Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин
Появление современных систем стационарного контроля для металлургического оборудования требует разработки новых подходов к оценке технического состояния, учитывающих нестационарность нагружения. В статье обоснован выбор комплекса диагностических параметров для контроля состояния комбинированных реду...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102532 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин / В.А. Сидоров, А.Е. Сушко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 46-50. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102532 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1025322016-06-13T03:03:28Z Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин Сидоров, В.А. Сушко, А.Е. Производственный раздел Появление современных систем стационарного контроля для металлургического оборудования требует разработки новых подходов к оценке технического состояния, учитывающих нестационарность нагружения. В статье обоснован выбор комплекса диагностических параметров для контроля состояния комбинированных редукторов сортових прокатных станов. Appearance of modern systems of stationary control for metallurgical equipment requires development of new approaches to assessment of the technical condition, allowing for the non-stationary nature of loading. The paper substantiates selection of a set of diagnostic parameters for monitoring the condition of combined reducers of section mills. 2010 Article Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин / В.А. Сидоров, А.Е. Сушко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 46-50. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102532 669.02/09 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Сидоров, В.А. Сушко, А.Е. Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Появление современных систем стационарного контроля для металлургического оборудования требует разработки новых подходов к оценке технического состояния, учитывающих нестационарность нагружения. В статье обоснован выбор комплекса диагностических параметров для контроля состояния комбинированных редукторов сортових прокатных станов. |
| format |
Article |
| author |
Сидоров, В.А. Сушко, А.Е. |
| author_facet |
Сидоров, В.А. Сушко, А.Е. |
| author_sort |
Сидоров, В.А. |
| title |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| title_short |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| title_full |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| title_fullStr |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| title_full_unstemmed |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| title_sort |
выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102532 |
| citation_txt |
Выбор диагностических параметров стационарных систем контроля технического состояния металлургических машин / В.А. Сидоров, А.Е. Сушко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 4. — С. 46-50. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT sidorovva vybordiagnostičeskihparametrovstacionarnyhsistemkontrolâtehničeskogosostoâniâmetallurgičeskihmašin AT suškoae vybordiagnostičeskihparametrovstacionarnyhsistemkontrolâtehničeskogosostoâniâmetallurgičeskihmašin |
| first_indexed |
2025-07-07T12:27:48Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:27:48Z |
| _version_ |
1836991139320692736 |
| fulltext |
УДК 669.02/09
ВЫБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
В. А. СИДОРОВ, А. Е. СУШКО
Появление современных систем стационарного контроля для металлургического оборудования требует разработки
новых подходов к оценке технического состояния, учитывающих нестационарность нагружения. В статье обоснован
выбор комплекса диагностических параметров для контроля состояния комбинированных редукторов сортовых
прокатных станов.
Appearance of modern systems of stationary control for metallurgical equipment requires development of new approaches
to assessment of the technical condition, allowing for the non-stationary nature of loading. The paper substantiates selection
of a set of diagnostic parameters for monitoring the condition of combined reducers of section mills.
Современный сортовой прокатный стан включает
от 15 до 30 клетей, имеющих индивидуальный или
групповой привод. Мощность привода прокатной
клети 300…1000 кВт, частота вращения входного
вала 300…1000 об/мин, частота вращения выход-
ных валов 10…1000 об/мин, а для чистовых блоков
мелкосортовых станов может составлять
1000…10000 об/мин. Часто используется схема
привода с комбинированным редуктором, совмеща-
ющим функции редуктора и шестеренной клети.
Конструкция комбинированных редукторов ограни-
чивает доступ к некоторым узлам механизма (рис. 1)
для определения их технического состояния.
Высокая степень автоматизации, насыщен-
ность механическим оборудованием требует из-
менения подходов к обеспечению эксплуатацион-
ной надежности данного оборудования. Требова-
ние необходимости безотказной работы комплек-
са металлургических машин в данном случае не
может быть решено традиционными методами пе-
риодических осмотров и диагностирования. Не-
обходимо использование стационарных систем
диагностирования с использованием комплекса
диагностических параметров. Оценка техническо-
го состояния металлургического оборудования,
работающего при неопределенном нестационар-
ном нагружении, не может проводиться методами,
которые используются для роторных машин, ра-
ботающих в длительном режиме.
