下载文档原格式
《4300轧机主传动系统动态特性分析》篇一一、引言在轧机设备中，主传动系统是轧机的重要组成部分，其动态特性直接关系到轧机的生产效率、产品质量以及设备的使用寿命。
本文以4300轧机主传动系统为研究对象，通过对其动态特性的分析，旨在提高轧机的工作性能和稳定性。
二、4300轧机主传动系统概述4300轧机主传动系统主要由电机、联轴器、减速器、主轴等部分组成。
其中，电机为动力源，通过联轴器与减速器相连，进而驱动主轴进行旋转运动。
主传动系统的运行状态对轧机的轧制力、轧制速度等具有重要影响。
三、动态特性分析方法1. 理论分析：通过建立主传动系统的数学模型，分析其动态特性。
包括传动系统的刚度、阻尼、固有频率等参数。
2. 实验研究：通过实验测试主传动系统的动态响应，包括振幅、频率等参数。
通过对比理论分析与实验结果，验证模型的准确性。
3. 仿真分析：利用仿真软件对主传动系统进行仿真分析，模拟实际工况下的动态特性。
四、主传动系统动态特性分析1. 刚度分析：主传动系统的刚度对轧机的轧制精度和稳定性具有重要影响。
通过对传动系统的刚度进行分析，发现系统刚度与轧制力、轧制速度等参数密切相关。
2. 阻尼分析：阻尼是影响主传动系统动态特性的重要因素。
通过对阻尼进行分析，发现合适的阻尼可以有效地减小系统的振动，提高系统的稳定性。
3. 固有频率分析：固有频率是主传动系统的重要参数，它反映了系统的固有振动特性。
通过对固有频率进行分析，可以了解系统在受到外界干扰时的响应情况。
五、结论与建议通过对4300轧机主传动系统的动态特性分析，发现主传动系统的刚度、阻尼和固有频率等参数对轧机的性能和稳定性具有重要影响。
为了提高轧机的工作性能和稳定性，建议采取以下措施：1. 优化主传动系统的结构设计，提高系统的刚度，减小振动。
2. 合理设置阻尼，以减小系统在受到外界干扰时的振动。
3. 通过仿真分析，预测主传动系统在实际工况下的动态特性，为设备的调试和维护提供依据。
一起轧钢主传动电机振动故障处理经过的回顾丁学杰1陶桂林（武汉钢铁集团公司热轧厂430083 武汉）摘要振动是电机的常见故障之一，本文结合我厂一起轧钢主传动电机振动故障的处理经过，对电机振动故障的分析方法和处理经验进行了总结。
关键词轧钢电机振动故障轧钢主传动电机是钢铁企业的关键动力设备，其运行状态的好坏不仅关系到产品质量的好坏，还关系到钢铁企业的生产效益能否实现。
随着冶金自动化水平的提高，钢铁企业对生产的连续性和设备的稳定性都提出了很高的要求。
作为钢厂核心设备的的轧机出现任何非正常停机都将造成重大的经济损失。
我厂的R2初轧机是一台由双电机驱动的可逆轧机,上下轧辊电机的容量和驱动控制结构完全相同。
××年7月，R2轧机的上辊电机出现异常振动和巨大响声，同时伴有整流子打火等异常现象。
本文将介绍这起电机振动故障的特点，以及故障分析和处理的前后经过。
1电机基本情况与振动故障的特点R2轧机的两台驱动电机均由日本东芝公司于1975年制造，故障出现前电机一直正常运行。
该电机设计容量5000kW，电枢额定电压：750V，额定电流：7250A，励磁电压：500V，励磁电流:307A，额定转矩:122kN.m，额定转速：40r/min，最大转速65 r/min，电机极数：18，轧机的传动系统如图1所示。
图1 电机与轧辊联接示意图××年7月在电机日常巡检时发现，R2轧机在轧钢时上辊传动系统出现异常的振动和巨大的响声。
进一步观察还发现，电机转子存在较明显的轴向窜动、同时伴随整流子打火等异常现象。
凭经验，这是轧机系统出现的较为严重的振动故障。
由于电机与轧辊之间的传动机构较多，故障出在轧机传动机构还是电机本身一时难以判断。
为迅速找到振动根源，我们多方面入手，对引起轧机系统振动的因素进行了排查。
1作者简介:丁学杰,1961~,湖北武汉人,高级工程师2轧机系统振动故障的排查引起轧机系统振动的原因很多,文献[1~3]显示轧机本身的机械系统、电机的机械结构的、电机的电磁性能改变、以及电机基础性状的变化都有可能造成轧机系统的振动。
四辊轧机扭矩测量方案和扭振的计算
四辊轧机的扭矩测量和扭振计算方案如下：
1. 扭矩测量方案
四辊轧机的扭矩测量可以采用两种方式：动力学测量法和静力学测量法。
