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摘要：本文以热连轧机为研究对象，着眼于机电液耦合振动问题，从热连轧机振动类型分析、热连轧机机电液耦合振动分析以及热连轧机机电液耦合振动控制措施分析这三个方面入手，围绕热连轧机机电液耦合振动及其控制这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了有效控制机电液耦合振动问题，在提高热连轧机作业质量与工作效能的过程中所发挥的至关重要的作用与意义。
关键词：热连轧机振动机电液耦合控制措施分析
中图分类号：O421+.4 文献标识码：A 文章编号：
在当前技术条件支持下，各种生产技术、生产工艺以及生产设备作用下所生成的热连轧机装置在轧制作业，特别是针对薄规格带钢进行轧制的过程当中普遍存在较为明显的振动问题。这种振动问题的产生相对于热连轧机应用最为典型的一方面影响在于：振动导致轧辊以及带钢的生成出现明显的振痕，由此也就无法确保热连轧机应用过程中所轧制产品的外观完整性以及质量合格性，亟待改进。传统意义上对于此种振动的控制仅仅借助于变动轧制产品规格或是更换轧辊的方式进行，并无法得到真正意义上的根治。从这一角度上来说，针对热连轧机振动予以有效控制，充分发挥热连轧机工作效能，已成为现阶段相关企业最亟待解决的问题之一。本文针对以上问题做详细分析与说明。
一、热连轧机振动类型分析
现场测试对象选取某薄板连铸连轧札机，带钢以及轧辊振纹均匀且明显。现场测试过程中所选取的测试仪器为自制轧机振动在线遥测系统设备装置，现场测试过程中有关该薄板连铸连轧札机测试指标包括工艺参数指标、电参数指标、力能指标参数以及振动参数指标这几个方面。通过对现场测试结果分析，可以总结在一般状态下，热连轧机存在振动主要包括如下几个方面：①.首先，是热连轧机传统系统咬钢在作业过程中呈现出明显扭振问题。在热连轧机出现咬钢动作的情况下，主传动电动机轴呈现出明显扭振问题。与此同时，其所产生的扭矩作用力在时间延伸变化下同样有着一定的变动，最终其扭振作用力将衰减至较为稳定的状态。现场测定过程中所获取的频谱分析示意表显示：热连轧机传统系统在咬钢过程中的扭振频率基本保持在18Hz单位范围之内；②.其次，是热连轧机传统系统在轧制作业过程中主传动系统出现持续性拍振问题。相关实践研究结果表明：在热连轧机执行轧制作业的过程中将产生具备一定波形形态的扭矩拍振变化波形，这种拍振问题更是将存在于整个热连轧机的轧制作业全过程中。与此同时，在对现场测定所获取频谱分析图表进行分析的过程当中发现：热连轧机在轧制过程中的主传统系统拍振频率基本保持在42Hz单位范围之内，与此同时，垂直系统伴随性振动频率基本保持在42Hz单位范围之内；③.最后，是热连轧机在轧制过程中辊系所表现出的持续性振动问题：特别是在应用热连轧机进行规格尺寸较薄产品的情况下，辊系所产生的振动作用力是一种相对强烈且持续性的振动，并且在时间的延伸变化状态下，工作辊轴承座所产生振动加速度并没有呈现出明显变动趋势，此过程当中振动中心频率基本保持在45Hz~80Hz单位范围之内。
二、热连轧机机电液耦合振动分析
