CN102632079B - 采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置。本发明包括前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件；在轧机设备的钢材入口处依次设置有前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件，其中按压辊组件设置在轧制钢材的上方，前置减振组件和后置减振组件设置在轧制钢材的下方。本发明提出了采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置，其装置的机械结构简单，易于维护和维修，减振效果好。
Description
技术领域
本发明涉及到一种高速轧制过程中，抑制轧机颤振的装置，尤其是涉及一种采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置，属于轧制减振技术领域。
背景技术
轧制钢材的外观质量是衡量轧制产品质量的一个重要指标，对于某些轧制产品，如汽车板、家电板、不锈钢板等来说，钢材的表面质量的好坏更是对产品总体质量的优劣起到至关重要的作用。带钢的外观质量是企业轧钢技术水平的体现，也是产品质量的缩影，在钢铁产品的生产和销售中，轧制钢材外观质量，不仅会影响企业的直接经济效益，还会影响企业产品的竞争力，因此，当今各大轧钢厂对钢材外观质量尤为重视，不断采取有效措施加以改进和提高。
高速轧制过程中，由于轧机的颤振引起的轧制产品表面质量的缺陷，如轧制产品振动纹，是带钢生产中普遍存在的问题，也是世界范围内困扰钢铁企业的技术难题。振动纹是指带钢产品表面形成的明暗相间的条纹，振动纹的产生不但影响带钢产品的质量，剧烈的颤振还会造成断带或设备损坏事故，威胁生产安全并造成巨大的经济损失。因此，振动纹的产生问题是轧钢生产中亟待解决的关键问题之一。
目前，国内外不少学者和专家对振动纹问题进行了研究：包括振动纹产生的机理，振动纹的振动特征，振动纹的抑制方法，轧机的振动监测和分析，钢材颤振的抑制装置等等。但总体来说，还处于实验阶段的研究较多，真正在实际生产中投入运用的方法和装置较少；用于监测和分析轧机颤振的系统较多，直接用于钢材颤振抑制的装置鲜有应用。
理论研究和实验表明，诸如轧制钢材的振动纹等表面质量缺陷的产生，从本质上讲，是由高速轧机的颤振引起的。目前，已经确定有两种典型的轧机颤振影响板带材的表面质量：一种是第三倍频程颤振，引起轧件厚度的明显变化和机架之间张力的波动；另一种是第五倍频程颤振，造成轧件表面垂直于轧制方向的振纹现象。轧钢设备的颤振引起轧制钢材出口厚度的变化，导致轧制钢材入口速度的波动，从而引起轧制力的波动，造成高速轧机颤振振幅增大，颤振更加剧烈，严重影响轧制钢材产品的质量。
因此，要提高轧制钢材产品的表面质量，抑制振动纹等外观缺陷，从根本上讲，是通过各种装置和方法抑制高速轧机的颤振。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置包括前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件；在轧机设备的钢材入口处依次设置有前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件，其中按压辊组件设置在轧制钢材的上方，前置减振组件和后置减振组件设置在轧制钢材的下方。
所述的前置减振组件包括惯性飞轮、小皮带轮、大皮带轮、传动皮带和电磁辊；电磁辊设置在轧制钢材的正下方，电磁辊的一端安装有大皮带轮，大皮带轮通过传动皮带驱动小皮带轮，所述的小皮带轮安装在惯性飞轮上；轧制过程中，轧机设备钢材入口处的轧制钢材的水平运动带动电磁辊的转动，电磁辊上的大皮带轮通过传动皮带驱动小皮带轮，进而驱动惯性飞轮转动；所述的后置减振组件与前置减振组件的结构相同。
所述的按压辊组件包括按压辊、两个惯性轮和扭矩弹簧；惯性轮通过扭矩弹簧安装在按压辊的两端，两个惯性轮的质量、大小、形状完全相同。
所述的惯性飞轮的惯性矩大于电磁辊的惯性矩，惯性轮的惯性矩大于按压辊的惯性矩。
所述的轧机设备包括上支撑辊、上工作辊、下工作辊、下支撑辊和机架。
本发明的有益效果：本发明提出了采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置，其装置的机械结构简单，易于维护和维修，减振效果好，其原理方法具有可行性。在高速轧制过程中，可以实时地抑制轧件入口速度的波动，进而达到抑制高速轧机颤振的目的，在实际的生产中具有广泛的应用前景。
该装置能够有效的消除在高速轧制过程中轧制钢材入口速度的波动，从而达到抑制高速轧机颤振的目的，对提高轧制钢材产品的表面质量和生产效率，减少轧辊辊面的磨损，起到了积极的作用。
附图说明
图1为采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置主视图；
图2为采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置俯视图；
图3为该装置高速轧机垂直系统自激颤振的反馈原理框图。
