軋機壓下系統(tǒng)機電液耦合效應(yīng)研究

劉繼生

（山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠，山東 濟南 271104）

軋機是現(xiàn)在市面上非常常見的一種冶金設(shè)備，軋機質(zhì)量的好壞直接影響著工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，以及會間接影響工廠的效益。軋機壓下系統(tǒng)是對厚度控制的最基本環(huán)節(jié)，對保證液壓缸的位置正確性起著重要的作用。在這種情況下，我們要不斷地提高其精度，使其充分地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

目前，市面上的雙壓系統(tǒng)多為電氣雙壓下系統(tǒng)和電液雙壓下系統(tǒng)，主要是將粗調(diào)與微調(diào)相結(jié)合，粗調(diào)進行整體把控，微調(diào)可以做到精度符合標(biāo)準(zhǔn)。將電動壓用于粗調(diào)之上，微調(diào)時采用液壓，這種配合方法，在一定程度上能夠在響應(yīng)速度和構(gòu)件的規(guī)格精確度時均能達到一個非常好的效果。而且可以預(yù)見未來軋機壓下系統(tǒng)必然會對精度和響應(yīng)速度不斷要求更高，從而不斷滿足目前對生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量不斷提高的要求。機械耦合是通過液壓缸進行的，根據(jù)力的相互作用液壓系統(tǒng)在活桿的連接下可以當(dāng)作驅(qū)動力矩進行處理研究，從而使得液壓參數(shù)與機械成功的進行了耦合，進行了機液耦合連接。同時，軋機液壓壓下作為一個整體系統(tǒng)，液壓和機械作用在一個共同的系統(tǒng)，相互之間的耦合就會對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行影響，使其發(fā)生電液耦合振動，這也就會使得軋機系統(tǒng)變得非常的不穩(wěn)定，控制精度在這種情況下也會慢慢的有所下降。

1 背景

我國作為一個鋼材產(chǎn)量和使用量均很大的國家，根據(jù)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1949 年，我國鋼產(chǎn)量只有15.8 萬噸，不足當(dāng)時世界鋼產(chǎn)量的千分之一。2018 年年底，我國鋼產(chǎn)量突破9 億噸，占世界鋼產(chǎn)量的50%。鋼材自給率從新中國成立初期的缺鐵少鋼，發(fā)展到目前大部分鋼材品種的完全自給。

隨著國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展，鋼材的使用范圍變得越來越廣泛，因此，對鋼材的要求就變得越來越高，需要更高的質(zhì)量更加高的精度，可是，這兩者目前仍然是我們國家的劣勢，因此，我們只能對軋機壓下系統(tǒng)提出了更高的要求。

2 現(xiàn)狀分析

總體來說，我們國家對于軋機的研究比較晚，經(jīng)過大量科研技術(shù)人員的摸索研究，在軋機固有動態(tài)特性和與振動有關(guān)的特性上有了一些比較客觀的成果。但是，近年來，軋機系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，逐漸形成了一個囊括機械、電氣、液壓等多個學(xué)科的綜合研究系統(tǒng)，研究人員和團隊也在不斷地與多方面進行協(xié)作研究，逐漸形成了完整的研究模型和理論基礎(chǔ)，在這其中，發(fā)現(xiàn)軋機在工作的過程是各種特性相互耦合的結(jié)果。

在國內(nèi)對軋機壓下系統(tǒng)的研究，主要是從模型建立、實驗分析、理論研究這幾個方面進行研究的。模型建立的方法有很多，目前，比較常用的主要是拉格朗日方程法、有限單元法。而實驗分析和理論研究主要還是以實驗數(shù)據(jù)作為出發(fā)點。

軋機壓下系統(tǒng)中機電液耦合效應(yīng)的研究，主要體現(xiàn)在對軋機動力學(xué)系統(tǒng)進行建模，從而可以在動態(tài)的角度上進行分析。在國內(nèi)，很多專業(yè)技術(shù)人員都認(rèn)為機械系統(tǒng)的復(fù)雜性研究應(yīng)該為單機架系統(tǒng)模型。而對軋機壓下系統(tǒng)機電液的耦合研究主要以垂振耦合的研究為主，自閆曉強等人發(fā)現(xiàn)在特定情況下傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動會引發(fā)系統(tǒng)的垂振動以來，經(jīng)過諸如申延智、史榮、徐陽、王瑞鵬等人不斷地進行研究，2012 年，位于北京科技大學(xué)的冶金機械研究所發(fā)明了針對耦合振動的抑振器，并就此將其作為了對軋機耦合振動的抑制重要措施，主要就是將軋機的各種信號收集起來并通過相位識別進行運算，以此轉(zhuǎn)化為振動抑制信號，然后，便可以對耦合振動進行有效控制。

