多因素作用下高速板带轧机传动系统非线性扭振动力特性与稳定性研究

板带轧机是钢铁工业中的关键核心设备，随着轧制速度和强度的不断提高，轧机传动系统频繁出现异常扭振失稳现象，严重影响轧制生产，成为制约轧制效率和产品质量进一步提升的主要瓶颈。本项目以高速板带轧机传动系统为研究对象，突破现有的轧机扭振研究方法，从非线性本质上揭示传动系统在电气扰动、结构参数、复杂负载等多因素作用下的扭振动力失稳机理。具体内容包括：在分析多重非线性影响因素的基础上，建立轧机传动系统全局高维扭振动力学模型；从定性和定量两方面研究多重因素联合作用下轧机传动系统在动态响应、分岔特性等方面的扭振动力失稳机理；研究结构参数和轧制参数对传动系统扭振稳定性影响规律，确定稳态轧制临界条件。本项目旨在揭示高速板带轧机传动系统非线性扭振动力失稳机理，掌握多因素作用下传动系统非线性扭振动力特性规律，为轧机传动系统优化设计、动力学控制、故障预防与治理等方面提供理论基础。

本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容。共发表科技论文14篇，其中SCI收录4篇，EI收录8篇，ISTP收录1篇；另外向SCI源期刊、EI源期刊投寄论文5篇。联合培养博士研究生1名，培养硕士研究生2名。项目取得的主要研究成果和结论如下：基于广义Lagrange原理，考虑结构间隙、电机扰动力矩、非线性摩阻、接轴倾角以及张力波动等非线性因素建立板带轧机传动系统多自由度扭振动力学模型。采用L-S约化方法，通过对高维轧机传动系统进行降维处理，得到能够揭示系统非线性动力特性与系统参数之间规律的低维等价分岔方程。采用MLP法求解含间隙和非线性摩阻的多自由度非线性扭振模型的近似解析解，并应用MLP法与多尺度法相结合的方法得到其分岔响应方程。应用多尺度法分别对含接轴参激扭振模型的主共振以及含接轴参激和张力波动非线性扭振模型的超谐波共振、亚谐波共振以及组合共振进行求解。通过数值仿真方法，研究了幅频响应特性。基于奇异性理论研究含间隙非线性扭振系统的分岔特性，并通过幅频特性曲线分析各参数对系统稳定性的影响。对系统的分岔响应方程进行稳定性分析。对准周期参激扭振系统的Jacobi矩阵进行分析，得到系统解的稳定性。应用Melnikov方法求解含接轴参激多自由度非线性扭振模型产生异宿轨道的条件，用数值仿真分析该模型的全局分岔以及混沌动力学特性，得到系统出现周期运动、倍周期运动以及混沌运动的条件。在扭振实验平台上进行了非线性扭振实验。运用HHT方法对1780热连轧机传动系统扭振信号进行了特征提取，验证轧机中存在的参激、接轴间隙作用下表现出的非线性因素对轧机传动系统扭转振动的影响。