基于以上分析，考虑到热连轧机在运行过程中所表现出的实测扭振振动频率表现为45Hz，理论意义上的计算与热连轧机主传统系统中的第二阶固有频率始终保持在恒定状态。从这一角度上来说，在热连轧机电动机装置输出轴上通过对不同频率激励信号的施加作业，按照实际规律所表现出的函数关系表达式如下所示：电动机输出轴所施加激励信号值=扭矩稳定值参数＋扭振振幅参数sin2π·振动频率·振动时间。通过在38Hz~44Hz频率范围之内针对激励信号进行仿真研究可以获取相应的波形变化数据。通过对这部分数据的分析不难发现：在所施加激励信号频率无限接近于42Hz单位的情况下，热连轧机万向接轴位置所表现出的扭矩振幅式势必会呈现出极为明显的增大趋势，此过程当中的信号幅值所表现出的变化趋势由小至大。而在所施加激励信号频率偏离于42Hz单位的情况下，万向接轴位置所对应的扭矩振动幅度明显减小，信号也再次变小。以上趋势与实测结果是完全吻合的。由此也可以判定热连轧机存在机电液耦合振动问题。
三、热连轧机机电液耦合振动控制措施分析
基于上文有关热连轧机振动类型及机电液耦合振动的相关研究，可能以做出如下分析：在热连轧机存在机电液耦合振动的情况下，热连轧机所表现出的第二种振动类型主要在于热连轧机传动系统的持续性扭振振动，并且整个扭振振动过程中的振动频率始终维持在较大单位范围。从这一角度上来说，为针对热连轧机在正常运行过程中所呈现出的振动问题予以有效控制，其重点应当在于构建一种能够实现对二阶扭振振动作用力予以充分且可靠抑制的抑制器装置，并就此类抑制器装置相对于振动作用力的抑制性能进行仿真研究。首先，需要将该抑制器位置确定在热连轧机主传统控制系统中的所处位置，并构建与之相对应的控制模型。具体而言，在二阶扭振抑制器控制模型当中，通过对相关信号的输入与输出，在通过放大系数调节以及速度/电流对放大系数以及时间常数的充分调节作用之下达到控制振动的目的。更为关键的一点在于：在热连轧机装置主传统系统在正常运行状态下产生第二阶扭振作用力的情况下，二阶扭振抑制器装置将在较短的时间内由所产生的扰动量作用，在此过程当中产生与整个主传动系统第二阶扭振振动频率幅值表现出一致状态，并且能够给予对相反振荡达到消除主传统系统扭振振动的一种特殊性扭振作用力，并借助于此种方式确保整个热连轧机运行作业的稳定性。从某种程度上来说，在二阶扭振抑制器装置的运行过程当中，通过对轧辊以及电动机相互间瞬时速度差的观测方式能够输出与之相对应的振荡信号，从而发挥相对于热连轧机的补偿作用，基于以上分析，整个热连轧机加入二阶扭振抑制器控制模型的基本结构示意图如下图所示（见图1）。在此种补偿方式的作用之下，其相应动作的及时性主要是由补偿回路所能够产生的，并与实际意义上热连轧机传统系统振荡作用力保持反相同步趋势的信号，而这部分信号能够作为前馈控制信號的一部分，参与到整个振动作用力的调节过程当中。
图1：热连轧机加入二阶扭振抑制器控制模型的基本结构示意图
在将二阶扭振抑制器装置应用于整个热连轧机主传动系统的过程当中，通过将这一装置的引入及其应用，主传动系统所表现出的二阶扭振振动幅度得到了极为明显的控制与降低。从这一角度上来说，热连轧机机电液耦合振动得到了明显的抑制，其应用效果极为显著。下图（见图2）即为在将二阶扭振抑制器装置应用于热连轧机过程中所表现出的抑制波形效果示意图。
图2：二阶扭振抑制器相对于热连轧机机电液耦合振动控制波形示意图
（a）二阶扭振抑制器控制前扭振波形示意图
（b）二阶扭振抑制器控制后扭振波形示意图
参考文献：
[1] 马维金,李凤兰,熊诗波等.热连轧机自激振动诊断与振动机理分析[J].振动、测试与诊断,2006,26(4):261-264.
[2] 马维金,熊晓燕,李凤兰等.热连轧机位移传感器结构的试验模态分析[J].机械工程学报,2009,45(7):259-264.
[3] 吴炳胜,吴继民.CSP热连轧机主传动系统扭振分析[J].河北工程大学学报（自然科学版）,2011,28(3):94-96,99.
[4] 吴国彦,罗莹艳,李鑫等.2150热连轧机机架强度刚度和振动分析[J].辽宁科技大学学报,2008,31(6):589-591,596.
