CN116550759B - 一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统，涉及轧机减振技术领域。应用于包括减振装置、控制单元和轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统的控制单元中，所述方法包括：获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值，能够起到减小轧机辊系的高频段、低频段和无规则振动位移，抑制轧机辊系振动的效果，从而提高轧机的稳定性。

Description

一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统

技术领域

本申请涉及轧机减振技术领域，尤其涉及一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统。

背景技术

板带轧机在重工业机械领域发挥着重要的作用，随着科技的飞速发展，在高端领域对板带轧机的要求越来越高。然而板带轧机辊系在工作过程中经常发生振动现象，影响轧制产品的质量和生产效率，很难达到现在高端领域对轧制产品的要求，严重时损坏轧制设备，造成经济损失，很大程度上限制了轧制产业的快速发展。

目前，通过相互排斥的磁力作用去抑制轧机轧辊振动，或者通过不同电磁阀对应的油液通径的不同使得阻尼液流动时产生的阻尼力大小不同，以实现针对轧机不同频率的分机减振。

但是，上述进行抑制轧机轧辊振动的方法为被动减振方法，只能够消除轧辊高频段振动，而不能消除轧辊低频段振动和无规则振动，无法保证对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统，以解决现有抑制轧机轧辊振动的方法为被动减振方法，只能够消除轧辊高频段振动，而不能消除轧辊低频段振动和无规则振动，无法保证对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性的问题。

第一方面，本申请提供一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，应用于包括减振装置、控制单元和轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统的控制单元中，所述方法包括：

获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；

基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；

基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。

采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，通过获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。本申请通过时域特性和幅频特性得到减振装置和轧机辊系的相互影响关系，适当调整减振装置的相关参数，能够起到减小轧机辊系的高频段、低频段和无规则振动位移，抑制轧机辊系振动的效果，从而提高轧机的稳定性，为轧机辊系的稳定性控制提供了一种新的解决方法，保证了对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性。

在一种可能的实现方式中，所述获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系，包括：

建立关于所述轧机辊系振动抑制系统对应的简化模型；

基于所述简化模型确定所述轧机辊系振动抑制系统在振动过程中的两自由度系统对应关系；

通过多尺度法对所述两自由度系统对应关系进行数据处理，确定所述当前幅频对应关系。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值，包括：

通过仿真分析确定所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系；

基于所述时域对应关系和所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于所述预设振动位移阈值。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述简化模型确定所述轧机辊系振动抑制系统在振动过程中的两自由度系统对应关系，包括：

获取轧机下辊系等效质量、所述减振装置对应的被动减振器质量块等效质量、下辊系与轧件之间的等效阻尼、等效线性刚度、等效非线性刚度、下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度；

基于所述轧机下辊系等效质量、所述被动减振器质量块等效质量、所述下辊系与轧件之间的等效阻尼、所述等效线性刚度、所述等效非线性刚度、所述下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度，确定两自由度系统对应关系。

在一种可能的实现方式中，所述两自由度系统对应关系包括：

；

其中，所述为所述轧机下辊系等效质量，/>为所述被动减振器质量块等效质量，所述下辊系与轧件之间的等效阻尼为/>，所述等效线性刚度和所述等效非线性刚度分别为/>和/>，所述下辊系与被动减振器之间的等效阻尼为/>，所述等效刚度为/>，近似认为轧辊受到周期性的外部激励为/>；/>为所述下辊系与所述被动减振器之间的所述减振装置中的磁流变阻尼器的等效阻尼力，所述被动减振器与轧机机架之间的等效阻尼为/>，等效刚度为/>。

在一种可能的实现方式中，通过多尺度法对所述两自由度系统对应关系进行数据处理，确定所述轧机辊系振动抑制系统幅频对应关系，包括：

对所述两自由度系统对应关系进行简化，确定简化后的当前两自由度系统对应关系；

基于所述磁流变阻尼器对应的初始阻尼力系数和阻尼力可调倍率，将所述磁流变阻尼器的等效阻尼力进行简化，确定简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式；

