轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置

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2024-03-12 16:36:19

权利要求书： 1.一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，其特征在于：包括有质量外环(1)、质量内环(2)、刚柔耦合吸振组件(3)及轴承(5)，所述刚柔耦合吸振组件(3)包括有颗粒容器单元(8)，所述颗粒容器单元(8)内装有钢珠颗粒，所述颗粒容器单元(8)的上、下表面均与橡胶棒(7)的一端通过螺栓固定，所述橡胶棒(7)的另一端与质量外环(1)或质量内环(2)通过螺栓连接且保证颗粒容器单元(8)沿质量外环(1)或质量内环(2)的径向布置，所述质量内环(2)的内圈与轴承(5)的外圈通过过盈配合固定，所述质量内环(2)的一侧设置有多个安装舌，所述橡胶棒(7)与质量内环(2)之间设置有连接板(4)，所述连接板(4)呈L型，所述连接板(4)的短边与质量内环(2)的安装舌设置有对应的螺纹孔并通过螺钉实现固定连接，所述橡胶棒(7)的另一端与连接板(4)螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，其特征在于：所述橡胶棒(7)的外壁套设有弹簧(6)。

3.根据权利要求1所述的一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，其特征在于：所述质量外环(1)、质量内环(2)为可拆分的。

4.根据权利要求1所述的一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，其特征在于：所述刚柔耦合吸振组件(3)的数量为10个，相邻两组刚柔耦合吸振组件(3)之间的夹角为36°。

说明书：一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置技术领域[0001] 本发明涉及轧机振动控制技术领域，尤其涉及一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置。背景技术[0002] 在高速轧制过程中，最常发生的垂直振动将降低轧制产品的精度以及合格率，影响复合板的表面质量以及结合强度。为应对上述问题，一般采用振动抑制装置来解决。[0003] 目前振动抑制装置主要分为主动式、半主动式以及被动式三类。其中被动式抑振装置的基本结构一般由动质量块、刚度元件和阻尼元件构成。它的工作原理是：通过在主振系统上附加一个子系统(吸振装置)来吸收、耗散主系统的振动能量，当主系统振动时，子系统受迫响应并反作用于主系统，从而减弱主系统的振动响应。[0004] 现有的被动式抑振装置只有在装置本身的固有频率、外界激励频率以及受控对象的振动频率三者相同时才能发挥较好的减振效果，且装置的各个参数一经设定就无法改变，然而在工程实际中，外界激振频率大多都在一定范围内往复变化，当三者频率不同时，抑振装置的减振效果就会严重降低。发明内容[0005] 为解决现有技术的缺点和不足，提供一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，从而可解决现有的被动式轧机抑振装置减振效果差的问题。[0006] 为实现本发明目的而提供的一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，包括有质量外环、质量内环、刚柔耦合吸振组件及轴承，所述刚柔耦合吸振组件包括有颗粒容器单元，所述颗粒容器单元内装有钢珠颗粒，所述颗粒容器单元的上、下表面均与橡胶棒的一端通过螺栓固定，所述橡胶棒的另一端与质量外环或质量内环通过螺栓连接且保证颗粒容器单元沿质量外环或质量内环的径向布置，所述质量内环的内圈与轴承的外圈通过过盈配合固定。[0007] 作为上述方案的进一步改进，所述质量内环的一侧设置有多个安装舌，所述橡胶棒与质量内环之间设置有连接板，所述连接板呈L型，所述连接板的短边与质量内环的安装舌设置有对应的螺纹孔并通过螺钉实现固定连接，所述橡胶棒的另一端与连接板螺栓连接。[0008] 作为上述方案的进一步改进，所述橡胶棒的外壁套设有弹簧。[0009] 作为上述方案的进一步改进，所述质量外环、质量内环为可拆分的。[0010] 作为上述方案的进一步改进，所述刚柔耦合吸振组件的数量为10个，相邻两组刚柔耦合吸振组件之间的夹角为36°。[0011] 本发明的有益效果是：[0012] 与现有技术相比，本发明提供的一种轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置，利用质量外环的滞后作用及刚柔耦合吸振组件中钢珠颗粒群的碰撞、摩擦来抑制、转移并耗散主振系统的振动能量，从而达到抑制轧机辊系垂直振动的目的；同时采用双列环向均匀对称的弹簧及橡胶的布置方法，增加了装置的稳定性，防止质量外环沿着主振系统轴线方向摆动；另外质量外环与质量内环均采用可拆分结构，安装方便，安装位置灵活。附图说明[0013] 图1为安装了刚柔耦合吸振装置的振动系统动力学模型；[0014] 图2为本发明的三维结构示意图；[0015] 图3为本发明的刚柔耦合吸振组件中各部分的连接方式示意图；[0016] 图4为连接板结构图；[0017] 图5为安装刚柔耦合吸振装置前后振动系统的仿真相图；[0018] 图6为安装刚柔耦合吸振装置前振动系统的仿真频谱曲线；[0019] 图7为安装刚柔耦合吸振装置后振动系统的仿真频谱曲线；[0020] 图8为实施例一的示意图；[0021] 图9为轧机上工作辊未安装吸振装置的时域曲线图；[0022] 图10为轧机上工作辊安装吸振装置后的时域曲线图；[0023] 图11为轧机上工作辊未安装吸振装置的频谱曲线图；[0024] 图12为轧机上工作辊安装吸振装置后的频谱曲线图。[0025] 图中：1?质量外环；2?质量内环；3?刚柔耦合吸振组件；4?连接板；5?轴承；6?弹簧；7?橡胶棒；8?颗粒容器单元；9?电机；10.1?第一联轴器；10.2?第二联轴器；10.3?第三联轴器；11?减速器；12?轧机上工作辊；13?刚柔耦合吸振装置；14?压电式加速度传感器；15?轧机下工作辊；16?动态信号测试分析系统；17?软件平台。

