连续热镀锌生产线的简化与数学建模.pdf

研究与分析
2012年第2期(总第118期)?机械研究与应用
连续热镀锌生产线的简化与数学建模
王洋,李勇',许
罗文2,徐培民
(1.安徽工业大学杌械工程学院,安徽马鞍山243032;2马鞍山钢铁股份有限公司,安徽马鞍山243000)
摘要:为研究气刀处的带钢大幅抖动原因,试对带钢连续热镀锌系统进行动力学建模。整个锌生产线是一个复
杂的大系统,动力学建模时必须对其进行适当简化,以得到一个包含热张紧輥、退火段带钢、沉没辊、出锌锅
上行段带钢、塔顶辊、下行段带钢、转向辊和八个弹簧支承的比较筒单的混杂系统カ学模型。先将简化后的混
杂系统分成多个子模型,用带钢张力和附加惯性载荷代替边界条件,然后基于牛顿第二定律对这些子模型进
行建模,以期得到整个系统的控制方程。此项研究可为混杂系统建模提供一种新参考。
关键词:系统简化;牛顿第二定律;动力学方程;耦合振动;附加惯性载荷
中图分类号:TF301
文献标识码:A
文章编号:1007-4414(2012)02-0012-04
Simplification and mathematical modeling of continuous hot galvanizing line
Wang Yang Li Yong, Xu Fei,Luo Wen', Xu Pei-min
(1. School of mechanical engineering, Anhui wniversity of technology, Maanshan Anhui 243032, China;
2. Maanshan iron & steel corporation Ltd, Maanshan Anhui 243000, China)
Abstract In this paper, in order to investigate the reason of large vibration of the sheet metal near the air knife, the dynamic
model of a continuous hot-dip galvanizing line is established. The whole line is a complex large system, therefore it must be
simplified to a mechanical model of a hybrid system which contains a tension roller, a strip in annealing section, a sink roller
a upgoing strip emerging from the heating zinc pot, a top roller, a down oing strip, a steering roller and eight spring supports
before mathematical modeling. First, the simplified hybrid syste is divided into several submodels, the stri
the additional inertial loads are used to replace the boundary conditions, and then these sub models are modeled by Newton
second law to derive the governing equations of the whole system. The research in this paper can provide a new modeling meth
od for a hybrid system.
Key words system simplification newton second law; dynamic equations; coupled vibration; additional inertial loads
1引言
型的例子。 Beikmannt3等考虑带的振动和张紧装
带钢连续热镀锌生产中,出锌锅段带钢的抖动会置以及带轮的振动耦合,将实际平带驱动系统简化为
改变带钢与气刀喷嘴间的距离,这直接影响镀锌质包含所有必需部件的典型的“三轮模型”,该模型较
量,须对其抑制或控制。为摸清出锌锅段带钢大幅振好描述了现实中平带驱动系统的振动特性,最后利用
动的原因,先将连续熱镀锌生产线系统进行简化以得 Hamilton原理建立起系统的动力学方程。与平带驱
到最简力学模型,进而建立系统的数学模型,为后续动系统的简化相比,朱红发?考虑了带钢的横向振
系统线性分析、非线性分析以及其他研究打好基础。动与辊子的运动及冷却塔振动的相互耦合作用,将整
Kin研究了轴向张力作用下两端固支轴向运动镀个镀锌生产线简化为一个仅包含带钢、沉没辊、塔顶
锌板的参数共振,将两塔顶辊简单支承下轴向运动带辊和下行段转向辊的比较简单的混杂系统力学模型,
钢简化为轴向拉力作用下的轴向运动弹性矩形板,给然后基于 Hamilton原理建立系统的数学模型;但没
出漮板的横向振动运动微分方程。王军将带钢连有考虑出锌锅段带钢和相邻段带钢的耦合振动以及
续热镀锌生产线出锌锅段带钢的抖动问题简化为重沉没辊、转向辊柔性支承的影响。
力场中竖直放置的轴向运动弦线的横向振动问题,用
笔者先将带钢连续热镀锌生产线简化,得到只包
牛顿第二定律建立动力学方程。这些简化和建模方含镀锌工艺段的子系统,针对热镀锌线工艺段带钢跨
法都没有考虑相邻段带钢和辊子支承运动对出锌锅度大、转向辊支承刚度低等特点,考虑辊子支承弹性
段带钢的动力学影响,而在特定情况下,带钢与辊子和相邻段带钢的影响,将该工艺段子系统再次简化为
间的耦合振动也会引起带钢较大振动。汽车发动机由三段带钢、4个辊子及其柔性支承组成的混宋系统
平带驱动系统是研究此类混杂系统耦合振动比较典力学模型。最后将该模型拆分为多个简单的子模型,
基金项目:国家科学基金项目(50975003
收稿目期:2012-02-17
作者筒介:王洋(1986-)男,湖北武汉人,硕士,研究方向:机械设备动力学
12