轧机自激振动诊断与结构动力学修改

论文摘要

现代连轧机是计算机控制的大型复杂机、电、液一体化设备。连轧机精轧机组的每个单元轧机主要由机架、轧辊、驱动系统、液压压下系统和控制计算机等组成。轧机系统以及轧制过程中存在各种非线性和复杂的偶合关系，也可能存在局部环节的设计缺陷、结构损伤或系统故障等问题。因而，在某种轧制条件或轧制过程参数扰动下，很容易诱发不同程度的非线性振动，甚至使整个系统产生强烈持续的自激振动。 轧机振动是高速轧制高强度薄规格板带材时普遍存在的一种物理现象。轧制速度越高、压下率越大、板带越薄，越容易发生振动。轧机振动的主要形式为工作机座系统的纵向振动、轧辊的水平振动以及驱动系统的扭转振动。轧机的振动问题严重限制板带产品的质量和轧制生产效率。轧机振动一方面在带钢产品表面形成明暗相间的条纹、增加板带厚度误差、影响产品质量；另一方面在轧辊表面产生印痕、加速辊面磨损、缩短换辊周期、增加设备运行维护的工作量和费用。轧机剧烈振动甚至有可能造成断带或设备损坏事故，严重威胁生产安全并造成巨大的经济损失。 过去，由于冷连轧机的轧制条件苛刻(板带厚度薄，轧制速度高，

