軋制潤滑對冷軋機振動的影響

【摘 要】本文選擇以冷軋機系統的振動現象為研究對象，探討了軋制潤滑液與冷軋機振動之間的關系。指出要達到消除冷軋機的振動目的，需要合理提升軋制潤滑液的摩擦系數，并在探討中指出應該從壓下量、潤滑液濃度、固體微粒含量幾方面調節軋制液的摩擦系數，可以達到最優效果。

【關鍵詞】軋制潤滑；冷軋機；振動；摩擦系數

在軋制過程中，軋機經常會出現在不同情形下發生振動的現象。人們逐漸認識到軋機輥縫處的潤滑條件是影響軋機振動的一個重要的因素。軋制液在軋制過程中處于軋件與軋輥相互接觸的輥縫中，主要起到軋制潤滑的作用，并兼有冷卻和洗滌的功能。本文在以往學者研究的基礎上，從軋制潤滑液摩擦系數的角度出發對軋機的振動進行了分析，并得出消除和減少軋機振動的有效方法。

1.學者對冷軋機振動的研究結果

冷軋機發生振動的現象已屢見不鮮。對于應該怎樣緩解或消除這樣的不正常振動，國內外學者進行了深入研究，開展過廣泛實驗調研，產生了很多主流觀點：

（1）通過分析軋制液性能與軋機動態特性之間的關系，指出對軋制液選擇合適的性能指標可增加軋機的動態剛度，從而提高軋機振動的臨界速度。

（2）著重于分析軋制潤滑摩擦與軋機振動的影響，提出了軋制混合摩擦模型，指出了增大摩擦有利于軋機的減振或消振。

（3）立足于認定軋機振動是由于軋制液的穩定性和附著性較差、油膜強度不足等原因引起的，并通過向乳化液中加入含有機鋅的添加劑，改善軋機的振動情況。

2.軋制潤滑對冷軋機振動的影響

冷軋機振動主要分為軋機扭轉振動和軋機垂直振動。

2.1軋制潤滑對軋機扭轉振動的影響

一般情況下，主傳動系統在穩定運行和負荷加載時不會發生振動。但當咬鋁、拋鋁、制動、變速等特殊運行情況出現時，軋機在沖擊作用下會產生振動現象，這樣的振動稱之為軋機的扭轉振動。由這種沖擊效果產生的振動一般是衰減性的振動。軋機在進行穩態軋制的過程中，當軋制速度增大時摩擦系數會減小。其主要原因是由于軋輥與軋件之間的油膜厚度與軋制速度成正比。當低速時，由軋輥速度帶入輥縫間的油膜厚度較薄，此時為滑動摩擦，摩擦系數相對較大。隨著軋制速度的提升，進入輥縫間的油量越來越大，厚度增加，由滑動摩擦轉為液體動壓潤滑摩擦，摩擦系數下降，部件間的咬合力同時降低。

軋制速度的增加導致摩擦系數的降低，從而摩擦力矩減小，容易造成負阻尼現象。當主傳動系統形成初始激勵之后，負阻尼現象的效果就不會再消失。軋機隨之在此負阻尼的作用下將產生自激振動。因此如果要從軋制潤滑液的角度考慮對冷軋機的扭轉振動實現減振和消除，則應當適當增加軋制液的摩擦系數，防止負阻尼現象的產生。

2.2軋制潤滑對軋機垂直振動的影響

負阻尼特性一直存在于機械運轉過程的幾種受力之間。冷軋機在軋制過程中常常發生頻率為124HZ左右的自激振動，其自激振動的機理就為負阻尼特性，主要是由軋件的入口張力造成的。

在軋制過程中，將會伴隨著軋輥的運行波動進行波動。一旦軋輥沿著垂直方向出現一次波動時，軋件的出口厚度便緊跟著作一次波動。同時根據金屬的秒流量相等原理，軋件的入口處厚度并不能改變，這樣與入口速度相對應的波動與上一個機架之間的波動就會出現一定的延伸量，導致入口張力的變化，最終上使其軋制力存在一個波動量。這相當于在輥縫間產生一個負阻尼，從而使自激振動更易發生。

潤滑摩擦在軋機垂直振動時實際起到了增加正阻尼的作用，可抵消由上述負阻尼產生的振動能量。所以適當的增加軋制液的摩擦系數，可抵消一部分振動能量，以避免冷軋機自激振動。

3.影響軋制潤滑液的摩擦系數的因素

我們在討論冷軋機的振動時，無論是軋機出現扭轉振動還是垂直振動，有利于出現消除和減少軋機振動效果的最佳方法就是適當的增加軋制液的摩擦系數，因此能逐項列舉并剖析影響軋制液摩擦系數的因素，對這些因素進行可行的適當調整，就能達到增加摩擦系統，進而消除和減振的預期目的。影響軋制潤滑液摩擦系數的因素主要有軋制速度、壓下量、軋制液濃度、溫度、固體微粒含量，以下進行逐一分析：

3.1軋制速度

如同很多機械設備一樣，一旦在運行或者使用中的控制速度超出既定的區間，設備自身的工藝水平達不到這樣的速度要求，就會出現極度不適應性，反映在劇烈振動、發熱、轟鳴等現象。冷軋廠內的冷軋機在長期運行中高速軋制時一旦出現振動，操作人員勢必首先將減小軋制速度，振動將會減少或消失。這樣的做法多數出自本能保護，出自長期摸索冷軋機的實踐經驗，固然產生了消振的快速反應，但減速帶來的最大的問題就是直接導致生產進度的放緩或停滯，導致生產效率的下降，影響冷軋廠的產能，所以一般除應急外，不將此方法作為軋機消振減振的有力途徑。