Особенности диагностирования и проявлений
технического состояния механического оборудо-
вания металлургических предприятий рассматри-
вали в работах [1–4]. Появление современных сис-
тем стационарного контроля для металлургичес-
кого оборудования требует разработки новых под-
ходов к оценке технического состояния.
В работе рассмотрен вопрос выбора диагнос-
тических параметров для стационарных систем
контроля механического оборудования, в частнос-
ти, комбинированных редукторов сортовых про-
катных станов.
Необходимость постоянного контроля обору-
дования прокатных станов обосновывается ско-
ростью развития повреждения при наиболее неб-
лагоприятном стечении обстоятельств — ошибок
эксплуатации и приложении внештатных техно-
логических нагрузок.
Относительно металлургических машин ско-
рость развития повреждений не может быть оп-
ределена путем проведения активного экспери-
мента на действующем оборудовании или модели.
Математическое моделирование неисправных
состояний также не может быть использовано из-
за отсутствия исходных данных, необходимых для
расчетных моделей. Это предполагает рассмотре-
ние любой внештатной ситуации как пассивного
эксперимента с последующим анализом зафикси-
рованных данных.
Прекращение подачи смазочного материала к
узлам комбинированного редуктора привода вер-
тикальных валков прокатной клети среднесорто-
© В. А. Сидоров, А. Е. Сушко, 2010
Рис. 1. Общий вид привода прокатной клети с комбинирован-
ным редуктором
46 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
вого стана привело к внеплановой остановке ста-
на. По результатам анализа токовых и частотных
графиков развития повреждений отмечены два пе-
риода: период устойчивой работы в течение часа
(рис. 2, а) и период развития повреждения (рис.
2, б). Реализация первого периода стала возможной
из-за наличия масляной пленки на поверхности кон-
тактирующих деталей. Развитие повреждения про-
исходило быстро, в течение трех минут и привело
к повреждению зубьев конической передачи из-за
смещения валов при износе подшипников.
Инициирующим событием в данном случае пос-
лужило увеличение частоты вращения приводного
двигателя на 7,5 об/мин. Это подтверждает необ-
ходимость использования для описания развития
повреждения теории катастроф (марковских про-
цессов). Плавное изменение параметров системы
(отработка существующей на контактирующих по-
верхностях масляной пленки) приводит к скачко-
образному изменению физических процессов в зоне
контакта. В данном случае переход от граничного
трения (μ = 0,01) к сухому трению (μ = 0,1).
Инициирующее событие (повышение частоты
вращения на 7,5 об/мин) к такому эффекту при-
вести не могло.
Наличие режима холостого хода связано с па-
узами по 5 с между прокаткой слитков. После-
довательное увеличение тока холостого хода в 1,3,
а затем в 2 раза стало первым признаком пов-
реждения. Токовая нагрузка рабочего хода и раз-
мах частоты вращения начали изменяться на 1мин
позже. Следует выделить две стадии в развитии
повреждения: увеличение размаха частоты враще-
ния двигателя от 1,0 до 3,9 об/мин (ток холостого
хода при этом увеличился с 3,7 до 12,5 %); ста-
билизация размаха частоты вращения на уровне
3,3 об/мин (ток холостого хода при этом продол-
жает увеличиваться до 19,6 %).
Предполагая исходное состояние удовлетвори-
тельным, имеем два перехода в техническом сос-
тоянии — сначала к плохому, а затем к аварий-
ному состоянию. Ток рабочего хода увеличивался
на значение холостого хода. Исходя из приведен-
ных данных, можно сделать следующий выбор ди-
агностических параметров: ток холостого хода —
определяет техническое состояние механического
оборудования; размах частоты вращения — из-
менение или стабилизация данного параметра оп-
ределяет границы технического состояния; мож-
но высказать предположение об изменении тех-
нического состояния при увеличении значений то-
ка холостого хода и размаха частоты вращения в
2,6 раза — аналогично различию, принятому в
стандартах, регламентирующих значения вибра-
ционных параметров.
