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轧机液压管道振裂机理分析

作　者: 代勇
导　师: 王旭永；陶建峰
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 管道振动流固耦合蓄能器 Simulink仿真
分类号: TG333
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢铁工业在国民经济中占有重要地位,轧机作为其中的一个重要环节,其工作性能直接影响到轧出钢板的质量。基于许多原因,轧机液压系统管道容易发生振动爆裂事故,这给企业带来巨大的经济损失。因此系统地分析轧机液压系统的振动机理有着重要的意义。本课题应宝山钢铁公司要求,对其最近连续发生的轧机阀前管道振动爆裂事故的机理展开研究。自从2010年6月份以来,宝钢连续发生多次轧机管路弯头、蓄能器等薄弱环节的振动和爆裂漏油事故,并使轧机一度停机。经分析振动应该主要是由液压部分引起,因此本文分别对阀前管道、泵、蓄能器和压下环节展开研究,并总结了一系列行之有效的方法。首先,本文详细分析了阀前管路的振动机理:用阻抗分析法推导了管路阻抗,并相应计算了管路谐振时的管长,为后续进行管长的设计以避免谐振提供一定参考;介绍了目前比较完善的描述管路流固耦合的模型,这一模型可用于建立分析管道振动的数值模型;分析了柱塞泵出口处流量脉动以及支撑处的约束条件,这些是在进行流固耦合分析时必须考虑的约束条件。其次,对蓄能器的参数设置进行了分析:介绍了传统的蓄能器参数设定方法和其不足;提出了基于系统整体模型的蓄能器参数优化方法,此方法用近似方法处理管道环节并用遗传算法进行参数优化。由于从系统整体出发研究各参数,这一方法可望获得更好的优化参数。然后,对轧机压下系统进行了建模分析:分析了轧机系统的控制策略和各部分组成结构;运用Simulink对此进行了仿真,对此部分引起轧机管路振动的原因进行了仿真分析,并对相关现象给出了理论解释。最后,系统总结了引起阀前管道振动的机理以及相应解决措施;对宝钢轧机系统故障进行介绍,给出了对振裂故障的解决措施建议,并分析了其原理。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究的背景和意义  10-11
  1.3 课题研究的国内外现状  11-15
    1.3.1 轧机振动研究的国内外现状  11-14
    1.3.2 管道振动的研究现状  14-15
  1.4 本课题的研究目标和关键问题  15-17
    1.4.1 本课题的研究目标  15-16
    1.4.2 本课题研究的关键问题  16-17
第二章轧机阀前管道振动特性分析  17-31
  2.1 阀前管道振动频率分析  17-20
    2.1.1 管道部分动态基本方程  17-18
    2.1.2 油缸部分负载阻抗  18-19
    2.1.3 管道谐振条件  19-20
  2.2 管道流固耦合模型分析  20-23
    2.2.1 Hamilton 变分原理  21-22
    2.2.2 N-S 方程  22
    2.2.3 流固耦合方程  22-23
  2.3 管道边界条件  23-30
    2.3.1 泵的流量脉动  23-29
    2.3.2 约束边界条件  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章考虑管道效应的蓄能器参数优化研究  31-48
  3.1 引言  31-32
  3.2 蓄能器结构与工作原理  32-34
    3.2.1 蓄能器结构  32-33
    3.2.2 蓄能器工作原理  33-34
  3.3 常规蓄能器参数设置方法  34-35
  3.4 考虑管道效应的蓄能器参数优化方法  35-46
    3.4.1 考虑管道效应的系统模型建立  35-39
    3.4.2 管道分布参数模型的近似  39-44
    3.4.3 基于遗传算法的参数优化  44-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章轧机液压AGC 系统控制策略与组成分析  48-60
  4.1 引言  48
  4.2 液压AGC 系统的控制原理  48-54
    4.2.1 直接测厚AGC  49-51
    4.2.2 前馈AGC  51-52
    4.2.3 压力AGC  52-53
    4.2.4 常用控制策略  53-54
  4.3 轧机液压系统的组成  54-59
    4.3.1 液压缸  55-56
    4.3.2 力马达阀  56-57
    4.3.3 轧机负载  57-58
    4.3.4 泵站元件  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章基于SIMULINK 的轧机压下系统仿真研究  60-71
  5.1 仿真模型与参数确定  60-63
    5.1.1 物理模型的建立  60-61
    5.1.2 物理方程的推导  61-62
    5.1.3 液压推上伺服系统的仿真构架  62
    5.1.4 相关参数设定或计算  62-63
  5.2 轧机液压系统的SIMULINK 仿真  63-68
    5.2.1 Simulink 仿真程序  63-64
    5.2.2 仿真结果与分析  64-68
  5.3 仿真现象的理论分析  68-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章振动机理总结与实践  71-79
  6.1 引言  71
  6.2 阀前管道振动机理总结  71-73
    6.2.1 管道阻抗  71-72
    6.2.2 激振源  72
    6.2.3 消振装置  72-73
    6.2.4 压下系统  73
  6.3 轧机管道振裂故障现象  73-76
  6.4 改进措施极其合理性  76-77
  6.5 本章小结  77-79
第七章总结与展望  79-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  85-86
致谢  86-88

轧机液压管道振裂机理分析

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