动力学测量法：通过测量轧制物料的加速度和力学模型，计算出轧机的扭矩。
具体测量步骤如下：
a) 将加速度传感器安装在轧机传动轴上。
b) 通过调整抵抗器电阻、转速控制器和计算机软件，计算出轧机的扭矩。
静力学测量法：通过测量轧机的形变和参考标准，计算出轧机的扭矩。
具体测量步骤如下：
a) 将应变计贴在轴承壳体上。
b) 通过调整电子秤和软件，计算出轧机的扭矩。
2. 扭振的计算
四辊轧机的扭振可以通过建立轧机动态模型和分析系统的振动特性来计算。
具体计算步骤如下：
a) 建立轧机的动态模型，包括轧机的结构、扭矩、弹性变形等关键因素。
b) 分析轧机的振动特性，包括自由振动和强迫振动。
c) 计算轧机的扭振，包括振幅、频率、相位等参数。
d) 根据计算结果制定调整方案，减少轧机的扭振。
轧机主传动系统机电振动特性分析及控制措施研究张瑞成;陈至坤;王福斌【摘要】建立恰当的轧机系统模型,对其动态特性进行正确完备的描述是进行轧机系统设计、控制、状态监测和故障诊断的关键.考虑间隙、摩擦等非线性因素的影响,建立了轧机主传动系统的机械模型,并进一步将控制系统、机械系统和轧制工艺条件等作为一个大系统来考虑,建立了复杂系统的机电耦合模型.用数值方法分析了电流调节器参数、轧制工艺条件、谐波扰动和间隙等因素对轧机系统振动特性的影响,并提出了相应的机电振动控制措施.研究结果表明,建立的机电耦合模型可以方便地分析轧机系统机电耦合动力学规律,为进一步控制轧机振动特性奠定基础.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】3页(P112-114)【关键词】轧机;机电振动;机电耦合;控制;仿真【作者】张瑞成;陈至坤;王福斌【作者单位】河北理工大学计算机与自动控制学院,唐山,063009;河北理工大学计算机与自动控制学院,唐山,063009;河北理工大学计算机与自动控制学院,唐山,063009【正文语种】中文【中图分类】TH113;TP271.41 引言轧机是集机械、电气、液压和自动控制技术于一体，实现对金属板带材的加工。
它是一类大规模、复杂的机电耦合系统[2]。
研究该类系统的动态特性有利于改善板带材的质量，提高生产率。
过去往往将轧机电控系统和机械系统割裂开分别进行研究[3，4]。
然而，实践证明[5]控制系统的特性与轧机的机械动力学特性是密切相关、互相联系的，为此考虑间隙、摩擦等非线性因素，建立了有弹性联结时机械系统动力学模型，并将控制系统、机械系统和轧制工艺条件等作为一个大系统来考虑，建立轧机主传动系统的机电耦合模型，用数值方法研究了机电参数相互耦合对轧机振动特性的影响，并提出了相应的机电振动控制措施。
研究结果表明，建立的机电耦合模型可以方便地分析轧机系统机电耦合动力学规律，为进一步控制轧机振动特性奠定基础。
《轧机机电耦合主传动系统强非线性振动特性研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，轧机作为金属加工行业的重要设备，其工作性能的稳定性和效率直接影响到产品的质量和生产效率。
轧机机电耦合主传动系统作为轧机的核心部分，其强非线性振动特性研究显得尤为重要。
本文旨在通过对轧机机电耦合主传动系统的强非线性振动特性进行深入研究，为轧机的设计、优化和控制提供理论依据和指导。
二、轧机机电耦合主传动系统概述轧机机电耦合主传动系统主要由电机、减速器、主轴、轧辊等部件组成。
在轧制过程中，由于各部件的相互作用和外部干扰等因素的影响，系统表现出强烈的非线性振动特性。
这种非线性振动不仅会影响轧机的正常工作，还会导致设备损坏和产品质量下降。
因此，对轧机机电耦合主传动系统的强非线性振动特性进行研究具有重要意义。
三、强非线性振动特性的研究方法针对轧机机电耦合主传动系统的强非线性振动特性，本文采用以下研究方法：1. 建立系统的数学模型。
通过分析系统的结构和工作原理，建立精确的数学模型，为后续的研究提供基础。
2. 运用非线性动力学理论。
通过引入非线性动力学理论，对系统的振动特性进行深入分析，揭示系统非线性振动的内在机制。
3. 采用数值仿真和实验研究相结合的方法。
通过数值仿真和实验研究，对系统的非线性振动特性进行验证和分析，为优化控制提供依据。
