Донецкий национальный технический университет сотников алексей леонидович удк 62-412.002.5+669.018.258 предупреждение отклонений параметров колебательного движения кристаллизатора мнлз на основе разви
Государственное высшее учебное заведение "Донецкий национальный технический университет" СОТНИКОВ АЛЕКСЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ УДК 62-412.002.5+669.018.258 ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРА МНЛЗ НА ОСНОВЕ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМА КАЧАНИЯ Специальность 05.05.08 "Машины для металлургического производства" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук Донецк 2008 Диссертацией является рукопись Работа выполнена в Государственном высшем учебном заведении "Донецкий национальный технический университет" Министерства образования и науки Украины Научный руководитель кандидат технических наук, доцент СИДОРОВ Владимир Анатольевич, Государственное высшее учебное заведение "Донецкий на циональный технический университет" (г. Донецк), доцент кафедры "Механическое оборудование заводов черной метал лургии".Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор БОЛЬШАКОВ Вадим Иванович, Институт черной металлургии НАН Украины им. З.И. Некра сова (г. Днепропетровск), директор;
кандидат технических наук, доцент АРТЮХ Виктор Геннадиевич, Приазовский государственный технический университет (г. Мариуполь), заведующий кафедрой "Сопротивление мате риалов".
Защита состоится 6 ноября 2008 г. в 12 часов на заседании специализированно го ученого совета Д 11.052.01 Государственного высшего учебного заведения "Донецкий национальный технический университет" по адресу: 83001, г. До нецк, ул. Артема, 58, І учебный корпус, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного высшего учебного заведения "Донецкий национальный технический университет" по ад ресу: 83001, г. Донецк, ул. Артема, 58, ІІ учебный корпус.
Автореферат разослан "1" октября 2008 г.
Ученый секретарь специализированного ученого совета Д 11.052.01, д.т.н., проф. А.В. Яковченко ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Механизм качания кристаллизатора входит в состав технологического оборудования машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и предназначен для обеспечения колебательного движения кристалли затора в соответствии с заданными параметрами. В процессе эксплуатации происходит изменение технического состояния механизма качания, возникают и развиваются неисправности узлов и элементов механизма. В результате пара метры колебательного движения кристаллизатора (перемещение, скорость, ус корение и направления движения) изменяются, что приводит к снижению ста бильности и безопасности процессов разливки стали на МНЛЗ, к снижению ка чества получаемых заготовок и безотказности оборудования МНЛЗ.
На ОАО "Молдавский металлургический завод" (Молдова) установлено, что радиальное биение в подшипниках механизма качания кристаллизатора сортовой радиальной МНЛЗ после шести месяцев эксплуатации составляет 1 мм, а суммарный зазор может достигать значений, соизмеримых с амплиту дой колебания кристаллизатора, - 4…5 мм. На ЗАО "Миниметаллургический завод "Истил (Украина)" (ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)") (Украина) и ОАО "Северсталь" (Россия) установлена возможность отклонения радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ на ±50 % от проектного значения по причине износа подшипниковых узлов механизма качания.
В разные годы для различных МНЛЗ на ОАО "АХК ВНИИметмаш" (Рос сия), ОАО "Северсталь" и др. предприятиях установлено, что при отклонении кристаллизатора от технологической оси на 0,1…0,15 мм условия формирова ния непрерывно литого слитка в кристаллизаторе нарушаются, увеличиваются напряжения и деформации в корке слитка в 1,5…2 раза;
зарождаются ребровые трещины в слитке;
уменьшается время опережения кристаллизатора слитком на 30 % и более.
Предупреждение отклонений параметров колебательного движения кри сталлизатора от заданных значений возможно путем своевременного обнару жения, определения и устранения неисправностей узлов и элементов механизма качания. Обнаружение и определение неисправностей осуществляется путем их диагностирования.
