第36卷第1期 北京科技大学学报 Vol.36 No.1 2014年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2014 基于辊缝动态摩擦方程的铝板冷轧机垂振机理分析 杨 旭2)区，李擎”，童朝南”，张巍巍》 1)北京科技大学自动化学院，北京1000832)上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240 3)天津电气传动设计研究所有限公司，天津300180 ☒通信作者，E-mail:yangxu(@ustb.cdu.cn 摘要针对高速铝板轧制过程中频繁出现的冷轧机垂直振动现象，结合轧制工艺润滑原理和机械振动理论，建立基于辊缝 动态摩擦方程的轧机垂直振动模型.该模型由辊缝几何形状模型，轧辊一轧件工作界面的动态摩擦模型，变形区内的正向轧制 应力、摩擦应力分布模型，以及单机架铝板冷轧机二自由度垂向系统结构模型组成.同时，为研究轧辊一轧件工作界面动态摩 擦机制影响下的冷轧机垂振机理及系统稳定性，采用某厂单机架铝轧机设备及工艺参数，搭建Matlab/Simulink平台，分别模 拟仿真轧制压力和正向轧制应力曲线，验证该模型的有效性：并讨论分析了变形区混合摩擦状态，轧辊一轧件表面粗糙度、轧 件入口厚度与系统稳定性的关系 关键词冷轧机：摩擦：振动：轧制：稳定性 分类号TG333.7+2:TH113.1 Vertical vibration mechanism analysis of aluminum cold rolling mills based on the dynamic friction equation in roll gap YANG Xu,LI Qing",TONG Chao-nan,ZHANG Wei-ei 1)School of Automation and Electrical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China 3)Tianjin Design Research Institute of Electric Drive Co.,Ltd.,Tianjin 300180,China Corresponding author,E-mail:yangxu@ustb.edu.cn ABSTRACT Based on the lubrication principle of rolling process and the mechanical vibration theory,a vertical vibration model of single-stand aluminum cold rolling mills was established with the consideration of dynamic friction state in roll gap to study vertical vi- bration phenomena in high speed rolling of thin strips.This model includes the geometric model of roll gap,the dynamic friction model of the roll-strip working interface,the distribution model of principle rolling stress and friction stress,and the two-degree-of-freedom vertical structure model which is coupled with the former three models.In order to analyze the vertical vibration mechanism and system stability under dynamic friction state in roll gap,the rolling force curve and normal rolling stress distribution curve were simulated sepa- rately on Matlab/Simulink platform for validating this model,with the actual data of a single-stand aluminum cold rolling mill.Moreo- ver,the dependences of the system stability on strip entry thickness,mixed friction state and rolls-strip surface roughness were dis- cussed in this article. KEY WORDS cold rolling mills:friction:vibrations:rolling:stability 板带冷轧机这一多质量、旋转运动体系统，在其当轧制工艺、设备和控制等参数配合良好时，这种振 高速、瞬态轧制过程中，时常会发生轧机振动现象.动现象并不会明确体现。但是，一旦轧机运行状态 收稿日期：2012-12-19 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51205018)；机械系统与振动国家重点实验室开放课题(MSV-2014-09):中国博士后科学基金面上资 助项目(2012M510321):中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-12-104A,FRF-SD-12008B):北京市重点学科共建项目 (XK100080357) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.01.016:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 1 期 2014 年 1 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 1 Jan． 2014 基于辊缝动态摩擦方程的铝板冷轧机垂振机理分析 杨 旭1，2) ，李 擎1) ，童朝南1) ，张巍巍3) 1) 北京科技大学自动化学院，北京 100083 2) 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240 3) 天津电气传动设计研究所有限公司，天津 300180  通信作者，E-mail: yangxu@ ustb． edu． cn 摘 要 针对高速铝板轧制过程中频繁出现的冷轧机垂直振动现象，结合轧制工艺润滑原理和机械振动理论，建立基于辊缝 动态摩擦方程的轧机垂直振动模型． 该模型由辊缝几何形状模型，轧辊--轧件工作界面的动态摩擦模型，变形区内的正向轧制 应力、摩擦应力分布模型，以及单机架铝板冷轧机二自由度垂向系统结构模型组成． 同时，为研究轧辊--轧件工作界面动态摩 擦机制影响下的冷轧机垂振机理及系统稳定性，采用某厂单机架铝轧机设备及工艺参数，搭建 Matlab /Simulink 平台，分别模 拟仿真轧制压力和正向轧制应力曲线，验证该模型的有效性; 并讨论分析了变形区混合摩擦状态，轧辊--轧件表面粗糙度、轧 件入口厚度与系统稳定性的关系． 关键词 冷轧机; 摩擦; 振动; 轧制; 稳定性 分类号 TG333. 7 + 2; TH113. 1 Vertical vibration mechanism analysis of aluminum cold rolling mills based on the dynamic friction equation in roll gap YANG Xu1，2)  ，LI Qing1) ，TONG Chao-nan1) ，ZHANG Wei-wei 3) 1) School of Automation and Electrical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China 3) Tianjin Design ＆ Ｒesearch Institute of Electric Drive Co． ，Ltd． ，Tianjin 300180，China  Corresponding author，E-mail: yangxu@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Based on the lubrication principle of rolling process and the mechanical vibration theory，a vertical vibration model of single-stand aluminum cold rolling mills was established with the consideration of dynamic friction state in roll gap to study vertical vi￾bration phenomena in high speed rolling of thin strips． This model includes the geometric model of roll gap，the dynamic friction model of the roll-strip working interface，the distribution model of principle rolling stress and friction stress，and the two-degree-of-freedom vertical structure model which is coupled with the former three models． In order to analyze the vertical vibration mechanism and system stability under dynamic friction state in roll gap，the rolling force curve and normal rolling stress distribution curve were simulated sepa￾rately on Matlab /Simulink platform for validating this model，with the actual data of a single-stand aluminum cold rolling mill． Moreo￾ver，the dependences of the system stability on strip entry thickness，mixed friction state and rolls-strip surface roughness were dis￾cussed in this article． KEY WOＲDS cold rolling mills; friction; vibrations; rolling; stability 收稿日期: 2012--12--19 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51205018) ; 机械系统与振动国家重点实验室开放课题( MSV--2014--09) ; 中国博士后科学基金面上资 助项目( 2012M510321) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( FＲF--TP--12--104A，FＲF--SD--12--008B) ; 北京市重点学科共建项目 ( XK100080357) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 01． 016; http: / /journals． ustb． edu． cn 板带冷轧机这一多质量、旋转运动体系统，在其 高速、瞬态轧制过程中，时常会发生轧机振动现象． 当轧制工艺、设备和控制等参数配合良好时，这种振 动现象并不会明确体现． 但是，一旦轧机运行状态