四、强非线性振动特性的分析通过对轧机机电耦合主传动系统的强非线性振动特性进行分析，可以得到以下结论：1. 系统存在多种振动模式。
由于系统结构的复杂性和外部干扰的影响，系统表现出多种振动模式，如主轴的扭转振动、轧辊的横向振动等。
2. 振动特性具有强烈的非线性。
由于系统各部件的相互作用和外部干扰等因素的影响，系统的振动特性具有强烈的非线性，表现为振幅、频率等参数的剧烈变化。
3. 参数对振动特性的影响。
电机的转速、负载、刚度等参数对系统的振动特性具有重要影响。
通过调整这些参数，可以有效地抑制系统的非线性振动。
轧机主传动系统扭振的有限元法研究
崔超;臧勇
【期刊名称】《重型机械》
【年(卷),期】1999(000)004
【摘要】建立了有轧机主传动系统的扭振有限元法模型，计算和分析了主传动系统的固有动态特性及冲击响应，经有限元法和集中质量法的计算结果比较，验证了有限元法研究轧机主传动系统扭振的合理性。
【总页数】4页(P31-34)
【作者】崔超;臧勇
【作者单位】北京科技大学;北京科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG333.15
【相关文献】
1.轧机主传动系统扭振计算解析法和有限元法的对比 [J], 王勇勤;王庆;严兴春;胡孟君;蒲明虎
2.厚板轧机含间隙主传动系统扭振的研究 [J], 高崇一;杜国君;卢久红
3.考虑带钢的轧机主传动系统扭振数值研究 [J], 高崇一;杜国君;李建雄;张志波
4.多干扰源下热连轧机主传动系统扭振问题研究 [J], 张义方;崔立;何成;李聪;朱小龙
5.考虑轧机主传动系统扭振的带钢非线性振动研究 [J], 高崇一;杜国君;李蕊;刘小蛮
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
板带轧机机电直流传动系统扭振模型作者：刘增民来源：《山东工业技术》2015年第08期摘要：板带轧机机电直流传动系统包括两部分，一是电机传动部分，它是机电能量的转换环节；一是连接轴、轧辊等机械传动部分，它是能量的传递环节。
系统模型的建立同时考虑电机传动部分和机械传动部分。
考虑电机传动部分电枢反应引起的非线性和机械传动部分连接轴的准周期刚度非线性。
基于基尔霍夫定律、电磁感应定律和牛顿第二定律，建立了含电枢反应非线性的板带轧机机电直流传动系统扭振模型；基于广义耗散系统Lagrange原理，建立了含参激刚度非线性的板带轧机机电直流传动系统扭振模型。
关键词：板带轧机；直流传动；扭振模型1 板带轧机机电直流传动系统结构板带轧机机电直流传动系统主要包括电机、联轴器、齿轮箱、连接轴、工作辊和支撑辊等组成部分。
模型建立过程，是经过大量简化近似的，实际系统含有多个自由度，如存在电机轴、减速机和轧辊等多个自由转动部分，以及多种非线性影响因素，如电枢反应引起的非线性、励磁非线性、非线性刚度、非线性阻尼、齿轮间隙、接轴间隙和接轴倾角等。
板带轧机机电直流传动系统结构如图1所示。
图1中，1代表直流电机；2代表联轴器；3代表齿轮箱；4代表连接轴；5代表工作机座。
由图可见，驱动电机为双电机模式，工作机座包括轧辊和支撑辊。
模型建立过程中，将质量大弹性小的部分忽略其弹性，如电机、减速机、齿轮箱和轧辊等；将弹性大质量小的部分忽略质量，如中间轴、连接轴等。
整个系统类似于质量——弹簧系统。
对多段毗连的连接轴的刚度可以等效为一段连接轴的刚度，使得模型变得清晰简单。
此外，为了模型更接近实际系统，可将非线性影响因素考虑到模型中去。
2 含电枢反应非线性的板带轧机机电直流传动系统扭振模型针对直流电机驱动的板带轧机机电直流传动系统，考虑电枢反应引起的非线性，其形式如下：“kU =CU + Mi”式中kU为电机的反电势系数；CU为无负载时电机反电势常数；M为一个很小的负数，约为-0.0011～-0.0009；i为流过电枢绕组的电流。
关于传动轴扭矩的分析自电气把2机架的功率调至74%之后，从3月27日开始把L2中导致出并根据实际情况对以下数据进行分析01趋势图：01趋势图是轧制电工钢时的实际扭值的变化，当时轧制硅钢轧制速度最大不超过950mpm，0机架的最大扭矩值是16000N*m左右，速度在610mpm，通过01图可以发现，轧制速度在500-800mpm时，轧制扭矩最大，这时基本是在升降速的过程中，通过附件表中可以判断出轧制电工钢时2机架的扭矩大于L2设定的最大扭矩，但是只有设计的最大扭矩值的31%，0机架的扭矩值最大，其次是1、3机架的，建议可以把负荷分配调至80%，把轧制速度提升至1050mpm。
