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熱連軋機(jī)震顫的識別和解決對策
1導(dǎo)論
對任何軋機(jī)來說保證質(zhì)量和生產(chǎn)力是主要的要求。無論是操作還是維修人員，目標(biāo)都是保證成品的性能和外觀。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)必須要求所有的設(shè)備都正常運(yùn)行。
在熱、冷連軋工藝中，機(jī)械振動(dòng)在大多數(shù)情況下是可見的，某些特定的條件下甚至產(chǎn)生震顫。由于這個(gè)震顫,軋機(jī)機(jī)座的出口處橫向標(biāo)志覆蓋寬度都留下了明顯的痕跡,。過去研究人員已經(jīng)注意到在冷軋線發(fā)生這種現(xiàn)象,但問題并不像熱軋中那么廣泛。這種情況是極其有害的,因?yàn)樗粌H改變了產(chǎn)品的表面質(zhì)量,而且在某些嚴(yán)重的情況下使儀表也發(fā)生了震顫
Siderar的66英寸熱連軋生產(chǎn)線包含四個(gè)加熱爐、一個(gè)粗軋機(jī)、除鱗機(jī)，生產(chǎn)速度每分鐘640公尺,產(chǎn)品范圍從16~1250mm厚、291~560mm寬。一個(gè)熱軋廠的概圖顯示。在處理小斷面小寬度的馬口鐵產(chǎn)品時(shí)，重復(fù)發(fā)生振動(dòng)問題，并由此,工作輥磨損增加,影響效率，次品率也在增加。這個(gè)問題是只發(fā)生在第二架軋機(jī)處，軋輥和軋制速度每分鐘接近120米時(shí)。一般來說,這個(gè)振動(dòng)伴隨著一個(gè)強(qiáng)度變化的低頻的嗡嗡聲。
1997年8月,Siderar決定建立一個(gè)與尺寸數(shù)據(jù)相關(guān)的計(jì)算模型來尋找震顫的源頭。而從以前的工作,主要是一系列的測量軋制速度和觀測主軸齒輪輪齒的振動(dòng)特性。
為了改進(jìn)對發(fā)生在Siderar的軋機(jī)上的現(xiàn)象的理解，我們做了一個(gè)額外的測量和模式分析研究。在二月,進(jìn)行第二次測量來大體上完成一個(gè)顫動(dòng)的波譜特性描述,包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和軋制法測定了裝配的固有頻率和驗(yàn)證模型,發(fā)現(xiàn)在各個(gè)不同點(diǎn)中存在相關(guān)性。在后者情況下,同時(shí)計(jì)算了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)頻率和立輥的振動(dòng)的簡化模型,模擬了大型有限元分析模型。
在2000年5月, Anther測量了軋制馬口鐵軋件時(shí)，第二和第三軋機(jī)處的相關(guān)數(shù)據(jù)。
從計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值的比較,給出了一個(gè)對這些現(xiàn)象的解釋。
2所描述的問題
在Siderar軋機(jī)最終軋制中的顫振問題可追溯到軋機(jī)的啟動(dòng),并經(jīng)歷了相當(dāng)數(shù)量的增加，因?yàn)閮蓚€(gè)因素:
(1)介紹了在F2和F3軋機(jī)外殼的改良，即為變輥和彎輥的移動(dòng)塊增加了窗口。
(2)對產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求增加，放任了震顫缺陷。在軋制輕薄材料時(shí)最大的振動(dòng)條件出現(xiàn)了,比如馬口鐵, 或在遲于材料滾軋時(shí)間表時(shí),如1020mm寬、1.60mm厚的。
產(chǎn)生這一現(xiàn)象可能突然的,在某些情況下是在軋制的第一卷時(shí),在其他情況中,也可能是在軋制過程中經(jīng)過逐漸變化后達(dá)到最大幅度。當(dāng)振顫在首軋時(shí)產(chǎn)生后，隨后進(jìn)入第四，第五和第六軋機(jī)會(huì)修正表面差異。在最不利的情況下，基于觀察到成品樣品上的問題會(huì)需要一次換輥。
