供稿| 王立欣

本鋼FTSR精軋機機架振蕩分析及處理

供稿| 王立欣

內容導讀

本鋼FTSR以薄規(guī)格產品為主，在軋制薄規(guī)格產品時F2機架振蕩嚴重，不僅對機上設備及液壓管路造成傷害，而且工作輥表面氧化膜沿軸向剝落嚴重，成品板面上形成振痕缺陷。通過對機架振蕩分析找出振蕩原因，并采取有效措施，不僅減輕了軋制薄規(guī)格時機架振蕩，而且避免了產品缺陷，保護了設備完好。

本鋼FTSR精軋機F2機架在軋制厚度規(guī)格小于2.5 mm時經常出現(xiàn)較強振動，尤其是軋制1.6 mm 薄規(guī)格集裝箱板，機架振動更明顯。振動不僅使該機架上的機械設備受到影響，機架振動嚴重時導致帶鋼表面出現(xiàn)振紋，下機軋輥出現(xiàn)橫向的不均勻磨損，造成產品質量缺陷，并且機架的振動伴有高分貝的噪音，嚴重影響生產順行。

機架振動分析

機架的振動過程

由于齒輪座(嚙合頻率較低)和減速機(嚙合頻率較高)的存在，軋制過程中在主傳動系統(tǒng)存在以兩個機座的嚙合頻率為主的周期沖擊，它們在接軸上引起扭振。在一般情況下扭振的振幅很小，不足以引起接軸和軋機的振動。

隨著厚度的下降，軋制速度提高，齒輪座嚙合頻率接近主傳動的固有頻率，而減速機的嚙合頻率則遠離主傳動的固有頻率，軋制力矩增大，沖擊增大。主傳動接軸上扭振的能量向齒輪座的嚙合頻率上轉移，振幅加大。

接軸和軋輥的扭振會對帶鋼形成水平方向的拖拽作用，帶鋼對軋輥的反作用沖擊則使軋輥、軋輥軸承座和機座產生水平方向的強迫振動。這種振動也會對支撐輥、接軸及減速機形成沖擊，產生相同頻率成份的振動。

軋輥的扭振和軸承座的水平振動會使軋輥和軋件表面之間產生形成速度差，形成相對滑動的趨勢。當振幅增大到一定程度時，出現(xiàn)相對滑動。這種滑動會在軋件和軋輥表面形成擦痕，即宏觀上的振紋。

齒輪座的嚙合頻率、機座的水平振動頻率、輥系的水平振動頻率及接軸的橫向振動頻率成倍數(shù)關系，使機架振動極大的惡化。

工作輥軸承座和機架牌坊間隙的過大使機架振動加劇。

機架主傳動系統(tǒng)扭振檢測

在本鋼短流程F2軋機主傳動系統(tǒng)上安裝的動態(tài)檢測設備可以實時檢測主傳動各部件的垂直方向（H）和水其平方向（A）上的位移及速度，但軋機機座上未安裝檢測設備，因此在這里我們以F2軋機主傳動為重點分析部分。F2動態(tài)檢測儀器安裝位置如圖1。

圖1 F2動態(tài)檢測儀器安裝位置

經過跟蹤采樣發(fā)現(xiàn)，在軋制厚板時，軋機的振動水平很低。軋機振動基本上是一種隨機的，其頻率是機座的某階固有頻率。當軋制較薄帶鋼時，軋機開始發(fā)生振動，其振動主要發(fā)生在軋機的垂直和水平方向，并且通過軋機部件可以傳遞到整個機架。通過采樣可以發(fā)現(xiàn)在2H、5H和8H三個采樣點同時檢測到主傳動部件的異常振動，如圖2-圖6。

4A（水平測振點）與8H（垂直測振點）也在同一時刻檢測到異常的振動，因此可以判定振動是發(fā)生在整個主傳動系統(tǒng)中。

機架主傳動系統(tǒng)扭振分析

軋制速度對振動的影響

圖2 2H點的波形圖

圖3 5H點的波形圖

圖4 8H點的波形圖

圖5 4A點的波形圖

圖6 8H點的波形圖

理論研究認為隨著軋機軋制速度的提高，軋機周圍的各種擾動因素越來越多，擾動的強度越來越大。例如，各種轉動部件的偏心、安裝誤差、滾動軸承的振動和滑動軸承的渦動等都會隨著軋制速度的增加而振動加劇。由于軋制速度的升高，單位時間里通過軋機間的軋件體積增大，而體積增大使得入口張力的波動量增大，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，進而導致軋機的振動。

