蔣鳳群

【摘 要】CSP軋機(jī)具有4種振動(dòng)形式，它們分別是軋制界面自激振動(dòng)引起的固有頻率振動(dòng)、驅(qū)動(dòng)端引起的強(qiáng)迫振動(dòng)、齒輪座嚙合引起的強(qiáng)迫振動(dòng)、輥面振紋引起的振紋振動(dòng)。CSP軋機(jī)存在振動(dòng)問(wèn)題，不僅影響了軋件質(zhì)量，阻礙新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，而且給設(shè)備的安全生產(chǎn)造成隱患。解決CSP軋機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的意義重大。

【關(guān)鍵詞】CSP軋機(jī)；振動(dòng)管理；振源分析

1.軋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

某CSP熱連軋生產(chǎn)線由7架精軋機(jī)組成，將70mm左右厚度的連鑄板坯軋制成12.7～0.8mm的板材，其中F1、F2為高鉻鋼工作輥，直徑為950～820mm，F(xiàn)3、F4為高鉻鑄鐵工作輥，直徑為750～660mm。采用厚規(guī)格燙輥制度，輥役周期內(nèi)先軋制較厚的3.5mm鋼板，然后軋制厚度為3.0，2.7和2.5mm的過(guò)渡鋼板，最后軋制厚度為2mm、1.6mm、1.5mm、1.3mm、1.2mm的薄規(guī)格鋼板。長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，軋機(jī)振動(dòng)與軋件厚度有關(guān)，軋制厚度小于2mm的集裝箱板時(shí)，軋機(jī)開(kāi)始振動(dòng)。軋機(jī)振動(dòng)還與軋制歷程有關(guān)，隨著軋制薄規(guī)格鋼板噸位的增加，軋機(jī)振動(dòng)加劇。其中，F(xiàn)2和F3振動(dòng)最為劇烈，且軋機(jī)出口的軋件表面有振紋，軋輥表面也經(jīng)常有振紋出現(xiàn)。為了掌握軋機(jī)的振動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

1.1測(cè)試方法

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用16通道CRAS分別采集F2和F3的多點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)。預(yù)測(cè)試的結(jié)果表明軋機(jī)為低頻振動(dòng)，振動(dòng)頻率主要集中在200Hz以下，故采樣頻率定為512Hz。為了降低軋制歷程對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，測(cè)試的輥役周期內(nèi)加入了2次厚度回調(diào)過(guò)程，即有3次3.5mm～1.2mm的軋制過(guò)程。連軋過(guò)程中，前架軋機(jī)振動(dòng)在軋件表面留下的振紋會(huì)因后架軋機(jī)的軋制而碾沒(méi)，所以，采取急停軋制的方法令軋制過(guò)程強(qiáng)行中斷，從而能夠采集機(jī)架出口側(cè)軋件表面的振紋。

1.2軋機(jī)振動(dòng)測(cè)試

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，主傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振信號(hào)包含了軋制力波動(dòng)以及其他測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)的優(yōu)勢(shì)頻率成分，故以扭振信號(hào)作重點(diǎn)分析。為了減小軋制噸位的影響，僅統(tǒng)計(jì)前兩次厚度回調(diào)的軋制過(guò)程，以扭振信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差表征其振動(dòng)強(qiáng)度。F3與F2振動(dòng)情況非常相似，總結(jié)它們的振動(dòng)特征如下：（1）振動(dòng)信號(hào)點(diǎn)集具有較強(qiáng)的線性關(guān)系，與轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)關(guān)系穩(wěn)定。（2）振動(dòng)形式對(duì)軋件厚度最為敏感，軋制薄規(guī)格軋件時(shí)的軋機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。（3）工作輥軸承座可表現(xiàn)出與扭振相同的振動(dòng)頻率成分。（4）支撐輥軸承座、機(jī)架、齒輪座、減速機(jī)的振動(dòng)頻率，以及軋制力波動(dòng)頻率也有上面描述的特點(diǎn)，但振幅相對(duì)于工作輥軸承座的振動(dòng)要小很多，且出現(xiàn)多種振動(dòng)形式的耦合振動(dòng)。

1.3軋件表面的振紋測(cè)試

軋制薄規(guī)格集裝箱板時(shí)，軋件上下表面會(huì)出現(xiàn)與軋輥軸平行、間距相等、鋼板通寬的明暗相間橫向振紋，工作輥上亦偶見(jiàn)有振紋出現(xiàn)。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，急停軋制采集到了F2和F3機(jī)架出口側(cè)軋件表面振紋，F(xiàn)2出口側(cè)軋件表面振紋間距為104.7mm，F(xiàn)3出口側(cè)振紋間距為52.5mm。

2.軋機(jī)振動(dòng)振源分析

軋機(jī)振動(dòng)被分成4類振動(dòng)形式，結(jié)合軋機(jī)固有特性及潛在致振頻率分析這4類振動(dòng)形式。

第1類振動(dòng)形式P2n和P3n中的振動(dòng)頻率與軋輥轉(zhuǎn)頻無(wú)關(guān)，F(xiàn)2的頻率為18.97Hz，F(xiàn)3的頻率為19.52Hz。該頻率與軋機(jī)的一階扭振固有頻率21Hz十分接近，可確定此類形式是固有頻率振動(dòng)，動(dòng)力學(xué)模型中剛度偏大造成了理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值存在一定的差異。系統(tǒng)中并無(wú)此頻率成分的激勵(lì)源存在，且在軋制薄規(guī)格時(shí)，此頻率成分表現(xiàn)出較強(qiáng)的扭振和軸承座振動(dòng)耦合振動(dòng)。由于軋制薄規(guī)格軋件時(shí)，軋制速度、軋制力等軋制參數(shù)和條件的變化而致使軋制界面上的負(fù)阻尼效應(yīng)的作用加強(qiáng)，在軋制界面上發(fā)生自激振動(dòng)。自激振動(dòng)結(jié)果就是軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)以一階扭振固有頻率振動(dòng)，且軋輥水平振動(dòng)在軋制界面上與扭振耦合。負(fù)阻尼引起的自激振動(dòng)可通過(guò)改進(jìn)軋制界面上的軋制潤(rùn)滑狀態(tài)，以及軋輥材質(zhì)、軋輥表面摩擦特性等手段予以改善或避免。