具体实施方式[0026] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：[0027] 实施例一[0028] 如图2?图4所示，本发明轧机辊系垂直振动的刚柔耦合吸振装置包括有质量外环1、质量内环2、刚柔耦合吸振组件3及轴承5，所述刚柔耦合吸振组件3包括有颗粒容器单元

8，所述颗粒容器单元8内装有钢珠颗粒，所述颗粒容器单元8的上、下表面均与橡胶棒7的一端通过螺栓固定，所述橡胶棒7的另一端与质量外环1或质量内环2通过螺栓连接且保证颗粒容器单元8沿质量外环1或质量内环2的径向布置，所述质量内环2的内圈与轴承5的外圈通过过盈配合固定，所述质量内环2的一侧设置有多个安装舌，所述橡胶棒7与质量内环2之间设置有连接板4，所述连接板4呈L型，所述连接板4的短边与质量内环2的安装舌设置有对应的螺纹孔并通过螺钉实现固定连接，所述橡胶棒7的另一端与连接板4螺栓连接，橡胶棒7的外壁套设有弹簧6，质量外环1、质量内环2为可拆分的。

[0029] 其中：质量内环2通过轴承5安装在轧机上工作辊12上，刚柔耦合吸振组件3中的弹簧6具有一定的初始压缩量，颗粒容器8为长方体结构，内部有长方体空间，用来填充钢珠颗粒。[0030] 本发明的具体实施方法是：当轧机辊系发生振动时，安装在轧机上工作辊12上的质量内环2跟随振动，由于刚柔耦合吸振组件3中的弹簧6与橡胶棒7的作用，使质量外环1的响应相对于主振系统有一定的滞后，质量外环1与主振系统相对运动产生的惯性力反作用于传动轴上，从而可以抑制主振系统的振动，同时由于刚柔耦合吸振组件3中橡胶棒7的阻尼作用以及钢珠颗粒在振动激励下产生跳跃，颗粒与颗粒之间、颗粒与容器壁之间发生碰撞、摩擦而产生的阻尼作用，可以转移、吸收、耗散主振系统的振动能量，达到抑制轧机辊系振动的目的。[0031] 当轧机辊系发生振动时，可以建立如图1所示的带有刚柔耦合吸振装置的轧机上工作辊12振动系统的动力学模型，其运动方程为：[0032][0033] 式中：[0034] m1为轧机上工作辊12、连接板4、轴承5及质量内环2的等效质量；[0035] x1为等效质量m1的振动位移；[0036] m2为刚柔耦合吸振组件3中颗粒容器8的等效总质量；[0037] ma为颗粒容器8内钢珠颗粒的等效总质量；[0038] mb为钢珠颗粒中发生跳动并产生阻尼作用颗粒的等效总质量；[0039] mc为颗粒容器8及钢珠颗粒中未发生跳动颗粒的等效总质量；[0040] x2为等效总质量mc的等效振动位移(当系统发生颤振时，可能只有部分颗粒之间、颗粒与容器壁之间发生相对运动，从而形成颗粒阻尼)；[0041] x4为等效总质量mb的等效振动位移；[0042] m3为质量外环1的等效质量；[0043] x3为等效质量m3的振动位移；[0044] c1为轧机上工作辊12与轧件之间的等效阻尼；[0045] k1和k1′为轧机上工作辊12