Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана

Целью исследования являлись разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки широкого марочного состава, исследование и оптимизация режимов работы современного оборудования, установление и использование его резервов. Представлены результаты исследований нагруженности линий пр...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Большаков, В.И., Юнаков, А.М., Евтеев, Е.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2009
Schriftenreihe:	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Schlagworte:	Металлургическое машиноведение
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63075
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:	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана / В.И. Большаков, А.М. Юнаков, Е.А. Евтеев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 325-345. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-63075
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-630752014-05-30T03:01:51Z Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Евтеев, Е.А. Металлургическое машиноведение Целью исследования являлись разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки широкого марочного состава, исследование и оптимизация режимов работы современного оборудования, установление и использование его резервов. Представлены результаты исследований нагруженности линий приводов оборудования, в том числе динамических и вибрационных процессов. Показано, что использование результатов данного исследования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана позволило обеспечить выпуск конкурентоспособной продукции. Метою дослідження є розробка і освоєння технології виробництва високоякісної катанки широкого марочного складу, дослідження та оптимізація режимів роботи сучасного устаткування, встановлення і використання його резервів. Представлено результати дослідження ліній приводів устаткування, зокрема динамічних і вібраційних процесів. Показано, що використання результатів даного дослідження при освоєнні, експлуатації і розвитку дротяного стану дозволило забезпечити випуск конкурентоздатної продукції. The purposes of the research were development and mastering of the production technology of high-quality wire rod of wide grade composition, research and optimisation of operating modes of the modern equipment, the establishment and use of its reserves. Research results of drive loading lines of the equipment, including dynamic and vibrating processes are presented. It is shown, that usage of the results of the given research during mastering, operation and development of the wire stand has allowed to provide release of the competitive production. 2009 Article Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана / В.И. Большаков, А.М. Юнаков, Е.А. Евтеев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 325-345. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63075 621.771.25.06:004.002.5.001.5 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение
spellingShingle	Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Евтеев, Е.А. Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
description	Целью исследования являлись разработка и освоение технологии производства высококачественной катанки широкого марочного состава, исследование и оптимизация режимов работы современного оборудования, установление и использование его резервов. Представлены результаты исследований нагруженности линий приводов оборудования, в том числе динамических и вибрационных процессов. Показано, что использование результатов данного исследования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана позволило обеспечить выпуск конкурентоспособной продукции.
format	Article
author	Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Евтеев, Е.А.
author_facet	Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Евтеев, Е.А.
author_sort	Большаков, В.И.
title	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
title_short	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
title_full	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
title_fullStr	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
title_full_unstemmed	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
title_sort	исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Металлургическое машиноведение
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63075
citation_txt	Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана / В.И. Большаков, А.М. Юнаков, Е.А. Евтеев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 325-345. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
work_keys_str_mv	AT bolʹšakovvi issledovaniânagružennostioborudovaniâpriosvoeniiékspluataciiirazvitiiprovoločnogostana AT ûnakovam issledovaniânagružennostioborudovaniâpriosvoeniiékspluataciiirazvitiiprovoločnogostana AT evteevea issledovaniânagružennostioborudovaniâpriosvoeniiékspluataciiirazvitiiprovoločnogostana
first_indexed	2025-07-05T13:56:18Z
last_indexed	2025-07-05T13:56:18Z
_version_	1836815513026560000
fulltext	325 УДК 621.771.25.06:004.002.5.001.5 В.И.Большаков, А.М.Юнаков, Е.А.Евтеев ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ОСВОЕНИИ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗВИТИИ ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА Институт черной металлургии НАН Украины Белорецкий металлургический комбинат Целью исследования являлись разработка и освоение технологии производст- ва высококачественной катанки широкого марочного состава, исследование и оп- тимизация режимов работы современного оборудования, установление и исполь- зование его резервов. Представлены результаты исследований нагруженности линий приводов оборудования, в том числе динамических и вибрационных про- цессов. Показано, что использование результатов данного исследования при ос- воении, эксплуатации и развитии проволочного стана позволило обеспечить вы- пуск конкурентоспособной продукции. проволочный стан, оборудование, катанка, режимы работы оборудова- ния, динамические и вибрационные процессы, выпуск конкурентоспособ- ность продукции Современное состояние вопроса. Освоение современных высоко- скоростных проволочных станов на сегодняшней территории СНГ нача- лось вводом в эксплуатацию стана 150 на Белорецком металлургическом комбинате (БМК). По конструкции, составу и компоновке оборудования, определяющего технологические возможности, это принципиально новый стан, не имевший аналогов. Нагрев исходной заготовки 200 мм длиной до 7 м осуществляется в нагревательной печи с шагающим подом. Собст- венно стан состоит из однониточной обжимной шестиклетевой группы, в линии которой установлены две термофрезерные машины, горизонталь- ная (ГТФМ) и вертикальная (ВТФМ). За этой группой – проходная роли- ковая подогревательная печь. Далее следует двухниточная черновая груп- па из 5 клетей и две, первая и вторая промежуточные группы, каждая из шести клетей. За второй промежуточной группой технологическая линия разделяется на две чистовые группы, выполненные в виде десятиклетевых прокатных блоков. Последеформационное охлаждение катанки осуществ- ляется в линиях, реализующих Стелмор процесс. Отечественная металлургия не имела опыта эксплуатации аналогич- ных станов. В этой связи для успешного освоения стана Институту черной металлургии (ИЧМ) Минчермет поручил разработать и освоить техноло- гию производства высококачественной катанки широкого марочного со- става, исследовать и оптимизировать режимы работы оборудования, уста- новить