基于所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式结合所述当前两自由度系统对应关系，通过多尺度法确定所述轧机辊系振动抑制系统幅频对应关系。

在一种可能的实现方式中，简化后的当前两自由度系统对应关系包括：

；

；

简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式包括：

；

其中，、/>为所述磁流变阻尼器的所述初始阻尼力系数，/>、/>为所述磁流变阻尼器的所述阻尼力可调倍率；

所述轧机辊系振动抑制系统幅频对应关系包括：

。

在一种可能的实现方式中，所述减振装置对应的相关参数包括所述减振装置中的磁流变阻尼器的初始阻尼和可调倍率、所述减振装置中的被动减振器的阻尼力和固有时滞。

第二方面，本申请还提供一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统，用于实现第一方面任一所述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，所述系统包括：

控制单元、与所述控制单元连接的减振装置，以及与所述减振装置连接的轧机辊系；

所述控制单元用于获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。

在一种可能的实现方式中，所述减振装置包括依次螺纹连接的安装轴承、磁流变阻尼器、被动减振器、支撑杆和磁力吸盘；所述轧机辊系包括轧机机架和轧机轧辊；所述轧机机架和所述磁力吸盘连接；所述轧机轧辊和所述安装轴承连接；所述控制单元和所述磁流变阻尼器以及所述轧机轧辊连接；

所述控制单元包括两两连接的加速度传感单元、第一积分单元、第二积分单元和控制器；所述加速度传感单元和所述轧机轧辊连接，所述控制器和所述磁流变阻尼器连接；

所述磁流变阻尼器通过所述加速度传感单元确定所述轧机轧辊对应的振动位移；所述磁流变阻尼器和所述被动减振器用于吸收所述轧机轧辊对应的部分振动能量。

第二方面提供的基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种减振装置的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种磁流变阻尼器和安装轴承的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的另一种磁流变阻尼器和安装轴承的结构示意图；

图5示出了图4所示的磁流变阻尼器和安装轴承的另一视角的结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种被动减振器的结构剖视示意图；

图7示出了本申请实施例提供的一种被动减震器的结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统的控制流程示意图；

图9示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法的流程示意图；

图10示出了本申请实施例提供的另一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法的流程示意图；

图11示出了本申请实施例提供的一种轧机辊系振动抑制系统对应的简化模型的示意图；

图12示出了本申请实施例提供的一种所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域曲线示意图；

图13示出了本申请实施例提供的一种在所述减振装置处于非工作状态下对应的幅频曲线示意图；

图14示出了本申请实施例提供的一种对磁流变阻尼器的初始阻尼和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图；

图15示出了本申请实施例提供的一种对磁流变阻尼器的可调倍率和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图；

图16示出了本申请实施例提供的一种对被动减振器的阻尼力和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图；

图17示出了本申请实施例提供的一种对被动减振器的固有时滞和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图。

附图标记：

101-控制单元；102-减振装置；103-轧机辊系；1031-轧机机架；1032-轧机轧辊；1021-安装轴承；1022-磁流变阻尼器；1023-被动减振器；1024-支撑杆；1025-磁力吸盘；1021a-推力轴承；1021b-轴承连接端；1022a-上连接端；1022b-下连接端；1022c-第一导杆；1022d-第一端盖；1022e-第一套筒；1022f-线筒；1022g-包络线；1022h-第一螺栓；1022i-第一螺母；1022j-第二螺母；1022k-第一橡胶密封圈；1022p-第二橡胶密封圈；1023a-第二端盖；1023b-第二套筒；1023c-连接端；1023d-第二导杆；1023f-质量块；1023g-第二螺栓；1023h-第三螺母；1023i-螺钉；1011-加速度传感单元；1012-第一积分单元；1013-第二积分单元；1014-控制器；1032a-轧机上辊；1032b-轧机下辊；1032c-轧机下辊突出部分。

