[发明专利]分析热轧精轧机工作辊水平自激振动的动力学建模方法

说明书

本发明提供了一种分析热轧精轧机工作辊水平自激振动的动力学建模方法，该方法包括以下步骤：a、以变形区轧件流动体积不变为原则，计算轧件动态速度，得出中性角与轧辊水平振动速度微分方程；b、以轧件在轧制过程中满足塑性流体力学为原则，计算轧件在轧制过程中所受的平均剪切应力；c、计算轧机上下轧辊非对称运动时轧件的应力状态系数；d、得出热轧的动态轧制力P的计算公式；e、建立工作辊水平动力学模型；f、得出热轧精轧机工作辊的水平自激振动的动力学分析方程。本发明对提高产品质量和生产安全性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及轧机振动分析领域，具体地说是一种分析热轧精轧机工作辊水平自激振动的动力学建模方法。

背景技术

随着钢铁工业轧制设备向着大型化、高荷载、高速化发展，轧制过程中轧机的动态效应也随之突出，轧机振动问题也变得明显起来，尤其是工作辊水平自激振动，发生十分频繁。剧烈的振动不仅威胁着轧机安全生产，而且也降低带钢表面质量，甚至引起设备重大事故，成为困扰带钢生产和新产品开发的瓶颈。

由于轧机系统中工作辊水平方向存在结构间隙，约束强度较低，因此，工作辊水平振动表现最为剧烈。工作辊水平自激振动频率为40～80Hz，上/下工作辊振动方向相反。为探究振动机理，解决振动问题，学者们针对轧机水平振动问题开展了系列研究，这些研究虽然从不同角度能够揭示轧机的一些振动现象，但都是以单辊为研究对象或假设上下轧辊运动状态相同等条件下开展研究的。而实际中，轧机上下工作辊运动表现为反向振动现象。上下工作辊反向振动一方面会引起轧件对轧辊的作用力方向生变化，另外还将造成变形区轧件上下表面摩擦状态的差异性，使得上下表面中性角位置不同，进而使变形区将衍生出搓轧区，受力状态更加复杂。搓轧区的动态衍生使变形区产生新的阻尼机制，改变轧制变形区的稳定性，对轧机系统的稳定性产生了很大的影响，导致热轧精轧机组轧制高强度薄规格带钢时易频繁发生工作辊剧烈自激振动。

发明内容

本发明的目的就是提供一种分析考虑非稳态轧制时轧制变形区存在搓轧状态的热轧精轧机工作辊水平自激振动的动力学建模方法，以解决热轧精轧机组轧制高强度薄规格带钢时易频繁发生工作辊剧烈自激振动的问题。

本发明是这样实现的：一种分析热轧精轧机工作辊水平自激振动的动力学建模方法，包括以下步骤：

a、以变形区轧件流动体积不变为原则，计算轧件动态速度v_x，v_x的计算公式为：

其中，v₀为轧件入口速度，v_e为轧辊水平振动速度，H为轧件入口厚度，h_x为轧辊与轧件接触弧上x位置处轧件厚度；

以中性角θ_n作为公式(1)的边界条件，得到以下公式：

整理公式(2)得出中性角θ_n与轧辊水平振动速度v_e微分方程：

其中，R为工作辊半径，v_r为轧制速度；

b、以轧件在轧制过程中满足塑性流体力学为原则，计算轧件在轧制过程中所受的平均剪切应力τ_m，τ_m的计算公式为：

其中，v_x1为轧件上表面在x位置的流动速度，v_x2为轧件下表面在x位置的流动速度，v_e1为上工作辊水平振动速度，v_e2为下工作辊水平振动速度，ξ为轧件流动粘度,k为金属变形阻力，l为轧件与轧辊的接触区长度；