冷轧机传动系统振动测试与控制方法研究.docVIP

PAGE  PAGE 5 冷轧机传动系统振动测试与控制方法研究 　　摘要：冷轧机是轧钢生产中的关键设备之一，若是轧机出现振动现象，不但会对轧钢生产效率和质量造成影响，而且还会对冷轧机本身带来一定程度的危害，从而缩短轧机的使用寿命。因此，应当在对冷轧机传动系统进行振动测试的基础上，采取有效的控制方法，降低振动问题的发生几率，确保冷轧机稳定、可靠运行。基于此点，本文首先分析了冷轧机传动系统振动测试，在此基础上提出冷轧机传动系统振动问题的控制方法。期望通过本文的研究能够冷轧机振动问题的消除及其使用寿命的延长有所帮助。 　　关键词：冷轧机；振动；控制 　　1冷轧机传动系统振动测试分析 　　冷轧机的主传动系统较为复杂，其由多个惯性元件组成，具体包括电动机、联轴器、万向接轴、减速器和轧辊系统等等。相关研究结果表明，当冷轧机的主传动系统受到突变荷载的作用时，会在传动系统当中形成具有周期性变化特点的扭矩，若是该扭矩作用于传动轴上，则会引起传动轴的扭矩放大系数增大，当系数超过设定值时，便会导致传动轴损坏。通常情况下，对冷轧机主传动系统的扭转振动分析都是针对比较容易出现故障的环节进行。比较常用的方法有实测法、解析法等，因为实测法的工作量相对较大，故此在实际测试中，多以解析法为主。 　　1.1动力学建模 　　冷轧机传动系统模型如图所示。 　　为了便于计算，可在测试过程中对传动系统模型进行简化处理，即将质量相对较大且变形较小的元件简化为集中质量，并将变形较大且质量较小的元件简化为无质量弹簧，同时将连接轴和万向接轴等轴类的转动惯量分配至与其相连的惯性元件上。变速器则应依据机械能守恒定律进行转换，一方面可以将高速轴上的转动惯量及扭转刚度转换至低速轴上，另一方面也可将低速轴上的转动惯量及扭转刚度转换至高速轴上，转换方法如下： 　　在得出动能与势能的基础上，要选择合理的加载方式。冷轧机主传动系统的激励力加载方式较为常用的有以下三种：即斜坡加载、冷头加载及阶跃加载。其中斜坡加载在冷轧机带钢咬入的过程中，激励力是根据一定的速率平稳增加，平稳性是该加载方式最为突出的特点之一，采用这种方式不会造成传动系统的扭矩振动。故此，本次研究中的加载过程选用斜坡加载方式，即： 　　冷轧机传动系统的TAF值在正常情况下一般不会超过2，此时的振动不会对冷轧机造成破坏。然而，因传动系统在轧制过程中存在运行磨损等问题，从而会导致传动系统出现间隙，这种间隙在冷轧机运行中有时处于打开状况，有时处于闭合状态，由此会造成冲击力加大，TAF值也会随之增大，当TAF值增大到5～6时，容易引起设备损坏。 　　1.2振动测试过程 　　首先，在主传动轴上布置电阻应变传感装置，并按照一定的方式组成传感装置测量传动系统扭矩的微应变信号，随后借助计算机完成记录采样，从而获得冷轧机运行工况下的传动系统扭矩变化情况，再对计算机记录的数据进行分析处理，进而获得相关数据，以此来判断传动系统的状态。 　　1.2.1扭矩信号分析。由测试结果可知，传动系统中上、下传动轴的扭矩信号基本保持同步运行，但是两者之间的扭矩峰值与平均值却并不相同，如图2所示。 　　当冷轧机处于空转状态时，工作辊与支承辊间主要是凭借摩擦力实现传动的，在没有特殊因素影响时，这个摩擦力的变化幅度较小，扭矩也基本可以保持一致，其结果近似为一条恒定值的直线。通过测试过程可知，扭矩信号在不过钢的情况下也存在一定的波动，其中以下传动轴的波动变化最为突出，上传动轴的空转信号峰值约为40kN?m，下传动轴空转时的峰值约为160 kN?m，由此可判断冷轧机主传动系统存在质量偏心及位置偏心问题。 　　1.2.2频谱分析。采用功率密度对扭矩信号进行频谱分析时，设置参数的效果更好一些，特别是在信号长度不足的情况下，鉴于此，本次研究选用相关的参数模型，并在Matlab软件中以相应的函数编写处理程序，对冷轧机的主传动系统上下轴进行功率谱密度分析，由此得出如下结果：在上下传动轴上较高的频率能量共有5处，分别为7Hz、24Hz、80Hz、100Hz及200Hz，在以上5处较高的频率能量中，7Hz与24Hz属于扭振的范围，它们对冷轧机的运行具有一定的危害性。同时，200Hz频率的能量相对较大且影响范围较广，所以应当对其给予足够的重视。 　　2冷轧机传动系统振动问题的控制方法 　　冷轧机传动系统的振动问题是无法彻底消除的，只要冷轧机运行，传动系统便会产生扭转振动，因此对于该问题只能通过相应的方法加以控制，从而减少振动发生的几率，确保冷轧机稳定运行。 　　2.1对主传动系统的负荷平衡进行控制 　　冷轧机的电气控制系统中一般都会设有负荷平衡控制装置，控制器的调整原理是在上下辊负载超过3%时，控制器连通，对电机的速度进行调整。负荷平衡控制的