CN115625216A - 一种液压缸反相位抑制轧机振动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压缸反相位抑制轧机振动的方法，属于钢铁轧制领域，具体步骤包括：S1、获取原始振动信息；S2、信号转化；S3、获取振动的原始频率f0：S4、闭环选取最优相位差δmin；S5、闭环选取最优振幅Amin；S6、获得最终的液压缸输出值。与现有技术相比较具有抑制振动效果明显的特点。
Description
技术领域
本发明涉及轧机控制领域，特别是一种通过液压缸反相位按共振频率输出抑制轧机振动的方法。
背景技术
迎合市场需求，薄规格(0.8-1.2mm)的高强度钢板成为生产主流，但现有的热轧机生产高负荷、薄规格钢种时，由于轧机系统进入共振区间，导致轧机振动严重。而，ESP等无头轧制生产线生产≤0.8mm规格时，轧机也会出现严重振动，垂直方向振动加速度可达到20m/s2。
轧制速度越高、材质越硬、厚度越薄，越容易发生振动，轧机振动容易引发轧辊氧化膜剥落、辊面快速磨损、轧机紧固件脱落等问题，损害机械设备和电气控制设备，甚会造成断带、堆钢等生产事故。为保护轧机，需要限制轧制薄规格的块数，严重制约薄规格上量，影响产能。
此外，轧机严重振动，还会造成轧机出口轧件表面出现明暗相间的条纹，影响板带产品的板形、板厚和表面质量。
因此，如何避免薄规格、高强度钢板高速轧制时发生振动是提高轧机生产能力的一个重要课题，各国学者和专家对此进行了大量的研究，大多数都是从减小两侧工作辊轴承座与牌坊立柱之间的间隙来实现，如《轧机振动报警及抑制方法》(CN105436205A)、《一种轧机振动抑振装置》(CN113751507A)，通过液压控制施加在轴承座上的压力，使得轧辊轴承座及轧辊弯辊块紧靠轧机牌坊立柱，消除了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的间隙，从而增加轧辊轴承座摩擦阻力，降低了轧辊振动能量。这类改减震良对于轧机抑振起到了一定的作用，但这种液压下压的方式，由于实际窜辊需求和辊系轴承座磨损的存在，间隙并不好控制，抑振效果有限。因此，《一种轧机机架减震的方法和装置》(CN1976767A)在轧机牌坊的两个立柱上方设置振动质量块，振动能量被振动质量块内的不可压缩流体耗散，但这种吸振方式并不适合工业生产。
为了克服以上主动抑振或吸振方式的缺陷，一些研究将信号检测技术引入本领域，如《一种基于自适应动态面的轧机扭振抑制控制方法》(CN113805484A)利用动态面技术反推出轧机主传动系统的自适应状态反馈控制器，主要从传动角度抑制了电流谐波对系统的影响,使得轧辊转速平稳的跟踪指定转速,达到抑制扭振的目的。《一种轧机振动抑振装置》(CN103121037A)由轧机振动信号源、抑振信号发生器、抑振执行单元和轧机组成；拾取轧机振动信号源的轧机扭振信号、轧制速度信号、轧机垂振信号和轧制压力信号；然后送到抑振信号发生器中，经过信号处理获得抑制轧机振动的阻尼信号；最后将阻尼信号分别送到抑振执行单元中的主传动速度给定和液压辊缝给定来参与控制。但最终还是落实在液压辊缝给定上，从主动辊缝控制改为反馈后辊缝控制。并且该控制方式的方法是辊系轴承座侧面增加一个抑制振动的液压装置，仅解决水平振动，无法解决ESP等产线的垂直振动，而垂直振动导致轧辊表面产生棱，进而影响产品表面质量。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种液压缸反相位抑制轧机振动的方法。本方法不增加任何液压装置，利用现有的液压AGC油缸，通过增加与垂直振动频率相同、相位相反的主动输出信号，抑制振动。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：具体步骤包括：
S1、获取原始振动信息：在轧机牌坊安装加速度传感器；采集垂直方向加速度信号，生成时域信号曲线；
S2、信号转化：对采集的垂直方向加速度时域信号进行变换，使S1所得的时域信号变换为频域信号，生成频域信号曲线；
S3、获取振动的原始频率f0：S2所得的频域信号的基频即为振动的原始频率f0；
S4、闭环选取最优相位差δmin：统计闭环过程中现场振幅最小值时对应的相位差δ作为最优相位差δmin；
S5、闭环选取最优振幅Amin：统计闭环过程中，取现场振幅最小值时对应的振幅A作为最优相振幅Amin；
S6、获得最终的液压缸输出值
根据下述公式，获得液压缸输出值output：
output＝A×sin(2π×f×t-δ)
其中：
A：振幅，取步骤S5所得的Amin；
f：频率，取步骤S3所得的原始频率f0；
t：时间变量，为程序控制计算时间；
δ：相位差，取步骤S4所得的δmin；
也即：output＝Amin×sin(2π×f0×t-δmin)
液压缸输出值output输出至计算机，控制液压缸；所述的液压缸位于上支撑辊两端的辊轴上方，实现下压上支撑辊。
进一步的，上述S1的时域信号曲线：横轴是时间，纵轴是实时幅度。
进一步的，上述S2的信号转化为对采集的垂直方向加速度时域信号进行傅里叶变换。
进一步的，上述S2的所述的频域信号曲线中：横轴为频率，纵轴为振幅。
