无缝钢管轧制过程的振动稳定性分析

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摘要：我国在无缝钢管轧制中，常用的机器是连续轧机，物料轧制过程中的振动在很大程度上会影响机器的稳定性，在此过程中，产品质量也会受到不同程度的影响。然而，在实际研究中，这方面的研究相对较少，从理论的角度，对连轧机在运行过程中的振动稳定性进行研究，从而促进实际生产。

关键词：无缝钢管轧制过程;振动;轧制;稳定性

在无缝钢管轧制过程中，减振对轧机振动的稳定性起着重要作用，影响着产品的质量。采用动态分析的方法无缝钢管的轧制过程，建立了力学模型和轧制过程的微分方程，轧制过程使用数值方法的稳定性分析，确定轧制的稳定性降低，为无缝钢管轧制工艺参数提供参考。

一、理论基础

连轧管机在运行过程中的振动会在一定程度上对产品质量产生影响，举例来说，在连轧管机运行过程中，由于会出现振动，会导致钢管沿着机器轴向产生波纹，这对产品质量的影响非常大，严重时还有可能导致连轧管机的损坏。但在理论层面中，连轧管机的这种振动现象还没有有效办法得到解释。随着研究力度的加深，越來越多的专家与学者也对连轧管机的这一现象进行了研究，并获得了一些成果，如一些学者构建起了动力学模型，一些学者对参数工艺进行了研究，还有一些人构建起了微分方程，这些成果都对研究轧制钢管过程中的振动稳定性分析提供了有力的分析理论基础。

二、无缝钢管轧制过程的振动稳定性的分析

三、轧机稳定性的具体算例

通过数值解析方法分析轧机水平振动的变化规律.例如，轧辊最小直径D=518.2 mm，钢管与轧辊之间的摩擦系数为μ=0.3，轧辊的转动速度n=11.7 r/s，轧制前的钢管直径为356.05 mm、壁厚为26.97mm，取长度L=2 m，轧制后的钢管直径为339.55 mm、壁厚为19.83 mm，材质为28CrMo47V钢，轧制压下量为8.4mm，最大轧制力为351，t轧制温度为1 050 e，材料的弹性模量为E 1=6.912x 103MPa，材料的泊松比μ1=0.28.轧辊的材料为球墨铸铁，其弹性模量为E 2=1.45 x105MPa，泊松比为μ2=0.3.相对阻尼系数随着轧辊压下量的增加而逐渐增大，当轧制压下量小于23.63 mm时，连轧机系统的相对阻尼系数小于1，连轧机处于欠阻尼状态，在轧制过程中有可能出现自激振动，通过计算比较分析可得：当轧辊的压下量为3.27mm时，轧辊的固有频率与系统的自激振动频率成3倍频程关系，此时，轧机容易产生自激振动;当轧制压下量大于23.63 mm时，连轧机轧制系统的相对阻尼系数大于1，轧制系统将处于过阻尼状态，连轧机处于非振动状态.从动力学的角度分析，在适当的轧制工艺参数下，连轧机可以稳定轧制无缝钢管。综上的计算和分析可得：连轧机在轧制过程中，由于钢管的轧制速度、轧辊的辊缝、摩擦系数及轧制力等因素的影响，导致了被轧钢管在轧制运动方向上波动，进而影响了轧辊和钢管的接触刚度和接触阻尼.因此，在轧制过程中，尤其当自激振动频率与系统的固有频率成比例关系时，更易使连轧机产生自激振动.

总之，在对轧制无缝钢管的过程中，工艺的制定需要以轧制压下量为基础，其原因在于钢管与轧辊接触过程中的刚度与阻尼会在很大程度上收到杂质压下量的影响，到达一定程度以后，很有可能会造成连轧管机的系统发生共振，甚至会诱发自激振动。所以，轧制过程中工艺参数的合理制定能够提升轧制过程中的稳定性。经理论与计算能够得出，轧制压下量与连轧管机阻尼系数之间的关系为正相关，除此之外，轧制速度、压下量、变形抗力、钢管型号、摩擦系数、材料情况等参数也都与之相关。

参考文献：

[1]何金.无缝钢管轧制过程的振动稳定性探讨.2017.

[2]王晓林.浅谈无缝钢管轧制过程的振动稳定性分析.2017.

（作者单位：天津钢管集团股份有限公司）