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【摘 要】本文选择以冷轧机系统的振动现象为研究对象，探讨了轧制润滑液与冷轧机振动之间的关系。指出要达到消除冷轧机的振动目的，需要合理提升轧制润滑液的摩擦系数，并在探讨中指出应该从压下量、润滑液浓度、固体微粒含量几方面调节轧制液的摩擦系数，可以达到最优效果。
【关键词】轧制润滑；冷轧机；振动；摩擦系数
在轧制过程中，轧机经常会出现在不同情形下发生振动的现象。人们逐渐认识到轧机辊缝处的润滑条件是影响轧机振动的一个重要的因素。轧制液在轧制过程中处于轧件与轧辊相互接触的辊缝中，主要起到轧制润滑的作用，并兼有冷却和洗涤的功能。本文在以往学者研究的基础上，从轧制润滑液摩擦系数的角度出发对轧机的振动进行了分析，并得出消除和减少轧机振动的有效方法。
1.学者对冷轧机振动的研究结果
冷轧机发生振动的现象已屡见不鲜。对于应该怎样缓解或消除这样的不正常振动，国内外学者进行了深入研究，开展过广泛实验调研，产生了很多主流观点：
（1）通过分析轧制液性能与轧机动态特性之间的关系，指出对轧制液选择合适的性能指标可增加轧机的动态刚度，从而提高轧机振动的临界速度。
（2）着重于分析轧制润滑摩擦与轧机振动的影响，提出了轧制混合摩擦模型，指出了增大摩擦有利于轧机的减振或消振。
（3）立足于认定轧机振动是由于轧制液的稳定性和附着性较差、油膜强度不足等原因引起的，并通过向乳化液中加入含有机锌的添加剂，改善轧机的振动情况。
2.轧制润滑对冷轧机振动的影响
冷轧机振动主要分为轧机扭转振动和轧机垂直振动。
2.1轧制润滑对轧机扭转振动的影响
一般情况下，主传动系统在稳定运行和负荷加载时不会发生振动。但当咬铝、抛铝、制动、变速等特殊运行情况出现时，轧机在冲击作用下会产生振动现象，这样的振动称之为轧机的扭转振动。由这种冲击效果产生的振动一般是衰减性的振动。轧机在进行稳态轧制的过程中，当轧制速度增大时摩擦系数会减小。其主要原因是由于轧辊与轧件之间的油膜厚度与轧制速度成正比。当低速时，由轧辊速度带入辊缝间的油膜厚度较薄，此时为滑动摩擦，摩擦系数相对较大。随着轧制速度的提升，进入辊缝间的油量越来越大，厚度增加，由滑动摩擦转为液体动压润滑摩擦，摩擦系数下降，部件间的咬合力同时降低。
轧制速度的增加导致摩擦系数的降低，从而摩擦力矩减小，容易造成负阻尼现象。当主传动系统形成初始激励之后，负阻尼现象的效果就不会再消失。轧机随之在此负阻尼的作用下将产生自激振动。因此如果要从轧制润滑液的角度考虑对冷轧机的扭转振动实现减振和消除，则应当适当增加轧制液的摩擦系数，防止负阻尼现象的产生。
2.2轧制润滑对轧机垂直振动的影响
负阻尼特性一直存在于机械运转过程的几种受力之间。冷轧机在轧制过程中常常发生频率为124HZ左右的自激振动，其自激振动的机理就为负阻尼特性，主要是由轧件的入口张力造成的。
在轧制过程中，将会伴随着轧辊的运行波动进行波动。一旦轧辊沿着垂直方向出现一次波动时，轧件的出口厚度便紧跟着作一次波动。同时根据金属的秒流量相等原理，轧件的入口处厚度并不能改变，这样与入口速度相对应的波动与上一个机架之间的波动就会出现一定的延伸量，导致入口张力的变化，最终上使其轧制力存在一个波动量。这相当于在辊缝间产生一个负阻尼，从而使自激振动更易发生。