Решение поставленной диагностической зада-
чи следует продолжить изучением свойств объек-
та контроля — механической системы металлур-
гической машины. Как для любой механической
системы в качестве диагностических параметров
можно использовать [5]:
– анализ шума: акустического и механических
колебаний;
– анализ параметров вибрации;
– анализ параметров температуры;
– результаты визуального осмотра.
Учитывая субъективность принятия решений
при визуальном осмотре и анализе шумов меха-
низма и необходимость постоянного контроля за
изменением технического состояния, для стацио-
нарной системы следует принять параметры виб-
рации и температуры.
Параметры температуры, подлежащие контро-
лю: температура в локальных контрольных точ-
ках; скорость изменения температуры в контроль-
ных точках; изменение разности температуры на
входе и выходе системы смазывания редуктора
привода прокатной клети.
Необходимость использования дополнительного
диагностического параметра (температуры) при
Рис. 2. Изменение токовых параметров и частоты вращения при номинальном режиме (а) и при развитии повреждения (б)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010 47
контроле механической системы объясняется на-
личием повреждений, снижающих значения пара-
метров вибрации при своем развитии. Например,
проворачивание наружного кольца подшипника в
корпусе, уменьшение зазоров в подшипнике.
Основной источник информации о внутреннем
состоянии механического оборудования — меха-
нические колебания. Диагностическая модель мо-
жет быть представлена одномассовой расчетной
моделью (рис. 3) с параметрами: масса m, жест-
кость C, коэффициент демпфирования h. Колеба-
ния массы m возможны при воздействии силы F,
переменной относительно направления колебаний.
Параметры колебательного процесса определя-
ются уравнением [6]:
mx
..
+ hx
.
+ Сx = F.
На основании приведенного выше уравнения
проведен анализ возможных изменений в колеба-
тельном процессе при возникновении поврежде-
ний в механической системе: параметры колеба-
ний могут измениться при изменении приложен-
ной силы, массы, жесткости и коэффициента дем-
пфирования; изменение приложенной силы при-
ведет к изменению токовой нагрузки на двигатель,
что должно быть зафиксировано; значительное из-
менение массы при износе для металлургических
машин недопустимо, поэтому полагаем массу m—
— величиной, имеющей постоянное значение; из-
менение жесткости C одновременно приведет к
изменению коэффициента демпфирования h. Это
может произойти как постепенно, при ослаблении
резьбовых соединений, ослаблении посадки эле-
ментов, так и внезапно, при возникновении тре-
щин в корпусных деталях; изменение техничес-
кого состояния приведет к изменению комплекса
параметров вибрации механизма.
Традиционное решение контроля вибрацион-
ных параметров механизмов роторного типа, ра-
ботающих в длительном режиме при постоянных
нагрузках, заключается в наблюдении за посто-
янством вибрационных параметров. Механичес-
кое оборудование прокатных станов работает в
нестационарных скоростных режимах и при не-
постоянной силовой нагрузке, обусловленной раз-
личием в технологическом режиме нагрева и про-
катки. Поэтому принципы контроля технического
состояния металлургических машин должны от-
личаться наблюдением за изменением скорости
нарастания параметров.
Следовательно, диагностическая система пос-
тоянного контроля должна быть ориентирована на
возможность предупреждения быстроразвиваю-
щихся повреждений и позволять диагностировать
развитие повреждений. Для этого необходим кон-
троль минимум двух параметров: виброскорости
и виброускорения. Необходимо зафиксировать
внешние воздействия на механическую систему:
частоты вращения двигателя — определяющий
скоростной режим работы; ток рабочего хода —
для определения степени перегрузки механизма.
Параметры вибрации, подлежащие контролю:
виброскорость, среднеквадратичное значение в час-
тотном диапазоне 2…500 Гц — для контроля
энергии вибрации; виброускорение, пиковое и сред-
неквадратичные значения в частотном диапазоне
10…5000 Гц — для контроля развития повреждений;
спектральная и временная форма вибрационных сиг-
налов — для распознавания неисправностей.