и использовать его резервы. Результаты промышленных, лабора- торных и теоретических исследований, этапов разработки и реализации технологии, включающей ряд приоритетных технических решений, вы- 326 полненных в процессе освоения стана 150 БМК, представлены в много- численных публикациях, основными из которых являются работы [1–6]. Целью данного исследования являлись разработка и освоение тех- нологии производства высококачественной катанки широкого марочного состава, исследование и оптимизация режимов работы современного обо- рудования, установление и использование его резервов. Постановка задачи. При вводе в эксплуатацию принципиально ново- го оборудования, когда неизвестны его динамические характеристики и нагруженность, для оптимизации деформационно–скоростных и темпера- турных режимов прокатки, оценки возможности реализации форсирован- ных режимов и ресурсосберегающих технологий весьма важно установ- ление действительных нагрузок в главных линиях стана. В работах [1–6] результаты исследований динамических и статических нагрузок приведе- ны фрагментально. Это обусловлено тем, что на базе этих исследований предполагалось развитие на контрактной основе сотрудничества со СКЭТ – комбинатом, поставлявшим в СЭВ комплектные проволочные и мелко- сортно–проволочные станы. Изложение основных материалов исследования. В настоящей ра- боте представлены результаты исследований нагруженности оборудова- ния, которые использовались для оценки возможности форсирования и оптимизации работы оборудования новой конструкции стана при его экс- плуатации и модернизации. Технология производства катанки рядовых (низкоуглеродистых и канатных) сталей из заготовок с пониженным теплосодержанием [4] явля- ется одной из высокоэффективных технологий, разработанных и внедрен- ных на стане 150 БМК. На базе аналитических расчетов показана возмож- ность понизить температуру нагрева заготовок указанных марок сталей в целях экономии энергии. Промышленная реализация этой технологии осуществлена на основании предварительной опытно–промышленной прокатки партий металла объемом более 5 тыс. тонн и анализа работы стана в течение 6 месяцев с пониженными на 100–1500С температурами нагрева заготовок при производстве 130 тыс. тонн катанки. Сопоставимые объемы металла нагревались также по существующему режиму. Для сравнительного анализа нагрузок в главных линиях при сущест- вующей и пониженной температурах нагрева заготовок оценивали стати- ческие нагрузки по изменению параметров приводов клетей стана (токов якорных цепей, напряжений питания и частот вращения якорей). По этим параметрам определяли величины крутящих моментов на валах двигате- лей и на тихоходных валах редукторов и мощностей, затрачиваемых на прокатку. При прокатке с пониженной температурой среднеарифметиче- ские величины токов якорных цепей приводов обжимной группы увели- чились в 1,15 (клеть № 1) – 1,6 раза, черновой группы – в 1,25–1,4 раза, I промежуточной – в 1,05–1,28 раза, II– в 1,03–1,13 раза. Отношение вели- чин максимальных (Imax) и номинальных (Iном ) токов приводов клетей 1– 327 21 при прокатке по низкотемпературному режиму катанки из наиболее труднодеформируемой марки стали этой группы (сталь 85) определяется неравенством 3,0 ном max75,0 ≥≥ I I (для клетей 7–21 величина тока при про- катке в две нитки). Загрузка приводов клетей 1–21 по мощности при про- катке катанки из этой стали лежит в интервале 22–75%. Максимальные величины крутящих моментов на валах приводов и приведенные к прокатным валкам для клетей 1–21 значительно меньше величин, допускаемых по проекту на соответствующие элементы привод- ных линий. Так, например, величины моментов в линиях клетей 1–4, при- веденные к валкам, не превышают 220 кНм при допускаемых для шпин- делей и редукторов этих клетей соответственно 450–330–450–280 кНм. Элементы линий остальных клетей стана имеют резерв от 30 до 50%. Ис- ключение составляет линия клети № 8, величина максимального момента в которой превышает на 5% величину момента допускаемого на шпиндель и редуктор. С учетом того, что линии клетей 7,8,9,10 равнопрочны и ве- личины нагрузок в линиях клетей 7,9,10 значительно ниже допускаемых было предложено скорректировать калибровку и режим настройки клетей черновой группы с целью перераспределения технологических нагрузок в указанных клетях. Анализ динамических нагрузок в этот период не про- изводили, т.к. одним из условий реализации новой технологии являлось понижение температуры до уровня, при котором сопротивление деформа- ции указанных сталей не превысит сопротивление деформации трудноде- формируемых сталей сортамента стана. Таким образом, нет оснований предполагать изменение характера переходных процессов и, следователь- но, динамической реакции линии привода при захвате. При низкотемпературном нагреве температура подката перед блоком снижается на 30–400С, что привело к увеличению нагрузок в блоке на 4– 7% в режиме максимальной загрузки блока – при прокатке катанки ∅ 6,5 мм из 10 клети. Однако эти нагрузки не превышают максимальные вели- чины, на основании которых определены конструктивные параметры обо- рудования при проектировании. Как отмечено в работе [4] на базе результатов комплексного анализа (нагрузок, стойкости технологического инструмента, качества проката и энергетических затрат на нагрев и прокатку и др.) на стане внедрена ре- сурсосберегающая технология, при которой увеличение расхода электро- энергии при прокатке, связанное с более низкой температурой металла, полностью компенсируется экономией тепловой энергии с положитель- ным балансом до 7–10%. Аналогичные исследования нагрузок в линиях клетей обжимной группы стана проведены при разработке и промышлен- ном внедрении технологии, основанной на способе прокатки коррозион- ностойких сталей мартенситно–ферритного класса [7], обеспечивающем формирование требуемых структуры и свойств катанки за счет создания 328 условий деформации пластического металла в твердой (направленное подстуживание поверхности) оболочке. Сопоставлением действительных нагрузок с допускаемыми величинами определялись граничные условия охлаждения заготовок перед прокаткой. Специальный анализ нагрузок в главных линиях обжимной группы был проведен также при освоении производства катанки нержавеющих и подшипниковых сталей. Установлено, что во избежание перегрузок кле- тей 2, 3 и 5 необходимо обеспечить температуру металла после 2–й клети для нержавеющих сталей в интервале 1120–11700С и не допускать задер- жек заготовок перед станом более 30 с. Совершенствование технологии зачистки металла, режимов ра- боты машин и их технического обслуживания. При работе термофре- зерных машин (ТФМ), установленных в линии обжимной группы стана, возникают повышенные вибрации, имеют место поломки (разрушения) узлов линий приводов. Тенденция расширения марочного сортамента ста- на с увеличением объемов катанки специальных высоколегированных сталей требовала повышения эксплуатационных характеристик машин, обоснованного выбора рациональных режимов зачистки. С этой целью проведены исследования влияния качества исходных заготовок и режимов зачистки на ТФМ на качество катанки, исследование динамических на- грузок в главных линиях машин, анализ их конструкций и разработка комплекса рекомендаций по совершенствованию технологии зачистки металла, режимов работы машин и их технического обслуживания. Иссле- дования и оптимизация технологии, включая температурно– деформационные режимы прокатки, глубина зачистки заготовок на ТФМ, режимы последеформа- ционного охлаждения катанки, анализ качества проката и др. выполнены на стане 150 БМК под руководством к.