經(jīng)過長達50 年的努力研究，對軋機壓下系統(tǒng)機電液耦合的研究已經(jīng)取得了很大的進步，取得了許多可人的成果。但是，振動機理還并未給出清晰合理的解釋，因此，對于軋機壓下系統(tǒng)機電液耦合系統(tǒng)仍然任重而道遠，對其的研究仍然需要不斷地進行探索。

3 研究內(nèi)容

若想設(shè)置合理的控制方法實現(xiàn)抑制和消除耦合作用的目的，必須通過多種仿真技術(shù)進行模擬分析，從而才能保證軋機工作的穩(wěn)定和高效。

3.1 機電液耦合機理

機電液耦合的發(fā)生在各個構(gòu)件的相互作用過程中，為了便于研究，我們通常把四輥軋機作為主要研究對象，以此以系統(tǒng)間參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，對機電液耦合機理及方式等問題進行著重的研究。

3.2 抑制耦合振動的方法

軋機壓下系統(tǒng)是一個由多質(zhì)量的結(jié)構(gòu)通過彈性連接構(gòu)成的復(fù)雜的機械動力學(xué)系統(tǒng)，在外界作用力的作用下，若是各個機械構(gòu)件的頻率相互吻合，軋機在整個系統(tǒng)中就處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，這也就是機電液發(fā)生耦合振動的原因。軋機壓下系統(tǒng)與機電液耦合系統(tǒng)由于耦合系統(tǒng)的豐富分布導(dǎo)致這兩者無法避開，又由于機電液具有很大的非線性和不確定性，因此，對于耦合振動來說，這也是無法預(yù)知的，通過研究我們可以在進行仿真模擬研究后，我們可以提出具有針對性的擾動器的干擾耦合振動，這也就推動了我們對抑制耦合振動方法的研究。

3.3 仿真模擬

無論是建模還是對抑制方法進行研究，我們都繞不開一個重要的環(huán)節(jié)——仿真模擬，通過ADAMS、AMESIM 分別對軋機壓下系統(tǒng)的機械和液壓控制進行建模，構(gòu)建一個機電液耦合的虛擬仿真模型，從而實現(xiàn)對具體的操作進行仿真模擬，從而實現(xiàn)構(gòu)造一個虛擬樣機模型進行分析計算的目的。

4 未來展望

軋機壓下系統(tǒng)在未來對其的研究是會越來越深的，基于其的使用范圍在慢慢擴大，對其的要求也會越來越高，因此，我們必須慢慢提升自己對軋機系統(tǒng)的研究。機電液耦合是軋機壓下系統(tǒng)繞不開的一個話題，如何抑制其耦合振動，讓其充分地為我們軋機服務(wù)，是我們不斷要研究和加深的領(lǐng)域問題，進行數(shù)學(xué)建模，虛擬仿真實驗，對實驗進行結(jié)果分析得到合理的解決方法，從而達到抑制耦合振動使得機電液耦合效應(yīng)為軋機壓下系統(tǒng)充分進行服務(wù)。但是，實驗依然存在著許多不足之處亟待解決：

（1）由于國內(nèi)實驗條件的落后，我們的實驗進程僅僅停留在了虛擬樣機的仿真模擬上，缺乏大量實驗數(shù)據(jù)和實際工作情況的雙向考量，因此，如何引入后續(xù)的大量實驗設(shè)備，布置資金投入如何對數(shù)劇進行智能化的處理，成為我們目前需要克服的第一個問題。

（2）抑制耦合振動的優(yōu)化問題，因為尚有很多原理還處于研究階段，所以對于耦合振動的優(yōu)化問題變得尤為困難，下一步應(yīng)該進一步發(fā)現(xiàn)目前機械化、智能化、自動化的手段不斷對優(yōu)化方法進行高效的優(yōu)化。

5 結(jié)語

軋機壓下系統(tǒng)作為鋼材處理的常用系統(tǒng)，承載的能力和強度都需要我們?nèi)リP(guān)注，去不斷地研發(fā)，以保證軋機在我們正常生產(chǎn)的情況下變得高質(zhì)和高效，更加的安全穩(wěn)定。