Отклонения параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ непосредственно отражают неисправные состояния механизма качания. Разра ботка и совершенствование методов диагностики механизма качания на основе теоретического и экспериментального исследования закономерностей отклоне ния параметров движения кристаллизатора определяет актуальность темы.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Исследова ния проводились в соответствии с Программой научно-технического развития Донецкой области на период до 2020 г., утвержденной решением Донецкого областного совета от 22.03.2002 г. №3/25-656, по приоритетному направлению "Формирование наукоемких производственных процессов для приоритетных областей экономики".
Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы ГВУЗ "До нецкий национальный технический университет" Н-5-04 "Исследование техни ческого состояния механизма качания кристаллизатора сортовой МНЛЗ и раз работка регламентирующего документа по его диагностированию виброметри ческими методами" и Н-31-05 "Анализ и усовершенствование методов исследо вания и проектирования механизмов и машин в соответствии с требованиями современного машиностроения" согласно "Программы научных исследований и разработок Министерства образования и науки Украины по приоритетным на правлениям развития науки и техники". Данные работы выполнялись при непо средственном участии соискателя в качестве исполнителя.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является уменьшение отклонений параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ (амплитуды колебания и радиуса качания) с ±50 % до ±10 % от проект ных значений, за счет развития методов диагностики неисправностей механиз ма качания. Для достижения указанной цели были поставлены следующие за дачи:
- создать математическую модель механизма качания кристаллизатора МНЛЗ, описывающую кинематические и динамические процессы механизма.
Предусмотреть возможность задания неисправностей узлов и элементов меха низма качания и параметров (частоты и амплитуды) колебательного движения кристаллизатора. В качестве выходных параметров использовать зависимости от времени кинематических характеристик и реакций связей;
- провести исследование закономерностей отклонения параметров колеба тельного движения кристаллизатора МНЛЗ при изменении технического со стояния (возникновении и развитии неисправностей) механизма качания. Опре делить диагностические параметры и границы различения неисправностей ме ханизма качания кристаллизатора МНЛЗ;
- усовершенствовать методы контроля отклонения радиуса качания кри сталлизатора МНЛЗ и диагностики механизма качания по результатам измере ния параметров колебания стола качания;
- провести опытно-промышленное опробование и внедрение усовершенст вованных методов контроля и диагностики механизма качания кристаллизатора МНЛЗ для уменьшения отклонений параметров колебательного движения кри сталлизатора за счет своевременного обнаружения, определения и устранения неисправностей механизма качания.
Объект исследования. Параметры колебательного движения механизма качания кристаллизатора МНЛЗ.
Предмет исследования. Диагностические параметры и границы различе ния неисправных состояний механизма качания.
Методы исследования. В работе применены методы теории механизмов и машин, автоматизированного синтеза уравнений движения систем тел, теории распознавания образов и теории контролепригодности, методы виброметрии и многомерной классификации данных.
Синтез уравнений движения механизма качания кристаллизатора МНЛЗ осуществлен на основе численно-итерационных методов с использованием специализированного программного комплекса. Исследование закономерно стей отклонения параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ - на основе методов планирования эксперимента и дискриминантного анализа с использованием специализированного программного комплекса. Эксперимен тальные данные получены на основе промышленного исследования, измерение параметров колебания стола качания выполнено с помощью портативного ана лизатора вибрации.
Научная новизна полученных результатов 1. Впервые установлена зависимость радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ (радиуса дуги окружности – траектории движения точек рабочей грани гильзы кристаллизатора с большим радиусом кривизны) от амплитуд колебания стола качания.
2. Получила дальнейшее развитие математическая модель механизма кача ния кристаллизатора МНЛЗ с зазорами в подшипниках шарниров путем авто матического синтеза уравнений движения. Модель позволила установить зако номерности отклонения параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ при изменении технического состояния подшипников шарниров меха низма качания (увеличения радиального зазора). На основе установленных за кономерностей определено допустимое значение суммарного зазора в подшип никах шарниров механизма качания.
3. Усовершенствована диагностическая модель механизма качания кри сталлизатора МНЛЗ, определены диагностические параметры, разработаны ре шающие правила распознавания и установлены границы различения неисправ ных состояний подшипников шарниров механизма качания на основе дискри минантных функций параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ.