进一步的，上述S4的闭环过程为δi由0°增加到180°的过程。
进一步的，上述S4的闭环过程为δi由0°增加到180°的过程，每隔10s增加10°，从0°持续增加到180°。
进一步的，上述S5的闭环过程为由5μm增加到目标值这个过程。
进一步的，上述S5的闭环过程为由5μm增加到目标值这个过程，从5μm开始按照每10s增加10μm的增幅增加至目标值。
进一步的，上述目标值为295-315μm。
进一步的，上述的液压缸为产线轧机使用的液压AGC油缸；将液压缸输出值output叠加入轧机控制中心计算机的辊缝计算程序中的液压AGC油缸输出控制中。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明创新地将常规轧机的HGC由自动辊缝控制改为按照反相位差以与共振相同频率输出抑制振动，达到削弱共振的效果；
2、通过降低轧机振动，提升产能：单浇次0.8mm轧制吨位可以由300吨提升至400吨，单浇次增效1.2万元；
3、避免设备因为振动而导致的寿命降低和维护工作量，降低了生产成本；
4、现有设备基础上改造，不增加任何液压装置，利用现有的液压AGC油缸即可，改造成本低，适合推广。
附图说明
图1是本发明的轧机压下系统操作侧侧视结构示意图。
图2是本发明的流程示意图。
图3是对照组轧制0.80mm的振动检测数据图。
图4是实施例主动抑振后轧制0.75mm的振动检测数据图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
出于以下详细描述的目的，应该理解的是，除非明确相反地指出，否则本发明可以采取各种替代变型和步骤次序。此外，除了在任何操作实例中或在另外指示的地方以外，所有表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的数字在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。至少，并且不企图限制对权利要求书的范围的相等物的原理的应用，每个数字参数应至少按照报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来理解。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地含有某些由其相应测试测量值中所发现的标准差必然造成的误差。
还应理解的是，本文陈述的任何数值范围旨在包含所有其中纳入的子范围。例如，“1到10”的范围旨在包含所有介于(及包含)所陈述的最小值1及所陈述的最大值10之间的子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值及等于或小于10的最大值。
在本申请中，除非另外特别说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另有明确说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”。进一步地，在本申请中，除非另外特别说明，否则“一个”或“一种”的使用意指“至少一个/种”。例如，“一种”第一材料、“一种”涂料组合物等是指这些项目中的任何项目中的一个或多个项目。
本发明是通过轧机压下液压缸输出与振动相同频率的信号，相位差与振动曲线恰好差180°，可部分抵消振动的能量，避免轧机在共振作用下振动越来越剧烈。
如图1所示，本发明轧机压下系统包括安装在机架上的压下辊系、液压缸2和检测装置3。
所述的压下辊系从上到下包括：上支撑辊4、上工作辊5、下工作辊6、下支撑辊7。轧件位于上工作辊5、下工作辊6之间。
所述的液压缸2位于上支撑辊4两端的辊轴上方，实现下压上支撑辊4。本实施例中，所述的液压缸2为现有产线轧机使用的液压AGC油缸。
所述的压下辊系和液压缸2的具体结构为本领域公知，且轧机型号不同，则结构会略有差异，因此附图仅为结构关系示意图，且压下辊系的工作原理过程也为现有公知，此处不再累述。
所述的检测装置3为加速度传感器，安装在轧机牌坊1上。所述的检测装置3将采集到的信号转化传输至轧机控制计算机。本实施例中，具体为所述的加速度传感器将采集到的电压信号通过专用电缆传送到电荷放大器放大，再经信号接口箱传送至计算机采集系统，利用计算机分析软件电压信号转化为垂直方向加速度信号传输至控制中心计算机的智能运维平台。
其中涉及到的加速度传感器的信号采集、放大、转化、传输功能均为现有技术，其硬件选择、硬件内部结构和电路连接方式、数据传输和控制方式等，本领域技术人员可以根据具体需求选择相应型号市场购入，以可以实现上述功能为准，在此不再限定型号和具体电路。而轧机控制计算机的智能运维也是各个轧机型号不同而定，此处也不再累述。
如图2所示，本发明为液压缸反相位抑制轧机振动的方法，具体步骤包括：
S1、获取原始振动信息
在轧机牌坊安装加速度传感器；采集垂直方向加速度信号，生成时域信号曲线：横轴是时间，纵轴是实时幅度，又称时域信号。
S2、信号转化
对采集的垂直方向加速度时域信号进行傅里叶变换，使S1所得的时域信号变换为频域信号，生成频域信号曲线；所述的频域信号曲线中：横轴为频率，纵轴为振幅。
S3、获取振动的原始频率f0
