含非线性吸振器的轧机振动系统动力学分析与控制

刘飞; 冯梦雨; 马超; 罗瑞雪

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.002

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含非线性吸振器的轧机振动系统动力学分析与控制

·振动·噪声·监测·诊断· | 更新时间：2025-05-19

- 含非线性吸振器的轧机振动系统动力学分析与控制
- DYNAMICS ANALYSIS AND CONTROL OF ROLLING MILL VIBRATION SYSTEM WITH NONLINEAR VIBRATION ABSORBER
- 机械强度 2025年47卷第5期页码：12-18
- 作者机构：
  
  1.西安科技大学电气与控制工程学院，西安 710054
  2.陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室，西安 710054
  3.西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室，西安 710054
- 作者简介：
  
  刘飞，男，1986年生，陕西宝鸡人，讲师，硕士研究生导师；主要研究方向为复杂系统建模、稳定性分析与控制；E-mail:liufei@xust.edu.cn。
  冯梦雨，女，1999年生，河南周口人，硕士研究生；主要研究方向为非线性动力学；E-mail：fmy13393947965@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51905416);陕西省教育厅科学研究计划项目(20JK0758)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.002
  中图分类号： TH113.1
- 收稿日期：2023-10-19，
  
  修回日期：2023-11-16，
  
  纸质出版日期：2025-05-15
- 稿件说明：
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刘飞，冯梦雨，马超，等. 含非线性吸振器的轧机振动系统动力学分析与控制［J］. 机械强度，2025，47（5）：12-18.

LIU Fei，FENG Mengyu，MA Chao，et al. Dynamics analysis and control of rolling mill vibration system with nonlinear vibration absorber［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：12-18.
刘飞，冯梦雨，马超，等. 含非线性吸振器的轧机振动系统动力学分析与控制［J］. 机械强度，2025，47（5）：12-18. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.002.

LIU Fei，FENG Mengyu，MA Chao，et al. Dynamics analysis and control of rolling mill vibration system with nonlinear vibration absorber［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：12-18. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.002.

摘要

针对板带轧机动态轧制过程中的非线性垂直振动控制问题，引入含有碟形弹簧的非线性吸振器。首先，考虑轧机垂直方向上动态轧制力的非线性约束，建立非线性动力吸振器控制下的两自由度轧机辊系垂直振动数学模型，采用多尺度法求解系统的幅频特性曲线方程，讨论阻尼、激励幅值和非线性刚度对非线性动力吸振器振动抑制效果的影响规律；其次，通过分析频域曲线、时域曲线得出，吸振器可以增大谐振频率与主共振频率之间的差距，缩短轧机辊系从不稳定状态收敛于稳定周期的时间。结果表明，加入非线性吸振器能够有效增加系统的抗振能力，抑制系统的垂直振动。

Abstract

Aiming at the problem of nonlinear vertical vibration control during the dynamic rolling of strip mills

a nonlinear vibration absorber with the disc spring was designed. Firstly

considering the constraints of dynamic rolling force of the rolling mill in the vertical direction

the mathematical model of the rolling mill under the control of the nonlinear vibration absorber was established

the amplitude-frequency characteristic curve equation of the system was solved by the multi-scale method

and the influence of damping

excitation amplitude and nonlinear stiffness on the vibration suppression effect of nonlinear dynamic vibration absorber was discussed. Secondly

by analyzing the spectrum curve and time domain curve

the vibration absorber device could increase the distance between the resonance frequency and the main resonance frequency

and shorten the time of the rolling mill system from the unstable state to the stable cycle was concluded. The results show that the addition of nonlinear vibration absorber can effectively increase the anti-vibration ability of the system and suppress the vertical vibration of the system.

关键词

Keywords

references

侯东晓，方成，陈善平，等 . 板带轧机液压压下-垂直振动特性研究［J］. 东北大学学报（自然科学版）， 2022 ， 43 （ 7 ）： 972 - 980 .

HOU Dongxiao ， FANG Cheng ， CHEN Shanping ， et al . Research on hydraulic screw down-vertical vibration characteristics of strip rolling mill ［J］. Journal of Northeastern University（Natural Science）， 2022 ， 43 （ 7 ）： 972 - 980 . （In Chinese）

钱承，孙荣生，张柳柳，等 . 冷连轧机组耦合振动模型及影响因素分析［J］. 机械工程学报， 2021 ， 57 （ 12 ）： 208 - 216 .

QIAN Cheng ， SUN Rongsheng ， ZHANG Liuliu ， et al . Coupled vibration model and influencing factors analysis of tandem cold rolling mill ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2021 ， 57 （ 12 ）： 208 - 216 . （In Chinese）

GAO Z Y ， LIU Y ， ZHANG Q D ， et al . Chatter model with structure-process-control coupled and stability analyses in the cold rolling system ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2020 ， 140 ： 106692 .