Частотные диапазоны должны быть согласо-
ваны с информативными частотами возможных
повреждений.
Распознавание неисправностей с использова-
нием спектрального анализа затрудняется неод-
нозначностью проявления неисправностей при
различных частотах вращения и при различной
нагрузке. Изменение нагрузки на двигатель также
изменяет вид спектрограммы. Стационарная сис-
тема, работая в режиме накопления информации
(обучения), может определить зависимости между
входными воздействиями и выходными реакция-
ми, что необходимо предусмотреть в алгоритме
функционирования.
Нелинейные зависимости, наличие зон неста-
бильности и стабилизации позволяет утверждать,
что в механическом оборудовании наряду с де-
терминированными процессами присутствуют и
стохастические. Стабильность вероятностных ха-
рактеристик последних определяется техничес-
ким состоянием системы. Амплитуда составляю-
щих виброскорости и стабильность значений виб-
роускорения могут быть связаны с изменением
скоростного режима или технического состояния
комбинированного редуктора. Решение данной
задачи заключается в определении неизменнос-
ти вибрационных параметров при снижении час-
тоты вращения.
Рис. 3. Одномассовая расчетная модель для изучения механи-
ческих колебаний
48 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
Практически исправный механизм будет иметь
минимальный уровень вибрации с минимальными
случайными отклонениями отдельных параметров.
Ухудшение состояния приводит к увеличению ве-
роятностных характеристик случайных отклонений
— происходит накопление малых повреждений и
выбор дальнейшего развития повреждения. Когда
выбор сделан, возрастают значения детерминиро-
ванных процессов и уменьшаются изменения слу-
чайных отклонений. Закономерности развития пов-
реждений, имея общее проявление, различными для
каждого механизма, что усложняет задачу распоз-
навания технического состояния.
Решение может быть получено при разделении
задачи контроля технического состояния и диагнос-
тирования вида повреждения. В этом случае может
быть использован анализ временной реализации
вибрационного сигнала (рис. 4). Сравнительный
анализ изменения состояния редуктора привода
прокатной клети проведен по выборкам вибрацион-
ного сигнала в двух контрольных точках при работе
в режиме холостого хода (рис. 5) и режиме ра-
бочего хода, зафиксированных с периодом 1 ме-
сяц. Каждая реализация содержит 32000 значений
в коротком временном интервале. Определены за-
кономерности распределения количества реализа-
ций относительно диапазонов измерений.
Отражение изменения в техническом состо-
янии связано с изменением или стабильностью
размаха колебаний и с изменением положения
максимального количества реализаций относи-
тельно диапазона значений.
В приведенном примере произошло смещение
положения максимального количества реализаций
от диапазона 40…50 % в диапазон 50…60 %. Сог-
ласно предположениям, приведенным в работе
[7], это свидетельствует об ухудшении техничес-
кого состояния.
При работе в переходном режиме разгона, ос-
тановки эффективно использование комбиниро-
ванных зависимостей внешних воздействий и ре-
акций системы. Например, использовать в качес-
тве параметров характеристики электродвигателя:
ток якоря и частоту вращения, в качестве функции
отклика — виброускорение корпуса шестеренной
клети во время прокатки металла (рис. 6). Анализ
Рис. 4. Пример временной реализации вибрационного сигна-
ла
Рис. 5. Распределение количества реализаций по диапазонам
измерения по контрольной точке A в режиме холостого хода
19.07.09.7:00 (а) (6,06 — максимум; –7,86 — минимум; 13,92
— размах) и 29.08.09.10:18 (б) (–6,94 — максимум; –14,14 —
—минимум; 7,2 — размах)
Рис. 6. Временные реализации сигнала виброускорения вто-
рого прохода (а); тока якоря (б); частоты вращения ротора (в)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010 49
полученных данных указывает на значительные
изменения нагрузки привода и скорости (так, наг-
рузка в течение первого прохода дважды имеет
отрицательное значение). Этим и характеризуется
любой переходный процесс, независимо от при-
чины возникновения (пробуксовка валков, откло-
нения в технологии прокатки). Изменения токо-
вых характеристик приводят к изменению меха-
нических колебаний в функции, связанной с тех-
ническим состоянием системы.