Практическое значение полученных результатов.
Усовершенствованы методы диагностики механизма качания и контроля отклонения радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ на основе использования в качестве диагностических параметров соответственно дискриминантных функ ций и радиуса качания кристаллизатора, определяемых по результатам измере ния параметров колебания стола качания, а также на основе определенных гра ниц различения технического состояния.
Результаты диссертационной работы, методы диагностики и контроля вне дрены в бюро технической диагностики отдела главного механика ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)". Их использование позволило обеспечить заданные пара метры колебательного движения кристаллизатора за счет своевременного обна ружения, определения и устранения неисправностей узлов и элементов меха низма качания. Отклонение радиуса качания и амплитуды колебания кристал лизатора сортовой радиальной МНЛЗ "DANIELI" снизились с ±50 % до ±10 % от проектных значений, что позволило увеличить срок службы кристаллизатора в 2 раза.
Результаты диссертационной работы, методы диагностики и контроля ме ханизма качания кристаллизатора МНЛЗ переданы в ООО "ИТЦ "Вибродиаг ностика" (Украина) для использования с их серийно производимой виброизме рительной техникой для предупреждения отклонений параметров колебатель ного движения кристаллизатора МНЛЗ.
Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе кафедр "Основы проектирования машин" и "Механическое оборудование заво дов черной металлургии" ГВУЗ "Донецкий национальный технический универ ситет", кафедры "Механическое оборудование заводов черной металлургии" Приазовского государственного технического университета и кафедры "Теоре тическая механика" Национальной металлургической академии Украины при научно-исследовательских работах, курсовом и дипломном проектировании студентами специальности "Металлургическое оборудование".
Личный вклад соискателя. Автором лично выполнены теоретические и экспериментальные исследования для установления зависимости радиуса кача ния кристаллизатора МНЛЗ от амплитуды колебания стола качания, выбора ди агностических параметров, разработки решающих правил и определения гра ниц различения неисправных состояний подшипников шарниров механизма ка чания, разработаны и опробованы в производственных условиях методы диаг ностики и контроля механизма качания кристаллизатора МНЛЗ.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 2-й Международной научно технической конференции "Прогрессивные технологии в металлургии стали:
XXI век" (Донецк, 2004), 3-й Международной научно-технической конферен ции "Вибрация машин: измерение, снижение, защита" (Донецк, 2005), на 5-й, 6 й и 7-й Международной научно-технической конференции "Вибрации в техни ке и технологиях" (Винница, 2004;
Полтава, 2005;
Львов, 2006), на совещании начальника конструкторского бюро Производства металлургического оборудо вания ЗАО "Новокраматорский машиностроительный завод" (Краматорск, 2006), расширенных заседаниях кафедры "Механическое оборудование заводов черной металлургии" и "Основы проектирования машин" ГВУЗ "Донецкий на циональный технический университет" (Донецк, 2005…2008 г.г.), "Машины и агрегаты металлургического производства" Национальной металлургической академии Украины (Днепропетровск, 2007).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в специа лизированных научных изданиях, включенных в перечень ВАК Украины: статьи в научных журналах и 4 статьи в сборниках научных трудов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех раз делов, выводов, списка использованных источников (137 наименований) и приложений. Полный объем диссертации - 216 страниц, общий объем 137 стра ниц. В разделах диссертации 46 рисунков (в том числе 4 на отдельных страни цах) и 11 таблиц (в том числе 2 на отдельных страницах).
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первый раздел "Состояние вопроса контроля и диагностики механиз ма качания кристаллизатора МНЛЗ и постановка задач исследования".
Анализ условий эксплуатации и режимов работы механизма качания (МК) кри сталлизатора МНЛЗ позволил установить причины, которые обуславливают от клонения параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ от за данных значений. Основными из них являются: изменение технического со стояния (ТС) МК, возникновение и развитие неисправностей узлов и элементов, дефекты монтажа МК, нарушение расположения валов, неправильный монтаж подшипников, ослабление резьбовых соединений и т.д. Данные причины при водят к снижению стабильности и безопасности разливки стали на МНЛЗ, без отказности узлов и элементов МК, а также к ухудшению качества получаемой заготовки.
