轧机工作辊水平非线性振动及智能衬板吸振

doi:10.3901/JME.2024.20.108

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (20): 108-119.doi: 10.3901/JME.2024.20.108

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轧机工作辊水平非线性振动及智能衬板吸振

和东平^1,2,3, 蒋莉⁴, 徐慧东^1,2, 刘元铭^1,2,3, 王涛^1,2,3

1. 太原理工大学机械工程学院太原 030024;
2. 金属成形技术与重型装备全国重点实验室太原 030024;
3. 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院海安 226601;
4. 成都工业学院智能制造学院成都 611730

收稿日期:2024-01-04 修回日期:2024-08-15 出版日期:2024-10-20 发布日期:2024-11-30
通讯作者: 王涛,男,1985年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为轧制工艺及设备。E-mail:tyutwt@163.com
作者简介:和东平,男,1989年出生,博士,助理研究员,硕士研究生导师。主要研究方向为轧机非线性动力学分析及稳定性控制。E-mail:tyuthdp@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52205404，52375367，51905369);山西省基础研究计划(202203021212293，202203021221054)、海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院开放(2023HA-TYUTKFYF004)和新疆智能装备研究院定向委托科研(XJYJY2024012)资助项目。

Horizontal Nonlinear Vibration of Mill Work Roll and Intelligent Liner Vibration Absorption

HE Dongping^1,2,3, JIANG Li⁴, XU Huidong^1,2, LIU Yuanming^1,2,3, WANG Tao^1,2,3

1. College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024;
2. National Key Laboratory of Metal Forming Technology and Heavy Equipment, Taiyuan 030024;
3. Hai'an &Taiyuan University of Technology Advanced Manufacturing and Intelligent Equipment Industrial Research Institute, Hai'an 226601;
4. College of Intelligent Manufacturing, Chengdu Technological University, Chengdu 611730

Received:2024-01-04 Revised:2024-08-15 Online:2024-10-20 Published:2024-11-30

摘要/Abstract

摘要： 板带轧机振动理论的研究对板材的质量和设备的稳定运行至关重要。考虑轧制力的水平动态激励、工作辊轴承座与牌坊之间的非线性阻尼、非线性刚度以及间隙等因素的影响，建立轧机工作辊水平非线性振动分数阶动力学模型。通过平均法求解得到了上工作辊水平非线性振动的幅频特性曲线方程，分析轧制力的水平动态激励幅值、刚度系数、非线性阻尼系数以及分数阶微分项的系数与阶次对系统主共振幅频特性曲线的影响。设计一种用于安装在轧机牌坊和上工作辊轴承座之间的液压智能衬板，运用多尺度法求解得到安装智能衬板系统的幅频特性曲线方程，分析衬板的刚度系数和阻尼系数对幅频特性的影响，通过数值仿真研究智能衬板对水平非线性振动的控制效果，最后通过试验验证智能衬板设计的可行性和正确性，为轧机非线性动力学分析及稳定性控制提供了一种新思路，对现实生产具有重要指导意义。

关键词: 轧机, 水平非线性振动, 分数阶建模, 多尺度法, 智能衬板

Abstract: The vibration theory of strip rolling mill is very important to the quality of sheet metal and the stable operation. Considering the influence of the horizontal dynamic excitation of rolling force, the nonlinear damping, the nonlinear stiffness and the gap between the work roll bearing seat and the bridge, the fractional order dynamic model of the horizontal nonlinear vibration of the work roll is established. The amplitude-frequency characteristic curve equation of the horizontal nonlinear vibration of the upper work roll is obtained by average method. The effects of the horizontal dynamic excitation amplitude, stiffness coefficient, nonlinear damping coefficient and fractional differential coefficient and order of the rolling force on the principal common amplitude-frequency characteristic curve of the system are analyzed. A hydraulic intelligent liner plate is designed to be installed between the mill yard and the bearing seat of the upper work roll. The amplitude-frequency characteristic equation of intelligent liner installation system is obtained by using multi-scale method. The influence of stiffness coefficient and damping coefficient of liner on amplitude-frequency characteristics is analyzed, and the control effect of intelligent liner on horizontal nonlinear vibration is studied by numerical simulation. Finally, the correctness and feasibility of intelligent liner design are verified by experiments, which provides a new idea for nonlinear dynamic analysis and stability control of rolling mill, and has important guiding significance for practical production.

Key words: rolling mill, horizontal nonlinear vibration, fractional modeling, multiscale method, intelligent liner

中图分类号:

TG113

和东平, 蒋莉, 徐慧东, 刘元铭, 王涛. 轧机工作辊水平非线性振动及智能衬板吸振[J]. 机械工程学报, 2024, 60(20): 108-119.

HE Dongping, JIANG Li, XU Huidong, LIU Yuanming, WANG Tao. Horizontal Nonlinear Vibration of Mill Work Roll and Intelligent Liner Vibration Absorption[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(20): 108-119.

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Horizontal Nonlinear Vibration of Mill Work Roll and Intelligent Liner Vibration Absorption

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