被移走的軋輥會(huì)通過不同強(qiáng)度和數(shù)量的振動(dòng)頻率顯示在整個(gè)寬度表面上的振顫。類似的，在第二和第三軋機(jī)的出口處帶卷的上表面，就能觀察到振顫的標(biāo)志。但是大多數(shù)軋輥的不均勻磨損發(fā)生在下輥。
3進(jìn)行測量
進(jìn)行了三套測量: 1997年8月,1998年2月,1998年7月。在第二架軋機(jī)處，最初的兩個(gè)表示振動(dòng)行為的特征通過加速表的信號頻譜分析在圖3中顯示。
在第一個(gè)數(shù)據(jù)集，僅僅鎖定了每個(gè)信號的線性譜,目的就是確定主軸的磨損是否是振顫最主要的起因。在這種情況下,通過固有頻率的計(jì)算分析了基于關(guān)聯(lián)測量光譜特征頻率的運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)。得到如圖所示的一個(gè)特征譜圖。
主軸的牙齒嚙合運(yùn)行過程中,大約60r/min轉(zhuǎn)速時(shí)，觀察到一個(gè)頻率大約40到41赫茲的頻率。當(dāng)軋制厚板帶時(shí),第二架軋機(jī)的速度大約降低25%和沒有產(chǎn)生振顫。因此,我們可以推斷一個(gè)來源于磨損的主軸的輪齒的周期的力激起了共振。下輥比上輥的振動(dòng)更強(qiáng)烈是由于下輥剛度比上輥大。此外,高的主軸剛度更有容易將振動(dòng)傳遞到工作輥。作用第二架軋機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部分的主動(dòng)力和第一組數(shù)據(jù)中產(chǎn)生過程變量可以見表。
為了驗(yàn)證結(jié)果,進(jìn)行了另一種更完整的測量,包括對不同的振動(dòng)的波形進(jìn)行了測定以及光譜分析與對比。通過加速度計(jì)和鄰近的一個(gè)放在上工作輥和移動(dòng)塊之間的傳感器測量，經(jīng)過惠普3560A分析儀得到數(shù)據(jù)。
1998年7月進(jìn)行的測量目的就是利用技術(shù)來確定第二架軋機(jī)的固有頻率。
估算中的傳遞函數(shù)在每一個(gè)測試圖中的分析真實(shí)的和虛構(gòu)的自然的頻率的方法，顯示出各方面垂直測量的函數(shù)的大小。頻率為60.75 和 72.75 赫茲時(shí)共振是最明顯的。在圖中，大量的傳遞函數(shù)表明，在垂直方向存在一個(gè)橫向激勵(lì)。在這種情況下,主共振在10至90赫茲的范圍內(nèi)大約在39.5赫茲時(shí)很明顯。
在2000年5月,另一個(gè)是在第二第三架軋機(jī)的正常的工藝驗(yàn)證條件,利用相同的測試點(diǎn)評估表格中主動(dòng)力的影響。結(jié)果表明了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。
4計(jì)算模型的結(jié)果
說明下測量方法，通過不同的形式執(zhí)行一個(gè)關(guān)于第二架軋機(jī)的特性模型。主要的目的是為了確定運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)的哪些部分在振顫的共振中表明一種共振條件,如光譜特性。再者，在軋制帶材時(shí)發(fā)現(xiàn)了振顫痕跡，這只有軋輥和機(jī)架的垂直移動(dòng)能產(chǎn)生，正如兩者覆蓋了帶卷寬度。主要的前提是尋找一種形式的在主軸上放大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),源于它是熱軋中的振動(dòng)的主要原因。最復(fù)雜的計(jì)算是確定正常頻率和振型的正常利用振型的有限元法的整體結(jié)構(gòu)。運(yùn)用整個(gè)體系結(jié)構(gòu)分析程序,區(qū)分機(jī)架的主要部分為有限的立體元件的類型、模擬六面體旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與梁式的元素。