т.н. А.А. Горбанева. Главные линии ТФМ отличает простота конструкции. Момент двига- теля рабочим органам – режущим головкам передается посредством типо- вых узлов и механизмов – цилиндрической (для горизонтальной машины), коническо–цилиндрических (для вертикальной) зубчатых передач, шпин- делей с шарнирами Кардано, зубчатых муфт. Режущие головки выполне- ны двухраздельными и состоят из цилиндрического корпуса с ножами для фрезеровки боковых поверхностей заготовки и кромочной фрезы с ножа- ми для обработки противоположных диагонально расположенных кромок заготовки. Привод головок индивидуальный, двигателями постоянного тока с регулируемым в широком диапазоне числом оборотов. Защита главных двигателей и элементов линий привода режущих головок по мак- симальному моменту (Мmax=10000Нм) осуществляется контролем тока посредством амперметра с контактным устройством. Результаты исследования. Исследованиями с измерением крутящих моментов на шпинделях и моторных валах ТФМ посредством бескон- тактных измерителей, электрических параметров и частоты вращения якорей двигателей установлено: 329 – процесс фрезерования сопровождается незатухающими колебания- ми моментов сил упругости приводных линий машин. Циклическое изме- нение момента сил упругости (рис.1,а) симметрично относительно опре- деленного уровня напряженного состояния линии привода, определяемого суммой моментов – момента сил технологического сопротивления (реза- ния) и сил трения в линии привода машины. – виды осциллограмм изменения моментов на шпинделях и моторных валах ГТФМ и ВТФМ идентичны. – величина статического момента увеличивается с увеличением глу- бины фрезерования, но даже при максимальной (по паспорту машин) толщине снимаемого слоя металла δ = 3 мм не превышает 50% момента, соответствующего уставке токовой защиты привода. Максимальные ве- личины амплитуд циклических колебаний не превышают 80% этой вели- чины. – мгновенные (1,2 пика) значения динамического момента при зачи- стке переднего конца полосы достигают при глубине зачистки 1, 2 и 3 мм соответственно 11000, 14500 и 19000 Нм. а б Рис.1. Характерный вид осциллограмм изменения момента сил упругости линии ТФМ (а) и проявление собственной частоты нижнего тона при форсированном разгоне привода ГТФМ (б). Несмотря на превышение момента защиты, ее срабатывания не происхо- дят. Электрическая защита линии привода по току эффективно предохраняет двигатель от статических нагрузок, превышающих 10000 Нм, однако в силу инерционности не является защитой механических элементов приводных ли- ний от действия динамических нагрузок. Пиковые динамические нагрузки при фрезеровке переднего конца раската в сочетании с циклическими незатухаю- щими колебаниями нагрузки, действующими в течение всего цикла зачистки, приводят к накапливанию усталостных повреждений в элементах линии при- вода режущих головок. В результате этого в определенный момент времени 330 при небольших перегрузках или даже при нагрузках, меньших номинальных, происходят поломки элементов приводных линий с наименьшим резервом прочности – карданных шпинделей. В процессе промышленных исследований определены собственные частоты крутильных линий машин (при форсированном запуске двигате- лей) (рис. 1,б). Для ВТФМ и ГТФМ с безредукторным приводом они рав- ны 15 Гц, для ГТФМ с редукторным – 12,5 Гц. Значения действительных величин собственных частот определили для оценки достоверности рас- четов параметров динамических моделей машин, а также для определения резонансных зон, эксплуатация машин в которых недопустима из–за опасности резкого увеличения амплитуд моментов сил упругости. С це- лью оценки влияния режимных и конструктивных параметров машин на уровень динамической реакции их приводов проведен анализ динамиче- ских моделей ТФМ. Линии приводов представлены упругими системами с сосредоточенными массами [8]. Машин с редуктором – трехмассовой, с безредукторным приводом – двухмассовой. При моделировании установлено, что при неизменных массах узлов реальных машин уменьшение жесткости шпинделей в три раза уменьшает динамическую составляющую в 1,2 раза. Изменение масс оказывает более активное влияние – аналогичное уменьшение динамики обеспечивается увеличением момента инерции режущей головки в два раза. Установка такой головки способствует сглаживанию пиков момента в линии, т.е. она выполняет функцию маховика. На основании результатов промышленных исследований и анализа моделей ТФМ разработаны следующие рекомен- дации: – для минимизации динамических нагрузок устанавливается скорост- ной режим (вне резонансных зон) работы ВТФМ и ГТФМ без редуктора – 650…700; ГТФМ с редуктором – 600…650 об/мин. При зачистке на ТФМ высота гребня, образованного на раскате пересечением поверхностей, описанных каждой парой смежных ножей, зависит от частоты вращения режущих головок. Для частот вращения 350 и 700 об/мин для ВТФМ и ГТФМ она соответственно равна 1,2х10–3 ; 3,1х10–4 и 2,03х10–3; 5,1х10–4 мм, т.е. является весьма малой вели- чиной. Поэтому изменение частоты вращения фрез не может влиять на качество поверхности катанки. Этот вывод получен также сравнительным анализом качест- ва поверхности катанки при зачистке раската на различных скоростных режимах; – установку режущих головок в положение «реза» осуществлять в ав- томатическом режиме с пропуском переднего конца полосы. Это умень- шит уровень максимальных пиков момента, а также обеспечит экономию электроэнергии и увеличит срок службы ножей. Длина незачищаемого участка полосы определяется по массе обрези, заложенной в технологии, и поперечным размерам полосы перед зачисткой. – с учетом неэффективности защиты главных линий ТФМ по току двигателя установить механическое предохранительное устройство, на- пример, втулочно–пальцевую муфту предельного момента. 331 Рекомендации по скоростным режимам ТФМ и обоснованной техно- логами глубине фрезерования на основании анализа качества катанки при запороченности поверхности заготовки дефектами различной глубины включены в НТД. 3. Особое внимание в работах по анализу нагруженности главных ли- ний стана уделено исследованию динамики переходных процессов. Для представления качественных характеристик и при необходимости количе- ственной оценки динамических составляющих действующих нагрузок произведены измерения крутящих моментов в линиях приводов клетей в реальных условиях прокатки основного сортамента стана. Установлено, что в линиях приводов клетей 1–14 переходный процесс (захват) характе- ризуется плавным увеличением момента в линии по мере заполнения оча- га деформации, колебательный процесс не возбуждается. Здесь и далее промышленные исследования нагрузок проведены под руководством А.М.Юнакова сотрудниками ОТОСУ Бирич В.П., Лебедюк В.С., Петров В.Д., Чернышев А.А. Линии приводов клетей, начиная с 15–ой, динамически активны. При захвате металла в них возбуждается колебательный процесс, имеющий вид затухающих колебаний с собственной частотой линий. Характерным является существенное различие уровней динамики при прокатке в одну и две нитки. Коэффициенты динамичности при прокатке в одну нитку наи- большие, при прокатке в две – в 1,5…2 раза меньше. Это физически объ- ясняется следующим. Во–первых, тем, что в момент захвата раската по 2– ой нитке линия привода находится под нагрузкой, зазоры во всех узлах закрыты; во–вторых, существенно различным уровнем напряженного со- стояния линии при прокатке в 1 и 2 нитки, определяемого моментом сил технологического сопротивления, относительно которого происходят ко- лебания. Отметим, что в линии клети № 15 коэффициент динамичности при однониточной прокатке не превышает 2,0; в последующих клетях промежуточных групп величины коэффициентов динамичности изменя- ются в интервале 2,3–3,5. Исследования динамики проводились нами как для определения динамических характеристик оборудования, так и при решении конкретных задач. Исследования изменений крутящих моментов в приводных линиях клетей 2–й промежуточной группы при прокатке спецсталей проводились как с целью оценки уровня силового взаимодействия смежных прокатных клетей через металл при кинематическом рассогласовании (т.