02趋势图02趋势图是轧制SGCC的钢卷，厚度小于0.7mm，宽度小于1200mm 的带钢，轧制速度不超过950mpm，通过02图可以发现轧制扭矩都偏小，2机架的实际扭矩只有设计最大扭矩的29%，但是在生产类似钢种厚度小于0.5mm以下带钢，3-4机架的ATR经常报警，张力不稳定，建议：把2机架的负荷调至85%，速度提升至1050mpm03趋势图03趋势图是轧制DX53D的钢种，目前只轧制了两种轧制厚度的带钢0.564mm和0.92mm的带钢，是用光辊进行轧制，目前要求轧制0.564轧制速度不超过950mpm，轧制0.92mm轧制速度不超过80%,通过附件表可以发现2机架的扭矩偏小，在轧制0.92mm的带钢时，轧制扭矩明显增大，特别是0、1机架的扭矩增加到了16000N*m左右，可以说明轧制带钢轧制扭矩就会越大，但是2机架的实际扭矩只有设计扭矩值的32%，建议：把2机架的负荷提升至80%，把0.8mm以下DX53D的带钢速度提升至85%，其他规格还是设定速度的80%进行轧制04趋势图04趋势图是轧制1200mm以下，DC01-SD的门板，由于生产此类钢种的压下率比较小，在生产厚度小于1.0mm以下带钢时，轧制扭矩都小于12000N*m以下，最大未超过14000N*m，通过附件表中可得知，轧制实际扭矩都未超过最大扭距值的40%，建议在轧制0.5mm 以下带钢时把2机架的负荷提升至90%，因为在轧制0.4mm用毛辊轧制，3-4机架间的张力不稳定，对生产稳顺有影响，其他规格把2机架的负荷提升至80%，在生产0.7mm以下带钢速度可以提升至1050mpm，超过0.7mm上带钢可以把速度提升至最大速度的85%进行轧制。
中国冶金装备网---中国冶金人的网 冷连轧机主传动系统扭振分析
摘要：针对某新建的1420冷连轧机组，基于设计图纸建立了轧机主传动系统动力学模型。通过计算得到系统的固有频率和反共振频率、振型和Bode图，并进一步对系统的设计方案进行分析评价。结果表明，该冷连轧机主传动系统设计基本合理，部分设计参数还有优化的余地。
关键词：轧机 主传动 扭转振动 固有频率 Torsional Vibration Analysis of the Tandem Cold Mill Main Drives
WANG Zeji1，WANG Ruiting1，ZHANG Xiangjun2 (1 Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 201900, China 2 Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract：Focused on the newly-built 1420mm tandem cold mill group of some iron & steel corporation, the dynamic models of the main driving system are established basing on the basis of design drawing. The natural frequencies and anti-resonance frequencies, vibration modes and Bode diagrams of the system are gained by calculating. Subsequently, the analysis and judgement of the main driving system are carried out. The results show that the design of the main driving system is reasonable on the whole, but some design parameters need to be optimized.
