
发布日期:2014-11-21
热镀锌生产线是一个复杂而庞大的系统,包含前处理段、工艺段和后处理段。研究气刀处带钢的大幅抖动的原因,即出锌锅段带钢的动特性,影响这段带钢的动特性的主要因素是相邻段带钢以及支撑这三段带钢的辊子和钢结构的振动,生产线其他设备对这段带钢的影响较小,所以只需取生产线上从热张紧辊到下行段转向辊之间的带钢、辊子和钢结构组成的热镀锌工艺段子系统作为研究对象。
由于要研究的三段带钢的长度远大于宽度,带钢的弯曲刚度远小于抗拉刚度,所以忽略带宽和弯曲刚度对混杂系统的影响,把带钢简化为重力场中一维的轴向运动弦线;3个热张紧辊组成一个张紧辊组用来调节带钢的张力,它们在结构上具有统一性,是一个整体,而且它们之间的距离比较近,可以简化为一个热张紧辊复合支承;稳定辊、纠正辊与沉没辊在锌锅里面,结构比较紧凑,它们之间的间距远小于带钢的长度,且稳定辊、纠正辊半径远小于沉没辊的半径,因此可将三者简化为沉没辊复合支承;两个塔顶辊的距离也较小,连接它们的那段带钢对整个系统的动力学特性影响较小,而且辊子和绕在其上的带钢关于这两个辊子的中心连线的中垂线对称,具有相似的动力学特性,所以在模型中可将其合并为塔顶辊复合支承;由于下行段的辊子主要起到转向作用,增加冷却时间,而且两转向辊之间的距离很小,因此也可简化为转向辊复合支承。
另外,电机的波动力矩或者其他的外激励都有可能引起支撑辊子的楼层结构共振,强化出锌锅段带钢的参数激励振动,所以需要考虑辊子所在楼层钢结构的振动对混杂系统的影响。沉没辊架跨度较大,与地板之间连接刚度较弱,辊架局部模态频率稍高于出锌锅上行段带钢的低阶固有频率,因而辊架对沉没辊的约束属于软支承。建模时用沿吊臂和垂直吊臂方向上的弹簧来近似考虑辊架软支承对系统的影响;同理,冷却塔属于大型高层钢结构建筑物,其低阶自振频率与带钢低阶固有频率相当。同时,塔顶辊所在楼层平面钢结构竖直振动局部模态频率也不高,接近沉没辊架的一阶固有频率,因而冷却塔对塔顶辊的约束也属于软支承,同样可用竖直和水平两个方向上的线弹簧来模拟该约束作用;另外,现场实测发现,热张紧辊和转向辊所在的楼层竖直和水平两个方向振动局部模态频率比较低,对这两个辊子的约束仍然可以看作软支承,用竖直和水平两个方向上的线弹簧来模拟该约束作用。
这样就得到如图所示的带钢混杂系统力学模型,该模型包括了热张紧辊、炉鼻子段带钢、沉没辊、出锌锅上行段带钢、塔顶辊、下行段带钢、转向辊和8个弹簧支承(模拟4个转向辊的软支承)。
所建的力学模型是从整个生产线中截取得到的,故是开放式系统,有能量的输入和输出,需要用附加惯性载荷(动量)和带钢的轴向张力作为边界条件来考虑被截掉带钢的影响,并且忽略以下因素:①冷却过程带钢温度变化的影响;②锌液对带钢的作用。则每段带钢所受的载荷简化为轴向张力、横向的风载荷和自身重力,每个辊子受到一个力矩、柔性支承的弹力以及自身重力的影响。