е. для опре- деления оптимальности скоростного режима из условия минимизации величины натяжения в межклетевых промежутках), так и с целью опреде- ления уровня фактических нагрузок в приводных линиях валков. При этом производился анализ величин статических нагрузок, действующих при установившемся процессе прокатки, и динамических, возникающих в линии привода в переходный период, при захвате. 332 На рис.2 представлены характерные осциллограммы изменения кру- тящих моментов (М) на валах приводов 18…21 клетей при заполнении группы клетей металлом, т.е. при захвате в 18–й и последующих клетях. Индекс при М соответствует номеру клети. Как видно из осциллограмм, в линиях приводов при захвате возникают интенсивные колебательные процессы. Коэффициенты динамичности, характеризующие отношение максимального пика момента к его величине при установившемся процес- се прокатки, для клетей 18…21 соответственно равны 2,6…3,1; 2,7…3,1; 3,1…3,5; 2,1…2,3. Частоты колебаний момента сил упругости, являющие- ся собственными частотами линий этих клетей, составляют соответствен- но 46–48; 44–46; 42–45; 43–44 Гц. Несмотря на существенно различные коэффициенты динамичности клетей 18, 19, 20 и 21 продолжительность колебаний в их линиях практически одинакова и составляет не более 0,3 с, что объясняется различными рассеивающими свойствами приводных ли- ний и разными абсолютными величинами статических нагрузок. Рис. 2 – Вид характерных осциллограмм изменения крутящих моментов на валах приводов 18…21 клетей. Динамические свойства линий клетей 18 и 19 проявляются также в момент захвата в последующей клети. При этом интенсивность колеба- тельного процесса определяется уровнем кинематического рассогласова- ния предыдущей и последующей клетей, т.е. величиной натяжения. Так, например, при практически согласованном режиме прокатки в клетях 18 и 19 крутящий момент в линии клети 18 в момент захвата металла валками 19 клети приобретает колебательный характер с незначительной амплиту- дой колебаний. В то же время при значительном кинематическом рассо- гласовании клетей 19 и 20 и (как результат этого) значительной величине натяжения в межклетевом промежутке 19–20, что видно по изменению уровня статического момента 19 клети при захвате металла валками клети 20, в момент захвата в 20 клети в линии клети 19 возбуждается колеба- тельный процесс. Следует заметить, что амплитуды этих колебаний соиз- меримы с уровнем момента при установившемся процессе прокатки. С учетом того, что параметры приводных линий клетей 18 и 19 и динамиче- ские характеристики практически одинаковы, на основании анализа ос- циллограмм можно заключить – оптимизация скоростного режима с це- 333 лью снижения уровня натяжения в группе клетей и уменьшения разноши- ринности подката обеспечивает также уменьшение уровня дополнитель- ных циклических нагрузок, действующих на элементы приводных линий и увеличивает их долговечность. Приведенные на рис.2 осциллограммы изменения моментов получены в период исследований, предусматривающих оптимизацию скоростного режима прокатки в группе. Анализ взаимодействия через прокатываемую полосу клетей группы позволил оценить согласованность режима прокат- ки. Видно, что режим прокатки в клетях 20 и 21 практически согласован, натяжения раската между клетями не наблюдается. В клетях 19 и 20 – значительное рассогласование скоростей. Для организации согласованно- го режима прокатки с минимальным уровнем натяжения в этом проме- жутке на основании результатов измерений крутящих моментов и контро- ля скоростей предложено уменьшить скорости в клетях 20 и 21, оставив неизменным их соотношение. При исследовании установлено, что нагрузки в клетях 2–й промежу- точной группы при прокатке катанки стали ШХ15 по уровню соответст- вуют нагрузкам при прокатке катанки канатных сталей. Величины стати- ческих нагрузок при прокатке катанки нержавеющих сталей составляют для клетей 18…21 соответственно 8,5…10,2; 3,3…4,6; 4,9…6,4; 3,5…4,5 кНм (величины нагрузок приведены к прокатным валкам). Эти величины для всех клетей укладываются в соответствующие интервалы изменения нагрузок при прокатке основного марочного сортамента стана в две нит- ки, а также значительно ниже уровня расчетных величин моментов про- катки по данным фирмы СКЭТ. Величина максимальных динамических нагрузок в линиях клетей 2–й промежуточной группы не превышает до- пускаемых нагрузок для элементов приводных линий по проектной доку- ментации стана 150. Так, например, величины максимальных динамиче- ских моментов на валах приводов клети 18 укладываются в интервале 14…17 кНм при величине допускаемого момента на моторную муфту 25 кНм. Заметим, что 18 клеть является наиболее нагруженной в группе, во всех клетях которой установлены моторные муфты одного типоразмера. Одним из наиболее важных результатов комплексного исследования технологии и оборудования являлось обоснование и разработка техниче- ски и экономически целесообразного варианта реконструкции стана. За- дача перспективного развития стана заключалась в определении на осно- вании исследования нагрузок действительных резервов оборудования и с их учетом рационального объема реконструкции для повышения произво- дительности стана до 500 тыс. т в год (по проекту – 400). Повышение производительности непрерывного стана при определен- ном сортаменте обеспечивается увеличением скорости прокатки. При этом на величину сопротивления деформации металла оказывают влияние два фактора – повышение скорости деформации (увеличивающее сопро- тивление) и сохранение теплоты нагретого металла и разогрев (уменьша- 334 ют сопротивление). В этой связи до проведения промышленных исследо- ваний с целью определения действительных нагрузок в линиях приводов клетей и оценки возможности форсирования скоростного режима прокат- ки был проведен теоретический анализ. Расчетами по различным методи- кам (А.А.Динника, М.Я.Бровмана, Л.В.