高崇一，魏云平，秦红星，等 . 轧机主传动机电耦合扭振系统机理分析及影响因素研究［J］. 机械强度， 2020 ， 42 （ 4 ）： 966 - 970 .

GAO Chongyi ， WEI Yunping ， QIN Hongxing ， et al . Research on mechanism and influential factors of torsional vibration of main drive electromechanical coupled system of rolling mill ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 966 - 970 . （In Chinese）

张柳柳，钱承，华长春，等 . 基于耦合反步法的轧机垂扭耦合振动控制策略研究［J］. 自动化学报， 2023 ， 49 （ 12 ）： 2569 - 2581 .

ZHANG Liuliu ， QIAN Cheng ， HUA Changchun ， et al . The control strategy of vertical torsional coupling vibration of rolling mill based on coupled backstepping method ［J］. Acta Automatica Sinica ， 2023 ， 49 （ 12 ）： 2569 - 2581 . （In Chinese）

孙杰，陈树宗，王云龙，等 . 冷连轧关键质量指标与轧制稳定性智能优化控制技术［J］. 钢铁研究学报， 2022 ， 34 （ 12 ）： 1387 - 1397 .

SUN Jie ， CHEN Shuzong ， WANG Yunlong ， et al . Intelligent optimization control technology of key quality index and rolling stability in cold tandem rolling ［J］. Journal of Iron and Steel Research ， 2022 ， 34 （ 12 ）： 1387 - 1397 . （In Chinese）

LU X ， SUN J ， SONG Z X ， et al . Prediction and analysis of cold rolling mill vibration based on a data-driven method ［J］. Applied Soft Computing ， 2020 ， 96 ： 106706 .

和东平，王涛，任忠凯，等 . 波纹辊轧机辊系主共振时滞反馈控制［J］. 控制理论与应用， 2020 ， 37 （ 7 ）： 1552 - 1561 .

HE Dongping ， WANG Tao ， REN Zhongkai ， et al . Principal resonance time-delay feedback control of roller system in corrugated rolling mills ［J］. Control Theory and Technology ， 2020 ， 37 （ 7 ）： 1552 - 1561 . （In Chinese）

QIAN C ， ZHANG L L ， HUA C C ， et al . Adaptive fuzzy vertical vibration suppression control of the mechanical-hydraulic coupling rolling mill system with input dead-zone and output constraints ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 85793 - 85801 .

楼京俊，李爽，柴凯，等 . 非线性能量阱振动抑制效果理论分析与试验研究［J］. 工程力学， 2022 ， 39 （ 6 ）： 202 - 211 .

LOU Jingjun ， LI Shuang ， CHAI Kai ， et al . Theoretical and test research on the vibration suppression effect of nonlinear energy sink ［J］. Engineering Mechanics ， 2022 ， 39 （ 6 ）： 202 - 211 . （In Chinese）

和东平，徐慧东，刘元铭，等 . 基于颗粒阻尼吸振的波纹辊轧机非线性垂振控制［J］. 钢铁， 2023 ， 58 （ 8 ）： 129 - 137 .

HE Dongping ， XU Huidong ， LIU Yuanming ， et al . Nonlinear vertical vibration control of corrugated rolling mill based on particle damping absorber ［J］. Iron & Steel ， 2023 ， 58 （ 8 ）： 129 - 137 . （In Chinese）

刘彬，姜佳磊，潘贵翔，等 . 基于吸振器控制的两自由度轧机辊系特性研究［J］. 计量学报， 2019 ， 40 （ 5 ）： 868 - 874 .

LIU Bin ， JIANG Jialei ， PAN Guixiang ， et al . Research on roller characteristics of two degree of freedom rolling mill based on vibration absorber control ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 868 - 874 . （In Chinese）

HE D P ， XU H D ， WANG M ， et al . Application of dynamic vibration absorber for vertical vibration control of corrugated rolling mill ［J］. Journal of Iron and Steel Research International ， 2023 ， 30 （ 4 ）： 736 - 748 .

CHEN P ， WANG B ， ZHOU D S ， et al . Performance evaluation of a nonlinear energy sink with quasi-zero stiffness property for vertical vibration control ［J］. Engineering Structures ， 2023 ， 282 ： 115801 .

JIANG J L ， LIU S ， LIU B ， et al . Study on vibration characteristics of rolling mill based on vibration absorber ［J］. Mathematical Models in Engineering ， 2019 ， 5 （ 2 ）： 64 - 72 .

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