Разработка методики расчета долговечности элементов приводов прокатных станов, страница 4

Подход к реализации этой задачи получилназвание TPM (Total Productive Maintenance) — всеобщее и продуктивноеуправление ремонтами и техническим обслуживанием. Пока такой подходпредставляет собой набор общих принципов, по аналогии с концепциейвсеобщего контроля качества TQM (Total Quality Management). Считается,что TPM есть TQM, примененная к ремонтам, диагностике и эксплуатации.В настоящее время широкое распространение приобретают системыCALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support), которые представляютсобойнепрерывноеинтегрированноеинформационноеобеспечение(преимущественно в электронном виде) участников жизненного циклаизделия (прокатного стана) данными об изделии, а также связанными с нимпроцессами.Применительно к прокатным станам, недостаток всех существующихсистем автоматического управления тот же — неспособность предотвращатьвнезапныеаварии,вызванныеусталостнымразрушениемвысоконагруженных элементов приводов рабочих клетей.Поэтомунеобходимо разработать аппаратуру для мониторинга остаточного ресурсаэтих элементов.191.3.

Патентный поискРассмотрены издания Роспатента в электронной форме за последниегоды. Просмотрены рефераты патентных документов, касающихся устройствдиагностики и мониторинга технического состояния прокатных станов,способов измерения физических параметров (крутящего момента нашпинделе прокатного стана) и контроля остаточного ресурса.

Нижерассмотрено несколько отобранных патентов.Предложен датчик в виде фольги из пластичного металла однороднойструктуры. Фольга снабжена регулярно расположенными концентратораминапряжений,размерыкоторыхопределяютсятребуемойточностьюизмерений (патент 99101443, Россия, 20.10.2000).Предложен датчик-измеритель крутящего момента, содержащий,соединенные парно, укрепленные на стержне и, испытывающие напряжениясжатия-растяжения,дваупругихэлемента,ккаждомуизкоторыхподсоединены по одному преобразователю частоты в код крутящего момента(патент 2002131214, Россия, 10.05.2004).Предложен бесконтактный оптический способ измерения крутящегомомента на вращающемся валу — формировать при вращении упругого валаавтоколлимационныемарки)отизображенияоптическихисточникаотражателейтакимизлученияобразом,(излучающейчтоуказанныеизображения последовательно во времени попадают на фоточувствительнуюповерхность фотоприемного устройства (патент 2152011, Россия, 27.06.2000).Предложено устройство для бесконтактного измерения крутящегомомента вала, которое содержит торсионный вал, электропроводящие экраныс перфорированными в них окнами и корпус, внутри которого размещенкаркас катушек индуктивности с обмотками.Экраны установлены уобращенных друг к другу торцов частей контролируемого вала, соединенныхторсионным валом, причем один экран охватывает другой, окна в первомэкране выполнены в два ряда со смещением, а во втором экране окна20выполнены в один ряд, захватывающий по ширине оба ряда окон первогоэкрана (патент 98111480, Россия, 10.03.2000).Предложен магнитоупругий датчик крутящего момента, содержащийдвухсекционныйвнутреннейкольцевойполостимагнитопроводсекциямиобмоткисрасположеннымивозбужденияивосекциямиизмерительной обмотки, чувствительный элемент, выполненный в видемагнитоупругого вала и установленный с возможностью вращения, а такжерасположенную на чувствительном элементе двухсекционную обмотку.Секцииобмоткичувствительногоэлементавзаимосвязанывстречно-последовательно и выполнены в виде замкнутого электрического контура(патент 2001106256, Россия, 20.05.2003).Предложен способ изготовления гасителя крутильных колебаний игаситель крутильных колебаний.

Это изобретение относится к маховикам,состоящим из двух масс с возможностью вращения по отношению друг кдругу посредством опоры, и к тугой посадке подшипника на одну из этихмасс для создания опоры. Предлагаемое техническое решение направлено какна устранение повышенного трения между обеими маховыми массами приотрицательныхпосадочныхдопусках,такинадостижениетакихопределенных в узком поле допусков, которые обеспечивают оптимальныеусловия трения и скольжения в опоре скольжения (патент 2222732, Россия,27.01.2004).Предложен гаситель крутильных колебаний, а также винтоваянажимная пружина для гасителя крутильных колебаний. Изобретениеотносится к винтовым нажимным пружинам, применяемым в гасителяхкрутильных колебаний.

Винтовая нажимная пружина из стальной пружиннойпроволоки с множеством витков, проходящих вдоль ее длины, выполнена свозможностью сжатия при соприкосновении витков друг с другом. Винтоваяпружина между своими обоими концевыми витками имеет, по меньшей мере,два вида витков с разным наружным диаметром, а именно, с первым21большим наружным диаметром и со вторым меньшим наружным диаметром.Техническим результатом является создание гасителя крутильных колебаний,который имеет большой демпфирующий потенциал и большой срок службы,а также создание винтовых нажимных пружин с высоким потенциаломнагрузки и высокой способностью наполнения энергии (патент 2230955,Россия, 20.06.2004).Предложен способ определения остаточного ресурса конструкции, прикотором определяют параметр материала конструкции, характеризующий егопластичность.пониженнымпластическимиДля этого в конструкции выявляют зону с потенциальноресурсом,всвойстваминейвыявляютматериала,местогдесминимальнымипроводятлокальноедеформирование материала, определяя параметр пластичности материала,например, относительное удлинение, и по соотношению этого показателя кконтрольнойвеличинепластичностисудятобостаточномресурсеконструкции (патент 2000105209, Россия, 27.01.2002).Предложен способ ультразвукового контроля состояния металла,работающего в условиях ползучести, прогнозирование его остаточногоресурса и акустический блок для его осуществления.В контролируемоеизделие, работающее в условиях высокотемпературной ползучести, излучаютповерхностную ультразвуковую волну, принимают прошедшую черезизделие волну при постоянной базе между излучателем и приемником.