获取振动的原始频率f0，S2所得的频域信号的基频即为振动的原始频率f0。
S4、闭环选取最优相位差δmin
δ：相位差。取初始δ0＝0°，每隔10s增加10°，持续增加到180°。δ用于调整波输出的时机，因此增加至与振动的频率曲线差180°。
统计δi由0°增加到180°这个闭环过程中现场振幅最小值时对应的δ作为最优相位差δmin。
S5、闭环选取最优振幅Amin
A：振幅，调整范围为5μm-500μm。
逐步将A从5μm开始按照每10s增加10μm的增幅增加至目标值。
本实施例中目标值为295-315μm，该值数据太大，则会影响轧机出口钢板厚度。
统计A由5μm增加到目标值这个闭环过程中，取现场振幅最小值时对应的A作为最优相振幅Amin。
S6、获得最终的液压缸输出值
根据下述公式，获得液压缸输出值output：
output＝A×sin(2π×f×t-δ)
其中：
A：振幅，取步骤S5所得的Amin；
f：频率，取步骤S3所得的原始频率f0；
t：时间变量，为程序控制计算时间；
δ：相位差，取步骤S4所得的δmin。
也即：output＝Amin×sin(2π×f0×t-δmin)
将液压缸输出值output叠加入轧机控制中心计算机的智能运维平台的现有辊缝计算程序中的液压AGC油缸输出控制中，来实现控制后续振动。
本实施例为利用现有轧机的液压AGC油缸和控制系统，也可以设置单独的液压缸2和液压缸控制系统。
为了更好地比较本申请技术和现有技术，进行了对比试验。
图3是现有技术轧机振动时时域曲线和频域曲线，可以看出0.80mm轧制时振动加速度值可达到20m/s2，明显影响带钢质量。
图4为本申请技术利用液压AGC油缸主动抑振后效果，可以看出可以，即使轧制规格更薄(0.75mm)，轧机振动值也仅有2.7m/s2，说明抑制振动效果明显，证实本发明通过主动制造与振动频率相同的HGC压下频率，通过相位差的调整，抵消原始振动。
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：具体步骤包括：
S1、获取原始振动信息：在轧机牌坊安装加速度传感器；采集垂直方向加速度信号，生成时域信号曲线；
S2、信号转化：对采集的垂直方向加速度时域信号进行变换，使S1所得的时域信号变换为频域信号，生成频域信号曲线；
S3、获取振动的原始频率f0：S2所得的频域信号的基频即为振动的原始频率f0；
S4、闭环选取最优相位差δmin：统计闭环过程中现场振幅最小值时对应的相位差δ作为最优相位差δmin；
S5、闭环选取最优振幅Amin：统计闭环过程中，取现场振幅最小值时对应的振幅A作为最优相振幅Amin；
S6、获得最终的液压缸输出值
根据下述公式，获得液压缸输出值output：
output＝A×sin(2π×f×t-δ)
其中：
A：振幅，取步骤S5所得的Amin；
f：频率，取步骤S3所得的原始频率f0；
t：时间变量，为程序控制计算时间；
δ：相位差，取步骤S4所得的δmin；
也即：output＝Amin×sin(2π×f0×t-δmin)
液压缸输出值output输出至计算机，控制液压缸；所述的液压缸位于上支撑辊两端的辊轴上方，实现下压上支撑辊。
2.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S1的时域信号曲线：横轴是时间，纵轴是实时幅度。
3.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S2的信号转化为对采集的垂直方向加速度时域信号进行傅里叶变换。
4.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S2的所述的频域信号曲线中：横轴为频率，纵轴为振幅。
5.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S4的闭环过程为δi由0°增加到180°的过程。
6.根据权利要求5所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S4的闭环过程为δi由0°增加到180°的过程，每隔10s增加10°，从0°持续增加到180°。
7.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S5的闭环过程为由5μm增加到目标值这个过程。
8.根据权利要求7所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述S5的闭环过程为由5μm增加到目标值这个过程，从5μm开始按照每10s增加10μm的增幅增加至目标值。
9.根据权利要求7所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述目标值为295-315μm。
10.根据权利要求1所述的液压缸反相位抑制轧机振动的方法，其特征在于：所述的液压缸为产线轧机使用的液压AGC油缸；将液压缸输出值output叠加入轧机控制中心计算机的辊缝计算程序中的液压AGC油缸输出控制中。
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