Построенные диаграммы рассеяния (рис. 7)
между такими текущими значениями параметров,
как виброускорение, частота вращения и токовые
характеристики в едином временном масштабе
позволяют предположить наличие между вибро-
ускорением и частотой вращения связь, близкую
к линейной, с рассеянием относительно центра.
Между значениями виброускорения и тока одноз-
начная связь отсутствует, что согласуется с вы-
водами работы [8].
Предлагаемый перечень диагностических па-
раметров включает внешние воздействия и ре-
акции системы: частоту вращения двигателя; то-
ковую нагрузку двигателя; параметры вибрации
— виброскорость и виброускорение; параметры
температуры.
Эффективным дополнением может быть стаци-
онарная или переносная аппаратура для визуального
осмотра внутренних элементов механизма, позво-
ляющая выполнить уточнение характера повреж-
дений во время текущих ремонтов и профилактик,
подтвердив правильность поставленного диагноза.
Эффективность функционирования системы опре-
де- ляется степенью использования информации
о техническом состоянии. Сообщения о текущем
состоянии должны стать постоянной информацией
для эксплуатационного персонала.
Выводы
В работе стационарной диагностической системы
необходимо выделить два уровня задач: задачи
контроля, решаемые введением пороговых значе-
ний, и задачи диагностирования, решаемые опре-
делением диагностических признаков возможных
ремонтных воздействий. Необходимым является
использование комплексных показателей и набора
диагностических правил для распознавания изме-
нения технического состояния.
Дальнейшие исследования позволят сформиро-
вать алгоритм распознавания технического состоя-
ния механического оборудования металлургических
предприятий на основе адаптируемых подходов,
учитывающих многообразие возможных проявле-
ний.
1. Сидоров В. А., Ошовская Е. В. Особенности проявления
и выявления поломок металлургических машин / Захист
металургійних машин від поломок. — Маріуполь, 2000.
— Вып. 5. — С. 14–19.
2. Диагностирование механического оборудования метал-
лургических предприятий / В. Я. Седуш, В. М. Кравчен-
ко, В. А. Сидоров, Е. В. Ошовская. — Донецк: ООО
«Юго-Восток, Лтд», 2004. — 100 с.
3. Сушко А. Е., Демин М. А. Вибродиагностика в системах
технического обслуживания по фактическому состоя-
нию оборудования металлургических производств. —
Вибрация машин: измерение, снижение, защита. —
2005. — № 1. — С. 6–9.
4. Радчик И. И., Рябков В. М, Сушко А. Е. Комплексный
подход к вопросам надежности работы основного и
вспомогательного оборудования современного метал-
лургического производства // Оборудование. Техничес-
кий альманах. — 2006. — № 1. — С. 24–28.
5. Кравченко В. М., Сидоров В. А., Седуш В. Я. Техничес-
кое диагностирование механического оборудования. —
Уч. пособие. — Донецк: ООО «ЮгоВосток, Лтд», 2009.
— 459 с.
6. Иориш Ю. И. Виброметрия. Измерение вибрации и уда-
ров. Общая теория, методы и приборы. — М.: Машгиз,
1963. — 771 с.
7. Барков А. В., Баркова Н. А., Азовцев А. Ю. Мониторинг и
диагностика роторных машин по вибрации. — С.-Пб.:
Изд. центр С.-Пб.ГМТУ, 2000. — 169 с.
8. Явленский А. К., Явленский К. Н. Теория динамики и ди-
агностики систем трения качения. — Л.: Изд-во Ленин-
гр. ун-та, 1984. — 184 с.
Донецкий нац. техн. ун-т,
ООО «ДИАМЕХ 2000», Москва, РФ
Поступила в редакцию
30.01.2010
Рис. 7. Диаграммы рассеяния, построенные по координатам:
виброускорение — частота вращения (а); виброускорение —
ток (б)
50 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2010
|