無縫鋼管軋制過程的振動(dòng)穩(wěn)定性分析

王瑞 陳松

摘要：我國在無縫鋼管軋制中，常用的機(jī)器是連續(xù)軋機(jī)，物料軋制過程中的振動(dòng)在很大程度上會(huì)影響機(jī)器的穩(wěn)定性，在此過程中，產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)受到不同程度的影響。然而，在實(shí)際研究中，這方面的研究相對(duì)較少，從理論的角度，對(duì)連軋機(jī)在運(yùn)行過程中的振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，從而促進(jìn)實(shí)際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：無縫鋼管軋制過程;振動(dòng);軋制;穩(wěn)定性

在無縫鋼管軋制過程中，減振對(duì)軋機(jī)振動(dòng)的穩(wěn)定性起著重要作用，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。采用動(dòng)態(tài)分析的方法無縫鋼管的軋制過程，建立了力學(xué)模型和軋制過程的微分方程，軋制過程使用數(shù)值方法的穩(wěn)定性分析，確定軋制的穩(wěn)定性降低，為無縫鋼管軋制工藝參數(shù)提供參考。

一、理論基礎(chǔ)

連軋管機(jī)在運(yùn)行過程中的振動(dòng)會(huì)在一定程度上對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，舉例來說，在連軋管機(jī)運(yùn)行過程中，由于會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致鋼管沿著機(jī)器軸向產(chǎn)生波紋，這對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響非常大，嚴(yán)重時(shí)還有可能導(dǎo)致連軋管機(jī)的損壞。但在理論層面中，連軋管機(jī)的這種振動(dòng)現(xiàn)象還沒有有效辦法得到解釋。隨著研究力度的加深，越來越多的專家與學(xué)者也對(duì)連軋管機(jī)的這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并獲得了一些成果，如一些學(xué)者構(gòu)建起了動(dòng)力學(xué)模型，一些學(xué)者對(duì)參數(shù)工藝進(jìn)行了研究，還有一些人構(gòu)建起了微分方程，這些成果都對(duì)研究軋制鋼管過程中的振動(dòng)穩(wěn)定性分析提供了有力的分析理論基礎(chǔ)。

二、無縫鋼管軋制過程的振動(dòng)穩(wěn)定性的分析

三、軋機(jī)穩(wěn)定性的具體算例

通過數(shù)值解析方法分析軋機(jī)水平振動(dòng)的變化規(guī)律.例如，軋輥?zhàn)钚≈睆紻=518.2 mm，鋼管與軋輥之間的摩擦系數(shù)為μ=0.3，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度n=11.7 r/s，軋制前的鋼管直徑為356.05 mm、壁厚為26.97mm，取長度L=2 m，軋制后的鋼管直徑為339.55 mm、壁厚為19.83 mm，材質(zhì)為28CrMo47V鋼，軋制壓下量為8.4mm，最大軋制力為351，t軋制溫度為1 050 e，材料的彈性模量為E 1=6.912x 103MPa，材料的泊松比μ1=0.28.軋輥的材料為球墨鑄鐵，其彈性模量為E 2=1.45 x105MPa，泊松比為μ2=0.3.相對(duì)阻尼系數(shù)隨著軋輥壓下量的增加而逐漸增大，當(dāng)軋制壓下量小于23.63 mm時(shí)，連軋機(jī)系統(tǒng)的相對(duì)阻尼系數(shù)小于1，連軋機(jī)處于欠阻尼狀態(tài)，在軋制過程中有可能出現(xiàn)自激振動(dòng)，通過計(jì)算比較分析可得：當(dāng)軋輥的壓下量為3.27mm時(shí)，軋輥的固有頻率與系統(tǒng)的自激振動(dòng)頻率成3倍頻程關(guān)系，此時(shí)，軋機(jī)容易產(chǎn)生自激振動(dòng);當(dāng)軋制壓下量大于23.63 mm時(shí)，連軋機(jī)軋制系統(tǒng)的相對(duì)阻尼系數(shù)大于1，軋制系統(tǒng)將處于過阻尼狀態(tài)，連軋機(jī)處于非振動(dòng)狀態(tài).從動(dòng)力學(xué)的角度分析，在適當(dāng)?shù)能堉乒に噮?shù)下，連軋機(jī)可以穩(wěn)定軋制無縫鋼管。綜上的計(jì)算和分析可得：連軋機(jī)在軋制過程中，由于鋼管的軋制速度、軋輥的輥縫、摩擦系數(shù)及軋制力等因素的影響，導(dǎo)致了被軋鋼管在軋制運(yùn)動(dòng)方向上波動(dòng)，進(jìn)而影響了軋輥和鋼管的接觸剛度和接觸阻尼.因此，在軋制過程中，尤其當(dāng)自激振動(dòng)頻率與系統(tǒng)的固有頻率成比例關(guān)系時(shí)，更易使連軋機(jī)產(chǎn)生自激振動(dòng).

總之，在對(duì)軋制無縫鋼管的過程中，工藝的制定需要以軋制壓下量為基礎(chǔ)，其原因在于鋼管與軋輥接觸過程中的剛度與阻尼會(huì)在很大程度上收到雜質(zhì)壓下量的影響，到達(dá)一定程度以后，很有可能會(huì)造成連軋管機(jī)的系統(tǒng)發(fā)生共振，甚至?xí)T發(fā)自激振動(dòng)。所以，軋制過程中工藝參數(shù)的合理制定能夠提升軋制過程中的穩(wěn)定性。經(jīng)理論與計(jì)算能夠得出，軋制壓下量與連軋管機(jī)阻尼系數(shù)之間的關(guān)系為正相關(guān)，除此之外，軋制速度、壓下量、變形抗力、鋼管型號(hào)、摩擦系數(shù)、材料情況等參數(shù)也都與之相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何金.無縫鋼管軋制過程的振動(dòng)穩(wěn)定性探討.2017.

[2]王曉林.淺談無縫鋼管軋制過程的振動(dòng)穩(wěn)定性分析.2017.

（作者單位：天津鋼管集團(tuán)股份有限公司）