具体实施方式

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

磁流变液阻尼器是一种基于磁流变效应的半主动执行器件，具有能耗低、响应速度快、结构简单和阻尼力持续可调等优点，是实施半自动控制的理想装置，在各种振动和冲击控制系统中得到广泛应用。同时，通过质量块、颗粒阻尼或磁力效应等被动减振装置在轧机辊系振动抑制系统减振领域中应用非常广泛，而主被动联合减振的方式在汽车、飞机旋翼、机器人等领域已被充分利用。但是在轧机抑振方向没有应用过，因此，本申请实施例提供一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法和系统，以解决现有抑制轧机轧辊振动的方法为被动减振方法，只能够消除轧辊高频段振动，而不能消除轧辊低频段振动和无规则振动，无法保证对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性的问题。

图1示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：

控制单元（图中未标出）、与所述控制单元连接的减振装置102，以及与所述减振装置102连接的轧机辊系103；

所述控制单元用于获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。

如图1所示，所述轧机辊系103包括轧机机架1031和轧机轧辊1032；所述轧机机架1031和所述磁力吸盘1025连接；所述轧机轧辊1032和所述安装轴承1021连接；所述控制单元101和所述磁流变阻尼器1022以及所述轧机轧辊1032连接。

具体的，参见图1，所述轧机轧辊1032包括轧机上辊1032a、轧机下辊1032b和轧机下辊突出部分1032c。

图2示出了本申请实施例提供的一种减振装置的结构示意图，如图2所示，所述减振装置102包括依次螺纹连接的安装轴承1021、磁流变阻尼器1022、被动减振器1023、支撑杆1024和磁力吸盘1025，其中，安装轴承1021端部有外螺纹，能够与所述磁流变阻尼器1022上端部内螺纹配合连接；所述磁流变阻尼器1022下端部有外螺纹，能够与被动减振器1023端部内螺纹配合连接；所述被动减振器1023端盖有内螺纹，能够与支撑杆1024一端部外螺纹配合连接；所述支撑杆1024另一端部螺纹与磁力吸盘1025内螺纹配合连接。

图3示出了本申请实施例提供的一种磁流变阻尼器和安装轴承的结构示意图，如图3所示，安装轴承包括推力轴承1021a和轴承连接端1021b，所述磁流变阻尼器包括上连接端1022a、下连接端1022b、第一导杆1022c、第一端盖1022d、第一套筒1022e、线筒1022f、包络线1022g、第一螺栓1022h、第一螺母1022i、第二螺母1022j、第一橡胶密封圈1022k和第二橡胶密封圈1022p。

具体的，参见图3，所述上连接端1022a与第一导杆1022c固连，第一导杆1022c穿过第一端盖1022d的连杆孔，第一导杆1022c细杆处与线筒1022f连接，第一导杆1022c细杆处凸出部分有螺纹，通过螺母进行固定；所述第一导杆1022c与第一端盖1022d连杆孔通过橡胶密封圈进行密封，以防磁流变液泄漏；所述第一导杆1022c内部有导线孔，包络线1022g通过导线孔连接控制单元，在磁流变阻尼器中缠绕于线筒1022f上；所述第一套筒1022e与第一端盖1022d通过螺栓和螺母连接；所述第一端盖1022d与第一套筒1022e间有橡胶密封圈进行密封，防止磁流变液泄漏；所述第一套筒1022e与下连接端1022b固连。

图4示出了本申请实施例提供的另一种磁流变阻尼器和安装轴承的结构示意图，图5示出了图4所示的磁流变阻尼器和安装轴承的另一视角的结构示意图，如图4和图5所示，安装轴承1021和磁流变阻尼器1022连接。

