王利明等：二十辊轧机轧辊磨床砂轮动不平衡对磨削颤振的影响 81 图4中(a)和(b)为正常工况响应，(c)和(d)为 种工况.振动传感器采用ICP类型，经NI采集仪器传 砂轮动不平衡工况响应.正常工况与砂轮动不平衡工 输调理，获取振动信号，采样频率为10240Hz.采集到 况的仿真时间为60s,采样频率为10240Hz.对比正常 的砂轮两种工况振动信号如图5所示，(a)和(b)为正 工况与砂轮动不平衡时域图，可发现砂轮存在动不平 常工况下振动信号的时域与频域分析，(c)和(d)为砂 衡时幅值并未变化，基本一致；对比正常工况与砂轮动 轮动不平衡工况下振动信号的时域与频域分析图.从 不平衡频域图，可发现砂轮存在动不平衡时较正常工 时域对比可发现发生动不平衡故障时时域幅值基本与 况多出15.31Hz的频率成分，此成分对应砂轮转频 正常工况相同；而频域对比可看出发生动不平衡故障 (2w.π=15.31Hz）. 时15.31Hz处幅值由0.00485m·s-2增加到0.0106m* 2.2实验验证 s2,该频率对应砂轮的转频.这个结论与模拟仿真的 现场实验工况：床尾顶尖位置安装加速度计，轧辊 结果一致. 转速为90r~min,砂轮的状态设置为正常和不平衡2 2.0 0.020 1.5 1.0 0.015 0.5 X:1.328 0.010 Y0.01081 X30.78 3Y0.00859X46.33 -05 X-1539 Y:0.007 0.005 2y0.00485 2.0 10 20 40 60 80 时间s 顿率Hx I.s 0.025 (e) d 1.0 0.020 0.015 、:1531 0.010 :0.0106 ,X2.969 Y-0.006$25 X47.58 0.005 3y0.00467 =.5 20 40 80 时间s 顿率用z 图5实测数据砂轮正常工况与动不平衡工况振动响应对比.()正常工况振动信号时域波形：(b)正常工况振动信号频域波形：()砂 轮动不平衡工况振动信号时域波形：()砂轮动不平衡工况振动信号颍域波形 Fig.5 Comparison between the normal and the dynamic imbalance fault work conditions:(a)time domain signals in normal condition:(b)frequen- cy domain signals in normal condition:(c)time domain signals with grinding wheel dynamic imbalance fault:(d)frequency domain signals with grinding wheel dynamic imbalance fault 96.0以及101.0rads1,其对应的砂轮转动频率分别 3 砂轮不同动不平衡；量下磨床振动响应分析 为14.69、15.31以及16.09Hz.磨削系统的振动响应， 为进一步考察动不平衡量对磨削系统的振动特性 如图6所示. 的影响，在磨削参数不变的前提下，分别对不同的砂轮 图6(a)为6种砂轮不同动不平衡量以及三种不 动不平衡量、不同砂轮转速下的振动响应进行仿真分 同旋转角速度的磨削系统振动响应图.经对比可发现 析.德国某型重载轧辊磨床属于高精度磨床，查找相 动不平衡量在20um到120m范围内，时域上幅值不 关标准知该磨床的砂轮动不平衡许用量[]<10um. 会有太大影响，基本保持不变：而从不同的三种旋转角 故取砂轮故障情况下动不平衡量分别为20、40、60、 速度来看，角速度为l0l.0rad·s时幅值略微增大，但 80、100和120m,砂轮的旋转角速度分别为92.5、 不明显.图6(b)为6中不同动不平衡量以及三种不王利明等: 二十辊轧机轧辊磨床砂轮动不平衡对磨削颤振的影响 图 4 中( a) 和( b) 为正常工况响应，( c) 和( d) 为 砂轮动不平衡工况响应． 正常工况与砂轮动不平衡工 况的仿真时间为 60 s，采样频率为 10240 Hz． 对比正常 工况与砂轮动不平衡时域图，可发现砂轮存在动不平 衡时幅值并未变化，基本一致; 对比正常工况与砂轮动 不平衡频域图，可发现砂轮存在动不平衡时较正常工 况多出 15. 31 Hz 的频率成分，此成分对应砂轮转频 ( 2wgπ － 1 = 15. 31 Hz) ． 2. 2 实验验证 现场实验工况: 床尾顶尖位置安装加速度计，轧辊 转速为 90 r·min － 1 ，砂轮的状态设置为正常和不平衡 2 种工况． 振动传感器采用 ICP 类型，经 NI 采集仪器传 输调理，获取振动信号，采样频率为 10240 Hz． 采集到 的砂轮两种工况振动信号如图 5 所示，( a) 和( b) 为正 常工况下振动信号的时域与频域分析，( c) 和( d) 为砂 轮动不平衡工况下振动信号的时域与频域分析图． 从 时域对比可发现发生动不平衡故障时时域幅值基本与 正常工况相同; 而频域对比可看出发生动不平衡故障 时 15. 31 Hz 处幅值由 0. 00485 m·s － 2 增加到 0. 0106 m· s － 2 ，该频率对应砂轮的转频． 这个结论与模拟仿真的 结果一致． 图 5 实测数据砂轮正常工况与动不平衡工况振动响应对比 . ( a) 正常工况振动信号时域波形; ( b) 正常工况振动信号频域波形; ( c) 砂 轮动不平衡工况振动信号时域波形; ( d) 砂轮动不平衡工况振动信号频域波形 Fig． 5 Comparison between the normal and the dynamic imbalance fault work conditions: ( a) time domain signals in normal condition; ( b) frequen￾cy domain signals in normal condition; ( c) time domain signals with grinding wheel dynamic imbalance fault; ( d) frequency domain signals with grinding wheel dynamic imbalance fault 3 砂轮不同动不平衡量下磨床振动响应分析 为进一步考察动不平衡量对磨削系统的振动特性 的影响，在磨削参数不变的前提下，分别对不同的砂轮 动不平衡量、不同砂轮转速下的振动响应进行仿真分 析． 德国某型重载轧辊磨床属于高精度磨床，查找相 关标准知该磨床的砂轮动不平衡许用量［e］＜ 10 μm． 故取砂轮故障情况下动不平衡量分别为 20、40、60、 80、100 和 120 μm，砂轮的旋转角速度 分 别 为 92. 5、 96. 0 以及 101. 0 rad·s － 1 ，其对应的砂轮转动频率分别 为 14. 69、15. 31 以及 16. 09 Hz． 磨削系统的振动响应， 如图 6 所示． 图 6( a) 为 6 种砂轮不同动不平衡量以及三种不 同旋转角速度的磨削系统振动响应图． 经对比可发现 动不平衡量在 20 μm 到 120 μm 范围内，时域上幅值不 会有太大影响，基本保持不变; 而从不同的三种旋转角 速度来看，角速度为 101. 0 rad·s － 1 时幅值略微增大，但 不明显． 图 6( b) 为 6 中不同动不平衡量以及三种不 ·81·