LG720冷軋管機(jī)組主機(jī)架慣性力試驗(yàn)分析研究

王 敏

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 引言

LG720冷軋管機(jī)組是由太原重工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的目前為止世界最大的冷軋管機(jī)組。由于冷軋管機(jī)組軋制時(shí)主機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起機(jī)架水平方向的沖擊振動(dòng)，機(jī)架要承受較大的水平方向慣性力，從而影響了設(shè)備的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。因此機(jī)架的振動(dòng)及所承受的慣性力引起了設(shè)計(jì)和工藝人員以及用戶的高度關(guān)注。所以，本項(xiàng)目主要是在LG720冷軋管機(jī)組正常生產(chǎn)的條件下進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集；通過對(duì)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的追蹤分析和研究，得出主機(jī)架所承受水平方向慣性力的大小及變化規(guī)律，為今后冷軋管機(jī)組的調(diào)試和改進(jìn)提供第一手資料。

1 試驗(yàn)分析研究方法

圖1為LG720冷軋管機(jī)組主機(jī)設(shè)備外觀圖。

圖1 LG720冷軋管機(jī)組主機(jī)設(shè)備外觀圖

由于LG720冷軋管機(jī)組軋制頻率很低，常規(guī)軋制頻率為10次/min～30次/min。因此，對(duì)于主機(jī)架的振動(dòng)，一般加速度傳感器無法測試，必須使用專用超低頻加速度傳感器。本次試驗(yàn)采用的專用超低頻加速度傳感器型號(hào)為991B，如圖2所示。加速度傳感器信號(hào)a接入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀器，輸出加速度動(dòng)態(tài)曲線。已知主機(jī)架質(zhì)量m=234 500 kg，根據(jù)牛頓第二定律F=ma，即可得到主機(jī)架所承受的慣性力?，F(xiàn)場加速度傳感器安裝位置如圖3所示。

圖2 991B專用超低頻加速度傳感器 圖3 現(xiàn)場加速度傳感器安裝位置

2 現(xiàn)場試驗(yàn)軋制工況

2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)軋制毛管規(guī)格和成品管規(guī)格。

軋制毛管規(guī)格和成品管規(guī)格見表1。

表1 軋制毛管規(guī)格和成品管規(guī)格 mm

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與軋制節(jié)奏

現(xiàn)場試驗(yàn)分析研究以不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速為不同工況，不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的冷軋管機(jī)組軋制節(jié)奏見表2。

表2 電機(jī)轉(zhuǎn)速與軋制節(jié)奏對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 主機(jī)架的振動(dòng)特性及慣性力試驗(yàn)分析研究結(jié)果

3.1 主機(jī)架振動(dòng)加速度現(xiàn)場試驗(yàn)研究結(jié)果

以軋制節(jié)奏從5次/min逐漸變?yōu)?2次/min為一個(gè)記錄循環(huán)，圖4為軋制節(jié)奏從5次/min逐漸變?yōu)?2次/min的主機(jī)架水平方向振動(dòng)加速度曲線。從圖4中可以看出，軋制過程中主機(jī)架水平方向的振動(dòng)加速度有突變現(xiàn)象，隨著軋制節(jié)奏的越來越快，主機(jī)架水平方向的振動(dòng)加速度越來越大。

圖4 軋制節(jié)奏從5次/min逐漸變?yōu)?2次/min的主機(jī)架振動(dòng)加速度曲線 圖5 軋制節(jié)奏為5次/min下的兩個(gè)往返循環(huán)振動(dòng)加速度曲線 圖6 軋制節(jié)奏為6.8次/min下的三個(gè)往返循環(huán)振動(dòng)加速度曲線

圖5～圖9為軋制節(jié)奏從5次/min逐漸變?yōu)?2次/min的主機(jī)架單個(gè)軋制頻率(節(jié)奏)下的振動(dòng)加速度曲線。

3.2 主機(jī)架振動(dòng)最大慣性力現(xiàn)場試驗(yàn)研究結(jié)果

根據(jù)主機(jī)架振動(dòng)加速度現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)域分析結(jié)果可得每個(gè)軋制節(jié)奏下的最大加速度值，其中加速度為正說明加速度指向毛管進(jìn)口方向，加速度為負(fù)說明加速度指向成品管出口方向，根據(jù)主機(jī)架質(zhì)量即可得出主機(jī)架所受最大慣性力，慣性力方向和加速度方向相同。主機(jī)架在不同軋制節(jié)奏下最大加速度及最大慣性力值見表3。從表3中可看出：在軋制節(jié)奏12次/min時(shí)，主機(jī)架正方向和負(fù)方向加速度和慣性力都達(dá)到最大，正方向和負(fù)方向最大加速度分別為3.43 m/s2和2.33 m/s2，相應(yīng)的正方向和負(fù)方向最大慣性力分別為804.34 kN和546.39 kN。

圖7 軋制節(jié)奏為8.5次/min下的三個(gè)往返循環(huán)振動(dòng)加速度曲線 圖8 軋制節(jié)奏為10次/min下的四個(gè)往返循環(huán)振動(dòng)加速度曲線 圖9 軋制節(jié)奏為12次/min下的六個(gè)往返循環(huán)振動(dòng)加速度曲線

表3 主機(jī)架在不同軋制節(jié)奏下最大加速度和最大慣性力值

3.3 主機(jī)架振動(dòng)特性及慣性力變化規(guī)律研究結(jié)果

從圖5～圖9主機(jī)架振動(dòng)加速度曲線可以看出：軋制節(jié)奏越低，主機(jī)架水平方向振動(dòng)加速度曲線變化越小，隨著軋制節(jié)奏的越來越快，主機(jī)架水平方向振動(dòng)加速度曲線變化越來越明顯，振動(dòng)加速度越來越大；主機(jī)架從后(成品管出口端)極限位置向前極限位置移動(dòng)進(jìn)行軋制時(shí)，加速度為正，且越來越大，到主機(jī)架行程到前極限位置時(shí)，加速度達(dá)到正方向最大；主機(jī)架從前極限位置向后極限位置移動(dòng)進(jìn)行軋制時(shí)，加速度為負(fù)，且數(shù)值越來越大，到主機(jī)架行程到后極限位置時(shí)，加速度達(dá)到負(fù)方向最大。從表3數(shù)據(jù)可以看出：在每一個(gè)軋制節(jié)奏下總是正方向最大慣性力數(shù)值大于負(fù)方向最大慣性力數(shù)值。軋制節(jié)奏的變化引起主機(jī)架正負(fù)方向最大慣性力變化情況見表4。從表4可以看出：當(dāng)軋制節(jié)奏從8.5次/min變化為10次/min時(shí)，正方向最大慣性力增加最大，增加了42.80%；當(dāng)軋制節(jié)奏從6.8次/min變化為8.5次/min時(shí)，負(fù)方向最大慣性力增加最大，增加了19.77%。

表4 軋制節(jié)奏的變化引起主機(jī)架最大慣性力變化情況

4 結(jié)論

(1)在軋制過程中，隨著軋制節(jié)奏的變化，主機(jī)架水平方向的振動(dòng)加速度有突變現(xiàn)象，隨著軋制節(jié)奏的越來越快，主機(jī)架振動(dòng)加速度曲線變化越來越明顯，振動(dòng)加速度越來越大。

(2)在軋制節(jié)奏12次/min時(shí)，主機(jī)架加速度和慣性力都達(dá)到最大，正方向和負(fù)方向最大加速度分別為3.43 m/s2和2.33 m/s2，相應(yīng)的正方向和負(fù)方向最大慣性力分別為804.34 kN和546.39 kN。