Разработка методики расчета долговечности элементов приводов прокатных станов

Московский Государственный Технический Университетим. Н.Э. БауманаНа правах рукописиМальцев Андрей АнатольевичРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДОВ ПРОКАТНЫХ СТАНОВСпециальность:05.03.05 — Технологии и машины обработки давлениемДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:профессор, докт. техн. наукВафин Рашит КаримовичМосква. 20052СОДЕРЖАНИЕстр.Введение . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Глава 1. Современное состояние проблемы предотвращения аварийпрокатных станов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 71.1. Недостатки методов расчета усталостной долговечности . . . . . . . . . . . . 81.2. Необходимость мониторинга остаточного ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3. Патентный поиск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.4.

Выводы по главе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Глава 2. Расчет долговечности деталей приводов рабочих клетей принеавтомодельных процессах накопления усталостных повреждений . . . . . . 232.1. Крутильные колебания в приводе клети прокатного стана . . . . . . . . . .

282.2. Определение моментов прокатки для всего сортамента стана . . . . . . . . 372.3. Определение параметров кривой усталости для заданной детали . . . . . 402.4. Построение блока нагружения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.5. Расчет долговечности без учета истории нагружения .

. . . . . . . . . . . . . . 492.6. Расчет долговечности с учетом истории нагружения . . . . . . . . . . . . . . . 562.7. Прогнозирование остаточного ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.8. Выводы по главе . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Глава 3. Мониторинг остаточного ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.1. Разработка измерительного блока аппаратуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.2. Оцифровка сигналов с датчиков . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .823.3. Разработка программного обеспечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.4. Результаты экспериментов на промышленном оборудовании . . . . . . . . 913.5. Выводы по главе . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 96Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 1013ВВЕДЕНИЕПотерииз-занедостаточнойоборудования очень велики:долговечностиметаллургическогона все виды ремонта ежегодно расходуетсяоколо 25% капитальных вложений в металлургию, кроме того, на ремонтныхработахзанятометаллорежущихболее20%станковрабочих[1].отраслиРазработанаипримернофедеральнаятретьпрограмма«Техническое перевооружение и развитие металлургии России», в рамкахкоторой предусмотрен переход от системы планово-предупредительныхремонтов (ППР) к новой системе ремонтов по фактическому состоянию наоснове результатов диагностирования. Серьезный недостаток системы ППРзаключается в том, что план ремонтов составляется по среднестатистическимданным о выходе из строя деталей и узлов.

Ремонт по регламенту зачастуюприводит к замене исправного оборудования и не исключает аварии междуремонтами. Подсчитано, что затраты на ремонт оборудования без системыдиагностики составляют, в среднем, 60% от его первоначальной стоимости, ас системой диагностики такие затраты в десять раз меньше. Существующиесистемыдиагностикипрокатныхстановимеютнедостаток:придиагностировании не вычисляется остаточный ресурс — это подчеркиваетактуальность диссертационной работы.С целью предотвращения аварий прокатных станов, вызванныхвнезапным разрушением высоконагруженных деталей приводов клетей, вдиссертации разработана методика расчета усталостной долговечности сучетом истории нагружения, а также программное обеспечение и аппаратурадля мониторинга остаточного ресурса.Методика проиллюстрирована на примере автоматстана 220 ПНТЗПервоуральского новотрубного завода (рис.В.1,а), трехвалкового станаЭЗТМ-80 Электростальского завода тяжелого машиностроения (рис.В.1,б),клети 350 (рис.В.1,в) сортового стана Бхилайского металлургическогокомбината (Индия), лабораторно-промышленного стана ДУО-140 (рис.В.1,г)4Электростальского политехнического института (филиала московскогоинститута стали и сплавов).а)б)в)г)Рис.

В.1. Общий вид приводов клетей прокатных становВ диссертации получены новые научные результаты:1. Построены блоки нагружения деталей приводов клетей прокатныхстанов на основе данных цикловой нагруженности этих деталей с учетомгодового сортамента.52. Выполнен расчет усталостной долговечности деталей приводов сучетом постепенного снижения предела выносливости после каждой ступениблока нагружения.3.

Учтено влияние истории нагружения на оценку долговечностидеталей приводов и построены функции распределения долговечности.4. Разработан мониторинг остаточного ресурса деталей приводов сиспользованием специальной аппаратуры и программного обеспечения.Аппаратура для мониторинга остаточного ресурса включает канализмерения крутящего момента и дополнительные каналы измерениятемпературы и вибрации.Аппаратура пригодна для промышленногоиспользования и способна контролировать температуру масла редуктора,вибрацию электродвигателя и корпуса редуктора, крутящие моменты нашпинделях прокатного стана (рис.В.2).Рис.

В.2. Общий вид аппаратуры для мониторинга остаточного ресурсаАппаратура была установлена на стане ДУО-140 и на стане ЭЗТМ-80,в результате чего определен остаточный ресурс их деталей.Аппаратураразвертывается (свертывается) за 5—10 минут при наличии прямого доступак контрольным точкам оборудования.Все принадлежности системы,включая ноутбук, кроме уже установленных на контролируемом валетензодатчиков, свободно размещаются в малогабаритном чемодане и легкотранспортируются одним человеком-оператором.6Основные результаты работы докладывались и обсуждались намеждународной научно-технической конференции «Павловские чтения» вМосковском институте стали и сплавов (2000г.); на всероссийской научнотехнической конференции, посвященной 100-летию со дня рожденияакадемика А.И. Целиковав Московском государственном техническомуниверситете им.

Н.Э. Баумана (2004г.); на научно-технических семинарахкафедры «Прикладная механика» и кафедры «Оборудование и технологиипрокатки» Московского государственного технического университета им.Н.Э. Баумана (2004г.). По теме диссертационной работы опубликованодевять статей [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].7ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВАРИЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВВ настоящее время одной из острейших проблем отечественнойметаллургии является использование устаревшего морально и изношенногофизически оборудования, которое во многих случаях является причинойаварий, травм и техногенных катастроф.В значительной степени такоеоборудование, требуя для своего обслуживания и ремонта больших затрат,служит источником низкой производительности российских предприятий ивысокой себестоимости их продукции, а качество продукции российскихпроизводителейоказываетсянамногонижекачествапродукцииихзарубежных конкурентов, обладающих более совершенным оборудованием.Необходимоускоренноетехническоеперевооружениеотечественныхметаллургических заводов и ввод в эксплуатацию высокоскоростныхпрокатных станов нового поколения, к долговечности элементов которыхпредъявляются высокие требования.Решение проблемы предотвращения аварий прокатных станов связаносо всеми этапами проектирования, изготовления и эксплуатации.