润滑摩擦在轧机垂直振动时实际起到了增加正阻尼的作用，可抵消由上述负阻尼产生的振动能量。所以适当的增加轧制液的摩擦系数，可抵消一部分振动能量，以避免冷轧机自激振动。
3.影响轧制润滑液的摩擦系数的因素
我们在讨论冷轧机的振动时，无论是轧机出现扭转振动还是垂直振动，有利于出现消除和减少轧机振动效果的最佳方法就是适当的增加轧制液的摩擦系数，因此能逐项列举并剖析影响轧制液摩擦系数的因素，对这些因素进行可行的适当调整，就能达到增加摩擦系统，进而消除和减振的预期目的。影响轧制润滑液摩擦系数的因素主要有轧制速度、压下量、轧制液浓度、温度、固体微粒含量，以下进行逐一分析：
3.1轧制速度
如同很多机械设备一样，一旦在运行或者使用中的控制速度超出既定的区间，设备自身的工艺水平达不到这样的速度要求，就会出现极度不适应性，反映在剧烈振动、发热、轰鸣等现象。冷轧厂内的冷轧机在长期运行中高速轧制时一旦出现振动，操作人员势必首先将减小轧制速度，振动将会减少或消失。这样的做法多数出自本能保护，出自长期摸索冷轧机的实践经验，固然产生了消振的快速反应，但减速带来的最大的问题就是直接导致生产进度的放缓或停滞，导致生产效率的下降，影响冷轧厂的产能，所以一般除应急外，不将此方法作为轧机消振减振的有力途径。
3.2压下量
压下量即轧制时轧件在高度方向受压，导致金属本体沿着长度和宽度方向产生延伸和宽展的数值。压下量愈大，相应的延伸和宽展也愈大。在轧辊与轧件接触面的油膜强度范围内，轧机对功率的要求直接的体现在压下量上。轧机压下量越大，其轧制压力也就越大，轧辊与轧件接触的也就越紧密，分子间的引力也就越大，分子间的相对运动需要更大的切向力克服受到的摩擦，因此摩擦系数就变得越来越大。由此我们可以得出，压下量越大，压力越大，摩擦系数越大。在油膜强度范围内，适当的增加压下量可提高轧制液的摩擦系数，有利于改善轧机的振动。
当然，由于轧制工艺、轧制道次不同产生的压下量分配不同等原因，轧机不可能将某一压下量在原有基础上增大很多。因此当压下量达到某个阀值时，需要合理的控制好轧制的压下量，找准由最大压下量引发的摩擦系数的临界值，从而可以持续保持轧机的平稳运行，无振动感出现。
3.3轧制液浓度
轧制润滑液浓度与其摩擦系数之间的关系较为简单。在其他条件不变的情况下，增加浓度将加大单位体积内所含的润滑液量。润滑液量的增加，直接反应出润滑的介质增多，起到的润滑效果越好，摩擦系数自然越小。所以要摆脱轧机的振动现象，提高摩擦系数，从轧制液入手考虑就要在保证其必须的润滑性、附着性等特性的前提下适当的降低浓度，以提升摩擦系数。通过实验我们可以证实，当轧制液的浓度为最佳比时，对浓度的微调可显著影响轧制过程中油膜厚度和摩擦系数。所以预期可通过调节轧制液浓度来改变其摩擦系数，并可在浓度小于实验最佳比的情况下进行实验对比，从而得到适当的浓度。 3.4轧制液温度
利用正交设计法对轧制液的温度分析可得，随着温度的升高，其摩擦系数基本保持不变。所以不便通过此途径改变轧制液的摩擦系数。
3.5固体微粒含量
由于轧制润滑液中含有的固体微粒的直径较小，故在轧制润滑液中对液体的跟随性较好。然而微粒运动具有随机性，受气温、材质、挤压情况等影响可能出现微粒聚集等现象，使摩擦系数在较小范围内起伏不定，无规律性可言，大大降低对摩擦系数调整的可操作性。