与轧件之间的等效线性刚度和非线性刚度；[0046] k2为颗粒容器与质量内环之间所有弹簧的等效刚度；[0047] k3为颗粒容器与质量外环之间所有弹簧的等效刚度；[0048] c2为颗粒容器与质量内环之间所有橡胶的等效阻尼；[0049] c3为颗粒容器与质量外环之间所有橡胶的等效阻尼；[0050] k为刚柔耦合吸振组件3中所有发生跳动的钢珠颗粒所产生的等效刚度；[0051] c为所有发生跳动的钢珠颗粒所产生的等效阻尼；[0052] Fcos(ωt)近似认为轧机上工作辊受到周期性的外部激励。[0053] 根据运动方程进行仿真，可以得到安装本发明的前后振动系统的相图以及频谱曲线。[0054] 图5为仿真安装本发明的前后振动系统的相图，从相图中可以看出，安装了本发明?4 ?4后，轧机上工作辊12的振动幅值由1.8×10 m左右(外圈)降低到1.4×10 m左右(内圈)，降幅22.3％；振动速度由0.028m/s左右(外圈)降低到0.022m/s左右(内圈)，降幅21.5％，且稳定区域更为收敛。

[0055] 图6、图7分别为仿真安装本发明的前后振动系统的频谱曲线，可以看出，振动信号由280Hz左右的主共振频率以及75Hz左右的谐振频率组成；通过对比可以得到，安装了本发?4 ?4明后，主共振峰值由1.68×10 m左右降低到1.4×10 m左右，降幅16.7％，谐振峰值由0.3?4 ?4

×10 m左右降低到0.2×10 m左右，降幅33.4％。

[0056] 图8为实施例一的示意图，以二辊轧机为例，在轧制过程中，由于带钢张力的波动会直接影响轧制力的变化，从而造成轧辊辊系垂直振动，此外轧辊和轧件之间的润滑状态不佳以及轧机结构存在的设计缺陷或轧辊的尺寸设计不合理、轧辊、轴承等旋转部件的不平衡、轧制界面打滑、轴承座与牌坊之间存在间隙或磨损等因素都会引起轧辊的垂直振动，安装在轧机上工作辊12右侧的本发明可以抑制轧辊的垂直振动，从而减少轧制产品的不合格率，提高轧辊的使用寿命。[0057] 图9、图10分别为实施例一中轧机上工作辊12安装本发明前后的时域曲线，通过对2 2

比可以看出安装了本发明之后，轧机上工作辊12的振幅由0.2m/s 左右降低到0.15m/s 左右，降幅25％。

[0058] 图11、图12分别为实施例一中轧机上工作辊12安装本发明前后的频谱曲线，通过对比可以看出，轧机上工作辊12的振动信号主要由280Hz左右的主共振频率以及75Hz左右2 2

的谐振频率组成，安装本发明后主共振峰幅值由0.093m/s左右降低到0.078m/s 左右，降幅

2 2

16.2％，谐振峰值由0.014m/s左右降低到0.01m/s左右，降幅28.6％。因此本发明对轧制过程中轧机辊系的垂直振动有明显的抑制效果。

[0059] 以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。