Key words：rolling mill；main drive；torsional vibration；natural frequency 1 概述 旋转体在旋转方向产生的振动称为扭转振动，它是转转机械中普遍存在的问题【1,2】。在冷轧生产线上，随着高速、大功率电机在冷连轧机上的使用，接轴和齿轮轴等传动系统由于扭转振动引起的事故随着增加。轧机主传动系统的事故主要与扭振有关，它往往会对钢板表面的平直度、厚度公差产生影响。由于扭振引起的最大附加应力可以超过电机驱动力矩所产生的工作应力的几倍。轧机主传动系统扭振会产生很高的交变应力，严重时会造成减速箱齿轮断裂、地脚螺丝松动等设备事故，使生产不能顺利进行，或大大缩短轴系零部件的疲劳寿命，具有极大的破坏性，给企业造成重大损失【2,3】。 目前国内的轧机主传动系统扭振分析工作往往是在现场出现问题后才开展的，扭振问题无法从根本上解决。现代的轧机设计除了要进行强度、刚度等静力学设计外，还要进行动力学设计。某公司1420冷轧工程是国家冶金装备自主集成重大创新项目，冷连轧机主传动系统设计好坏直接关系到工程的成败。为了保证工程顺利建成投产，在设计阶段对轧机主传动 中国冶金装备网---中国冶金人的网 系统进行扭振分析显得尤为重要。 2 系统建模 实际的冷轧机主传动系统是比较复杂的，为了对分析方便，需要对实际结构进行简化。通常是把质量部分按重心不变的原则集中为若干个具有等效转动惯量的圆盘，圆盘之间由具有等效扭转刚度的弹性轴段连接。这就构成一个多自由度的扭振系统。在此力学模型的基础上建立数学模型，然后对数学模型进行动力学求解，进而分析系统的固有特性和动态响应。 2.1 力学模型的建立 某公司1420冷连轧机前三机架主传动系统结构如图1所示。
据此，简化为只有转动惯量的结点，结点之间通过无转动惯量的扭簧连接（具有刚度和阻尼），为一个10自由度的力学模型，如图2所示。 J2 J3 J8 J9 J10 K12 J1
K23 C12 C34 C23 K34 C45 K45 C56 K56 C67 K67 C58 K58 C89 K89 C910 K910
主传动电机 主联轴节 主减速机
十字万向轴
上辊系
下辊系 图1 轧机主传动系统结构简图 中国冶金装备网---中国冶金人的网 图2中： Ji（i=1,2,……,10）—各结点的等效转动惯量； Kij（i=1,2,……,9;j=2,3,……,10）—相邻结点间等效扭转弹簧的刚度； Cij（i=1,2,……,9;j=2,3,……,10）—相邻结点间等效扭转阻尼，文中等效阻尼值由设计直接给出。 2.2 数学模型的建立 在上述力学模型的基础上，我们建立了相应的10自由度的数学模型： KCJM
(1)
式中，J、C、K分别表示转动惯量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；表达式如下：
102100000000JJJJ
中国冶金装备网---中国冶金人的网
9109109109108989898958676767675656565645454545343434342323232312121212000000000000000000000000000CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
C
9109109109108989898958676767675656565645454545343434342323232312121212000000000000000000000000000KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
K
、M为n阶列矩阵，分别表示各结点的转角和外载荷扭矩，表达式如下:
T1021; TMMMM1021 对（1）式两边进行拉普拉斯变换 )()()()()(2ssZsKCsJssM
(2)
其中[()]Zs就是系统的阻抗矩阵，只要确定了系统转动惯量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，也就等于确定了系统的阻抗矩阵。由于轧钢机系统可以简化为多自由度弹性系统（由三种基本元件组成），因此其阻抗矩阵的建立可以适用于结点阻抗法。 在建立的轧机主传动系统阻抗矩阵的基础上，可以进行相应的固有频率计算、振型分析、动态响应分析等一系列的分析。
2.3 参数计算 中国冶金装备网---中国冶金人的网 建立轧机主传动动力学数学模型以后，关键的问题是如何根据设计图纸得到相应的][J、][C、][K这三个参数矩阵。][J、][K这两个矩阵可以先利用三维设计软件
SolidWorks对主传动链上各零部件分别进行造型计算得到各自的转动惯量和刚度值，图3为典型部件的三维模型。
最后，根据力学模型划分折算各结点和弹簧上，得到轧机主传动系统力学模型中各元件的计算参数，如表1所示。
表1 轧机主传动系统扭振计算参数表 J(kg·m2) J_reduce(kg·m2) K(N·m/rad) K_reduce(N·m/rad) 电机（J1） 1650.9 1650.9 6.86E+07 1-->2(K12) 6.06E+07 联轴器(J2) 136.3 136.3 2.35E+08 2-->3(K23) 7.27E+07 输入级齿轮(J3) 12.5 12.5 4.37E+07 3-->4(K34) 1.00E+08 传动齿轮(J4) 563.24 58.57696 4.64E+10 4-->5(K45) 7.15E+06 下辊齿轮(J5) 46.6 4.8464 3.44E+07
(a) 减速箱输入轴齿轮 (b) 减速箱输出轴上轴齿轮轴 (c) 减速箱输出轴下轴齿轮轴 (d) 工作辊 图3 典型部件三维模型
