статья. Повышение работоспособности главных линий станов горячей прокатки в условиях воздействия динамических нагрузок
 Скачать 1.02 Mb.
|
|
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГЛАВНЫХ ЛИНИЙ СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК Выполнил: Мироненко Станислав Викторович, к.т.н., оператор ПУ Руководитель-консультант: Начальник сортопрокатного цеха № 2 АО ОЭМК Носов Евгений Николаевич, Доцент СТИ НИТУ МИСиС к.т.н., Бородина Марина Борисовна, АО "Оскольский электрометаллургический комбинат" СПЦ-2 Старый Оскол, 2018 год Оглавление Введение……………………………………………………………………………………..3 1. Применение мехатронной гидромеханической системы муфт для увеличения работоспособности приводов прокатных клетей………………………………………………………4 2. Разработка гидромеханической системы муфт с мехатронным управлением для привода прокатных клетей…………………………………………………………….…………...6 3. Результаты моделирования процесса снижения высокодинамичных нагрузок…..…7 4. Краткое экономическое обоснование целесообразности проекта………………….…9 5. Заключение………………………………………………………………………………..9 Список литературы………………………………………………………………….……..10 Введение В настоящее время основное количество стали, выплавляемое на отечественных металлургических заводах, проходит обработку на прокатных станах, в частности на станах горячей прокатки (СГП). Несмотря на ввод в действие мощных и высокопроизводительных станов остается актуальной задача повышения их производительности путем модернизации оборудования и интенсификации процесса прокатки. Повышению производительности стана препятствует активный рост динамических нагрузок в передачах и рабочем оборудовании. Так, около 70 % разрушений деталей металлургических машин имеют усталостный характер и происходят в результате действия переменных динамических нагрузок, превышающих номинальные значения в 2,5-3 раза [9,10,11]. Например, аварийные простои листопрокатных станов из-за поломок шпиндельных соединений составляют 12–15% от общего числа простоев вследствие выхода из строя механического оборудования. Так, разрушение головки шпинделя (характер излома по развитой трещине усталости) клети дуо стана 2350 вызвало простой стана в течение 7 часов и потерю производства около 600 т. проката [10,11]. Поломки элементов шарниров (вкладышей, пальцев, лопастей и вилок) составляют в целом незначительную часть от числа отказов по износу рабочих поверхностей, однако они, как правило, вызывают ощутимые простои. Повреждения зубчатых передач в редукторах и шестеренных клетях, например, такие как усталостные поломки зубьев, из–за недопустимого износа поверхности зубьев, вызванные однократной чрезмерной перегрузкой и др. [3], сопровождаются длительными простоями. Особенностью усталостных поломок зубьев является внезапность их появления даже при нормальной работе клети. Отмечено выкрашивание зубьев, появление и развитие трещин и разрывов обода зубчатого колеса ведомого вала. Исследование поломок подшипников качения на широкополосном стане горячей прокатки завода Беккерверт фирмы Тиссен показало, что долговечность подшипников в шестеренных клетях колеблется в пределах 3–6 лет. При этом затраты на ремонт потребовались не только в связи с тем, что за 17 лет эксплуатации вышли из строя 55 подшипников качения и их замена сопровождалась соответствующей переналадкой, но и на устранение вторичных повреждений, вызванных попаданием деталей подшипников качения в зубчатое зацепление или заедание наружного кольца подшипника. Существенные ударные нагрузки в редукторе приводили к появлению и развитию трещин в корпусе, особенно резьбовых соединений фундаментных болтов и разрушению фундамента. В клети 4 стана 2000 в течение одного года анкерные болты редуктора разрушались 6 раз [3]. В более ранних исследованиях [4], для стана 1700, на основании статистической обработки данных о простоях оборудования, пришли к выводу о том, что «продолжительность безотказной работы оборудования практически не зависит от времени, прошедшего после ремонта, а число отказов в среднем за равные промежутки времени примерно одинаково, независимо от того, отсчитываются ли эти промежутки от начала работы стана после ремонта, т.е. в межремонтный период, или от любого другого момента с включением в этот промежуток времени и самого ремонта». И далее «...текущие ремонты не могут повысить существующий уровень надежности оборудования». Это обусловлено в первую очередь тем, что при производстве какого либо ремонта заменяются определенные узлы, стандартизированные под агрегат, однако при этом нагрузки на эти узлы остаются прежними. То есть запас прочности элементов приводов оборудования остается неизменным. А реальные условия производства чаще всего диктуют условия, при которых механизм может эксплуатироваться с превышением прочностных характеристик его узлов (что особенно актуально в условиях постоянного наращивания производственных объёмов).   Рис. 1. Изломы шпинделей приводов различных прокатных станов (показан характер разрушения) Для целого ряда машин, выбирая тихоходный (безредукторный) привод и упругие муфты (валы) достаточной энергоемкости, можно спроектировать привод, в котором удастся минимизировать поломки при перегрузах. Но для действующих машин ситуация более сложна, так как большинство из них обладает повышенной энергоемкостью и динамичностью [1,2]. В большинстве случаев проблема решается увеличением мощности привода, в том числе и массово-габаритных характеристик передаточных валов, шестерен, подшипников и т.д. Однако, при этом возникает острый вопрос увеличенного, порой необоснованного перерасхода электроэнергии, как в режиме холостого хода, так и при выполнении рабочей функции. Существует практика применения различного рода упруго-пальцевых, фрикционных муфт и т.д. При этом, следует учитывать, что упруго-пальцевые втулочные муфты не способны передавать большие крутящие моменты по причине выхода из строя упругих элементов, а фрикционные муфты растрачивают энергию привода на тепловые процессы, что крайне негативно сказывается на энергопотреблении. Данный вопрос был детально изучен и обоснована неэффективность существующих методов решения проблемы [8]. Отсюда следует, что ограничение динамичности тяжелонагруженных машин является первоочередной задачей динамики, и, для обеспечения и повышения безотказности оборудования металлургического и горнодобывающего производств, необходим поиск оптимальных способов гашения колебаний, что обеспечит увеличение срока службы механического оборудования, повышение точности воспроизведения заданных законов движения рабочего механизма, способствующих улучшению технико-экономических показателей. Для решения этой задачи необходимо разработать новое эффективное устройство, способное защищать привод от воздействия высокоинтенсивных нагрузок и длительных перегрузок на разных режимах работы технологической машины. Анализ вышеотмеченных работ и результатов патентного поиска показал, что для разработки комплексной защиты приводов тяжело нагруженного основного и вспомогательного оборудования горнодобывающего и металлургического производства от воздействия переменных нагрузок высокой интенсивности и кратковременных нагрузок ударного характера, превышающих допускаемый уровень, целесообразно использовать предохранительные упругодемпфирующие муфты с гидромеханическим исполнительным механизмом. 1. Применение мехатронной гидромеханической системы муфт для увеличения работоспособности приводов прокатных клетей В прокатных станах нагрузки превышают допустимое значение при захвате заготовки валками прокатной клети (рис.2) и приводят к резкому скачкообразному увеличению момента сопротивления [3,5]. Как видно из графика на рис. 2, время воздействия такого рода перегрузок составляет 0,2-0,3 секунды, что является ничтожно малым по сравнению со временем, затрачиваемым на основной процесс прокатки, однако для увеличения срока службы элементов привода необходимо понижать высокодинамичную нагрузку именно в этом временном диапазоне. |