該模型包括了主軸、上分離器和鋼柱支承。表格顯示最重要的計(jì)算的頻率。例如,第三振型在35赫茲。
為了估計(jì)傳動(dòng)體系中的扭轉(zhuǎn)頻率,從工作輥和支承輥經(jīng)過整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)直到電動(dòng)機(jī),為整個(gè)傳動(dòng)體系建模，劃分匯編成大約1100元素,最大的數(shù)目為主軸。用Holzer法來解決問題。頻率的影響顯示在表格中。進(jìn)行了靈敏度研究,改變組件和慣性矩。計(jì)算結(jié)果影響不大,這表明改變固有頻率也有必要做出重大修改裝配、堆疊裝配的四個(gè)軋輥的垂直振動(dòng)頻率。這是基于一項(xiàng)類似于利用參考的方案。主要結(jié)果顯示在表格。
5解釋測量結(jié)果
現(xiàn)場檢測的非臨界的資料顯示軋制過程中主要的頻率,13、17、32、55Hz沒有哪個(gè)激起機(jī)架的特征頻率。
在窄帶的軋制中，出現(xiàn)在主頻35.7赫茲。另一方面, 在固有頻率測量中經(jīng)由影響技術(shù),這個(gè)影響是:39.5和60.5赫茲,代表機(jī)架的垂直運(yùn)動(dòng)；84.5赫茲，相當(dāng)于軋輥的垂直運(yùn)動(dòng)；大約41赫茲,由于工作輥和齒輪耦合的切向沖擊,用軸向的傳感器測得。
振動(dòng)就會(huì)發(fā)生在接觸弧的摩擦條件變得不穩(wěn)定（即速度增加摩擦系數(shù)減?。?。當(dāng)擾亂發(fā)生,扭矩增加,產(chǎn)生了一種自我維持的振動(dòng)。這個(gè)結(jié)果可以聯(lián)系到大幅衰減和摩擦滑脫的條件。
扭轉(zhuǎn)頻率焦點(diǎn)一般落在40到41赫茲，而機(jī)架的垂直振動(dòng)在35赫茲。這些價(jià)值就是, 考慮到基于Siderar關(guān)于振顫特性的假設(shè)的簡化描述，測量軋制馬口鐵材料中發(fā)生的振顫能得到頻率為37.5赫茲。
振動(dòng)在板帶進(jìn)入軋機(jī)時(shí)產(chǎn)生，可能是由潤滑不足(摩擦系數(shù)) 產(chǎn)生的軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這些主軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)在機(jī)架上激起一個(gè)垂直振動(dòng)模式,就像驅(qū)動(dòng)了一個(gè)運(yùn)動(dòng)放大器，通過計(jì)算有限元模型可能相當(dāng)于表格中的振動(dòng)模式三。這個(gè)運(yùn)動(dòng)是從軋輥開始的。一旦這種情況發(fā)生時(shí),由于振顫的工作輥中的振動(dòng)，其效果是持續(xù)的。
6 結(jié)論
通過完美地識別源頭來成功地止住熱軋開始時(shí)的振動(dòng)。這些測試進(jìn)行分析,使Siderar得到的結(jié)果。
振顫是一個(gè)出現(xiàn)在操作中的軋機(jī)上的特異的能自我維持的振動(dòng),由于三者之間的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)備裝配和軋制過程本身。
敏感的分析顯示實(shí)際上不可能在這個(gè)時(shí)刻修改大部分被牽連部分的慣性。
最有效的對策是,降低潤滑油的間隙的移動(dòng)組件和改進(jìn)的頻率變化的主軸。結(jié)果，這些措施大大降低熱軋振動(dòng)。
當(dāng)主軸在這個(gè)狀態(tài)的時(shí)候，想關(guān)心減少，溫度和板帶速度下降。