图6示出了本申请实施例提供的一种被动减振器的结构剖视示意图，图7示出了本申请实施例提供的一种被动减震器的结构示意图，如图6所示，所述被动减振器包括第二端盖1023a、第二套筒1023b、连接端1023c、第二导杆1023d、弹簧（图中未标出）、质量块1023f、第二螺栓1023g、第三螺母1023h和螺钉1023i。所述第二端盖1023a外端中心部分有内螺纹孔；所述第二端盖1023a有贯穿的螺钉1023i孔与第二螺栓1023g孔；所述第二套筒1023b与第二端盖1023a通过第二螺栓1023g和第三螺母1023h连接，第二套筒1023b底部有贯穿的螺钉1023i孔；所述第二导杆1023d杆中心有非贯穿螺纹，第二导杆1023d与第二套筒1023b底部、第二端盖1023a通过螺钉1023i连接；所述质量块1023f有贯穿孔，通过第二导杆1023d置于被动减振器内部，质量块1023f两端沿着第二导杆1023d有弹簧连接于第二套筒1023b内底部与第二端盖1023a内部；所述第二套筒1023b与连接端1023c固连。当轧辊垂直振动时，轧辊振动能量传递到被动减振器，被动减振器吸收部分振动能量转化为质量块1023f的动能和弹簧的势能，从而减小轧辊的振动位移。如图7所示，所述被动减振器包括第二端盖1023a和第二套筒1023b。

图8示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统的控制流程示意图，如图8所示，所述控制单元101包括两两连接的加速度传感单元1011、第一积分单元1012、第二积分单元1013和控制器1014；所述加速度传感单元1011和所述轧机轧辊1032连接，所述控制器1014和所述磁流变阻尼器1022连接，所述磁流变阻尼器1022通过所述加速度传感单元1011确定所述轧机轧辊1032对应的振动位移；所述磁流变阻尼器1022和所述被动减振器（图4中未标出）用于吸收所述轧机轧辊1032对应的部分振动能量。

如图1或图8所示，所述磁流变阻尼器外接控制器，通过三向位移传感器测量轧机外机架端部位移，用以代替轧辊端部位移，当位移超过一定阈值时，控制器对磁流变阻尼器施加电流，从而使磁流变阻尼器开始工作；当轧辊垂直振动超过一定阈值时，轧辊的振动能量传递到磁流变阻尼器中，磁流变阻尼器中磁流变液通过电磁反应，粘性在十几毫秒内发生响应，粘性增加，吸收部分振动能量，从而减小轧辊振动位移。

图9示出了本申请实施例提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法的流程示意图，应用于图1-图8任一所示的包括减振装置、控制单元和轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统的控制单元中，如图9所示，所述方法包括：

步骤S1：获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系。

步骤S2：基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系。

步骤S3：基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。

综上所述，本申请实施例提供的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，通过获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。本申请通过时域特性和幅频特性得到减振装置和轧机辊系的相互影响关系，适当调整减振装置的相关参数，能够起到减小轧机辊系的高频段、低频段和无规则振动位移，抑制轧机辊系振动的效果，从而提高轧机的稳定性，为轧机辊系的稳定性控制提供了一种新的解决方法，保证了对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性。

图10示出了本申请实施例提供的另一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法的流程示意图，应用于图1-图8任一所示的包括减振装置、控制单元和轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统的控制单元中，如图10所示，所述方法包括：

步骤S11：建立关于所述轧机辊系振动抑制系统对应的简化模型；

在本申请中，减振装置是通过套筒和轴承把磁流变阻尼器连接到轧机轧辊端部上，同时再通过弹性元件和阻尼元件把质量块连接到磁流变阻尼器下的被动减振装置，减振装置安装到轧机辊系上后，二者构成一个两自由度系统；理想条件下，轧机辊系和减振装置只做垂直方向的直线运动，在系统静止时轧机下辊系和减振装置的平衡位置为运动原点，轧机辊系和减振装置的振动位移的大小代表振动强度，为减小轧机辊系的振动，就需要减小振动位移；轧机辊系在简谐外激励作用下振动，轧机辊系的振动能量通过磁流变阻尼器的电磁反应和被动减振器弹性元件和阻尼元件的弹簧力和阻尼力转移到主被动联合减振装置上，减振器通过磁流变阻尼器阻尼力、弹性元件和阻尼元件作用在轧机辊系上的作用力与外界对轧机辊系的作用力方向相反，从而把轧机辊系的振动能量转移到磁流变液中和被动减振装置的动能中，从而来减小轧机辊系的振动位移，达到抑制振动的效果。