Андреюка) определены усилия и моменты при прокатке катанки ∅ 5,5 мм из коррозионностойких марок стали со скоростями 50 и 80 м/с [9]. Расчеты показали, что при увеличе- нии скорости прокатки в этом интервале нагрузки в клетях не превысят допустимые. Вместе с тем реализация форсированных скоростных режи- мов прокатки представляется обоснованной только на базе знания факти- ческих нагрузок в приводных линиях стана в реальных промышленных условиях. В работе [9] представлены результаты исследования статических и динамических нагрузок в линиях приводов прокатных клетей при трех уровнях частот вращения приводов, соответствующих прокатке катанки диаметром 5,5 мм со скоростью соответственно 60, 70 и 80 м/с. В период промышленных исследований на стане прокатывалась катанка ∅ 8 мм. При анализе полученных в реальных условиях прокатки величин статиче- ских крутящих моментов в главных линиях клетей № 7–21 и токов якор- ных цепей приводов установлено: величины крутящих моментов при по- вышении скорости прокатки в указанных пределах ниже расчетных про- ектных величин моментов прокатки, на базе которых выбраны параметры оборудования стана; величина силы токов ниже допускаемых при ПВ 100%. Это позволило сделать вывод о возможности форсирования скоро- стного режима прокатки в двухниточных группах стана по резерву проч- ности основного оборудования. Исследования динамических нагрузок (на базе измерений крутящих моментов) при изменении скорости прокатки производили в линиях наи- более динамичных клетей 16–21. Среднеарифметические значения дина- мического момента находились соответственно в пределах: 28,0–28,8; 20,7–21,4; 19,7–22,0; 8,9–10,0; 10,7–14,0; 7,8–9,9 кНм; величины коэффи- циентов динамичности укладывались в интервале 2,4–3,4. Расчеты, вы- полненные с учетом критерия Стьюдента, показали с вероятностью 0,95 коэффициент динамичности при переходном процессе в клетях № 16–21 не зависит от скорости, изменяемой в указанных пределах. Среднеквадра- тическое отклонение величин динамического момента и коэффициента динамичности также не зависят от скорости прокатки. Установленные величины динамических нагрузок не превышают величин допускаемых кратковременных перегрузок по паспортным характеристикам оборудо- вания приводных линий промежуточных групп стана. На основании результатов исследований нагрузок в главных линиях стана и анализа технических характеристик вспомогательного оборудова- ния определился рациональный объем реконструкции стана с сохранени- ем основного действующего оборудования и заменой прокатных блоков и 335 оборудования, сопряженного с ним (ножницы перед блоком, трайбаппа- раты и виткообразователи). Для увеличения пропускной способности уча- стка обработки и транспортировки бунтов необходимо также установить дополнительную передаточную тележку с поворотным устройством и оп- рокидывателем. Это решение обосновано результатами анализа цикло- грамм работы оборудования выходной части стана с целью установления его технически возможной пропускной способности. Проект реконструкции стана был разработан Челябгипромезом на базе тех- нологического задания ИЧМ. Основное оборудование прокатного цикла, чисто- вые блоки и др. было поставлено СКЭТ, Германия; теплотехническое оборудо- вание – НПП «Аэротермические технологии и агрегаты» (АТТА), Россия. Аэро- динамические режимы новых секций интенсивного охлаждения катанки расши- ряют технологические возможности стана, в том числе, например, сочетание вы- соконапорных вентиляторов с конвективными термостатами в секциях выдержки обеспечивают возможность для отдельных марок стали прямого патентирования катанки в потоке стана [10]. После реконструкции на этом оборудовании реали- зована универсальная технология последеформационного охлаждения катанки, разработанная ИЧМ и НПП «АТТА». В полном объеме реконструкция завершена в 2000 г. На стане обеспе- чено как увеличение (до 80 м/с) скорости прокатки, так и получение ка- танки с принципиально новыми показателями качества, например, высо- коуглеродистой, не требующей патентирования в последующем, стале- проволочном производстве [11]. В течение почти 9 лет после реконструк- ции оборудование стана обеспечивает устойчивое производство высоко- качественной катанки широкого марочного сортамента. Межремонтные сроки оборудования, в том числе главных линий стана не изменены. Это свидетельствует, с одной стороны, о его проектных резервах, с другой стороны, об объективности их оценки на базе результатов проведенного исследования нагрузок при принятии решения о реконструкции. В рамках комплекса работ по стану 150 впервые проведены иссле- дования нагрузок и вибродинамических процессов в линиях приводов чистовых прокатных блоков. Конструктивно собственно прокатный блок представляет собой весьма сложный агрегат. Привод валков блока осуще- ствляется от двух двигателей постоянного тока мощностью 1200 кВт каж- дый, которые через мультипликатор и цилиндрический распределитель- ный редуктор приводят во вращение два трансмиссионных вала. От каж- дого через конические передачи момент двигателей передается посредст- вом редукторных и рабочих кассет соответственно 5 горизонтальным и 5 вертикальным парам прокатных валков. Привод чередующихся горизон- тальных и вертикальных клетей блока осуществляется через жесткую ки- нематическую связь. Первое исследование нагрузок в линии привода блока было обуслов- лено следующим. В начальный период эксплуатации наблюдалась суще- ственная неравномерность износа зубчатых передач с внутренним зацеп- 336 лением по клетям блока, в нечетных клетях срок службы был в несколько раз меньше, чем в четных. Наименьшая стойкость и систематические от- казы (разрушения) зубчатых передач рабочих кассет проявились в третьей клети. При групповом приводе оценить нагрузку в отдельной клети блока по изменению параметров привода не представляется возможным. В связи с этим для выяснения (установления) причин отказов проведено ком- плексное исследование нагрузок в линии привода блока с измерением крутящих моментов непосредственно на трансмиссионных валах горизон- тальных и вертикальных клетей [12]. Измерения крутящих моментов проведены посредством специально разработанной аппаратуры с бесконтактными датчиками. При исследова- нии на трансмиссионных валах было установлено 7 датчиков – на транс- миссионном валу нечетных клетей, на участках соответственно 1, 3, 5 и 7 клетей; на валу четных клетей 2 и 4, а также на валу двигателя. На осно- вании полученных значений крутящих моментов были рассчитаны мо- менты прокатки в клетях блока, по изменению момента в i–той клети в момент захвата в i+1 рассчитывали полное натяжение (подпор) в межкле- тевом промежутке. Телеметрическая аппаратура разработана Подковыриным Е.Я. и изготовлена в ИЧМ под его руководством. Анализ результатов исследований позволил установить факт сущест- венно неравномерного распределения нагрузок по клетям блока. Отметим установленные особенности нагружения клети 3. В результате несогласо- ванного режима прокатки (натяжение в межклетевом промежутке клетей 2–3 и подпор в – 3–4) линия привода валков клети 3 работала с перегруз- кой. Момент прокатки в клети превышал предельное по проекту значение более, чем на 20%. Особенно высокий уровень натяжения между клетями 2 и 3 установлен после выхода заднего конца раската из 2–ой клети по уменьшению (на 30–35%) момента в клети 3. Полученные в реальных условиях прокатки величины действительных нагрузок в клетях блока, оценка по ним уровня межклетевых сил (подпо- ра, натяжения) в сочетании с анализом реального заполнения калибров валков металлом и размеров подката и катанки позволили разработать адекватную математическую модель для исследования процесса прокатки в блоке [13,14]. Анализ влияния различных возмущающих воздействий на процесс прокатки и распределение натяжений в блоке, выполненный на модели, позволил скорректировать режим обжатий и калибровку валков. В результате неравномерность распределения нагрузок по клетям блока была существенно уменьшена [12]. Это установлено дополнительными измерениями при настройке блока по режиму, разработанному на основе моделирования процесса прокатки. Реализация этого режима весьма про- ста, т.