Анализ технической литературы показал, что предупреждение отклонений параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ возможно путем контроля и диагностики МК. Широкое распространение получили методы кон троля и диагностики на основе накопления статистической информации о неис правностях узлов и элементов МК, отклонениях параметров движения кристал лизатора, не удовлетворяющие требованиям эффективности и достоверности результатов. Требуют развития методы контроля и диагностики МК на базе ди агностической модели, на основе разработки и исследования объективных ма тематических моделей неисправностей узлов и элементов механизма, выбора диагностических параметров и определения границ различения ТС.
Анализ технической литературы показал, что имеются единичные приме ры разработки и исследования математической модели МК кристаллизатора МНЛЗ для решения различных узких задач контроля и диагностики. Отсутст вуют сведения о разработке диагностической модели МК на основе математи ческих моделей неисправностей его узлов и элементов. Нет информации о раз работке решающих правил и определении границ различения ТС МК. Поэтому есть необходимость в разработке универсальной математической модели МК для моделирования неисправностей узлов и элементов механизма с целью ре шения выше обозначенных задач.
Второй раздел "Анализ и классификация неисправностей механизма качания кристаллизатора МНЛЗ". В качестве объекта исследования выбран шарнирный четырехзвенный МК кристаллизатора сортовой радиальной МНЛЗ "DANIELI" электросталеплавильного цеха ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)". МК обеспечивает колебательное движение кристаллизатора по синусоидальному закону с постоянной амплитудой колебания, с частотой колебания, согласован ной со скоростью вытягивания слитка и направлением движения кристаллиза тора, сонаправленным с технологической осью ручья МНЛЗ.
По результатам анализа возможных неисправностей МК установлено, что наибольшее влияние на отклонения параметров и направления колебательного движения кристаллизатора оказывают неправильный монтаж эксцентриковой муфты и неисправности подшипников шарниров (таблица 1).
Подшипники шарниров механизма совершают низкочастотные колеба тельные движения с малой угловой амплитудой, что не позволяет применить для распознавания их ТС ни один из известных методов диагностики, в отличие от других неисправностей МК.
Характер износа подшипников близок к "ложному бринеллированию", на дорожках качения образуются вмятины с шагом, равным шагу тел качения, Таблица Словарь возможных неисправностей МК кристаллизатора МНЛЗ Метод диагностирования Влияние на параметры по характеру шума по спектральному уровню вибрации составу вибрации внешний осмотр по температуре движения кри анализ смазки по общему сталлизатора Неисправности МК амплитуда направле частота закон ние Электродвигатель Повреждение подшипников + + + + + Ослабление резьбовых соединений + + Повреждение статора (ротора) + + + Дисбаланс ротора + + Нарушение смазки + + + Упругая муфта Ослабление резьбовых соединений + + + Повреждение упругого элемента + Нарушение соосности + + Коническо-цилиндрический редуктор Повреждение подшипников + + + + + Ослабление резьбовых соединений + + + Повреждение зубчатых колес + + + Повреждение + + + шпоночных соединений Нарушение смазки + + + Платформа двигателя и редуктора Повреждение опорного узла * * + Эксцентриковая муфта Повреждение подшипников * + + + + Ослабление резьбовых соединений * + + + Повреждение ** + + + + шпоночных соединений Нарушение смазки * + + + Неправильный монтаж **** + Рычажный механизм Повреждение подшипников **** Ослабление резьбовых соединений * * * + + Отказы пневматических устройств * * * + Нарушение смазки * + + Неправильный монтаж ** * + увеличивается радиальный зазор. Таким образом, в механической системе МК появляется люфт. На практике срок эксплуатации подшипников МК превышает допустимый в несколько раз, когда и отклонения параметров колебательного движения кристаллизатора превышают допустимые значения. Подход неоправ дан, т.к. при увеличении срока эксплуатации подшипников выше допустимого снижается стабильность процессов литья заготовок и увеличивается вероят ность возникновения аварийных ситуаций.