步骤S121：获取轧机下辊系等效质量、所述减振装置对应的被动减振器质量块等效质量、下辊系与轧件之间的等效阻尼、等效线性刚度、等效非线性刚度、下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度。

步骤S122：基于所述轧机下辊系等效质量、所述被动减振器质量块等效质量、所述下辊系与轧件之间的等效阻尼、所述等效线性刚度、所述等效非线性刚度、所述下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度，确定两自由度系统对应关系。

其中，所述两自由度系统对应关系包括：

；

其中，所述为所述轧机下辊系等效质量，/>为所述被动减振器质量块等效质量，所述下辊系与轧件之间的等效阻尼为/>，所述等效线性刚度和所述等效非线性刚度分别为/>和/>，所述下辊系与被动减振器之间的等效阻尼为/>，所述等效刚度为/>，近似认为轧辊受到周期性的外部激励为/>；/>为所述下辊系与所述被动减振器之间的所述减振装置中的磁流变阻尼器的等效阻尼力，所述被动减振器与轧机机架之间的等效阻尼为/>，等效刚度为/>。

图11示出了本申请实施例提供的一种轧机辊系振动抑制系统对应的简化模型的示意图，如图11所示，所述为所述轧机下辊系等效质量，/>为所述被动减振器质量块等效质量，所述下辊系与轧件之间的等效阻尼为/>，所述等效线性刚度和所述等效非线性刚度分别为/>和/>，所述下辊系与被动减振器之间的等效阻尼为/>，所述等效刚度为/>，近似认为轧辊受到周期性的外部激励为/>；/>为所述下辊系与所述被动减振器之间的所述减振装置中的磁流变阻尼器的等效阻尼力，所述被动减振器与轧机机架之间的等效阻尼为/>，等效刚度为/>，由于磁流变阻尼器属于主动减振器一类，主要通过电磁反应来实现减振效果，因此磁流变阻尼器本身的等效质量对于减振效果没有影响，从而磁流变阻尼器的等效质量块在二维模型图中不需体现。

步骤S13：通过多尺度法对所述两自由度系统对应关系进行数据处理，确定所述当前幅频对应关系。

在本申请中，上述步骤S13的具体实现过程可以包括以下子步骤：

子步骤S131：对所述两自由度系统对应关系进行简化，确定简化后的当前两自由度系统对应关系；

子步骤S132：基于所述磁流变阻尼器对应的初始阻尼力系数和阻尼力可调倍率，将所述磁流变阻尼器的等效阻尼力进行简化，确定简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式；

子步骤S133：基于所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式结合所述当前两自由度系统对应关系，通过多尺度法确定所述轧机辊系振动抑制系统幅频对应关系。

其中，简化后的当前两自由度系统对应关系包括：

；

；

简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式包括：

；

其中，、/>为所述磁流变阻尼器的所述初始阻尼力系数，/>、/>为所述磁流变阻尼器的所述阻尼力可调倍率；

所述简化后的所述两自由度系统对应关系包括：

。

步骤S2：基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系。

在本申请中，可以通过仿真得到所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域曲线和幅频曲线。

图12示出了本申请实施例提供的一种所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域曲线示意图，横轴表示时间，纵轴表示稳定幅值，如图12所示，从时域曲线图可以看出，轧机辊系振动位移的稳定幅值由加入减振装置前也即是减振装置处于非工作状态的8.6×10-5m(曲线401)减小到加入减振装置后也即是减振装置处于工作状态的6.5×10-5m(曲线402)。可以确定减振装置减小了轧机辊系的振动幅值。