在轧制润滑液中加入彼此互斥的固体微粒时，其微粒聚集现象将不易发生。随着含量的增大，单位体积内润滑液量减小，润滑性降低，摩擦系数有所增加。在相同润滑液的含量下，随着微粒直径的增大，摩擦系数增大效果加强。但其直径应小于轧制液的油膜厚度，以防止再次形成大片颗粒聚集现象，造成轧件表面无法平整光滑，导致质量的下降。通过加入互斥微粒的方法虽然也能够达到增大轧制液摩擦系数的效果，但此方法相当于减小了进入轧制区轧制液的总体积，所以须提高轧制液中其他添加剂的性能，以达到原有的效果。在首先实现压下量控制、轧制液浓度降低的方法能够达到所需的摩擦系数时，不建议使用此方法。
综上所述，在影响摩擦系数的几个因素中，改变冷轧机的轧制速度将直接影响产量；增大固体微粒的含量对摩擦系数有所增加，但需加入互斥性质的固体微粒，还要控制与油膜厚度的比例，且对轧制液中其他添加剂性能要求较高；轧制液温度的改变使摩擦系数基本保持不变，因此可调节轧件的压下量和轧制润滑液浓度，以达到增加摩擦系数的目的。但无论何种调节，辊缝中油膜的平均厚度要大于所需的最小值，否则在轧制时易发生油膜破裂，引起轧制力的波动，导致整个系统自身刚性的波动，同样再次引发轧机振动。
4.结语
本文从轧制润滑液的角度出发，针对冷轧机的扭转振动或垂直振动进行分析，适当地增加轧制液的摩擦系数有利于消除和减少由于负阻尼作用而产生的自激振动。从轧制速度、压下量、轧制液浓度、温度、固体微粒含量五个方面分析了轧制液摩擦系数的增减性质。得出对于轧机振动可从压下量和轧制液浓度两个方面进行调节，在以上调节未能达到所需摩擦系数的情况下可从固体微粒含量方面进行调节，其他因素的调整不做考虑，以达到轧机消振减振的目的。
【参考文献】
[1]林鹤，邹家祥，岳海龙.轧制液对带钢冷轧机颤振的影响[J].钢铁，1996，31（10）：60-79.
[2]孙志辉，邹家样.轧制润滑摩擦对轧机振动的影响[J].重型机械，1998，（6）：25-27.
[3]邹家祥，徐乐江.冷连轧机系统振动控制[M].北京：冶金工业出版社，1998.
【关键词】轧制润滑；冷轧机；振动；摩擦系数
在轧制过程中，轧机经常会出现在不同情形下发生振动的现象。人们逐渐认识到轧机辊缝处的润滑条件是影响轧机振动的一个重要的因素。轧制液在轧制过程中处于轧件与轧辊相互接触的辊缝中，主要起到轧制润滑的作用，并兼有冷却和洗涤的功能。本文在以往学者研究的基础上，从轧制润滑液摩擦系数的角度出发对轧机的振动进行了分析，并得出消除和减少轧机振动的有效方法。
1.学者对冷轧机振动的研究结果
冷轧机发生振动的现象已屡见不鲜。对于应该怎样缓解或消除这样的不正常振动，国内外学者进行了深入研究，开展过广泛实验调研，产生了很多主流观点：
（1）通过分析轧制液性能与轧机动态特性之间的关系，指出对轧制液选择合适的性能指标可增加轧机的动态刚度，从而提高轧机振动的临界速度。
（2）着重于分析轧制润滑摩擦与轧机振动的影响，提出了轧制混合摩擦模型，指出了增大摩擦有利于轧机的减振或消振。
（3）立足于认定轧机振动是由于轧制液的稳定性和附着性较差、油膜强度不足等原因引起的，并通过向乳化液中加入含有机锌的添加剂，改善轧机的振动情况。
2.轧制润滑对冷轧机振动的影响
冷轧机振动主要分为轧机扭转振动和轧机垂直振动。
2.1轧制润滑对轧机扭转振动的影响