к. требовала перестройки межвалковых зазоров в нескольких кле- тях. Таким образом, отмеченные недостатки были устранены. Оборудова- ние блока работало устойчиво даже в условиях форсирования режимов, например, при прокатке катанки ∅ 6,5 мм не в 8 (по проекту), а в 10 кле- 337 тях блока. Кроме того переход на разработанный режим настройки клетей блока позволил снизить затраты на ремонт и замену деталей редукторов, уменьшить текущие простои, а также сократить количество недокатов. При исследовании нагрузок установлены также характерные особен- ности изменения момента сил упругости в линии привода при переходных процессах (захват, выброс металла; торможение и разгон при организации и выборке петли перед блоком). При захвате раската в первой и во второй клетях на соответствующих им распределительных валах момент имеет вид затухающих колебаний, с явно выраженными 2–3 периодами. Коле- бания симметричны. Коэффициент динамичности (Кд) для клети 1 – Кд1 ≤ 1,8–2,0; для клети 2 – Кд2 ≤ 1,5–1,7. В момент захвата в этих клетях датчи- ки, контролирующие нагрузку в последующих клетях, приводимых от этих валов, соответственно в кл. 3 и в кл. 4, воспроизводят аналогичную закономерность изменения момента, но с Кд не превышающем 1,5. Захват в каждой последующей нечетной клети вызывает на участке вала, напря- женное состояние которого определяется величиной момента в кл. 1, кратковременное (единичный пик) уменьшение момента с последующим восстановлением до прежнего уровня. Аналогичная закономерность ха- рактерна и для четных клетей. Величина Кд на соответствующих участках с увеличением номера клети уменьшается, т.к. значение динамического момента (наибольшего пика) сопоставляется с уровнем момента, опреде- ляемого суммой моментов предыдущих клетей, приводимых от данного трансмиссионного вала. Так, например, если в клети 3 Кд3 ≤ 1,5, то в клети 7 Кд7 ≤ 1,10. Таким образом, коэффициенты динамичности для клетей 1 и 2 блока имеют наибольшее значение. Однако величины динамических моментов, соответствующие этим клетям, по абсолютной величине в 1,5– 2,0 раза меньше суммарных моментов при установившемся процессе про- катки в нечетных и четных клетях. При выбросе металла, равно как при разгоне и торможении блока, связанных с технологией «прокатка с петлей», на участках трансмиссион- ных валов всех клетей динамических явлений при промышленных изме- рениях не установлено. На осциллограммах изменения момента на валу первого двигателя со стороны мультипликатора при заполнении блока металлом динамических процессов не наблюдается. От момента захвата металла в первой клети и до последней работающей клети блока нагрузка на валу привода ступен- чато (без динамических всплесков) увеличивается до некоторого устано- вившегося уровня (рис.3). В процессе прокатки имеет место (при нор- мальном техническом состоянии оборудования) колебательный процесс изменения момента с незначительным уровнем амплитуд. Как видно на рисунке при выбросе катанки из последней клети блока динамические явления, также как и при захвате, не возникают. Применение новых режимов настройки блоков обеспечило устойчи- вость процесса прокатки, уменьшение износа и количества отказов зубча- 338 тых передач и стабильную работу блоков в целом. При этом эксплуатаци- ей была установлена частота вращения привода на уровне 820 об/мин, что соответствовало проектной скорости прокатки. Рис. 3. Вид характерной осциллограммы изменения крутящего момента на валу привода прокатного блока Для максимального использования резервов оборудования была по- ставлена задача повышения производительности стана без изменения со- става и технических характеристик оборудования. С целью оценки воз- можности интенсификации скоростного режима прокатки в блоке прове- ден анализ энергосиловых параметров процесса и амплитудно–частотных характеристик блока, а также экспериментальные исследования нагрузок в приводных линиях прокатных блоков в диапазоне частот вращения при- вода 800–1000 об/мин. При анализе динамических характеристик и расчете собственных час- тот была рассмотрена динамическая модель прокатного блока, построен- ная по известной методике [8]. Динамическая модель блока представлена системой из шести масс, соединенных между собой упругими связями (рис.4). Массы θ1 и θ2 соответствуют моментам инерции якорей привод- ных двигателей, массы θ3 и θ4 – моментам инерции мультипликатора и распределительного редуктора, θ5 b θ6 – интегральным моментам всех элементов трансмиссии соответственно горизонтальных и вертикальных клетей блока. Упругие связи C12 – C46 соответствуют жесткостям соедини- тельных валов и передач. Рис. 4. Расчетная схема чисто- вого прокатного блока 339 Параметры элементов динамической модели, полученные расчетным путем по конструктивным параметрам элементов приводной линии блока, равны: θ1 – θ6 = 338; 345; 172; 169; 42; 59 кгм2; С12 – С46 = 8,24; 6,49; 10,1; 2,53; 3,48 МНм. Внешние возмущения, обусловленные несоосностью соединений ва- лов (двигателя и мультипликатора, мультипликатора и распределительно- го редуктора и т.д.) или нарушениями геометрии зацепления, представле- ны циклическими, моментами М3 и М4. Последние воздействуют с часто- тами вращения соответствующих валов и масс. По значениям моментов инерции масс и жесткостей связей определены частоты пяти форм собст- венных колебаний шестимассовой системы: ω1 = 19,3; ω2 = 36,3; ω3 = 38,9; ω4 = 46,2; ω5 = 65,4 Гц. Для оценки реакции блока на циклические возмущения М3 и М4 с по- мощью передаточных функций построены его амплитудно–частотные характеристики. Поскольку наибольшую опасность вызывают колебания с частотой, близкой к низшей частоте, характеристики построены для уча- стка приводной линии блока с наименьшей угловой скоростью – ведущего вала мультипликатора (на модели – участок С23). Эти характеристики представлены на рис.5. Рис. 5. Амплитудно–частотные характеристики чистового прокатного блока Коэффициент Ку численно показывает, во сколько раз амплитуда цик- лической составляющей момента сил упругости, действующего в упругой связи C23, больше величины соответствующего возмущения M3 (кривая I) или М4 (кривая 2) на заданной частоте возмущения. На рисунке отмечены четыре зоны основных возможных частот приложения моментов М3 и М4 при эксплуатации блока с частотой вращения привода 800–I000 об/мин. Зона I (13,3–16,7 Гц) соответствует оборотной частоте вала привода, зона II (26,6–33,4 Гц) – полуоборотной частоте вала привода, зона III (39,0–48,7 Гц) – трансмиссионного вала горизонтальных клетей, зона IV (46,0–57,5 Гц) – трансмиссионного вала вертикальных клетей. Зона возможных час- тот возмущения от промежуточной ступени передач распределительного 340 редуктора не обозначена, т.к. составляет 42,5–53,2 Гц и укладывается в пределах зон III и IV. Как видно по характеру изменения кривых I и 2, возмущения динами- ческой системы единичными моментами М3 и М4 с частотами I зоны при- водят к незначительному динамическому усилению момента в упругой связи С23. Это объясняется тем; что эти частоты находятся вне резонанс- ной зоны, ближайшая частота – низшая частота свободных колебании системы (расчетная) составляет 19,3 Гц. Следует заметить, что экспериментально установленная, фактическая низшая частота свободных колебаний составляет 20 Гц, т.е. еще более отдалена от I зоны вынужденных частот. Эта частота определена по зату- хающему колебанию момента сил упругости на моторном валу при тор- можении привода блока, находящегося в состоянии равномерного враще- ния на холостом ходу. Более высокие гармоники свободных колебаний при этом не проявились, по–видимому, из–за того, что недостаточно ве- лико ускорение торможения привода. Изменение величин Ку во II зоне частот показывает, что динамическая система нечувствительна (Ку < I) к возмущениям с частотой, равной полу- оборотной частоте ведущего вала. В диапазоне частот накладывающихся друг на друга зон III и IV имеет место увеличение Ку. Кривые I и 2 дости- гают максимума при частоте 46,0 Гц, являющейся собственной частотой 4–ой формы колебаний системы (ω4 =46,2 Гц). Причем, больших значений Ку достигает при воздействии возмущений на массу θ4, т.