Поизвестным зависимостям относительного изменения скорости от плотностимикропор оценивают состояние металла и определяют остаточный ресурсизделия.Акустический блок состоит из излучающего и приемногопреобразователей поверхностных волн, соединенных между собой попредложенной авторами схеме (патент 2177612, Россия, 27.12.2001).221.4. Выводы по главе1. Усталостное разрушение вызывает более 80% всех внезапныхполомок деталей, поэтому задача предотвращения усталостного разрушенияактуальна для привода клети прокатного стана.2. Расчет усталостной долговечности детали может быть выполнен приусловии, что известен блок нагружения.Но построение самого блоканагружения при различных режимах эксплуатации прокатного стана с учетомвсего сортамента — сложная задача.

Предпочтительным методом решенияэтой задачи является экспериментальный метод, который неприемлем настадии проектирования оборудования. Поэтому на стадии проектированиянеобходима методика оценки циклической нагруженности деталей приводаклети прокатного стана путем математического моделирования.3. Большинство прокатных станов относится к классу уникальныхмашин,которыеизготовляютсяпоиндивидуальнымпроектам,чтопрепятствует накоплению статистической информации о долговечности ихдеталей, поэтому необходима новая, более точная методика расчетадолговечности этих деталей.4.

Существующие системы диагностики и мониторинга оборудованияне рассчитаны на прогноз остаточного ресурса деталей привода клетипрокатного стана.5. Большинство отечественных организаций и заводов предпочитаютприобретать дорогую зарубежную диагностическую аппаратуру, хотя вРоссии имеются как свои производители, так и теоретические разработки вобласти диагностики и прогнозирования.6. Анализ отобранных отечественных и зарубежных патентов показалпреобладание технических решений, основанных на совершенствованиивибрационных и акустических методов и средств диагностики.23ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПРИВОДОВРАБОЧИХ КЛЕТЕЙ ПРИ НЕАВТОМОДЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХНАКОПЛЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙОсновным технологическим инструментом любого прокатного станаявляются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочейклети.Машины и механизмы, предназначенные для вращения валков, атакже для восприятия возникающих при пластической деформации металлаусилий и крутящих моментов, составляют привод клети прокатного стана.Привод клети автоматстана 220 ПНТЗ включает: электродвигатель сротором (1) и выходным валом (2); моторную (3) и коренную (8) муфты;маховики (4,6); одноступенчатый редуктор с вал-шестерней (5) и зубчатымколесом (7); трансмиссионный вал (9); предохранительный шпиндель (11) смуфтами (10,12); шестеренную клеть с шестеренными валками (13);трефовые шпиндели (15) с муфтами (14,16); рабочую клеть с валками (17)(рис.2.1, а).Индивидуальный привод клети трехвалкового стана ЭЗТМ-80 состоитиз электродвигателя c ротором (1) и выходным валом (2); моторной (3) икоренной (8) муфт;двухступенчатого редуктора с шестернями (4,6) изубчатыми колесами (5,7); трансмиссионного вала (9); карданного шпинделя(11) с шарнирами Гука (10,12); рабочей клети с валками (13) (рис.2.1, б).Привод клети 350 сортового стана включает: электродвигатель сротором (1) и выходным валом (2); трансмиссионный вал (4) с муфтами(3,5); редуктор-шестеренную клеть с вал-шестернями (6,7,8,9); зубчатыешпиндели (11) с муфтами (10,12); рабочую клеть с валками (13) (рис.2.1, в) .Привод клети стана ДУО-140 имеет: электродвигатель с ротором (1) ивыходным валом (2); моторную (3) и коренную (8) муфты; двухступенчатыйредуктор с шестернями (4,6) и зубчатыми колесами (5,7);шестереннуюклеть с шестеренными валками (9); универсальные шпиндели (11) с муфтами(10,12); рабочую клеть с валками (13) (рис.2.1, г).24а)б)в)г)Рис.2.1.

Кинематические схемы приводов клетей25Привод клети любого прокатного стана представляет собой сложнуюсистему, общая долговечность которой определяется долговечностямиотдельных ее элементов с учетом их взаимодействия. Обобщение опытаконструирования и эксплуатации прокатных машин позволило составитьперечень основных первичных отказов их элементов.

Так корпусные деталиобычно не отказывают или отказывают только по износу подвижныхсоединений, например, направляющих. Зубчатые колеса, нормализованные иулучшенные, отказывают по контактной прочности, а закаленные — поизгибной и контактной прочности. Перечень отказов элементов прокатныхстанов дополняется возможными отказами в системах управления и такимиспецифическими отказами, как пробой изоляции электродвигателя.У привода клети прокатного стана каждого типа существуетограниченное число «лимитирующих» деталей, которые чаще другихвыходят из строя, что определяет материальные и трудовые затраты наремонт.На стадии проектирования нового прокатного стана «лимитирующие»детали привода клети, как правило, не известны.