第2類振動(dòng)形式中，F(xiàn)2和F3分別出現(xiàn)39.48f2n和24.94f3n基頻成分，以及此基頻的×2，×3，…倍頻成分振動(dòng)。軋制厚度的變化對(duì)此振動(dòng)形式的振動(dòng)強(qiáng)度影響不大，不是軋機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重的原因。由此可基本肯定，F(xiàn)2和F3的第2類振動(dòng)形式具有形同的振源，位于軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)端，此類振動(dòng)對(duì)軋機(jī)的影響不大。

第3類振動(dòng)形式的基頻與軋機(jī)齒輪座輪齒嚙合頻率（簡(jiǎn)稱齒輪座嚙合頻率）23倍轉(zhuǎn)頻幾乎相等，且2倍頻也是46左右，所以，該振動(dòng)類型為齒輪座嚙合引起的軋機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)。以F3為例分析此類振動(dòng)的幅值和響應(yīng)特性。齒輪座嚙合頻率基頻成分集中于22～25Hz之間，由其振動(dòng)幅值譜峰值與振動(dòng)頻率的關(guān)系可以看出，幅值譜峰值隨振動(dòng)頻率的增加而減小。由此可知，在齒輪座嚙合基頻頻率激勵(lì)下，軋機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)隨著激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離固有頻率21Hz而減小。此類振動(dòng)為典型的強(qiáng)迫振動(dòng)。因客觀條件限制，通過(guò)改變軋機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)改變其固有頻率以避開(kāi)嚙合頻率是十分困難的，而降低齒輪座的嚙合沖擊水平相對(duì)容易，這就應(yīng)保證零件的加工精度，以及軸對(duì)安裝時(shí)的精度，并且定期檢查齒側(cè)間隙，從而減小齒輪誤差激勵(lì)和嚙合沖擊激勵(lì)的作用。

在第4類振動(dòng)形式P2M和P3M中，F(xiàn)2和F3振動(dòng)頻率分別為各自軋輥轉(zhuǎn)頻的25.3倍和42.4倍。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的F2和F3出口側(cè)軋件表面振紋間距分別為104.7mm和52.5mm?？梢钥隙ǖ?類振動(dòng)形式P2M和P3M與振紋有關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)，振紋振動(dòng)頻率成分的幅值大小隨著軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性變化，且隨著軋制噸位的增加而增強(qiáng)，這兩個(gè)規(guī)律在F2機(jī)架表現(xiàn)的尤為明顯。隨著軋制噸位的增加，轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)振紋振動(dòng)所占比例有增加的趨勢(shì)，振紋振動(dòng)幅值譜峰值亦增加明顯，這是由于軋制過(guò)程中工作輥輥面振紋不斷擴(kuò)展和加深造成的。因?yàn)檐堓佪伱嬲窦y隨軋制噸位增加而加深，惡化了軋制界面；惡化的軋制界面又引起更加劇烈的振動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)一步使輥面振紋加深，形成“振紋-振動(dòng)”互相影響并彼此加強(qiáng)的正反饋過(guò)程，這也是振紋振動(dòng)成分對(duì)軋機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度影響最為嚴(yán)重的原因。抑制振紋振動(dòng)的措施主要是通過(guò)改變軋制界面的接觸和潤(rùn)滑條件來(lái)加以解決。

通過(guò)以上分析和研究，找出了CSP軋機(jī)振動(dòng)的原因：軋制界面自激振動(dòng)和輥面振紋引起的振紋振動(dòng)是軋機(jī)振動(dòng)的振源，尤其是后者，使軋機(jī)振動(dòng)隨軋制噸位的增加而加劇。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用高速鋼軋輥來(lái)代替高鉻鑄鐵軋輥可以起到很好的抑制效果，消除了軋件和輥面振紋，且使振動(dòng)水平大大降低，在軋制2mm集裝箱板時(shí)振動(dòng)幅值降低了80%，文獻(xiàn)給出了具體的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.結(jié)論

CSP軋機(jī)振動(dòng)最為嚴(yán)重的F2和F3機(jī)架具有類似的振動(dòng)規(guī)律，相同的致振原因。CSP軋機(jī)有4種振動(dòng)類型，分別是驅(qū)動(dòng)端引起的振動(dòng)、齒輪座嚙合頻率振動(dòng)、扭振固有頻率振動(dòng)和振紋振動(dòng)。后兩種振動(dòng)類型在軋機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)的最為明顯。軋制界面自激振動(dòng)和輥面惡化是軋機(jī)振動(dòng)的主要原因，由此引起了軋機(jī)扭振、水平振動(dòng)、垂振等多種振動(dòng)形式的耦合振動(dòng)，致使軋機(jī)在軋制薄規(guī)格鋼板時(shí)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)，且振動(dòng)強(qiáng)度隨軋制噸位增加而增強(qiáng)。高速鋼軋輥可起到很好的抑制CSP軋機(jī)振動(dòng)的效果。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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