备,给国家造成重大经济损失。

　　1　轧机振动概述

　　1·1　轧机的扭转振动

　　轧机的主传动系统是一个由若干个惯性元件(包括电机,连轴器,轧辊等)和弹性元件(连接轴等)组成的“质量弹簧系统”。在稳定加载时该系统不会产生振动,连接轴中的扭矩变化是静态平稳的。但是在负荷突然变化(如咬钢,抛钢,制动,变速等)情况下,这样的质量弹簧系统会发生不稳定的扭转振动(简称扭振),这时连接轴上的扭矩就随着扭转角的周期变化而变化,扭矩周期变化的频率就是质量弹簧系统的扭振固有频率[1],由扭振造成的连接轴上的最大扭矩值比正常轧制时的静态扭矩要大的多,严重时会超过连接轴材料的强度,造成轧机设备的损坏,影响生产的正常进行。

       除了突加载荷会造成轧机的扭转外,当上下轧辊由于某种原因产生打滑时,也会在轧机的主传动系统中产生扭振,且这种扭振的振动形态有可能是发散的,即所谓的自激振动。轧机在生产中发生的自激振动往往是轧机部件一次性破坏的主要原因,且激起自激振动的原因一般是打滑[2]。轧机的传动轴和轧辊在一定条件下正好组成自激振动的基本系统,使振动能量能在传动轴的势能和轧辊的动能之间交换存储。

       轧机的动力系统也可为系统逐渐进入稳态自激扭转振动提供必要的能源,而且轧件和轧辊间的润滑状态所形成的负阻尼特性为维持扭转振动产生出交变力,因此无论是同步轧制还是异步轧制同样都具备了自激振动的基本条件,所以轧制系统本身就构成了自激振动系统,必然有可能发生自激扭转振动。这时,接轴中的扭矩逐步增大,如果不减速,势必造成设备的破坏,是一种很危险的振动形式。由于轧机的主传动系统中包含电机,如果电机的调控系统出现问题,也有可能造成轧机主传动系统的扭转振动。这种振动与正常的稳态振动不同,它是瞬态的和随机的,负荷突变一次,就会激起一次振动,随即衰减消失。扭振对轧机的损坏非常严重,传动零件的扭矩波幅超过一定值和一定作用时间将发生疲劳损伤,降低零件的使用寿命。剧烈的振动还会引起零件的突然断裂,造成很大的经济损失。国内外均有轧机在生产过程中,因扭振而导致传动系统零部件损坏及影响产品质量的情况发生。