【摘要】：面臨日益嚴峻的資源與環(huán)境的約束以及產(chǎn)能和需求之間的矛盾,作為主要成材工藝的板帶軋制生產(chǎn)需要進一步轉(zhuǎn)型升級。然而,板帶軋機在高速軋制過程中經(jīng)常發(fā)生振動現(xiàn)象,阻礙了軋制生產(chǎn)的高效化發(fā)展進程,集中表現(xiàn)在機架與軋輥間產(chǎn)生的垂直于軋制方向的振動,是破壞軋制系統(tǒng)穩(wěn)定性以致軋制厚度波動的主要原因。因此,為提高板帶軋機軋制穩(wěn)定性和軋制精度、改善軋制產(chǎn)品的質(zhì)量和性能,本文對多種非線性因素影響下的板帶軋機輥系振動行為及抑制策略展開研究。首先,本文分別研究了活塞桿與液壓油兩種介質(zhì)間彈性模量的差異所導致的液壓缸剛度非線性,液壓缸活塞與缸壁間非線性摩擦,軋制力動態(tài)特性以及軋件變形滯后非線性特性等因素對軋機輥系振動行為的影響。其次,采用集中質(zhì)量法將板帶軋機輥系結(jié)構(gòu)簡化為彈簧-質(zhì)量塊模型,基于廣義耗散Lagrange原理分別建立液壓缸分段非線性約束下的板帶軋機輥系振動模型、軋制力動態(tài)特性影響下的板帶軋機輥系振動模型和軋件滯后變形非線性影響下的板帶軋機輥系振動模型,并在此基礎(chǔ)上提出一類具有彈性和阻尼雙分段非線性約束模型。分析液壓缸非線性剛度、非線性摩擦、軋制速度和外激勵等因素影響下的輥系振動系統(tǒng)的周期響應(yīng)特性,分別得到各非線性因素變化對板帶軋機輥系振動系統(tǒng)幅頻響應(yīng)和穩(wěn)定性的影響規(guī)律。然后,采用平均法和增量諧波平衡法等非線性問題求解方法得到各系統(tǒng)模型的動態(tài)響應(yīng)。運用奇異性理論得到系統(tǒng)在不同約束條件下的轉(zhuǎn)遷集,在由轉(zhuǎn)遷集劃分的各個子區(qū)域選取開折參數(shù)得到板帶軋機輥系振動系統(tǒng)所有分岔拓撲。結(jié)合系統(tǒng)分岔圖和最大Lyapunov指數(shù)曲線,分析板帶軋機輥系振動系統(tǒng)隨軋制速度、外激勵幅值和頻率變化的分岔行為,得到系統(tǒng)分岔失穩(wěn)時的參數(shù)臨界值。運用Melnikov方法得到分段非線性約束系統(tǒng)發(fā)生混沌的條件解析表達式,并提出了分段非線性約束系統(tǒng)混沌運動的時滯狀態(tài)反饋控制策略。最后,組建板帶軋機輥系振動測試試驗平臺,在板帶軋制生產(chǎn)線上進行振動測試實驗。通過模型仿真分析與實驗結(jié)果對比的方式驗證了本文所建立的板帶軋機輥系非線性振動模型及分析結(jié)果的有效性。本課題的研究將彌補國內(nèi)在軋機輥系振動系統(tǒng)建模及其動力學特性分析方面理論研究的不足。針對板帶軋機液壓系統(tǒng)存在的分段非線性約束特性,提出分段非線性約束系統(tǒng)混沌運動的控制策略。研究結(jié)果給在保證軋制精度的前提下提高軋制速度奠定了基礎(chǔ),對提高板帶軋制穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。
[Abstract]:Facing the increasingly severe constraints of resources and environment and the contradiction between production capacity and demand, strip rolling production, as the main process of finished wood, needs to be further transformed and upgraded. However, the vibration of strip rolling mill often occurs in the process of high speed rolling, which hinders the development of high efficiency of rolling production, which is mainly reflected in the vibration in the direction perpendicular to the rolling caused by the stand and roll. It is the main reason to destroy the stability of rolling system and cause the fluctuation of rolling thickness. Therefore, in order to improve the rolling stability and precision of strip mill and improve the quality and performance of rolling products, the vibration behavior and suppression strategy of roll system of strip mill under the influence of many nonlinear factors are studied in this paper. Firstly, the stiffness nonlinearity of hydraulic cylinder caused by the difference of elastic modulus between piston rod and hydraulic oil and the nonlinear friction between piston and cylinder wall are studied. The influence of dynamic characteristics of rolling force and nonlinear characteristics of deformation lag on roll system vibration behavior of rolling mill. Secondly, the roll system structure of plate and strip mill is simplified into a spring-mass block model by means of concentrated mass method. Based on the generalized dissipative Lagrange principle, the roll system vibration model of plate and strip mill under the nonlinear constraint of hydraulic cylinder segment is established respectively. The roll system vibration model of plate and strip mill under the influence of dynamic characteristics of rolling force and the roll system vibration model of strip mill under the influence of nonlinear deformation of plate and strip mill are presented. Based on this model, a class of elastic and damped double segment nonlinear constraint model is proposed. The periodic response characteristics of roller system vibration system under the influence of nonlinear stiffness, nonlinear friction, rolling speed and external excitation of hydraulic cylinder are analyzed. The effects of various nonlinear factors on the amplitude frequency response and stability of roll system vibration system of strip mill are obtained. Then, the dynamic response of each system model is obtained by means of averaging method and incremental harmonic balance method. By using the singularity theory, the transition sets of the system under different constraints are obtained, and all bifurcation topologies of the roll system vibration system of plate and strip mill are obtained by selecting the opening parameters in each sub-region divided by the transition set. Based on the system bifurcation diagram and the maximum Lyapunov exponent curve, the bifurcation behavior of roll system vibration system with rolling speed, external excitation amplitude and frequency is analyzed, and the critical values of parameters when the system bifurcation is unstable are obtained. The conditional analytical expression of chaos in piecewise nonlinear constrained systems is obtained by using Melnikov method, and a time-delay state feedback control strategy for chaotic motion of piecewise nonlinear constrained systems is proposed. Finally, the vibration test platform of strip mill roll system is set up, and the vibration test experiment is carried out on the strip rolling line. The effectiveness of the nonlinear vibration model and the analysis results of the roll system of strip mill are verified by comparing the simulation results with the experimental results. The research in this paper will make up for the shortage of theoretical research on the modeling and dynamic characteristic analysis of roll system vibration system in our country. Aiming at the piecewise nonlinear constraint characteristics of hydraulic system of strip mill, a control strategy for chaotic motion of piecewise nonlinear constrained system is proposed. The results laid a foundation for improving the rolling speed under the premise of ensuring the rolling accuracy, and it is of great significance to improve the rolling stability and product quality of strip rolling.
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG333

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本文編號：2409052