3.2壓下量

壓下量即軋制時軋件在高度方向受壓，導致金屬本體沿著長度和寬度方向產生延伸和寬展的數值。壓下量愈大，相應的延伸和寬展也愈大。在軋輥與軋件接觸面的油膜強度范圍內，軋機對功率的要求直接的體現在壓下量上。軋機壓下量越大，其軋制壓力也就越大，軋輥與軋件接觸的也就越緊密，分子間的引力也就越大，分子間的相對運動需要更大的切向力克服受到的摩擦，因此摩擦系數就變得越來越大。由此我們可以得出，壓下量越大，壓力越大，摩擦系數越大。在油膜強度范圍內，適當的增加壓下量可提高軋制液的摩擦系數，有利于改善軋機的振動。

當然，由于軋制工藝、軋制道次不同產生的壓下量分配不同等原因，軋機不可能將某一壓下量在原有基礎上增大很多。因此當壓下量達到某個閥值時，需要合理的控制好軋制的壓下量，找準由最大壓下量引發的摩擦系數的臨界值，從而可以持續保持軋機的平穩運行，無振動感出現。

3.3軋制液濃度

軋制潤滑液濃度與其摩擦系數之間的關系較為簡單。在其他條件不變的情況下，增加濃度將加大單位體積內所含的潤滑液量。潤滑液量的增加，直接反應出潤滑的介質增多，起到的潤滑效果越好，摩擦系數自然越小。所以要擺脫軋機的振動現象，提高摩擦系數，從軋制液入手考慮就要在保證其必須的潤滑性、附著性等特性的前提下適當的降低濃度，以提升摩擦系數。通過實驗我們可以證實，當軋制液的濃度為最佳比時，對濃度的微調可顯著影響軋制過程中油膜厚度和摩擦系數。所以預期可通過調節軋制液濃度來改變其摩擦系數，并可在濃度小于實驗最佳比的情況下進行實驗對比，從而得到適當的濃度。

3.4軋制液溫度

利用正交設計法對軋制液的溫度分析可得，隨著溫度的升高，其摩擦系數基本保持不變。所以不便通過此途徑改變軋制液的摩擦系數。

3.5固體微粒含量

由于軋制潤滑液中含有的固體微粒的直徑較小，故在軋制潤滑液中對液體的跟隨性較好。然而微粒運動具有隨機性，受氣溫、材質、擠壓情況等影響可能出現微粒聚集等現象，使摩擦系數在較小范圍內起伏不定，無規律性可言，大大降低對摩擦系數調整的可操作性。

在軋制潤滑液中加入彼此互斥的固體微粒時，其微粒聚集現象將不易發生。隨著含量的增大，單位體積內潤滑液量減小，潤滑性降低，摩擦系數有所增加。在相同潤滑液的含量下，隨著微粒直徑的增大，摩擦系數增大效果加強。但其直徑應小于軋制液的油膜厚度，以防止再次形成大片顆粒聚集現象，造成軋件表面無法平整光滑，導致質量的下降。通過加入互斥微粒的方法雖然也能夠達到增大軋制液摩擦系數的效果，但此方法相當于減小了進入軋制區軋制液的總體積，所以須提高軋制液中其他添加劑的性能，以達到原有的效果。在首先實現壓下量控制、軋制液濃度降低的方法能夠達到所需的摩擦系數時，不建議使用此方法。

綜上所述，在影響摩擦系數的幾個因素中，改變冷軋機的軋制速度將直接影響產量；增大固體微粒的含量對摩擦系數有所增加，但需加入互斥性質的固體微粒，還要控制與油膜厚度的比例，且對軋制液中其他添加劑性能要求較高；軋制液溫度的改變使摩擦系數基本保持不變，因此可調節軋件的壓下量和軋制潤滑液濃度，以達到增加摩擦系數的目的。但無論何種調節，輥縫中油膜的平均厚度要大于所需的最小值，否則在軋制時易發生油膜破裂，引起軋制力的波動，導致整個系統自身剛性的波動，同樣再次引發軋機振動。

4.結語

本文從軋制潤滑液的角度出發，針對冷軋機的扭轉振動或垂直振動進行分析，適當地增加軋制液的摩擦系數有利于消除和減少由于負阻尼作用而產生的自激振動。從軋制速度、壓下量、軋制液濃度、溫度、固體微粒含量五個方面分析了軋制液摩擦系數的增減性質。得出對于軋機振動可從壓下量和軋制液濃度兩個方面進行調節，在以上調節未能達到所需摩擦系數的情況下可從固體微粒含量方面進行調節，其他因素的調整不做考慮，以達到軋機消振減振的目的。

【參考文獻】

[1]林鶴，鄒家祥，岳海龍.軋制液對帶鋼冷軋機顫振的影響[J].鋼鐵，1996，31（10）：60-79.

[2]孫志輝，鄒家樣.軋制潤滑摩擦對軋機振動的影響[J].重型機械，1998，（6）：25-27.

[3]鄒家祥，徐樂江.冷連軋機系統振動控制[M].北京：冶金工業出版社，1998.