По регламенту технического обслуживания и ремонта оборудования МНЛЗ установлена необходимость замены всех подшипников рычажного МК при отклонении параметров движения кристаллизатора выше допустимых зна чений, независимо от состояния отдельно взятого подшипника. Анализ техни ческой литературы и проектно-конструкторской документации на МНЛЗ пока зал, что допустимое отклонение технологической оси ручья машины от проект ного положения в вертикальной плоскости, проходящей вдоль оси ручья, в зоне кристаллизатора находится в пределах от 0,15 до 0,4 мм. На практике он увели чивается на один-два порядка (от 15 до 40 мм).
Для общей оценки ТС МК достаточно контролировать люфт в подшипни ках, сопоставляя его с отклонениями параметров движения кристаллизатора, для чего необходимо установить зависимость отклонений параметров колеба тельного движения кристаллизатора МНЛЗ от изменения ТС МК, в частности, от развития зазоров в подшипниках его шарниров.
Третий раздел "Исследование закономерностей отклонения парамет ров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ при изменении тех нического состояния механизма качания". Расчетная схема МК кристалли затора МНЛЗ приведена на рис. 1. Входными параметрами модели являются конструктивные параметры, действующие силы (силы инерции, тяжести и др.) и режимы работы МК. Зазор в каждом из рассматриваемых шарниров принят равным разности радиусов подшипника и шипа (=r1-r2). Выходные параметры - кинематические параметры движения контрольной точки стола качания - вы ходного звена МК в горизонтальном и вертикальном направлениях. Точка кон троля стола качания расположена в точке пересечения горизонтальной плоско сти стола качания, на которой устанавливается и закрепляется кристаллизатора, с технологической осью ручья МНЛЗ в проектном положении, на рис. 1 обо значена буквой Т.
Идеальный МК, т.е. без зазоров, имеет одну степень подвижности - поло жение всех звеньев однозначно определяется углом поворота кривошипа 1. При наличии пяти зазоров в соединениях 2-3, 3-6, 3-4, 4-5 и 5-6 МК получает допол нительно 5,6,7,8,9 или 10 степеней подвижности в зависимости от того, сохра няется ли контакт в кинематических парах механизма или кинематическая цепь разомкнута, если рассматривать МК, как механизм переменной структуры. Все го возможно 32 вида движения МК. При сохранении контакта в i-й кинематиче ской паре относительное положение звеньев, образующих кинематическую па ру, определяется i-м углом i, а при размыкании кинематической цепи - коорди натами xi и yi в системах координат, связанных с шарнирами МК.
Для вывода уравнений движения МК необходимо составить 240 уравнений Рис. 1. Расчетная схема шарнирного четырехзвенного МК кристаллизатора МНЛЗ:
1 - кривошип;
2 - шатун;
3 - нижнее коромысло;
4 - стол качания;
5 - верхнее коромысло;
6 - основание;
А,В,С,D,E - исследуемые шарниры с зазором;
Р - сила от поддерживающих устройств стола качания;
FТРК - сила трения между рабочей поверхностью гильзы кристаллизатора и поверхностью непрерывно формируемого литого слитка;
Gj - сила тяжести j-го звена;
FТРi - сила трения в і-м шарнире;
i - зазор в і-м шарнире;
Ri - нормальная составляющая реакции в і-м шарнире;
i - угол, определяющий относительное положение звеньев в i-м шарнире при сохранении их контакта;
xi и yi - координаты шипа в системе координат, связанной с і-м шарниром, определяющие относительное положение звеньев при нарушении их контакта;
Т - контрольная точка;
и - соответственно угловая скорость и угол поворота кривошипа Лагранжа и продифференцировать их. При переходе от одного вида движе ния к другому необходимо вычислить начальные условия для соответствующих уравнений движения. Получившаяся система уравнений будет аналитически неразрешима, т.к. в уравнения будут входить производные от обобщенных ко ординат и тригонометрические функции искомых переменных. Например, за висимость для определения общей кинетической энергии звеньев 2,3,4 и 5 МК кристаллизатора МНЛЗ имеет следующий вид:
