王松軍

（河北鋼鐵集團(tuán)承德分公司 河北承德）

一、概述

針對(duì)承鋼1780 mm熱連軋機(jī)軋制過(guò)程中出現(xiàn)低頻顫振展開(kāi)研究。軋機(jī)在生產(chǎn)Q235B終軋厚度2 mm左右板帶時(shí)，F(xiàn)2、F3軋機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)，尤其是隨著振動(dòng)強(qiáng)度、速度的變化而出現(xiàn)低頻轟鳴聲。軋機(jī)異常振動(dòng)的出現(xiàn)，產(chǎn)品表面質(zhì)量降低，加劇了軋輥磨損，給軋機(jī)帶來(lái)各種潛在危險(xiǎn)，制約軋制生產(chǎn)及軋制速度的進(jìn)一步提高。因此，迫切需要研究振動(dòng)的原因，掌握振動(dòng)特性及規(guī)律，提出解決軋機(jī)振動(dòng)的方法。

針對(duì)軋機(jī)顫振的研究主要集中在冷連軋機(jī)，導(dǎo)致冷連軋機(jī)顫振的因素，主要集中在帶鋼張力和軋制潤(rùn)滑方面的研究。由于熱連軋機(jī)與冷連軋機(jī)軋制工藝有很大不同，在軋制過(guò)程中，熱連軋機(jī)主要采用微張力控制，因此，導(dǎo)致顫振的原因與冷連軋機(jī)也有所不同。由于現(xiàn)場(chǎng)軋機(jī)發(fā)生的顫振為低頻振動(dòng)，與傳動(dòng)系統(tǒng)有著較大關(guān)系，因此，主要考慮齒輪傳動(dòng)嚙合沖擊作用下的軋機(jī)振動(dòng)特性。

二、傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪嚙合沖擊分析

熱連軋機(jī)發(fā)生的共振顫振，主要是由于軋機(jī)在軋制過(guò)程中存在接近或等于軋機(jī)固有頻率的激勵(lì)成分，這類(lèi)振動(dòng)在熱連軋機(jī)中較為常見(jiàn)。導(dǎo)致軋機(jī)機(jī)座顫振的激勵(lì)主要來(lái)自軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，如各種傳動(dòng)部件偏心、安裝誤差、齒輪嚙合沖擊等，這些擾動(dòng)激勵(lì)的頻率不是固定不變的，而是隨軋機(jī)的軋制速度的變化而變化，其中尤以齒輪嚙合沖擊造成的擾動(dòng)對(duì)軋機(jī)影響較大。

圖1為F2軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪嚙合擾動(dòng)頻率與軋機(jī)機(jī)座的固有頻率變化圖。在F2軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中減速器、齒輪基座以及鼓形齒接軸中都存在齒輪嚙合沖擊。其中，減速器齒數(shù)為70，造成的齒輪嚙合沖擊頻率為70×n，n 為軋輥的旋轉(zhuǎn)速度，單位為 r/s；齒輪基座的齒數(shù)為28，其齒輪嚙合沖擊頻率為28×n；接軸的齒數(shù)約50，當(dāng)上下接軸的齒輪嚙合相位為零，齒輪沖擊嚙合頻率為50×n。減速器、齒輪基座和接軸，在軋制過(guò)程中齒輪嚙合沖擊頻率隨軋制速度變化而變化，使傳動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)與嚙合頻率相同的擾動(dòng)頻率成分。由于齒輪嚙合沖擊頻率隨軋制速度的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)大于固有頻率的增長(zhǎng)速度，當(dāng)齒輪嚙合沖擊頻率接近或等于軋機(jī)固有頻率時(shí)，軋機(jī)將發(fā)生共振顫振。圖1中圓部分區(qū)域?yàn)镕2軋機(jī)易發(fā)生共振顫振的軋制速度區(qū)域，在2.3 m/s和3.23 m/s附近。

