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轧辊磨床颤振的变速抑制方法与动力学建模

2020年03月18日14:12
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     摘 要: 轧辊磨削过程中受磨削参数和外界因素的影响,会诱发颤振导致轧辊表面产生振纹,严重影响磨削质量与效率。为了解决磨削中颤振带来的磨削质量问题,基于磨床双时延模型,考虑轧辊与砂轮转速的周期性变化,推导了变速工况下磨削力求解公式,建立了轧辊磨床砂轮与轧辊变速动力学模型。仿真分析了不同转速变化周期、幅值时轧辊磨床的振动特征,模拟了轧辊磨床不同磨削阶段的轧辊磨床颤振抑制方法。同时,将仿真数据与试验数据进行对比,验证了模型的有效性和准确性,为有效地抑制颤振和提高磨削质量提供了一个新的方法与手段。

     关键词: 磨床 颤振 动力学模型 振动特性

     轧辊在磨削过程中,颤振会诱发轧辊表面产生振纹,不仅影响磨削质量和生产效率,而且也会因使用有振纹的轧辊严重影响带钢表面质量,给企业造成巨大的经济损失。因此,如何有效地消除或者抑制颤振成为保证轧辊磨削质量和提高企业生产效率与产品质量的关键。
  
     国内外学者对抑制颤振的方法进行了长期的仿真与试验的研究,并认为同时改变砂轮与工件转速可以对颤振具有较好的抑制作用,但砂轮变速会带来较大的电流波动。若磨床系统的一阶固有频率高于磨削轧辊时的机械滤波截止频率,由于砂轮磨损阻抗作用可衰减轧辊再生振动,有利于磨床系统稳定性。为避免更为严重的颤振,国内外学者提出了不同的颤振预测方法,实现了对磨削加工中的颤振进行提前预测,并利用机械阻尼器和主动控制系统等方法来抑制磨削过程中的振动,提高轧辊磨床的磨削质量。

     综上所述,目前对磨床颤振抑制方法的研究较多,但是,对于轧辊磨床在粗磨、中磨、精磨不同磨削阶段,即托板移动速度变化对磨床颤振及抑制方法的研究尚显不足。基于磨床双时延模型,建立了轧辊磨床砂轮与轧辊变速动力学模型,分析了托板移动速度对磨床颤振的影响,通过对改变砂轮和轧辊转速对抑制磨床颤振的分析,研究了易发生颤振的工况及抑制方法,为生产实践中快速有效选择最佳磨削方式来抑制或消除颤振提供理论与实践支撑。
  
     1 、轧辊磨床颤振的变速抑制动力学模型
  
     研究表明,恒速磨削过程中,砂轮和轧辊之间固定相位差的磨削力是引起颤振的主要原因,因此,破坏砂轮与轧辊之间固定相位差的磨削力成为抑制颤振的有效途径。在砂轮与轧辊转速都恒定的磨削工况下,建立磨床磨削时轧辊与砂轮动力学模型,如图 1 所示,并建立轧辊磨床颤振的变速抑制动力学方程。  
 
  
 
图 1 磨削过程示意图
 

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