高线吐丝机共振问题分析

　　改革开放至今,国内共引进了20余条高速线材生产线,但吐丝机作为生产线上的三大关键设备之一,大都存在高速下程度不同的振动问题,这使得生产速度大大下降,效益降低。吐丝机的严重振动一直是国内外专家学者试图解决的问题。国内不少知名专家和高线生产厂家众说纷纭,大致有两种,一种说机体的强烈振动属于横向共振;另一种则说成是扭转共振。究竟属于何类型振动,造成强烈振动的原因是什么,本文针对此问题以引进ASHLFOW高线吐丝机为研究对象,对吐丝机两种振动作了理论上的分析与计算。

　　1　吐丝机横向振动力学和数学模型及其振动响应

　　吐丝机的主要部件为涡盘和主轴。空心主轴为双支撑外伸型,A端由双列圆珠滚动轴承支撑,B端由圆柱滚子轴承支撑,其上主齿轮、夹套、涡盘、吐丝管等件与主轴紧固联接。电机和高速轴均为滚动轴承支撑。整个机体由箱体下部左右两侧支撑轴四点支撑。研究吐丝机的振动问题,首先要把复杂的实际系统尽可能简化为简单的力学模型。各滚动轴承视为具有一定刚度的弹性支撑,机体下部支撑轴视为简支梁,考虑其弯曲变形和剪切变形,计算其等效刚度。主轴齿轮和吐丝涡盘质量大,且考虑旋转惯性力对轴系动挠度的影响,分别等效为作用于质心F和H处的集中质量圆盘m1和m2,而主轴分布质量遵循能量等效原则,也分段向主轴齿轮和涡盘处进行能量等效积分变换。吐丝管部件、卡子、轴承端盖及高速轴等部件对主轴变形和涡盘轴系固有频率计算影响不大,故在结构分析时暂作为次要因素略之。

　　一系列综合等效计算和能量变换后的吐丝涡盘轴系简化动力学模型如图1所示。

　　由力学模型考虑系统惯性力和惯性力矩的作用[1],而且吐丝涡盘在回旋运转过程中,一方面自转,另一方面又绕主轴公转,因此轴系进动过程中,质量点还要受到哥氏力的作用。这样,三维空间坐标系中,在支撑各向不同性情况下考虑质点垂直、水平位移和转角,吐丝涡盘轴系回旋运动方程可描述为

　　式中　λ——单位力引起的挠度;

　　β——单位力矩引起的挠度;

　　γ——单位力引起的转角;

　　δ——单位力矩引起的转角;

　　η——单位哥氏力引起的挠度;

　　ψ——单位哥氏力引起的转角;

　　P、M——惯性力与惯性力矩。

　　对式(1)进行一系列变换与处理,计算得到系统横向振动各阶固有频率和振型及系统激振响应。

　　系统横振前4阶固有频率计算机运算结果为

　　由上述固有频率的各阶数值可看出,系统一阶固有频率值很高,相当于