图中：1、第一惯性飞轮；2、第一小皮带轮；3、第一传动皮带；4、第一大皮带轮；5、第一电磁辊；6、第一惯性轮；7、按压辊；8、第二惯性轮；9、轧制钢材；10、扭矩弹簧；11、第二惯性飞轮；12、第二小皮带轮；13、第二传动皮带；14、第二大皮带轮；15、第二电磁辊；16、机架；17、上支撑辊；18、上工作辊；19、下工作辊；20、下支撑辊。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置，包括前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件。如图1所示，在轧机设备的钢材入口处依次设置有前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件，其中按压辊组件设置在轧制钢材的上方，前置减振组件和后置减振组件设置在轧制钢材的下方。
前置减振组件包括第一惯性飞轮1、第一小皮带轮2、第一大皮带轮4、第一传动皮带3和第一电磁辊5；第一电磁辊5设置在轧制钢材9的正下方，第一电磁辊5的一端安装有第一大皮带轮4，第一大皮带4轮通过第一传动皮带3驱动第一小皮带轮2，第一小皮带轮2安装在第一惯性飞轮1上；轧制过程中，轧机设备钢材入口处的轧制钢材9的水平运动带动第一电磁辊5的转动，第一电磁辊5上的第一大皮带4轮通过第一传动皮带3驱动第一小皮带轮3，进而驱动第一惯性飞轮1转动。这样可以抑制高速轧制过程中因轧制钢材入口速度的波动而引起轧机的颤振。
如图2所示，后置减振组件与前置减振组件的结构相同，也包括第二惯性飞轮11、第二小皮带轮12、第二大皮带轮14，能够进一步抑制因轧制钢材入口速度的波动而引起的轧机的颤振。
如图1和图2所示，按压辊组件包括按压辊7、第一惯性轮6、第二惯性轮8和扭矩弹簧10；第一惯性轮6和第二惯性轮8通过扭矩弹簧10安装在按压辊7的两端，第一惯性轮6和第二惯性轮8的质量、大小、形状完全相同。
如图1所示，第一惯性飞轮1和第二惯性飞轮11的惯性矩大于第一电磁辊5和第二电磁辊15的惯性矩；第一惯性轮6和第二惯性轮8的惯性矩大于按压辊7的惯性矩。第一惯性飞轮1、第二惯性飞轮11和第一惯性轮6、第二惯性轮8，一方面增加了整个系统的动态响应的共振频率，通过改变惯性飞轮和惯性轮的惯量，可以调整轧机颤振的共振频率；另一方面，可以消除轧制钢材入口速度的波动，从而抑制轧制钢材入口速度的波动引起的轧机的颤振。
如图1所示，轧制钢材9的水平运动，引起第一电磁辊5和第二电磁辊15的转动，第一电磁辊5和第二电磁辊15接通电源后产生电磁力，从而对轧制钢材9施加电磁引力，增大了电磁辊和轧制钢材之间的接触力，即电磁辊和轧制钢材9之间的摩擦力随之增加，使得电磁辊的转速变化能准确的反应轧制钢材9入口速度的变化。
如图1所示，第一传动皮带3和第一传动皮带13具有缓冲、吸振的作用。轧机设备包括机架16、上支撑辊17、上工作辊18、下工作辊19、下支撑辊20。
以下将具体说明采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置的原理方法 。
高速轧制过程中，在多因素耦合作用下，轧机会发生颤振。高速轧机颤振的使轧机的两个工作辊产生振动位移Y，即：
工作辊振动位移：
工作辊振动位移的变化造成轧件出口厚度y2的变化，即
轧件出口厚度：
由轧制辊缝中任一瞬间金属秒流量相等，则有公式：
其中为辊缝中瞬间的金属流量；前滑率不变，即保持不变。
由上式可知，轧件出口厚度的变化造成了轧件入口速度的波动，即轧件入口速度：
其中，整个轧机系统，放卷机的防卷速度保持恒定，即保持不变。上式表明，轧件入口速度增加了。
轧件入口速度的波动导致轧机入口侧带钢的长度发生变化，即入口侧带钢长度变化量：
入口侧带钢的长度发生变化引起轧件入口张力的变化，即轧件入口张力的变化量：
根据经典轧制力计算模型，轧件入口张力的波动直接导致轧制力的波动，即轧件入口张力造成的轧制力的波动量：
其中，表示应力状态系数；B表示轧件宽度；表示绝对压下量；表示轧辊压扁半径。
轧制力的波动直接引起轧机的颤振和轧件出口厚度的变化，从而导致轧件入口速度更大的波动，最终造成轧机剧烈颤振。
综上所述，采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置的原理方法可以归结为图3所示的高速轧机垂直系统自激颤振的反馈原理框图。
基于以上高速轧机垂直系统自激颤振的反馈原理，本发明从控制或消除轧件入口速度的波动入手，通过惯性飞轮装置，将轧件入口速度的波动量抑制到最低从而达到抑制高速轧机颤振的目的。
Claims (1)
1.采用惯性飞轮抑制高速轧机颤振的装置，其特征在于：包括前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件；在轧机设备的钢材入口处依次设置有前置减振组件、按压辊组件和后置减振组件，其中按压辊组件设置在轧制钢材的上方，前置减振组件和后置减振组件设置在轧制钢材的下方；
所述的前置减振组件包括惯性飞轮、小皮带轮、大皮带轮、传动皮带和电磁辊；电磁辊设置在轧制钢材的正下方，电磁辊的一端安装有大皮带轮，大皮带轮通过传动皮带驱动小皮带轮，所述的小皮带轮安装在惯性飞轮上；轧制过程中，轧机设备钢材入口处的轧制钢材的水平运动带动电磁辊的转动，电磁辊上的大皮带轮通过传动皮带驱动小皮带轮，进而驱动惯性飞轮转动；所述的后置减振组件与前置减振组件的结构相同；
所述的按压辊组件包括按压辊、第一惯性轮、第二惯性轮和扭矩弹簧；第一惯性轮和第二惯性轮通过扭矩弹簧安装在按压辊的两端，第一惯性轮和第二惯性轮的质量、大小、形状完全相同；
所述的惯性飞轮的惯性矩大于电磁辊的惯性矩，第一惯性轮、第二惯性轮的惯性矩大于按压辊的惯性矩；
所述的轧机设备包括上支撑辊、上工作辊、下工作辊、下支撑辊和机架。
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