劉繼生

（山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠，山東 濟(jì)南 271104）

軋機(jī)是現(xiàn)在市面上非常常見的一種冶金設(shè)備，軋機(jī)質(zhì)量的好壞直接影響著工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，以及會(huì)間接影響工廠的效益。軋機(jī)壓下系統(tǒng)是對(duì)厚度控制的最基本環(huán)節(jié)，對(duì)保證液壓缸的位置正確性起著重要的作用。在這種情況下，我們要不斷地提高其精度，使其充分地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

目前，市面上的雙壓系統(tǒng)多為電氣雙壓下系統(tǒng)和電液雙壓下系統(tǒng)，主要是將粗調(diào)與微調(diào)相結(jié)合，粗調(diào)進(jìn)行整體把控，微調(diào)可以做到精度符合標(biāo)準(zhǔn)。將電動(dòng)壓用于粗調(diào)之上，微調(diào)時(shí)采用液壓，這種配合方法，在一定程度上能夠在響應(yīng)速度和構(gòu)件的規(guī)格精確度時(shí)均能達(dá)到一個(gè)非常好的效果。而且可以預(yù)見未來(lái)軋機(jī)壓下系統(tǒng)必然會(huì)對(duì)精度和響應(yīng)速度不斷要求更高，從而不斷滿足目前對(duì)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量不斷提高的要求。機(jī)械耦合是通過液壓缸進(jìn)行的，根據(jù)力的相互作用液壓系統(tǒng)在活桿的連接下可以當(dāng)作驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行處理研究，從而使得液壓參數(shù)與機(jī)械成功的進(jìn)行了耦合，進(jìn)行了機(jī)液耦合連接。同時(shí)，軋機(jī)液壓壓下作為一個(gè)整體系統(tǒng)，液壓和機(jī)械作用在一個(gè)共同的系統(tǒng)，相互之間的耦合就會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行影響，使其發(fā)生電液耦合振動(dòng)，這也就會(huì)使得軋機(jī)系統(tǒng)變得非常的不穩(wěn)定，控制精度在這種情況下也會(huì)慢慢的有所下降。

1 背景

我國(guó)作為一個(gè)鋼材產(chǎn)量和使用量均很大的國(guó)家，根據(jù)中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1949 年，我國(guó)鋼產(chǎn)量只有15.8 萬(wàn)噸，不足當(dāng)時(shí)世界鋼產(chǎn)量的千分之一。2018 年年底，我國(guó)鋼產(chǎn)量突破9 億噸，占世界鋼產(chǎn)量的50%。鋼材自給率從新中國(guó)成立初期的缺鐵少鋼，發(fā)展到目前大部分鋼材品種的完全自給。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，鋼材的使用范圍變得越來(lái)越廣泛，因此，對(duì)鋼材的要求就變得越來(lái)越高，需要更高的質(zhì)量更加高的精度，可是，這兩者目前仍然是我們國(guó)家的劣勢(shì)，因此，我們只能對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)提出了更高的要求。

2 現(xiàn)狀分析

總體來(lái)說，我們國(guó)家對(duì)于軋機(jī)的研究比較晚，經(jīng)過大量科研技術(shù)人員的摸索研究，在軋機(jī)固有動(dòng)態(tài)特性和與振動(dòng)有關(guān)的特性上有了一些比較客觀的成果。但是，近年來(lái)，軋機(jī)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，逐漸形成了一個(gè)囊括機(jī)械、電氣、液壓等多個(gè)學(xué)科的綜合研究系統(tǒng)，研究人員和團(tuán)隊(duì)也在不斷地與多方面進(jìn)行協(xié)作研究，逐漸形成了完整的研究模型和理論基礎(chǔ)，在這其中，發(fā)現(xiàn)軋機(jī)在工作的過程是各種特性相互耦合的結(jié)果。

在國(guó)內(nèi)對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)的研究，主要是從模型建立、實(shí)驗(yàn)分析、理論研究這幾個(gè)方面進(jìn)行研究的。模型建立的方法有很多，目前，比較常用的主要是拉格朗日方程法、有限單元法。而實(shí)驗(yàn)分析和理論研究主要還是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為出發(fā)點(diǎn)。

軋機(jī)壓下系統(tǒng)中機(jī)電液耦合效應(yīng)的研究，主要體現(xiàn)在對(duì)軋機(jī)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而可以在動(dòng)態(tài)的角度上進(jìn)行分析。在國(guó)內(nèi)，很多專業(yè)技術(shù)人員都認(rèn)為機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜性研究應(yīng)該為單機(jī)架系統(tǒng)模型。而對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)機(jī)電液的耦合研究主要以垂振耦合的研究為主，自閆曉強(qiáng)等人發(fā)現(xiàn)在特定情況下傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的垂振動(dòng)以來(lái)，經(jīng)過諸如申延智、史榮、徐陽(yáng)、王瑞鵬等人不斷地進(jìn)行研究，2012 年，位于北京科技大學(xué)的冶金機(jī)械研究所發(fā)明了針對(duì)耦合振動(dòng)的抑振器，并就此將其作為了對(duì)軋機(jī)耦合振動(dòng)的抑制重要措施，主要就是將軋機(jī)的各種信號(hào)收集起來(lái)并通過相位識(shí)別進(jìn)行運(yùn)算，以此轉(zhuǎn)化為振動(dòng)抑制信號(hào)，然后，便可以對(duì)耦合振動(dòng)進(jìn)行有效控制。