步骤S31：通过仿真分析确定所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系。

在本申请中，所述减振装置对应的相关参数包括所述减振装置中的磁流变阻尼器的初始阻尼和可调倍率、所述减振装置中的被动减振器的阻尼力和固有时滞。

图13示出了本申请实施例提供的一种在所述减振装置处于非工作状态下对应的幅频曲线示意图，图14示出了本申请实施例提供的一种对磁流变阻尼器的初始阻尼和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图，图15示出了本申请实施例提供的一种对磁流变阻尼器的可调倍率和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图，图16示出了本申请实施例提供的一种对被动减振器的阻尼力和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图，图17示出了本申请实施例提供的一种对被动减振器的固有时滞和轧机辊系振动幅频特性的对应关系的示意图，图13-图17的横轴均表示频率，纵轴表示量纲幅值。

比较图13和图14、图15及图16，可以清晰得到由于减振装置的加入使轧机辊系的幅频曲线高度减小，弯曲度也减小，即减振装置影响系统的稳定性，说明了减振装置对轧机辊系振动控制的有效性。

从图14、图15和图16可以看出减振装置中磁流变阻尼器和被动减振器的阻尼力的改变使幅频特性曲线的高度发生变化，即被动减振器阻尼力影响系统的振动幅值；主动控制中，固有时滞不能忽略，从图17可以看出固有时滞的改变使幅频特性曲线的高度发生变化，即固有时滞影响系统的振动幅值，使振动幅值增大。

也即是，可以确定所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系，包括：由于减振装置的加入使轧机辊系的幅频曲线高度减小，弯曲度也减小，固有时滞的改变使幅频特性曲线的高度发生变化，即固有时滞影响系统的振动幅值，使振动幅值增大。

步骤S32：基于所述时域对应关系和所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于所述预设振动位移阈值。

在本申请中，对预设振动位移阈值不作具体限定，可以根据实际应用场景做具体调整，通过时域特性和幅频特性得到减振器装置和轧机辊系的相互影响关系，也即是所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系，适当调整减振装置的初始阻尼和可调倍率等相关参数的大小，能够起到减小轧机辊系的振动位移，抑制轧机辊系振动的效果，从而提高轧机系统的稳定性，为轧机辊系的稳定性控制提供了一种新的解决方法。

综上所述，本申请实施例提供的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，通过获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值。本申请通过时域特性和幅频特性得到减振装置和轧机辊系的相互影响关系，适当调整减振装置的相关参数，能够起到减小轧机辊系的高频段、低频段和无规则振动位移，抑制轧机辊系振动的效果，从而提高轧机的稳定性，为轧机辊系的稳定性控制提供了一种新的解决方法，保证了对轧机轧辊振动抑制的可靠性和稳定性。

本申请提供的一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，可以在如图1-6任一所示的基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统中实现，为避免重复，这里不再赘述。

尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，其特征在于，应用于包括减振装置、控制单元和轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统的控制单元中，所述方法包括：

步骤S1：获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；

所述步骤S1包括：

步骤S11：建立轧机辊系的轧机辊系振动抑制系统对应的简化模型；所述减振装置是通过套筒和轴承把磁流变阻尼器连接到轧机轧辊端部上，同时再通过弹性元件和阻尼元件把质量块连接到磁流变阻尼器下的被动减振装置，所述减振装置安装到所述轧机辊系上后，二者构成一个两自由度系统；

步骤S12：基于所述简化模型确定所述系统在振动过程中的两自由度系统对应关系；

所述步骤S12包括：

步骤S121：获取轧机下辊系等效质量、所述减振装置对应的被动减振器质量块等效质量、下辊系与轧件之间的等效阻尼、等效线性刚度、等效非线性刚度、下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度；