论文目录

• 中文文摘
• 英文文摘
• 目录
• 第一章 概述
• 1.1 轧机振动控制研究的意义
• 1.2 本文的研究课题
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 现场热连轧机及其自激振动问题
• 1.2.3 研究方法及主要研究内容
• 1.3 轧机振动问题的国内外研究概况
• 1.3.1 轧机垂直振动与扭转特征的耦合及其闭环描述
• 1.3.2 轧机振动的原因及其控制手段
• 1.3.3 轧机工作机座的垂直振动
• 1.3.4 轧机工作辊的水平振动与液压衬板技术
• 1.3.5 轧机板带厚度控制系统 AGC
• 1.3.6 轧机主传动系统的扭转振动
• 1.3.7 邻近机架间的耦合及板带材的参数激励
• 1.3.8 辊缝润滑摩擦状态对轧制过程稳定性的影响
• 1.3.9 轧机振动系统的耦合现象
• 1.3.10 基于仿真技术的轧机振动研究
• 1.3.11 轧机振动的非线性因素
• 1.4 论文的组织结构安排
• 第二章 轧机自激振动机理与振源诊断的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 振动信号分析的理论与方法
• 2.3 热连轧机的现场振动测试
• 2.3.1 测点布置及数据采集
• 2.3.2 振动信号的功率谱分析
• 2.3.3 振动信号的短时傅立叶分析
• 2.3.4 振动信号的小波包分析
• 2.3.4.1 咬钢阶段振动信号的小波包分解
• 2.3.4.2 轧制过程中振动信号的小波包分解
• 2.3.5 传感器动尺和定尺的工作振型分析
• 2.4 现场热连轧机的自激振动机理和振源诊断
• 2.5 小结
• 第三章 轧机压下系统辨识与稳定性分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统辨识的理论与方法
• 3.2.1 系统的ARX模型结构
• 2.2.2 ARX模型参数的最小二乘估计（LSCE）
• 2.2.3 模型阶的辨识—赤池信息准则（AIC）
• 3.2.4 模型的检验一残差分析
• 3.2.5 闭环系统的可辨识性
• 3.3 轧机液压压下系统辨识
• 3.3.1 压下控制系统框图及系统辨识试验方案
• 3.3.2 系统辨识试验的输入输出数据集
• 3.3.3 轧机液压压下系统辨识结果
• 3.3.3.1 未振动状态下辨识的压下系统数学模型
• 3.3.3.2 振动状态下的压下系统辨识模型
• 3.4 基于辨识模型的轧机压下系统稳定性分析
• 3.5 小结
• 第四章 轧机垂直振动闭环系统的理论模型
• 4.1 引言
• 4.2 轧机垂直振动的闭环系统
• 4.3 机架和辊系的振动模型
• 4.3.1 机架和辊系的六自由度集中参数振动模型
• 4.3.2 机架和辊系的两自由度非对称振动模型
• 4.3.3 机架和辊系的单自由度振动模型
• 4.4 反馈通道位移传感器的传递特性
• 4.4.1 位移传感器的结构特点
• 4.4.2 位移传递杆和传感器外壳的振动模型
• 4.5 轧机工作机座系统的振动模型
• 4.6 小结
• 第五章 轧机工作机座结构的动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 机械结构动力学分析的理论与方法
• 5.2.1 机械结构动力分析的有限元法
• 5.2.2 结构动力学分析的试验模态法
• 5.2.2.1 试验模态分析的LSCE算法
• 5.2.2.2 试验模态分析的置信度准则MAC
• 5.2.3 基于试验模态分析结果的有限元模型修正技术
• 5.2.3.1 有限元模型修正技术的优化问题
• 5.2.3.2 有限元模型修正的动力缩聚与模态缩聚
• 5.2.3.3 有限元模态与试验模态的差异性度量
• 5.2.3.4 有限元模型修正技术
• 5.3 热连轧机架的有限元动力学分析
• 5.3.1 机架的结构和有限元模型
• 5.3.2 机架的有限元动力学分析结果
• 5.4 传感器外壳结构的动力学分析
• 5.4.1 传感器外壳结构的有限元动力学分析
• 5.4.1.1 传感器外壳结构的形状
• 5.4.1.2 传感器外壳的有限元分析结果
• 5.4.2 传感器外壳的试验模态分析
• 5.4.2.1 传感器外壳的模态测试系统及测点布置
• 5.4.2.2 传感器外壳的模态测试结果
• 5.4.3 传感器外壳结构的有限元修正模型
• 5.5 位移传递杆结构的试验模态分析
• 5.5.1 位移传递杆模态测试系统及测点布置
• 5.5.2 国产位移传递杆的模态测试结果
• 5.5.3 进口位移传递杆的模态测试结果
• 5.6 小结
• 第六章 轧机压下系统动力学仿真与灵敏度分析
• 6.1 引言
• 6.2 轧机垂直振动的闭环系统综合模型
• 6.2.1 轧机垂直振动闭环系统描述
• 6.2.2 伺服阀
• 6.2.3 液压缸
• 6.2.4 背压腔及回油管道
• 6.2.5 厚度误差反馈输出量及辊缝设定值的计算
• 6.2.6 扰动量的模拟
• 6.2.7 控制调节器
• 6.3 轧机垂直振动闭环系统的动态仿真模型
• 6.4 轧机垂直振动闭环仿真模型的主要仿真参数
• 6.4.1 热连轧机工作机座振动系统的主要结构参数
• 6.4.2 轧机工作机座振动系统的模型参数
• 6.4.3 轧机垂直振动闭环模型的主要仿真参数
• 6.5 轧机垂直振动系统的动态仿真分析
• 6.5.1 控制器增益对振动系统动态特性的影响
• 6.5.1.1 低增益下的系统动态仿真结果
• 6.5.1.2 高增益下的系统动态仿真结果
• 6.5.2 外部扰动对振动系统动态特性的影响
• 6.5.3 传感器结构参数对系统动态特性的影响
• 6.5.3.1 传感器外壳结构参数的影响
• 6.5.3.2 位移传递杆结构参数的影响
• 6.5.4 敏感结构参数的动力学修改与轧制过程的稳定化
• 6.6 轧机振动系统的优化与消除自激振动的策略
• 6.7 小结
• 第七章 轧机结构动力学修改及其振动控制效果
• 7.1 引言
• 7.2 轧机振动系统的优化和结构动力学参数修改
• 7.2.1 轧机垂直振动系统优化问题描述
• 7.2.2 传感器外壳结构参数的优化计算结果
• 7.3 传感器外壳结构动力学修改的现场实施
• 7.3.1 外壳结构固有频率与结构几何尺寸的关系
• 7.3.2 传感器外壳安装结构的修改方案
• 7.3.3 外壳结构参数修改后固有频率的验证
• 7.4 结构动力学修改后的轧机振动控制效果研究
• 7.4.1 结构动力学修改后的现场振动测试
• 7.4.1.1 测点布置及测试系统
• 7.4.1.2 振动测试结果及分析
• 7.4.2 结构动力学修改后的压下系统辨识及稳定性分析
• 7.4.2.1 压下系统辨识实验方案
• 7.4.2.2 系统辨识实验的数据采集
• 7.4.2.2 系统辨识结果及稳定性分析
• 7.4.3 结构动力学修改的振动控制效果
• 7.4.3.1 从振动测试信号分析的特征值看减振效果
• 7.4.3.2 从压下系统的稳定性看振动抑制效果
• 7.5 小结
• 第八章 结论
• 8.1 本研究的主要贡献
• 8.2 本文的主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目
• 独创性说明