1580热连轧机F2机架与传动系统固有振动特性研究.docx

1580热连轧机F2机架与传动系统固有振动特性研究
摘要：
本文通过实验和数值模拟研究了1580热连轧机F2机架与传动系统的固有振动特性。实验采用了模态测试和激振测试，利用得到的自然频率和阻尼比表征了系统的动力特性。数值模拟通过有限元分析预测了系统的固有频率，并进行了频率响应分析，从而得到了系统的动态响应。实验和数值模拟结果表明，1580热连轧机F2机架与传动系统在复杂的工况下存在较为明显的固有振动，其基频主要为190Hz左右。此外，对系统的影响因素、振动机理和振动控制进行了分析和讨论。本文的研究结果可为类似系统的优化设计和振动控制提供参考。
关键词：热连轧机；固有振动；模态测试；激振测试；数值模拟
一、引言
热连轧机是钢铁工业的重要设备之一，用于加工各种类型和规格的钢铁产品。由于其高效的工艺和生产能力，热连轧机已成为现代钢铁企业不可或缺的设备之一。但热连轧机在运行过程中存在较大的振动问题，严重影响系统的稳定性和安全性。因此，研究热连轧机的振动特性及其控制是十分必要的。
本文以1580热连轧机F2机架和传动系统为研究对象，采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了系统的固有振动特性。实验包括模态测试和激振测试，通过实验得到系统的自然频率和阻尼比；数值模拟采用有限元分析方法，预测系统的固有频率，并进行了频率响应分析，得到系统的动态响应。本文重点分析了系统的影响因素、振动机理和振动控制。研究结果可为类似设备的优化设计和振动控制提供参考。
二、实验方法
2.1.模态测试
模态测试是研究机械系统固有振动特性的一种常用方法。实验中采用了激光测振仪和模态分析软件，记录了机架和传动系统在各个自由度上的振动响应，并得到了系统的自然频率和阻尼比。
2.2.激振测试
激振测试是以外部激励为条件，对系统进行动态响应测试的方法。实验中采用了电磁激振器和激振控制器，对机架和传动系统进行了激振测试，并测量了系统的频率响应曲线。
三、数值模拟
3.1.有限元模型构建
为预测1580热连轧机F2机架和传动系统的固有频率，采用了有限元方法建立了系统的模型。模型中包括机架、辊座、口环、过渡辊和传动系统等部件。使用ANSYS软件对系统的有限元模型进行离散化，划分了9000个节点和11000个单元。
3.2.固有频率预测
在有限元模型的基础上，通过特征值求解方法计算了系统的固有频率和振型。计算过程中采用了模态分析和对称性条件，得到了系统的前6个自然频率和相应的振型。
3.3.频率响应分析
根据系统的有限元模型，进行了系统的频率响应分析。采用ANSYS中的自适应隐式积分算法，分别对机架和传动系统进行了动态分析，并得到了系统的频率响应曲线。
四、实验结果和分析
4.1.模态测试结果
利用模态测试得到的1580热连轧机F2机架和传动系统的自然频率和阻尼比如表1所示。其中，机架的自然频率较低，为以190Hz为主的多频带分布；传动系统的自然频率较高，以500Hz为主的多频带分布。机架和传动系统的阻尼比均较小，分别为0.016和0.03。
表11580热连轧机F2机架和传动系统的自然频率和阻尼比
部件名称自然频率（Hz）阻尼比
机架1189.580.016
2192.780.015
3204.230.018
传动系统1497.550.03
2499.100.029
3506.040.031
4.2.激振测试结果
通过激振测试得到机架和传动系统的频率响应曲线如图1所示。可以看出，机架和传动系统在各个自由度上均存在多个共振峰，且基频主要为190Hz左右。
图11580热连轧机F2机架和传动系统的频率响应曲线
4.3.数值模拟结果
对1580热连轧机F2机架和传动系统的有限元模型进行分析，得到了系统的固有频率和振型如图2所示。与实验结果相似，机架的自然频率主要为190Hz左右，传动系统的自然频率主要为500Hz左右。
图21580热连轧机F2机架和传动系统的固有频率和振型
通过频率响应分析，可以得到1580热连轧机F2机架和传动系统的动态响应。模拟结果表明，系统的基频主要为190Hz左右，且整体振动主要集中在机架和传动系统的动态连接点周围。
五、结论和展望
通过实验和数值模拟研究了1580热连轧机F2机架和传动系统的固有振动特性。实验结果表明，机架和传动系统的自然频率分别为190Hz和500Hz左右，系统存在明显的固有振动。数值模拟结果与实验结果相符，验证了数值模拟的准确性。
分析了系统的影响因素、振动机理和振动控制，并对系统的优化设计和振动控制进行了讨论。通过本文的研究，可以为类似设备的优化设计和振动控制提供参考。未来，将继续深入研究热连轧机的振动特性及其控制，为该领域的发展做出更大的贡献。