一个新型轧机或辅助设备的结构特点分析.doc

摩根高线轧机吐丝机振动原因分析及减振对策
1. 摩根高线轧机吐丝机的结构介绍
吐丝机又叫成圈机。钢线经导管进入高速旋转的吐丝机而连续均匀地吐出呈不同心的螺旋状线圈散步到运行着的运输机辊道上。吐丝机的吐丝管是由一种螺旋型结构和螺线管组成。吐丝机工作时，螺丝管作高速旋转，当轧件从精轧机出来进入吐丝机时，吐丝机的吐丝管作高速旋转，轧件经过吐丝机时变为具有一定半径的圆形的线材落到斯太尔摩辊道上。进入吐丝机的钢线温度约为８５０℃，最高不大于９５０℃。吐丝机锥头青椒１０°，最大吐丝速度１２０ｍ／ｓ，吐丝机传动功率ＤＣ３２ｋｗ，转速为１４５０ｍｍ。
生产工艺特点：
⑴半连续生产方式。由于武钢高线采用２００ｍｍ×２００ｍｍ的连铸坯，按Ｆ１Ｖ１＝Ｆ２Ｖ２＝……＝Ｆ３０Ｖ３０的连轧关系，无论从Ｖ３０为１２０ｍ／ｓ所要求的开坯速度Ｖ１，还是以Ｖ１大于０.０７ｍ／ｓ（热轧临界速度）所要求的Ｖ３０都无法实现。因此将粗轧机组与中轧机组脱开，形成不连续轧钢，但中轧机组与随后的轧机间建立连轧关系，而粗轧机组本身也是连续轧钢。
⑵精轧双线生产法。双线可生产同规格铲平，也可以生产不同规格产品。
⑶将金属塑性变形技术与热处理技术在线结合一体化生产。
⑷选用Ｍｏｒｇａｎ－ＳＭＳ第５代顶交４５°无扭高精度精轧机。
⑸在线设置飞剪多。
⑹控孔控冷装备技术完善，不仅产品精度高，光洁度高，性能好且质量均匀稳定。
⑺全作业线检测，自动化装备水平高。
2.问题的提出
随着高速线材生产终轧速度的提高, 吐丝机的工作速度也要求相应提高。由于动平衡不当,高速吐丝机出现了大振动高噪声的现象。从包钢摩根吐丝机的生产实际看, 吐丝机的振动问题已成为限制其产量进一步提高的瓶颈。为了提高吐丝机的运转速度, 减小振动、噪声, 有必要对产生振动的原因进行全面分析, 以便对症下药, 找到减振的途径。
3.吐丝机的动力学模型及其运动规律
根据摩根公司吐丝机的结构和工作特点,该吐丝机可简化为如图1所示的数学模型。其中m、r、X分别是吐丝盘的偏心质量、偏心距和工作转速。因为振动安全报警器测的是机身的振动,故将m的惯性力F= m*r*w*w机身的运动可看作是在外扰力和由外扰力产生的作用在机身质心处的等效外力矩共同作用下的强迫振动。

图1 吐丝机动力学模型
70年代在欧洲和日本, 热连轧机上采用动态负荷分配方法生产出板凸度变化很小的板卷, 但未从理论上解决板形最佳规程设计问题,80 年代后,依靠装备来提高产品质量满足市场要求, 使具有高精度控制装置的连轧机依靠国外;工艺理论落后,还造成轧机控制系统的极端复杂。以PC、CV C热连轧设定计算为例, 要优化近百个参数, 所以计算机系统越来越庞大, 国外公司也只有靠经验和计算机仿真来优化这些参数, 我国在这方面比较落后, 对引进轧机的应用效率不高, 并且造成设计人员不敢涉足连轧机系统设计的不良状况。
现场中吐丝机的振动是很普遍的, 产生振动的原因有以下几个方面:
(1)当使用非自平衡式吐丝管时, 产生振动是必然的, 除非等效刚度为无穷大。吐丝机出厂前的动平衡是在空载时进行的(带吐丝管), 由于吐丝管曲线的质心不在其旋转中心上(非自平衡), 过钢时, 吐丝管内的线材一定会产生偏心惯性力m*r*w*w≠0,并通过吐丝管传到机身上, 同时产生对应的XB。另外, 吐丝机上吐丝管的规格是不变的, 当改变线材规格时, 也将引起m r的变化,产生不同的振动。
(2)吐丝管的磨损。由于吐丝管形状不规则,线材在吐丝管内运动时为非匀加速运动。因此,吐丝管的磨损是不均匀的。既使是自平衡式吐丝管, 一但出现不均匀磨损, 就会引起m r的变化从而引起XB 的变化。实践证明, 一个装在吐丝盘上的5分硬币大小的试重就可以明显地引起吐丝机动力学特性的改变。因此, 吐丝管的不均匀磨损是引起吐丝机振动的重要原因之一。
(3)吐丝管固定架的安装误差。吐丝管支架的质量相对较大, 稍有偏心就会产生明显的m r。检修安装时, 由于位置及配合面清洁程度等原因, 往往使固定架的重心偏下。有时可产生肉眼可见的安装误差(端部轴心画圆)。
(4)吐丝管固定架氧化皮的不规则剥落。吐丝机工作时, 需要大量冷却水冷却, 致使吐丝管支架产生较严重的不规则锈蚀, 氧化皮剥落有薄有厚, 位置也不确定, 再加上吐丝管支架形状极不规则(摩根产品), 所以长期使用后足以引起m r的变化。每次较彻底地清除氧化皮时, 氧化皮的重量至少在0125kg以上。
(5)吐丝管紧固螺栓规格形状不统一。就包钢高线吐丝机的情况而言, 用于固定吐丝管的螺栓、螺母有些是自己加工的。由于对可能引起吐丝机振动的原因认识不足, 在制造时没有严格地限制尺寸, 肉眼可见螺母大小不一, 薄厚不均, 而且每次使用的位置也不确定, 这就形成质量偏心, 引起吐丝机的振动。
其中：

设机身的质量为M, 两端轴泵处的等效刚度分别为KA、KB , 机身质心C与弹簧KA、KB 的距离分别为LA、LB , 系统绕质心C的转动惯量为Ic(包含m对C的转动惯量) , 质心C的垂直位移Xc。
4.有关结论及减振措施
虽然引起吐丝机振动的原因是多方面的, 如轴承状况、齿轮状况及基础刚度等, 但吐丝机偏心是引起吐丝机振动的主要原因。为减小吐丝机的振动, 可以从以下几个方面采取措施:
(1)尽可能采用自平衡吐丝管, 这样当产品规格发生变化时, 不会产生偏心距。
(2)适时更换磨损严重的吐丝管。
(3)固定吐丝管的螺栓、螺母应标准统一。
(4)检修安装时, 应严格清理吐丝管支架轴与其驱动轴之间的结合面, 尽量使吐丝管支架轴与驱动轴同心, 确保螺栓拧紧到要求的程度。
(5)适时对吐丝机进行动平衡是把吐丝机的振动维持在允许范围内的有效手段。