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轧机的空间振动
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摘要：分析轧机振动通常仅限于简单的平面或低自由度振动。在现实中，无论如何，轧机振动的发生表现在空间自由度为6，在转动之间导致复杂的相对运动包括垂直、横向、轴向、反向、交叉和摆动的振动方式。在本文中，根据黎卡提整体传递矩阵法修改了一个完整的空间振动分析特性。拟议的方法将被应用到两个不同的轧机配置，即两个高刚度轧机中在辊轴承座之间有无间隙。伴随着复杂模态的轧机分析具有耦合振动特性的交叉和摇摆运动。实验结果将证明所提出的方法的有效性进行空间振动分析。3760
关键词：轧机；空间振动分析；传递矩阵法；里卡蒂变换；间隙
1 介绍
在轧机振动现象是很常见的，复杂的。对于轧机的振动，有更多的研究包括垂直，轴向和扭转振动模式的轧辊传统的振动行为。然而，如图1示，沈和李在2009年列举出轧辊的水平、交叉和摇摆振动方式，这是一些比较重要的异常振动形式，这在实际生产的高刚性棒材轧机、大型四辊和751高板轧机中一样存在。在现实中，这些振动行为表明轧机振动的空间行为自由度为6，其中包括3个位移和3个旋转角度。辊轧的水平、交叉和摆动方式导致其轻微的变化，从而影响了轧制产品的尺寸精度，进而发生异常的扭曲并打破了辊的平衡状态导致轧机结构的安全性受到威胁。
图1不寻常的振动行为的轧辊（a）水平振动（b）交叉振动（c）摇摆振动
在轧机中关于振动现象，包括这样一个单一的振动模态耦合振动模式，这项传统的研究基于一些简化的平面振动分析。它主要包括Toshifumi(2011)研究的轧辊轴的扭转振动分析，Nizio(2005)研究的在垂直平面通过轧辊轴分析扭转振动以及Yan（2008）分析研究了垂直扭转耦合振动，Alok研究了水平平面平行于轧制方向的水平振动，还有Yun和Wilson研究分析了轧辊的横截面面积在垂直水平面的耦合振动等等。然而，在轧制的过程中如Zhong（2002）所描述的椭圆形横截面上的两个高轧机和振痕模糊边缘，总是发生在四个高和751个高的轧机的轧制产品，并且平面状的振动分析不能很好的揭示这些现象。Shen（2010）等人研究了轧辊之间和结构部件之间的间隙的偏移距离所造成的辊轧机的空间行为，其原因在于伴随着交叉和摇摆的振动模式的微观尺度参数。平面振动模型和理论并不能完全揭示一个完整的空间振动特性以及它影响着轧制产品的质量。因此，研究轧机的空间振动十分必要，其振动模式包括纵向、横向、轴向、反向、交叉和摇摆，它的关键是要建立相应的数值方法。
一个空间振动分析因为两个高刚度轧机具有不同的稳定性，进行整体修改的Riccati传递矩阵法证明所提出的方法的有效性。
2 250高刚度轧机
对研发轧机空间振动解析的分析方法，以250毫米（辊的直径）的高刚度轧机（无外壳）作为对象进行分析。如图2所示，轧辊轴承座的上部和下部由左右的两个方柱和螺纹杆连接。轧辊轴承座和方柱之间的连接槽可将方柱视为一个在辊的水平方向，轴向方向和垂直方向上移动的导柱。轴承座和杆通过螺杆螺母和球形垫连接。向心滚子轴承固定在辊子的两端，推力滚子轴承固定在运转处。沉重的轧辊负荷，从辊身通过径向滚子轴承和轧辊轴承转移到杆。杆和方柱通过构架腿固定在底座上。
图2高刚度轧机的模型
在该轧机的基本结构中，有一个小的间隙Δ，在轴承座孔和球形垫之间约为2mm，因此，轧机在轧制过程中出现影响平稳的异常振动行为，使第1节中介绍的辊交叉摇摆振动形式很容易发生。通过减小的尺寸精度和阻止椭圆截面增大等方法来确保轧机的安全运行。更重要的是，交叉和轧辊的摆动行为不能诠释之前的平面振动分析。之后，设计一种改进的结构。其不同之处是，除去轧辊轴承座间隙中的球形垫，并添加另一种双球垫来实现稳定的轧机结构，确保轧机安全运行。