一般情况下，主传动系统在稳定运行和负荷加载时不会发生振动。但当咬铝、抛铝、制动、变速等特殊运行情况出现时，轧机在冲击作用下会产生振动现象，这样的振动称之为轧机的扭转振动。由这种冲击效果产生的振动一般是衰减性的振动。轧机在进行稳态轧制的过程中，当轧制速度增大时摩擦系数会减小。其主要原因是由于轧辊与轧件之间的油膜厚度与轧制速度成正比。当低速时，由轧辊速度带入辊缝间的油膜厚度较薄，此时为滑动摩擦，摩擦系数相对较大。随着轧制速度的提升，进入辊缝间的油量越来越大，厚度增加，由滑动摩擦转为液体动压润滑摩擦，摩擦系数下降，部件间的咬合力同时降低。
轧制速度的增加导致摩擦系数的降低，从而摩擦力矩减小，容易造成负阻尼现象。当主传动系统形成初始激励之后，负阻尼现象的效果就不会再消失。轧机随之在此负阻尼的作用下将产生自激振动。因此如果要从轧制润滑液的角度考虑对冷轧机的扭转振动实现减振和消除，则应当适当增加轧制液的摩擦系数，防止负阻尼现象的产生。
2.2轧制润滑对轧机垂直振动的影响
负阻尼特性一直存在于机械运转过程的几种受力之间。冷轧机在轧制过程中常常发生频率为124HZ左右的自激振动，其自激振动的机理就为负阻尼特性，主要是由轧件的入口张力造成的。
在轧制过程中，将会伴随着轧辊的运行波动进行波动。一旦轧辊沿着垂直方向出现一次波动时，轧件的出口厚度便紧跟着作一次波动。同时根据金属的秒流量相等原理，轧件的入口处厚度并不能改变，这样与入口速度相对应的波动与上一个机架之间的波动就会出现一定的延伸量，导致入口张力的变化，最终上使其轧制力存在一个波动量。这相当于在辊缝间产生一个负阻尼，从而使自激振动更易发生。
润滑摩擦在轧机垂直振动时实际起到了增加正阻尼的作用，可抵消由上述负阻尼产生的振动能量。所以适当的增加轧制液的摩擦系数，可抵消一部分振动能量，以避免冷轧机自激振动。
3.影响轧制润滑液的摩擦系数的因素
我们在讨论冷轧机的振动时，无论是轧机出现扭转振动还是垂直振动，有利于出现消除和减少轧机振动效果的最佳方法就是适当的增加轧制液的摩擦系数，因此能逐项列举并剖析影响轧制液摩擦系数的因素，对这些因素进行可行的适当调整，就能达到增加摩擦系统，进而消除和减振的预期目的。影响轧制润滑液摩擦系数的因素主要有轧制速度、压下量、轧制液浓度、温度、固体微粒含量，以下进行逐一分析：
3.1轧制速度
如同很多机械设备一样，一旦在运行或者使用中的控制速度超出既定的区间，设备自身的工艺水平达不到这样的速度要求，就会出现极度不适应性，反映在剧烈振动、发热、轰鸣等现象。冷轧厂内的冷轧机在长期运行中高速轧制时一旦出现振动，操作人员势必首先将减小轧制速度，振动将会减少或消失。这样的做法多数出自本能保护，出自长期摸索冷轧机的实践经验，固然产生了消振的快速反应，但减速带来的最大的问题就是直接导致生产进度的放缓或停滞，导致生产效率的下降，影响冷轧厂的产能，所以一般除应急外，不将此方法作为轧机消振减振的有力途径。
3.2压下量
压下量即轧制时轧件在高度方向受压，导致金属本体沿着长度和宽度方向产生延伸和宽展的数值。压下量愈大，相应的延伸和宽展也愈大。在轧辊与轧件接触面的油膜强度范围内，轧机对功率的要求直接的体现在压下量上。轧机压下量越大，其轧制压力也就越大，轧辊与轧件接触的也就越紧密，分子间的引力也就越大，分子间的相对运动需要更大的切向力克服受到的摩擦，因此摩擦系数就变得越来越大。由此我们可以得出，压下量越大，压力越大，摩擦系数越大。在油膜强度范围内，适当的增加压下量可提高轧制液的摩擦系数，有利于改善轧机的振动。
