軋機振動原因分析與及其抑制措施研究

摘 要：軋機振動對保證設(shè)備的順利高效工作具有重要的影響。本文在分析了軋機振動原因的基礎(chǔ)上，從多個方面提出了抑制軋機振動的相關(guān)措施，尤其提到了先進的工作輥彎輥與竄輥功能，為解決軋機的振動情況奠定了一定的分析基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：扭振；垂振；耦合；竄輥與彎輥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.021

0 引言

軋機振動是世界范圍內(nèi)板帶材軋制生產(chǎn)中普遍存在并難于解決的問題，這些振動表現(xiàn)為軋機顫振、軋件表面振紋、軋輥表面周期振痕，軋制時異響，主傳動系統(tǒng)顫振等，這些都是高效率、高附加值、高端產(chǎn)品軋制的障礙[1]。影響軋機振動的原因很多，理清其振動發(fā)生特性并采取相應(yīng)的抑制措施，對保證軋機的順利高效的工作具有重要的意義。

本文以某熱連軋廠線為例，尤其是薄規(guī)格產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品的軋制過程中，達到一定軋制速度時，軋機出現(xiàn)振動的情況進行說明，分析振動造成生產(chǎn)的不穩(wěn)定的原因，并提出相應(yīng)的振動抑制措施，給設(shè)備的穩(wěn)定運行重大隱患的避免奠定了一定的分析基礎(chǔ)。

1 軋機振動原因分析

根據(jù)軋機受力情況，可將軋機部件按照兩種不同的載荷傳遞系統(tǒng)進行振動分析。一種是軋機的主傳動系統(tǒng)，包括主電機、電機聯(lián)軸器、主減速機、中間接軸、人字齒輪機座、鼓形齒接軸、軋輥、工作輥竄輥裝置等；另一種則是軋機的機座系統(tǒng)，包括軋機牌坊、上下階梯墊裝置、AGC液壓缸、上下支撐輥、上下工作輥、以及工作輥彎輥與平衡裝置等。主傳動系統(tǒng)的振動形式主要是扭轉(zhuǎn)振動，機座系統(tǒng)的振動形式主要是垂直振動。

以往的研究認為扭振不會引起垂振，垂振也不會引起扭振，隨著對軋機振動研究的越來越深入，會發(fā)現(xiàn)在垂振信號中，存在著扭振的頻率，扭振與垂振之間存在著耦合關(guān)系[2]。

（1）主傳動系統(tǒng)振動情況分析：供電電網(wǎng)的頻率，變頻控制的調(diào)節(jié)頻率和特征頻率，主傳動機械扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的固有頻率都會產(chǎn)生振動現(xiàn)象。在非穩(wěn)態(tài)軋制時，如軋鋼時咬入軋件，拋出軋件，間隙沖擊，打滑，都使得傳動系統(tǒng)產(chǎn)生扭振現(xiàn)象。一般振動頻率為40-60HZ及其倍頻。

（2）機座系統(tǒng)振動分析：液壓伺服控制系統(tǒng)的特征頻率和調(diào)節(jié)頻率、壓下系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率和特征頻率以及機械固有頻率會引起垂直振動，一般振動頻率在40-80HZ及其倍頻。

（3）動力學(xué)的缺陷：主傳動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率和特征頻率、液壓壓下系統(tǒng)的調(diào)節(jié)頻率和特征頻率與機械固有頻率接近將產(chǎn)生較大的振動現(xiàn)象。

（4）主傳動系統(tǒng)的扭振和機座系統(tǒng)的垂振耦合形成工作輥的振動，工作輥的振動通過輥縫壓力反饋伺服系統(tǒng)，通過速度電流反饋至變頻控制系統(tǒng)，形成惡性循環(huán)，加劇軋機的振動。