е. на распредели- тельный редуктор. Опасность совпадения ω4 и частоты вынужденных ко- лебаний, связанных с возмущением от трансмиссионного вала вертикаль- ных клетей, может возникать только при частоте, соответствующей ниж- ней границе исследованных частот привода блока, т.е. 800 об/мин. Увели- чение динамического момента в упругой связи С23, связанное с совпаде- нием частоты ω4 с частотой вынужденных колебаний трансмиссионного вала горизонтальных клетей, возможно только при частоте вращения при- вода около 950 об/мин. При увеличении или уменьшении частоты враще- ния привода блока влияние трансмиссионного вала горизонтальных кле- тей на динамику снижается. Видно, что работа блока предпочтительна в I и во II зонах, где возмущения динамической системы приводят к незначительно- му динамическому увеличению момента в упругой связи (с коэфф. Ку), т.к. спектр частот возможных наиболее вероятных возмущений находится вне ре- зонансных зон. С целью оценки возможности форсирования скоростного режима прокатки в чистовых блоках проведен сравнительный анализ нагрузок в их приводных линиях при различных частотах вращения приводов бло- ков. При этом режим нагрева заготовок в печи соответствовал технологи- ческой инструкции и в процессе исследования не изменялся. При увели- чении частоты вращения привода блоков от 800 до 1000 об/мин момент на валу привода зона уменьшается соответственно на 10,6–14%. При одина- 341 ковом режиме нагрева заготовок в печи с увеличением частоты вращения привода блока от 800 до 1000 об/мин, т.е. при увеличении скорости про- катки и сокращении времени прохождения металла по линии стана темпе- ратура раската перед блоком увеличилась на 30–400С. Изменение крутящего момента на валу привода (тихоходном валу мультипликатора) блоков характеризуется нарастанием момента за время заполнения блока металлом от величины, соответствующей моменту хо- лостого хода, до некоторого уровня, соответствующего суммарной на- грузке (момент холостого хода плюс момент прокатки). Величина крутя- щего момента на протяжении цикла прокатки остается практически по- стоянной, не считая незначительного увеличения при прокатке концевых участков полос. Изменение крутящего момента на приводном валу харак- теризуется также наличием динамической составляющей (рис.3). На про- тяжении цикла прокатки в приводных линиях блоков имеет место незату- хающий колебательный процесс. Циклическое изменение динамической составляющей момента является симметричным относительно статиче- ской нагрузки. При колебаниях в линиях блоков проявляется две частоты: оборотная вала привода 13–17 Гц, на которую наложена высокочастотная составляющая 45–65 Гц. При исследовании установлена следующая закономерность – умень- шение амплитуды динамической составляющей крутящего момента с уве- личением частоты вращения якоря привода. Так, при увеличении n от 800 до 1000 об/мин амплитуда уменьшается в 1,2–1,4 раза (блок № 24) и в 1,5– 1,6 раза (блок № 25). Установлено также, что величина ст стдин М ММ − бло- ка № 24 при прокатке в исследованных режимах в 2,4–3,6 раза превышает эту величину для блока № 25. Значительная величина амплитуды динами- ческой составляющей момента в линиях обоих блоков при n=800 об/мин объясняется совпадением частоты вращения трансмиссионного вала вер- тикальных клетей с одной из собственных частот блока ω4. Это свиде- тельствует о том, что имеет место какое–то отклонение в установке этого вала, последней передачи распределительного редуктора или муфты, со- единяющей трансмиссионный вал с выходным валом редуктора. Существенно различный уровень динамической составляющей мо- мента в линиях приводов блоков объясняется тем, что в период проведе- ния исследований блок № 24 находился в технически неисправном со- стоянии (в зубчатой передаче мультипликатора разрушились два зуба), в связи с чем предусматривалась остановка для замены передачи. Это яви- лось причиной возбуждения незатухающих колебаний, так как каждый оборот приводного колеса мультипликатора сопровождается мгновенным разрывом и замыканием силового контакта в передаче. Динамическая со- ставляющая крутящего момента в линии блока № 24, достигающая при указанных частотах вращения соответственно 87,5 и 74,0% величины ста- 342 тического момента, способствует прогрессирующему износу контактных поверхностей деталей линии передачи привода, прежде всего зубчатых колес. Циклическое изменение крутящего момента приводит к перемен- ной нагрузке в зубчатых передачах и, следовательно, в опорах их валов, что может привести к разрушениям подшипниковых узлов, нарушению посадки подшипников на вал. Сравнительный анализ изменения нагрузок в приводных линиях бло- ков, частотный анализ, в том числе определение скоростей вне резонанс- ных зон с использованием лучевой диаграммы позволили сделать вывод о том, что интенсивность колебательных процессов в приводных линиях определяется не столько конструктивными параметрами блоков, сколько техническим состоянием элементов линии передачи момента привода прокатным шайбам. На основании результатов исследований в реальных условиях с изме- рением крутящих моментов рекомендован рабочий диапазон частот вра- щения привода 850–950 об/мин (верхний уровень при шайбах диаметром 152 мм, нижний – 170 мм), что обеспечивает увеличение скорости прокат- ки катанки диаметром 5,5 мм до 55 м/с. Данный скоростной режим был реализован и использовался до реконструкции стана с установкой новых, более скоростных блоков. Результаты исследований и анализа отказов узлов оборудования по- зволяют сформулировать следующие требования, исполнение которых должно стать обязательным при эксплуатации блоков – не допускать экс- плуатацию зубчатых передач редукторов с нарушением зацепления, а также муфт со значительной выработкой, контролировать и устранять возможную несоосность валов мультипликатора и привода, мультиплика- тора и распределительного редуктора, а также валов распределительного редуктора и трансмиссионных валов блока. Кроме того, недопустимо применение в блоках деталей с отклонениями от проектных таких пара- метров, как геометрические размеры, жесткость и др. Для обеспечения высокого уровня работоспособности блоков, умень- шения количества случайных отказов, затрат на ремонт оборудования не- обходимо в практику его технического обслуживания ввести вибродиаг- ностическую технику. Существующая система профилактических (визу- альных) осмотров и ППР не всегда обеспечивает требуемый уровень ра- ботоспособности оборудования, в том числе потому, что при этом не ис- пользуются методы и средства технической диагностики. По нашему мнению, на базе диагностики эффективны не только оценка состояния оборудования в процессе эксплуатации и определение необходимых объ- емов ремонта, но не менее важна оценка качества ремонтных работ. Осо- бое значение это имеет для таких высокотехнологичных агрегатов как прокатный блок, узлы и детали которого прецизионного изготовления по высокому классу точности. 