冷轧镀锌光整机带钢表面振纹问题的模态分析

2020-02-26宋龙朝张永国赵日银

设备管理与维修 2020年1期

关键词：辊的套筒固有频率

宋龙朝，李鑫，张永国，赵日银

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司冷轧作业部，河北唐山 063200）

0 引言

镀锌线生产中，光整机起到压平带钢作用，能够使锌层更好的粘附到带钢上，且可以改善带钢表面质量。西门子奥钢联冷轧2230 镀锌光整机出现振纹缺陷，本文根据模态分析的理论方法，找出振纹产生的原因。

1 带钢振纹问题

经光整机轧制后，带钢表面产生明暗相间的条纹，条纹方向与带钢运动方向垂直。带钢表面振纹有以下特性。

（1）振纹间距基本固定，平均间距大概为10～20 mm；

（2）稳态轧制时轧制速度基本在125 m/min 左右；

（3）带钢出轧机后，通过肉眼观察很难直接看到振纹，需通过油石打磨后才能隐约看到明暗相间的振纹（图1）。

实际振纹频率满足以下关系式：f=（1000/60）（v/λ），其中，f 为振痕频率，Hz；v 为光整速度，m/min；λ 为振痕间距，mm。本次测试轧制速度基本稳定在125 m/min，实测振纹间距近似为15～20 mm，可以计算计算得到引起振纹的振源每秒钟振动的次数（振动频率）为125×1000/60/（15～20）≈104～138 Hz。

2 系统模态分析

为进一步确认引起工作辊、支撑辊与防皱辊振动的原因，对3 个辊子的固有频率进行分析计算。将上支撑辊及其轴承座视为单个质量m，上方的压下螺杆往下压，下方相当于轧辊之间弹性接触的3 根弹簧串联起来向上压，简化模型如图2所示。即把支撑辊的振动简化为单自由度的弹簧——质量系统。

对于这样的系统，其自由振动微分方程是:

这种振动的固有频率为:

图2 支撑辊的振动简化系统

因此，对于简化的支撑辊单自由度弹簧——质量系统，可用等效刚度K 来计算固有频率，其等效刚度K 为:

式中 K2——压下系统刚度

K3——上支撑辊与上工作辊间接触刚度

K4——上、下支撑辊间接触刚度

K5——下工作辊与下支撑辊间接触刚度

K2～K5直接通过计算比较麻烦，对于一般四辊轧机，考虑其尺寸比例，可以进行简化计算，设支撑辊辊径为D0，则带入式（2）可以得到

同理，也可以将工作辊假设为单自由度的弹簧——质量系统。由于一般工作辊垂直振动频率较高，可以认为支撑辊在其位置上是相对稳定，因此工作辊构成系统的质量。支撑辊与工作辊的固有频率见表1。由于上下辊相同，可用其中一个来建模，如图3 所示。设工作辊辊径为，应用类似支撑辊的求解办法可以得到工作辊的固有频率为

对于防皱辊，其固有频率计算可以看做是一个两端简支的轴，其固有频率可以根据下式计算

式中 k——防皱辊刚度

f——固有频率

D——防皱辊等效直径

l——防皱辊两简支点距离

m——防皱辊质量

防皱辊结构为芯轴加套筒结构，对于套筒部分，其简支点为套筒与芯轴之间轴承宽度的中点，根据图纸可知近似长度为2100 mm。套筒的外径与内径近似为300 mm 与240 mm，其等效直径为263 mm（根据惯性矩计算公式可得），套筒质量为493 kg，将其代入式（6）可得防皱辊套筒的固定频率为114 Hz。

如果将套筒与芯轴综合考虑，其简支点为长度为2400 mm，总重量为734 kg，其等效直径为264 mm，将其代入式（6）可得防皱辊整体的固定频率为77 Hz。