步骤S122：基于所述轧机下辊系等效质量、所述被动减振器质量块等效质量、所述下辊系与轧件之间的等效阻尼、所述等效线性刚度、所述等效非线性刚度、所述下辊系与所述被动减振器之间的等效阻尼和等效刚度，确定两自由度系统对应关系；

步骤S13：通过多尺度法对所述两自由度系统对应关系进行数据处理，确定所述当前幅频对应关系；

步骤S2：基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；

步骤S3：基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值；

所述步骤S3包括：

步骤S31：通过仿真分析确定所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系；

步骤S32：基于所述时域对应关系和所述减振装置对应的相关参数和所述幅频对应关系的对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于所述预设振动位移阈值；

所述减振装置对应的相关参数包括所述减振装置中的磁流变阻尼器的初始阻尼和可调倍率、所述减振装置中的被动减振器的阻尼力和固有时滞。

2.根据权利要求1所述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，其特征在于，所述两自由度系统对应关系包括：

；

其中，所述为所述轧机下辊系等效质量，/>为所述被动减振器质量块等效质量，所述下辊系与轧件之间的等效阻尼为/>，所述等效线性刚度和所述等效非线性刚度分别为/>和/>，所述下辊系与被动减振器之间的等效阻尼为/>，所述等效刚度为/>，近似认为轧辊受到周期性的外部激励为/>；/>为所述下辊系与所述被动减振器之间的所述减振装置中的磁流变阻尼器的等效阻尼力；所述被动减振器与轧机机架之间的等效阻尼为/>，等效刚度为/>。

3.根据权利要求2所述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，其特征在于，所述通过多尺度法对所述两自由度系统对应关系进行数据处理，确定所述系统幅频对应关系，包括：

对所述两自由度系统对应关系进行简化，确定简化后的当前两自由度系统对应关系；

基于所述磁流变阻尼器对应的初始阻尼力系数和阻尼力可调倍率，将所述磁流变阻尼器的等效阻尼力进行简化，确定简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式；

基于所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式结合所述当前两自由度系统对应关系，通过多尺度法确定所述系统幅频对应关系。

4.根据权利要求3所述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，其特征在于，简化后的当前两自由度系统对应关系包括：

；

;

简化后的所述磁流变阻尼器的等效阻尼力表达式包括：

；

其中，、/>为所述磁流变阻尼器的所述初始阻尼力系数，/>、/>为所述磁流变阻尼器的所述阻尼力可调倍率；

所述轧机辊系振动抑制系统幅频对应关系包括：

。

5.一种基于减振装置的轧机辊系振动抑制系统，其特征在于，用于实现权利要求1-4任一所述的基于减振装置的轧机辊系振动抑制方法，所述系统包括：

控制单元、与所述控制单元连接的减振装置，以及与所述减振装置连接的轧机辊系；

所述控制单元用于获取所述系统在振动过程中的当前幅频对应关系；基于所述当前幅频对应关系通过仿真确定所述系统分别在所述减振装置处于工作状态和非工作状态下对应的时域对应关系和幅频对应关系；基于所述时域对应关系和所述幅频对应关系，调整所述减振装置对应的所述相关参数，直至所述轧机辊系对应的振动位移小于或者等于预设振动位移阈值；

所述减振装置包括依次螺纹连接的安装轴承、磁流变阻尼器、被动减振器、支撑杆和磁力吸盘；所述轧机辊系包括轧机机架和轧机轧辊；所述轧机机架和所述磁力吸盘连接；所述轧机轧辊和所述安装轴承连接；所述控制单元和所述磁流变阻尼器以及所述轧机轧辊连接；

所述控制单元包括两两连接的加速度传感单元、第一积分单元、第二积分单元和控制器；所述加速度传感单元和所述轧机轧辊连接，所述控制器和所述磁流变阻尼器连接；

所述磁流变阻尼器通过所述加速度传感单元确定所述轧机轧辊对应的振动位移；所述磁流变阻尼器和所述被动减振器用于吸收所述轧机轧辊对应的部分振动能量。