基于轴承刚度特性的板带轧机动力学建模及仿真研究

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随着板带轧机向着高速、大型化方向发展,对设备运行过程稳定性提出了更高的要求。目前板带轧机设备在高速重载运行条件下,轧制过程中轧机辊系不规律振动问题愈发明显,轧机的平稳运行直接影响产品质量精度与质量稳定性。板带轧机是由机架、辊系、平衡装置、传动装置等多个部件组成的复杂机械系统。由于内外激励引起的各部件之间的耦合作用使板带轧机系统成为一个复杂的多体耦合动力学系统。因此,综合考虑轴承刚度特性的影响,对板带轧机系统动力学机理开展研究,为揭示轧制过程工艺参数与轧机系统动特性之间的内在关联提供理论基础。本文以某厂1400mm轧机作为研究对象,针对轧机现场运行状态开展振动测试研究,发现轧机在运行过程中存在振动问题,致使成品板材出现质量缺陷,为了提高产品合格率,探究轧机产生振动原因,根据采集到的数据对设备运行状态进行了分析;建立了轧机辊系之间、辊系与轧件之间及轴承的刚度模型,同时也建立了辊系及轴承力与位移关系模型,并对四列圆锥滚子轴承受力状态、工作辊在轧制板带时的应力变化展开了有限元分析,提取辊系和轴承的固有频率和振型;并用有限元的方法计算了轧机辊系和轴承的刚度值,将采集到的数据及有限元计算结果导入到Maple Sim软件中模拟了轧机轧制板带过程;同时基于建立的三维模型,研究了不同工艺参数(轧制速度、摩擦系数、压下量)对轧制力的影响,发现了在这三个工艺参数中,轧制速度对轧机稳定性影响最大,通过降低轧机速度可以大幅度的抑制轧机振动,从而可以减小因振动对板带产品带来的严重危害。以上建模及仿真研究工作可以较好的掌握轧机辊系及轴承在空间中的运动规律及振动特性,并根据分析结果提出轧机抑振措施,可以为相关轧钢企业了解轧机特性提供理论上的参考,最终达到减少轧机振动的目标,从而获取高质量产品。
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