[5] 朱广宏,包淼,周杰等.热连轧轧机振动的研究[C].//第二十届全国薄板宽带生产技术信息交流会论文集.2010:42-45.
关键词：热连轧机振动机电液耦合控制措施分析
中图分类号：O421+.4 文献标识码：A 文章编号：
在当前技术条件支持下，各种生产技术、生产工艺以及生产设备作用下所生成的热连轧机装置在轧制作业，特别是针对薄规格带钢进行轧制的过程当中普遍存在较为明显的振动问题。这种振动问题的产生相对于热连轧机应用最为典型的一方面影响在于：振动导致轧辊以及带钢的生成出现明显的振痕，由此也就无法确保热连轧机应用过程中所轧制产品的外观完整性以及质量合格性，亟待改进。传统意义上对于此种振动的控制仅仅借助于变动轧制产品规格或是更换轧辊的方式进行，并无法得到真正意义上的根治。从这一角度上来说，针对热连轧机振动予以有效控制，充分发挥热连轧机工作效能，已成为现阶段相关企业最亟待解决的问题之一。本文针对以上问题做详细分析与说明。
一、热连轧机振动类型分析
现场测试对象选取某薄板连铸连轧札机，带钢以及轧辊振纹均匀且明显。现场测试过程中所选取的测试仪器为自制轧机振动在线遥测系统设备装置，现场测试过程中有关该薄板连铸连轧札机测试指标包括工艺参数指标、电参数指标、力能指标参数以及振动参数指标这几个方面。通过对现场测试结果分析，可以总结在一般状态下，热连轧机存在振动主要包括如下几个方面：①.首先，是热连轧机传统系统咬钢在作业过程中呈现出明显扭振问题。在热连轧机出现咬钢动作的情况下，主传动电动机轴呈现出明显扭振问题。与此同时，其所产生的扭矩作用力在时间延伸变化下同样有着一定的变动，最终其扭振作用力将衰减至较为稳定的状态。现场测定过程中所获取的频谱分析示意表显示：热连轧机传统系统在咬钢过程中的扭振频率基本保持在18Hz单位范围之内；②.其次，是热连轧机传统系统在轧制作业过程中主传动系统出现持续性拍振问题。相关实践研究结果表明：在热连轧机执行轧制作业的过程中将产生具备一定波形形态的扭矩拍振变化波形，这种拍振问题更是将存在于整个热连轧机的轧制作业全过程中。与此同时，在对现场测定所获取频谱分析图表进行分析的过程当中发现：热连轧机在轧制过程中的主传统系统拍振频率基本保持在42Hz单位范围之内，与此同时，垂直系统伴随性振动频率基本保持在42Hz单位范围之内；③.最后，是热连轧机在轧制过程中辊系所表现出的持续性振动问题：特别是在应用热连轧机进行规格尺寸较薄产品的情况下，辊系所产生的振动作用力是一种相对强烈且持续性的振动，并且在时间的延伸变化状态下，工作辊轴承座所产生振动加速度并没有呈现出明显变动趋势，此过程当中振动中心频率基本保持在45Hz~80Hz单位范围之内。
二、热连轧机机电液耦合振动分析
基于以上分析，考虑到热连轧机在运行过程中所表现出的实测扭振振动频率表现为45Hz，理论意义上的计算与热连轧机主传统系统中的第二阶固有频率始终保持在恒定状态。从这一角度上来说，在热连轧机电动机装置输出轴上通过对不同频率激励信号的施加作业，按照实际规律所表现出的函数关系表达式如下所示：电动机输出轴所施加激励信号值=扭矩稳定值参数＋扭振振幅参数sin2π·振动频率·振动时间。通过在38Hz~44Hz频率范围之内针对激励信号进行仿真研究可以获取相应的波形变化数据。通过对这部分数据的分析不难发现：在所施加激励信号频率无限接近于42Hz单位的情况下，热连轧机万向接轴位置所表现出的扭矩振幅式势必会呈现出极为明显的增大趋势，此过程当中的信号幅值所表现出的变化趋势由小至大。而在所施加激励信号频率偏离于42Hz单位的情况下，万向接轴位置所对应的扭矩振动幅度明显减小，信号也再次变小。以上趋势与实测结果是完全吻合的。由此也可以判定热连轧机存在机电液耦合振动问题。