輥縫中摩擦系數(shù)對振動的影響

理論研究發(fā)現(xiàn)一旦系統(tǒng)正阻尼小于負阻尼，系統(tǒng)就會發(fā)生自激振動，軋機輥縫中的潤滑油膜對軋機系統(tǒng)的垂直運動能起一定的阻尼作用。軋制潤滑劑的粘度對振動的臨界速度影響很大，降低粘度可有效地提高振動的臨界速度。由于在軋制速度高時，潤滑劑的粘度增大，形成的油膜厚度隨之增加，從而導致摩擦力降低。油膜的摩擦系數(shù)越低，其正阻尼作用越差，越容易發(fā)生振動。

軋件厚度對振動的影響

軋件的入口厚度越薄，在同樣的輥縫波動量下，軋機入口側帶鋼的體積相對波動量越大，則軋機入口張力的波動量越大；而入口張力的增大會引起輥縫間摩擦力減小，入口張力對軋制力的影響相對增大，進而降低軋機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，軋件越薄，軋機系統(tǒng)中的自激關系(即軋機工作輥的運動與入口張力之間的關系)越緊密，軋機的穩(wěn)定性也就越差，越易發(fā)生自激振動。

入口張力對振動的影響

軋機垂直系統(tǒng)發(fā)生自激振動，是由于軋件的入口張力與工作輥振動位移間存在90°相位差，從而造成軋機垂直系統(tǒng)的負阻尼特性。軋件的入口張力越大，其相應的波動量越大，造成的負阻尼越大，使系統(tǒng)越不穩(wěn)定，越容易引起振動。目前在軋制薄規(guī)格時1#活套的張力過大。圖7、圖8是軋制Q235B成品厚度分別為4.0 mm和1.8 mm時F2入口張力的反饋曲線，可以明顯的看出軋機在振動時機架入口張力波動量是非常大的，同時入口張力波動的增大也加劇了機架的振動。

牌坊與輥箱間隙對振動的影響

工作輥軸承座和機架牌坊間隙越大，機架的振動會隨之加劇，由于F2機架為PC軋機，為能夠使軋輥在機架內執(zhí)行交叉動作，PC軋機的牌坊與軋輥軸承箱的間隙要大，如果入口側的無間隙液壓缸壓力小，加之軋輥交叉后會產生巨大的軸向力，機架的振動會加劇。

其它方面的影響

目前F2工作輥擋板（牌坊側）銅滑板被工作輥輥箱上的軸承磨損的較大，擋板關閉后間隙過大，PC軋機的軸向力較普通軋機要大得多。因此，在軋制過程中軸向震動會隨之加劇。

圖7 Q235B 4.0×1250 mmF2機架入口張力

圖8 Q235B 1.8×1250 mmF2機架入口張力

結束語

由于目前軋制薄規(guī)格時軋制速度變化較小，在滿足終軋溫度的要求下降低軋制速度，抑制軋機的振動。

在軋制潤滑方面，降低F2軋制潤滑劑的粘度，做好潤滑油管路伴熱保溫，并加強潤滑劑油膜的強度。

軋制時薄規(guī)格時降低入口張力。目前通過降低1#活套張力，減小入口張力來增大輥間摩擦，從而避免軋機系統(tǒng)的自激振動。

軋制薄規(guī)格時加大PC無間隙液壓缸的工作壓力，減小軋輥輥箱與軋機牌坊間的間隙，從而降低機架的振動。

更換F2工作輥擋板銅滑板，減小軸向間隙。

通過以上措施，本鋼FTSR精軋機在軋制薄規(guī)格時F2機架振蕩得到了有效緩解，工作輥因振蕩原因造成的氧化膜脫落現(xiàn)象也得到了杜絕，避免了產品表面的輥印缺陷。

[1] 孟令啟.中厚板軋機非線性參激的振動.重慶大學學報，2008（4）

[2] 王芳，董宏.軋機垂直振動的研究現(xiàn)狀與展望.軋鋼，2008（3）

[3] 范勝標.珠鋼熱連軋機振動的分析及處理.冶金叢刊，2005（5）

Analysis and Treatment of Finishing Mill Stand Oscillation of FTSR in BX STEEL

WANG Li-xin

book=70,ebook=24

王立欣（1966—），男，大學學歷（東北大學機械制造工藝及設備專業(yè)），工程師，本鋼國貿公司綜合管理處處長

本溪鋼鐵集團有限公司國貿公司，遼寧 本溪 117000