基于辊缝耦合特性的连轧机振动控制研究

发布时间：2017-03-24 01:03

  本文关键词：基于辊缝耦合特性的连轧机振动控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：连轧机普遍存在振动问题。轧制板带越薄、速度越高，振动问题就越严重。连轧机的振动问题主要表现为压下系统的垂直振动和主传动系统的扭转振动，在以往轧机振动的研究中,由于扭转振动频率远低于垂直振动频率，一般是将轧机主传动系统的扭振和轧机机座的垂振分开来研究。然而随着轧制速度的提高，垂扭耦合振动将不可避免。揭示轧机垂振和扭振之间的相互影响，，是轧机振动研究领域的新课题。 本文以某型轧机为研究对象，对主传动系统和垂直压下系统分别进行了动力学分析，并建立了垂扭耦合振动模型。主要研究内容如下： （1）对轧机垂直振动机理进行了分析，建立轧辊和机架的动力学模型，为垂扭耦合动态模型的建立，提供基础。 （2）分析了轧机传动系统的扭振产生机理，建立了研究轧机的基于集中参数建模方法多级分支式集中参数系统模型和单支直串式集中参数系统模型，运用机械动力学原理，对建立的扭振系统模型进行求解，并对结果仿真分析。 （3）对垂振和扭振系统以及轧制界面机理进行了探索，研究基于辊缝非稳态润滑状态的动态轧制力，包括辊缝的几何模型及应力分布情况。在上述分析的基础上，建立垂扭耦合状态方程描述的数学模型，在轧机的几个线性化假设的条件下，推导出振动系统的传递函数矩阵，并转化为状态方程描述的垂扭振动综合系统。其次，对建立的状态方程进行分析，优化系统结构。在线性范围内，通过状态反馈解耦控制器设计，对耦合模型进行解耦，并利用Matlab/Simulink分析软件，对解耦效果进行验证。 本文的研究结果揭示了轧机垂振和扭振之间的相互关系，建立了垂扭耦合模型，并通过控制器设计对其进行解耦，得到了耦合模型的动态特性，为轧机动力学设计提供了理论依据。
【关键词】：轧机 轧制界面 垂扭耦合 动力学模型 状态空间反馈
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题背景10
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究目的及意义10
• 1.2 轧机振动及辊缝动力学研究现状10-14
• 1.2.1 轧机主传动系统扭转振动研究现状11-12
• 1.2.2 轧机垂直振动国内外的研究现状12-13
• 1.2.3 轧机辊缝的动力学特性13-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 轧制过程基本参数及轧机振动基本理论16-26
• 2.1 轧制时变形区内金属变形概述16-18
• 2.1.1 金属塑性变形条件—塑性方程式16-17
• 2.1.2 轧制时变形区内金属的应力状态17-18
• 2.2 轧制过程基本参数18-22
• 2.2.1 轧制过程变形区及其参数18-19
• 2.2.2 轧制过程变形系数19
• 2.2.3 轧制时的前滑与后滑19-21
• 2.2.4 轧制过程方程的建立21-22
• 2.3 轧机振动理论22-25
• 2.3.1 机械振动基本理论22-23
• 2.3.2 轧机振动基本理论23-24
• 2.3.3 自激振动原理24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 轧机垂直振动分析26-33
• 3.1 轧机垂直振动系统简介26-28
• 3.1.1 三倍频程振动机理26-27
• 3.1.2 五倍频程振动机理27-28
• 3.2 机架与辊系的振动模型28-32
• 3.2.1 机架和辊系的六自由度集中质量参数振动模型28-31
• 3.2.2 工作辊系的单自由度振动模型31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 轧机主传动系统振动分析33-48
• 4.1 轧机主传动系统概述33-34
• 4.2 轧机主传动系统振动现象34-35
• 4.3 轧机主传动系统动力学模型研究35-41
• 4.3.1 轧机扭振系统模型研究35-40
• 4.3.2 轧机扭振系统的两自由度动力学模型研究40-41
• 4.4 轧机二质量弹簧系统的固有特性分析41-47
• 4.4.1 二质量系统的传递函数43
• 4.4.2 二质量系统的零极点分析43-45
• 4.4.3 二质量系统的状态空间方程45-46
• 4.4.4 仿真结果分析46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 轧机垂扭耦合机理分析及建模48-64
• 5.1 轧机垂扭耦合机理分析48-51
• 5.1.1 轧机辊缝模型48-49
• 5.1.2 变形速度与相对压下量49-51
• 5.2 基于辊缝耦合特性的垂扭振动模型51-58
• 5.2.1 辊缝几何模型52-53
• 5.2.2 变形区非稳态润滑摩擦模型53
• 5.2.3 变形区应力分布模型53-56
• 5.2.4 垂扭耦合模型的建立56-58
• 5.3 耦合模型参数的确定58-60
• 5.4 状态空间模型描述的数学模型60-63
• 5.4.1 病态系统的优化60-62
• 5.4.2 系统的稳定性及可控性可观测性分析62-63
• 5.5 本章小节63-64
• 6 轧机垂扭耦合振动模型解耦及仿真分析64-73
• 6.1 基于不变性原理的解耦思想64-65
• 6.2 基于状态反馈解耦的垂振与扭振解耦控制系统设计65-68
• 6.2.1 解耦控制方式65-66
• 6.2.2 解耦控制系统设计66-68
• 6.3 控制系统计算机仿真过程68-69
• 6.4 解耦控制器仿真优化及结果69-72
• 6.5 小结72-73
• 7 总结与展望73-75
• 7.1 全文总结73-74
• 7.2 未来展望74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果80-81
• 致谢81-82

【参考文献】

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本文编号：264837