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《燕山大学》 2000年
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铝箔轧机二维微尺度可控辊系理论与实验研究

束学道  
【摘要】: 现代铝箔轧机为了满足极薄、宽带铝箔制品的大量需求,在现有精密化和板形 控制特性基础上向小工作辊直径、宽辊身和高速化方向发展。其代表性轧机有九十 年代中期从英国DAVY公司引进的2350铝箔中、精轧机。然而,2350铝箔轧机从 试生产至现在,被迫降速运行,还频繁发生工作辊止推轴承短寿烧损事故,造成年 经济损失达数千万元,严重困扰生产。 目前,有关解决轧机止推轴承短寿烧损难题和辊系振动的理论与方法在行业学 术、技术领域甚少,因而得到国内外学者和专家的重视和研究。关于轧机轴承短寿 烧损难题,较为典型的观点有:一部分德国专家认为恶劣辊系工况破坏轴承密封体 系而杂物侵入;一部分俄国学者认为轴承座与轴承外环接触变形改变径向游隙;而 一些国内学者认为是随机行为。本文从构成轧机轴承短寿烧损矛盾的另一方—— “辊系行为”概念出发,认为辊系的微尺度失控行为是轴承异常超、偏载导致轴承 短寿烧损和迫使轧机被迫降速运行的祸根,并由此展开深入的理论与工业测试研 究。 用机械机构学和动力学理论,分析2350铝箔轧机工作辊辊系的动态约束行为。 发现开式约束(即有间隙运动副)下的辊系,由于运动副间隙的存在使运动副构件 间产生冲击,辊系处于具有低固有频率的非稳定状态,构件的理想形位遭到破坏, 导致止推轴承超载或偏载和引起轧机低频振动。本文提出开闭复合约束(运动副) 新概念,用开闭复合约束重新综合现有辊系,使运动副构件处于理想形位,消除冲 击力且稳定运行。 根据铝箔轧机二维微尺度辊系行为理论,建立铝箔轧机轴向载荷的理论模型和 求解轧机滚动轴承载荷三维分布的边界元法专用程序3-DECBBEM及相关前后处 理程序。在2350铝箔轧机轴承座施与不同约束下,计算角接触球轴承和四列短圆 柱滚子轴承载荷大小及其分布,分析二维微尺度辊系行为对轴承载荷特性的影响, 还分析轴承的承载能力和外环热变形对外环转动的影响。 用机械振动学理论建立2350铝箔轧机工作辊轴承座的动力学模型,用ALGOR FEAS有限元软件计算二维辊系在开式约束和闭式约束条件下的固有频率、振型及 轴承座的动态响应。从理论上阐明使用开闭复合约束可使工作辊轴承座的振动特性 得到显著改善。 用直接测定轴向力的新方案对2350铝箔中、精轧机进行现场实测工作辊轴向 燕山大学工学博士学位论文 力的大小、作用方向及分布,同时也对操作侧上工作辊轴承座的振动特性进行在线 动态测试,探明轴向力生源,查明止推轴承短寿烧损和被迫降速运行原因。 针对2350铝箔中轧机现有辊系结构,开发设计和制造工作辊轴向力控制和轧 机减振实验装置,进行轴向力和轴承座振动特性动态测试,验证二维徽尺度可控辊 系理论的正确性。 按照2350铝箔轧机二维微尺度可控理论,提出二维微尺度可控辊系方案,可 将原2350铝箔轧机最高轧制速度由1000In/Inin提高至1800In/min;止推轴承平均 实际寿命由460h增加为 3600h以上。
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