三、热连轧机机电液耦合振动控制措施分析
基于上文有关热连轧机振动类型及机电液耦合振动的相关研究，可能以做出如下分析：在热连轧机存在机电液耦合振动的情况下，热连轧机所表现出的第二种振动类型主要在于热连轧机传动系统的持续性扭振振动，并且整个扭振振动过程中的振动频率始终维持在较大单位范围。从这一角度上来说，为针对热连轧机在正常运行过程中所呈现出的振动问题予以有效控制，其重点应当在于构建一种能够实现对二阶扭振振动作用力予以充分且可靠抑制的抑制器装置，并就此类抑制器装置相对于振动作用力的抑制性能进行仿真研究。首先，需要将该抑制器位置确定在热连轧机主传统控制系统中的所处位置，并构建与之相对应的控制模型。具体而言，在二阶扭振抑制器控制模型当中，通过对相关信号的输入与输出，在通过放大系数调节以及速度/电流对放大系数以及时间常数的充分调节作用之下达到控制振动的目的。更为关键的一点在于：在热连轧机装置主传统系统在正常运行状态下产生第二阶扭振作用力的情况下，二阶扭振抑制器装置将在较短的时间内由所产生的扰动量作用，在此过程当中产生与整个主传动系统第二阶扭振振动频率幅值表现出一致状态，并且能够给予对相反振荡达到消除主传统系统扭振振动的一种特殊性扭振作用力，并借助于此种方式确保整个热连轧机运行作业的稳定性。从某种程度上来说，在二阶扭振抑制器装置的运行过程当中，通过对轧辊以及电动机相互间瞬时速度差的观测方式能够输出与之相对应的振荡信号，从而发挥相对于热连轧机的补偿作用，基于以上分析，整个热连轧机加入二阶扭振抑制器控制模型的基本结构示意图如下图所示（见图1）。在此种补偿方式的作用之下，其相应动作的及时性主要是由补偿回路所能够产生的，并与实际意义上热连轧机传统系统振荡作用力保持反相同步趋势的信号，而这部分信号能够作为前馈控制信號的一部分，参与到整个振动作用力的调节过程当中。
图1：热连轧机加入二阶扭振抑制器控制模型的基本结构示意图
在将二阶扭振抑制器装置应用于整个热连轧机主传动系统的过程当中，通过将这一装置的引入及其应用，主传动系统所表现出的二阶扭振振动幅度得到了极为明显的控制与降低。从这一角度上来说，热连轧机机电液耦合振动得到了明显的抑制，其应用效果极为显著。下图（见图2）即为在将二阶扭振抑制器装置应用于热连轧机过程中所表现出的抑制波形效果示意图。
图2：二阶扭振抑制器相对于热连轧机机电液耦合振动控制波形示意图
（a）二阶扭振抑制器控制前扭振波形示意图
（b）二阶扭振抑制器控制后扭振波形示意图
参考文献：
[1] 马维金,李凤兰,熊诗波等.热连轧机自激振动诊断与振动机理分析[J].振动、测试与诊断,2006,26(4):261-264.
[2] 马维金,熊晓燕,李凤兰等.热连轧机位移传感器结构的试验模态分析[J].机械工程学报,2009,45(7):259-264.
[3] 吴炳胜,吴继民.CSP热连轧机主传动系统扭振分析[J].河北工程大学学报（自然科学版）,2011,28(3):94-96,99.
[4] 吴国彦,罗莹艳,李鑫等.2150热连轧机机架强度刚度和振动分析[J].辽宁科技大学学报,2008,31(6):589-591,596.
[5] 朱广宏,包淼,周杰等.热连轧轧机振动的研究[C].//第二十届全国薄板宽带生产技术信息交流会论文集.2010:42-45.