2 軋機振動抑制措施

避免軋機振動的措施主要有兩個方面：一是消除振動起因；二是增加系統(tǒng)的阻尼以減小振動幅值。

（1）在設(shè)計方面，避免動力學(xué)缺陷，通過調(diào)整機架間機座系統(tǒng)的固有頻率和主傳動系統(tǒng)的固有頻率，避免兩種頻率引起的共振現(xiàn)象。這種方法屬于事前抑制，在軋機設(shè)計時，進行相應(yīng)的校核，無法應(yīng)用于現(xiàn)有軋線的振動抑制。

（2）優(yōu)化工作輥彎輥與竄輥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制軋機精度。目前國內(nèi)出現(xiàn)較多的工作輥彎輥與竄輥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是竄輥缸體固定于彎輥塊上，竄輥缸活塞桿缸頭通過壓蓋聯(lián)接于牌坊固定塊上，液壓動力源驅(qū)動竄輥缸體、彎輥塊及軋輥完成軸向位移。軋機軸承座與彎竄裝置之間以及彎竄裝置內(nèi)部的固定塊與移動塊之間的滑板磨損會導(dǎo)致軋機軸承座與牌坊之間的間隙過大，加劇軋機的振動，通過更換滑板或者加墊片調(diào)整的方式控制間隙可以抑制振動。這種方法抑制振動的能力有限，當(dāng)軋機與牌坊之間的間隙過小時，工作輥裝輥時將出現(xiàn)卡阻，無法裝入等現(xiàn)象。

國外先進的竄輥結(jié)構(gòu)，彎輥缸體與軋機牌坊固定在一起，竄輥缸活塞桿與彎輥缸體是整體結(jié)構(gòu)，竄輥時彎輥缸體不動，竄輥缸體帶動軋輥軸向竄動。其先進竄輥與彎輥系統(tǒng)示意圖見圖1所示：

（3）優(yōu)化振動較大部位如鼓形齒接軸的結(jié)構(gòu)形式，抑制振動。常見鼓形齒接軸，輥端齒潤滑采用循環(huán)稀油潤滑，齒輪座端進油，輥端回油，回油采用接油盒形式，接油盒處采用軸承結(jié)構(gòu)，當(dāng)軋機高速轉(zhuǎn)動時，輥端振動較大；新的內(nèi)循環(huán)式鼓形齒接軸通過在軸內(nèi)部設(shè)置油路，將回油引至齒輪座端，可以很大程度上降低接軸的振動。

（4）引起軋機振動的關(guān)鍵因素就是軋制力，改善軋輥潤滑，合理分配各軋機軋制力，降低易振軋機軋制力，提高開坯溫度，降低軋制入口張力，降低帶鋼出口溫度，合理配備軋輥直徑等方案有效抑制軋機振動。

（5）合理調(diào)整軋機的控制參數(shù)，優(yōu)化液壓伺服系統(tǒng)以及電機的變頻控制等抑制耦合振動。目前比較成熟的有解耦抑振器，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的采集和分析，進行解耦及自適應(yīng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)定，作用于軋機的兩大動力源，液壓系統(tǒng)和電機系統(tǒng)，抑制振動。

3 結(jié)語

目前軋機的振動抑制基本都是事后性的，沒有在軋機的設(shè)計階段考慮到軋機的振動，將主傳動系統(tǒng)的固有頻率、機座系統(tǒng)地固有頻率和機械設(shè)備的固有頻率分散開，從而在設(shè)計上避免軋機的動力學(xué)缺陷。在事后抑制方面，主要通過控制軋制力，改善軋輥潤滑，傳統(tǒng)調(diào)整控制軋機精度的方式，對于軋機振動的抑制能力有限，解耦抑制將是一個發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]王芳，董宏.軋機垂直振動的研究現(xiàn)狀與展望[J].軋鋼，2008（03）：46-47.

[2]司小明.馬鋼CSP軋機振動分析[J].安徽冶金，2010（03）：37-40.

作者簡介：鳳成龍（1984-），男，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。