圖1 F2軋機(jī)軋制速度與傳動(dòng)齒輪嚙合擾動(dòng)下共振頻率區(qū)域

三、仿真分析

1.仿真參數(shù)設(shè)定

以F2軋機(jī)實(shí)際軋制過(guò)程參數(shù)為例，仿真參數(shù)主要取值見(jiàn)表1。

表1 仿真參數(shù)主要取值

2.不同軋制速度下軋機(jī)的顫振曲線

考慮傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪嚙合沖擊作用的影響，對(duì)F3軋機(jī)的機(jī)架振動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。圖2～圖8為不同軋制速度下，F(xiàn)2軋機(jī)軋件出口厚度的變化響應(yīng)圖。其中，圖2為F2在沒(méi)有外部激勵(lì)擾動(dòng)時(shí)軋件出口厚度變化曲線，在沒(méi)有外部擾動(dòng)情況下，軋件出口厚度經(jīng)咬鋼沖擊后有短暫的厚度波動(dòng)外，將很快趨于穩(wěn)定。

圖2 無(wú)擾動(dòng)下F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

圖3 軋制速度為1.5 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

圖3～圖 8 分別為軋制速度在 1.5 m/s、2 m/s、2.3 m/s、2.6 m/s、3.2 m/s、3.5 m/s時(shí)軋機(jī)出口厚度變化曲線。

由上面對(duì)F2軋機(jī)機(jī)座的固有頻率計(jì)算可知，當(dāng)F2軋機(jī)的軋制速度等于或接近于2.3 m/s或3.2 m/s時(shí)，軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中減速器和接軸齒輪嚙合頻率將接近軋機(jī)機(jī)座的第一階固有頻率60.5 Hz，此時(shí)軋機(jī)將發(fā)生共振顫振（圖5和圖7），此時(shí)軋機(jī)的共振響應(yīng)將明顯增大；當(dāng)齒輪嚙合頻率遠(yuǎn)離60.5 Hz時(shí)，共振將明顯減少。因此，F(xiàn)2軋機(jī)在軋制過(guò)程應(yīng)盡量避免2.31 m/s和3.23 m/s這2個(gè)軋制速度。

四、振動(dòng)抑制措施

（1）選取適當(dāng)?shù)能堉扑俣龋瓜到y(tǒng)中齒輪嚙合頻率遠(yuǎn)離軋機(jī)機(jī)座的固有頻率；F2軋機(jī)因盡量避免2.3 m/s和3.2 m/s這兩個(gè)軋制速度；F3軋機(jī)在軋制過(guò)程應(yīng)盡量避免3.3 m/s和4.2 m/s這兩個(gè)軋制速度。

圖4 軋制速度為2 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

圖5 軋制速度為2.3 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

圖6 軋制速度為2.6 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

（2）提高軋機(jī)機(jī)座系統(tǒng)中的阻尼c，可通過(guò)增加液壓襯板等措施增加系統(tǒng)的阻尼。

（3）提高軋輥的重量。

（4）降低齒輪嚙合過(guò)程中沖擊效應(yīng)強(qiáng)度，合理確定齒的精度，盡量減小齒輪傳動(dòng)間隙、接軸部件內(nèi)部間隙，都可有效減低齒輪嚙合沖擊效應(yīng)的強(qiáng)度。

圖7 軋制速度為3.2 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線

五、結(jié)論

研究了軋機(jī)傳系統(tǒng)齒輪嚙合沖擊對(duì)軋機(jī)振動(dòng)影響，分析得到減速器、齒輪機(jī)座以及弧形齒接軸中齒輪嚙合沖擊影響下，容易發(fā)生振動(dòng)的速度區(qū)域。同時(shí)，分析了齒輪嚙合沖擊作用下軋機(jī)振動(dòng)特性及振動(dòng)過(guò)程中各個(gè)因素對(duì)振幅的影響規(guī)律，并提出降低軋機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度的措施。

圖8 軋制速度為3.5 m/s時(shí)F2軋機(jī)出口厚度變化曲線