当然，由于轧制工艺、轧制道次不同产生的压下量分配不同等原因，轧机不可能将某一压下量在原有基础上增大很多。因此当压下量达到某个阀值时，需要合理的控制好轧制的压下量，找准由最大压下量引发的摩擦系数的临界值，从而可以持续保持轧机的平稳运行，无振动感出现。
3.3轧制液浓度
轧制润滑液浓度与其摩擦系数之间的关系较为简单。在其他条件不变的情况下，增加浓度将加大单位体积内所含的润滑液量。润滑液量的增加，直接反应出润滑的介质增多，起到的润滑效果越好，摩擦系数自然越小。所以要摆脱轧机的振动现象，提高摩擦系数，从轧制液入手考虑就要在保证其必须的润滑性、附着性等特性的前提下适当的降低浓度，以提升摩擦系数。通过实验我们可以证实，当轧制液的浓度为最佳比时，对浓度的微调可显著影响轧制过程中油膜厚度和摩擦系数。所以预期可通过调节轧制液浓度来改变其摩擦系数，并可在浓度小于实验最佳比的情况下进行实验对比，从而得到适当的浓度。 3.4轧制液温度
利用正交设计法对轧制液的温度分析可得，随着温度的升高，其摩擦系数基本保持不变。所以不便通过此途径改变轧制液的摩擦系数。
3.5固体微粒含量
由于轧制润滑液中含有的固体微粒的直径较小，故在轧制润滑液中对液体的跟随性较好。然而微粒运动具有随机性，受气温、材质、挤压情况等影响可能出现微粒聚集等现象，使摩擦系数在较小范围内起伏不定，无规律性可言，大大降低对摩擦系数调整的可操作性。
在轧制润滑液中加入彼此互斥的固体微粒时，其微粒聚集现象将不易发生。随着含量的增大，单位体积内润滑液量减小，润滑性降低，摩擦系数有所增加。在相同润滑液的含量下，随着微粒直径的增大，摩擦系数增大效果加强。但其直径应小于轧制液的油膜厚度，以防止再次形成大片颗粒聚集现象，造成轧件表面无法平整光滑，导致质量的下降。通过加入互斥微粒的方法虽然也能够达到增大轧制液摩擦系数的效果，但此方法相当于减小了进入轧制区轧制液的总体积，所以须提高轧制液中其他添加剂的性能，以达到原有的效果。在首先实现压下量控制、轧制液浓度降低的方法能够达到所需的摩擦系数时，不建议使用此方法。
综上所述，在影响摩擦系数的几个因素中，改变冷轧机的轧制速度将直接影响产量；增大固体微粒的含量对摩擦系数有所增加，但需加入互斥性质的固体微粒，还要控制与油膜厚度的比例，且对轧制液中其他添加剂性能要求较高；轧制液温度的改变使摩擦系数基本保持不变，因此可调节轧件的压下量和轧制润滑液浓度，以达到增加摩擦系数的目的。但无论何种调节，辊缝中油膜的平均厚度要大于所需的最小值，否则在轧制时易发生油膜破裂，引起轧制力的波动，导致整个系统自身刚性的波动，同样再次引发轧机振动。
4.结语
本文从轧制润滑液的角度出发，针对冷轧机的扭转振动或垂直振动进行分析，适当地增加轧制液的摩擦系数有利于消除和减少由于负阻尼作用而产生的自激振动。从轧制速度、压下量、轧制液浓度、温度、固体微粒含量五个方面分析了轧制液摩擦系数的增减性质。得出对于轧机振动可从压下量和轧制液浓度两个方面进行调节，在以上调节未能达到所需摩擦系数的情况下可从固体微粒含量方面进行调节，其他因素的调整不做考虑，以达到轧机消振减振的目的。
【参考文献】
[1]林鹤，邹家祥，岳海龙.轧制液对带钢冷轧机颤振的影响[J].钢铁，1996，31（10）：60-79.
[2]孙志辉，邹家样.轧制润滑摩擦对轧机振动的影响[J].重型机械，1998，（6）：25-27.
[3]邹家祥，徐乐江.冷连轧机系统振动控制[M].北京：冶金工业出版社，1998.