經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)50 年的努力研究，對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)機(jī)電液耦合的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，取得了許多可人的成果。但是，振動(dòng)機(jī)理還并未給出清晰合理的解釋，因此，對(duì)于軋機(jī)壓下系統(tǒng)機(jī)電液耦合系統(tǒng)仍然任重而道遠(yuǎn)，對(duì)其的研究仍然需要不斷地進(jìn)行探索。

3 研究?jī)?nèi)容

若想設(shè)置合理的控制方法實(shí)現(xiàn)抑制和消除耦合作用的目的，必須通過多種仿真技術(shù)進(jìn)行模擬分析，從而才能保證軋機(jī)工作的穩(wěn)定和高效。

3.1 機(jī)電液耦合機(jī)理

機(jī)電液耦合的發(fā)生在各個(gè)構(gòu)件的相互作用過程中，為了便于研究，我們通常把四輥軋機(jī)作為主要研究對(duì)象，以此以系統(tǒng)間參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)機(jī)電液耦合機(jī)理及方式等問題進(jìn)行著重的研究。

3.2 抑制耦合振動(dòng)的方法

軋機(jī)壓下系統(tǒng)是一個(gè)由多質(zhì)量的結(jié)構(gòu)通過彈性連接構(gòu)成的復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，在外界作用力的作用下，若是各個(gè)機(jī)械構(gòu)件的頻率相互吻合，軋機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中就處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，這也就是機(jī)電液發(fā)生耦合振動(dòng)的原因。軋機(jī)壓下系統(tǒng)與機(jī)電液耦合系統(tǒng)由于耦合系統(tǒng)的豐富分布導(dǎo)致這兩者無(wú)法避開，又由于機(jī)電液具有很大的非線性和不確定性，因此，對(duì)于耦合振動(dòng)來(lái)說，這也是無(wú)法預(yù)知的，通過研究我們可以在進(jìn)行仿真模擬研究后，我們可以提出具有針對(duì)性的擾動(dòng)器的干擾耦合振動(dòng)，這也就推動(dòng)了我們對(duì)抑制耦合振動(dòng)方法的研究。

3.3 仿真模擬

無(wú)論是建模還是對(duì)抑制方法進(jìn)行研究，我們都繞不開一個(gè)重要的環(huán)節(jié)——仿真模擬，通過ADAMS、AMESIM 分別對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)的機(jī)械和液壓控制進(jìn)行建模，構(gòu)建一個(gè)機(jī)電液耦合的虛擬仿真模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具體的操作進(jìn)行仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)造一個(gè)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行分析計(jì)算的目的。

4 未來(lái)展望

軋機(jī)壓下系統(tǒng)在未來(lái)對(duì)其的研究是會(huì)越來(lái)越深的，基于其的使用范圍在慢慢擴(kuò)大，對(duì)其的要求也會(huì)越來(lái)越高，因此，我們必須慢慢提升自己對(duì)軋機(jī)系統(tǒng)的研究。機(jī)電液耦合是軋機(jī)壓下系統(tǒng)繞不開的一個(gè)話題，如何抑制其耦合振動(dòng)，讓其充分地為我們軋機(jī)服務(wù)，是我們不斷要研究和加深的領(lǐng)域問題，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)果分析得到合理的解決方法，從而達(dá)到抑制耦合振動(dòng)使得機(jī)電液耦合效應(yīng)為軋機(jī)壓下系統(tǒng)充分進(jìn)行服務(wù)。但是，實(shí)驗(yàn)依然存在著許多不足之處亟待解決：

（1）由于國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件的落后，我們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程僅僅停留在了虛擬樣機(jī)的仿真模擬上，缺乏大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工作情況的雙向考量，因此，如何引入后續(xù)的大量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，布置資金投入如何對(duì)數(shù)劇進(jìn)行智能化的處理，成為我們目前需要克服的第一個(gè)問題。

（2）抑制耦合振動(dòng)的優(yōu)化問題，因?yàn)樯杏泻芏嘣磉€處于研究階段，所以對(duì)于耦合振動(dòng)的優(yōu)化問題變得尤為困難，下一步應(yīng)該進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)目前機(jī)械化、智能化、自動(dòng)化的手段不斷對(duì)優(yōu)化方法進(jìn)行高效的優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

軋機(jī)壓下系統(tǒng)作為鋼材處理的常用系統(tǒng)，承載的能力和強(qiáng)度都需要我們?nèi)リP(guān)注，去不斷地研發(fā)，以保證軋機(jī)在我們正常生產(chǎn)的情況下變得高質(zhì)和高效，更加的安全穩(wěn)定。