343 Измерения крутящих моментов в линиях приводов блоков с целью оценки нагрузок – это по сути первый пример оценки также технического состояния оборудования. Однако телеметрическая аппаратура ИЧМ, предназначенная для исследований в течение относительно короткого от- резка времени, не может выполнять функции штатной техники при экс- плуатации оборудования. Обслуживание оборудования на качественно новом современном уровне представляется возможным с применением стандартизированных специальных средств контроля и анализа его виб- рационных полей. Для обоснования необходимости создания на БМК службы технической диагностики ИЧМ проведены факультативно пред- варительные измерения вибраций отдельных опор оборудования блока. Анализ результатов измерений с учетом кинематических параметров привода позволил сделать следующее заключение. Блоки подвержены вибрациям (на холостом ходу и при прокатке), реальный спектр частот основных возможных возмущений при частоте вращения привода до 1000 об/мин – 15–12000 Гц, в низкочастотном диапазоне (до 500 Гц) вибрации имеют вид гармонических колебаний, при частотах более 500 Гц колеба- ния имеют полигармонический характер. В рамках специальной договорной НИР была сделана оценка техниче- ского состояния отдельных агрегатов блока не в период остановки, вскрытия трансмиссии и визуального осмотра, а в период работы по дан- ным измерений параметров вибраций. Так, например, (по уровню и часто- те вибраций) были идентифицированы дефекты (износ) шлицевого соеди- нения муфты с валом и зуба на шестерне одной из редукторных кассет. Уровень вибрации (виброперемещение) опор после замены кассеты был уменьшен почти в 4 раза, с 90 до 25 мкм. Измерения вибраций, анализ спектрограмм осуществлен приборами – виброметром ВИП–2 и измери- телем шума и вибраций ВШВ–003 и перестраиваемым полосовым фильт- ром (ППФ–1). Причем, ППФ–1 – прибор для анализа амплитудно– частотных спектров был разработан, изготовлен и поставлен БМК ИЧМ в объеме указанной работы. Данная работа явилась началом применения на БМК диагностики. Комплект указанной аппаратуры был использован на- ми на БМК также при исследовании канатных машин сигарного типа [15]. На основе установленных реальных спектров вскрыты причины высокого уровня вибраций опорных узлов и разработаны технические решения по снижению их уровня. Опыт первых работ ИЧМ по диагностике на БМК был использован на других прокатных станах СНГ (ЧерМК, МолдМЗ, БМЗ). С учетом эффек- тивности своевременного устранения причин вибраций на базе результа- тов их исследований ИЧМ рекомендовал БМК и МакМК – заказчикам нового оборудования приобретать прокатные блоки с комплектом диагно- стического оборудования для контроля вибраций, включающем приборы измерения параметров вибраций, например, пьезоэлектрические акселе- рометры, аппаратуру и программное обеспечение для спектрального ана- 344 лиза сигналов, что позволяет с высокой вероятностью предупредить отка- зы оборудования и осуществлять его ремонт по фактическому техниче- скому состоянию. Заключение. Таким образом, на базе результатов аналитических и промышленных исследований нагруженности оборудования проволочно- го стана, в том числе динамических и вибрационных процессов, а также анализа его технических характеристик выполнено следующее. Установлены причины перегрузок и отказов оборудования 3–ей клети блока. Показана эффективность использования вибродиагностики для идентификации дефектов и установления причин возникновения вибра- ций узлов оборудования. Обоснована возможность по прочностным и энергетическим резервам оборудования: – увеличения скорости прокатки на 10% (до 55 м/с) без изменения со- става оборудования стана; – увеличения скорости прокатки до 80 м/с при условии замены про- катных блоков, ножниц перед ними, трайбаппаратов и виткоукладчиков; – реализации ресурсосберегающей технологии производства катанки низкоуглеродистых и канатных марок стали из заготовок с пониженным теплосодержанием. Во избежание перегрузок отдельных черновых клетей установлен диапазон изменения температуры раската за 2–ой клетью стана при про- изводстве проката из сталей с высоким сопротивлением деформации. Рекомендованы скоростные режимы работы горизонтальных и верти- кальных термофрезерных машин вне резонансных зон. 1. Освоение проволочного стана 150 / В.А.Кулеша, Г.П.Борисенко, А.А.Горба- нев и др. // Сталь. – 1984. – № 1. – С.42–46. 2. Борисенко Г.П., Горбанев А.А., Юнаков А.М. Внедрение эффективной техно- логии производства высококачественной катанки // Ежегодник БСЭ. – М.: БСЭ, 1988. – С.541–542. 3. Совершенствование технологии производства катанки и режимов работы стана 150 / В.А.Кулеша, А.А.Горбанев, А.М.Юнаков и др. // Сталь. – 1998. – №8. – С.31–34. 4. Технология производства катанки на стане 150 из заготовок с пониженными температурами нагрева / А.А.Горбанев, А.М.Юнаков, В.К.Лихов и др. // Сталь. – 1992. – № 5. – С.52–54. 5. Иводитов А.Н., Горбанев А.А. Разработка и освоение технологии производст- ва высококачественной катанки. – М.: Металлургия, 1989. – 255с. 6. Комплекс исследований, выполненный при освоении, эксплуатации и усо- вершенствовании конструкции высокоскоростных проволочных блоков / А.А.Горбанев, А.М.Юнаков, Е.А.Евтеев, А.Н.Кудлай // Производство прока- та. – 2004. – № 3. – С.15–18. 345 7. Способ прокатки коррозионностойких сталей мартенситно–ферритного клас- са / Е.А.Евтеев, А.А.Горбанев, В.К.Лихов и др. // Патент РФ 1785448. Опубл.30.12.92. // Бюлл № 48. – С.6 . 8. Кожевников С.Н. Динамика нестационарных процессов в машинах. – К.: Нау- кова думка, 1986 г. – 288 с. 9. Юнаков А.М., Горбанев А.А., Евтеев Е.А. Анализ статических и динамических нагрузок в линии приводов прокатных клетей и резервов оборудования – база реконструкции проволочного стана // Производство проката. – 2002. – №9. – С.22–26. 10. Подольский Б.Г., Горбанев А.А., Юнаков А.М. Теплотехническое оборудова- ние и режимы новых технологий термообработки катанки в потоке стана // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов. – Том 6. – НМе- тАУ. – 2002. – С.169–176. 11. Зюзин В.И. Освоение технологии воздушного патентирования катанки на ста- не 150. // Сталь. – 2001. – № 6. – С.84–87. 12. Оптимизация режимов прокатки в высокоскоростных блоках стана 150 / В.С.Емченко, А.М.Юнаков, Д.А.Деркач и др. // Сталь. – 1985. – №5.– С.52–54. 13. Математическое моделирование процесса прокатки в чистовых блоках про- волочных станов / Г.П.Борисенко, А.А.Горбанев, Б.Н.Колосов и др. // Деп. Черметинформация, ЗД/2778. – № 5. – 1985. – 18с. 14. Теоретическое исследование процесса непрерывной прокатки в чистовых проволочных блоках / А.А.Горбанев, Д.А.Деркач, А.П.Лохматов и др. // Деп. Черметинформация, ЗД/3373. – № 7. – 1986. – С.10. 15. Экспериментальные исследования уровня вибраций канатных машин сигар- ного типа / В.И.Большаков, А.М.Юнаков, Н.А.Бабкина и др. // Металлургиче- ская и горнорудная промышленность. – 1995. – № 1. – С.58–60. Статья рекомендована к печати: Заместитель ответственного редактора раздела «Металлургическое машиноведение» канд.техн.наук В.В.Веренев В.І.Большаков, О.М.Юнаков, Е.А.Євтєєв Дослідження навантаженності устаткування при освоєнні, експлуатації і роз- витку дротяного стану Метою дослідження є розробка і освоєння технології виробництва високоякі- сної катанки широкого марочного складу, дослідження та оптимізація режимів роботи сучасного устаткування, встановлення і використання його резервів. Пред- ставлено результати дослідження ліній приводів устаткування, зокрема динаміч- них і вібраційних процесів. Показано, що використання результатів даного дослі- дження при освоєнні, експлуатації і розвитку дротяного стану дозволило забезпе- чити випуск конкурентоздатної продукції.

Исследования нагруженности оборудования при освоении, эксплуатации и развитии проволочного стана

Institution

Ähnliche Einträge