& I c2 z m ( ) cos V 2 (l1) l1V sin tg tg + 1 + T= + + 2 2 I 2 & ( & 2 lc 3 sin +(lc 3) 2 + y 2 + 2 y 2lc 3 cos + c 3 z + m3 & 2 & + x2 2 x & & & & 2 & ( ) & ' sin '+(l ' ) 2 + W 2 + 2Wl ' cos ' + I c 4 z ' + m4 2 & & + U 2Ulc 4 c4 c 2 & m &2 & & I c l & + 5 x5 x5l5 sin + 5 + y5 + y5l5 cos + z, &2 & & (1) 2 2 & V = l1 cos y1 l3 cos y 2 ;
U = x5 l5 sin + x4 + x5 ;
W = y5 + & & & & & & & где & + l5 cos + y 4 ;
mi, li и I ci z - соответственно, масса, длина и тензор моментов & инерции (тензор инерции) i-го звена МК кристаллизатора МНЛЗ;
- угловая скорость кривошипа 1;
,,, ' и - угол поворота в плоскости XOY () звена &&&& & соответственно, 1,2,3,4 и 5 МК;
,,, ' и - угловая скорость звена соот ветственно, 1,2,3,4 и 5 МК;
lc3 и lc4 - конструктивные размеры звена соответст венно, 3 и 4 (рис. 1).
В связи с этим, принято решение о применении современного программно го комплекса "Универсальный механизм" (ПКУМ), позволяющего получать дифференциальные уравнения в автоматическом режиме. Порядок создания модели МК кристаллизатора МНЛЗ в среде ПКУМ следующий.
1. Создание параметризированной модели МК как системы абсолютно твердых тел (звеньев), связанных посредством шарниров и силовых элементов.
2. Подготовительный этап. Считывание исходных данных и преобразова ние в символьные выражения (например, массам тел и элементам матриц тен зоров инерции ставятся в соответствие символьные выражения);
анализ струк туры механизма.
3. Синтез соотношений кинематики. Получение зависимостей элементов матриц, входящих в кинематические характеристики каждого тела, от коорди нат, их производных и времени.
4. Формирование уравнений связей в алгебраической и дифференциальной формах.
5. Определение главного вектора и главного момента активных сил, дейст вующих на каждое звено механизма. Силы приводятся к центрам масс тел.
6. Формирование матриц уравнений движения M ( q, t ) q + k ( q, q, t ) = Q ( q, q, t ), && & & (2) где М, k и Q - матрицы масс, сил инерции и обобщенных сил, входящие в урав нения движения.
7. Формирование выходных файлов уравнений движения. Соотношения кинематики и динамики, выведенные в символьной форме, записываются в вы ходные файлы в виде готовом для трансляции на одном из языков программи рования, например, на языке Pascal.
8. Численное интегрирование уравнений движения модели с параллельным отображением результатов в виде анимации и графиков.
Результаты моделирования - кинематические параметры движения кон трольной точки стола качания идеального МК - идентичны параметрам движе ния этой же точки, полученным при аналитическом расчете для заданного за кона, амплитуды и частоты колебательного движения кристаллизатора. Расхо ждения результатов не превышает 10 %.
Модель шарнира с зазором представляется внутренним контактом двух окружностей различного диаметра и базировалась на существующей в ПКУМ модели контактного взаимодействия звеньев. К звеньям, взаимодействующим посредством такого шарнира, прикладывались контактные силы, зависящие от зазора, скорости его изменения и относительной скорости движения звеньев. К исходным данным модели МК добавляются геометрические размеры шарниров, зазор и параметры контакта, коэффициенты контактной жесткости и диссипа ции. Математическая модель шарнира с зазором реализована в ПКУМ с помо щью встроенного стандартного языка программирования1.
Результаты моделирования МК с учетом зазора в его шарнирах показали, что увеличение зазора в каждом из пяти рассматриваемых шарниров МК выше номинального значения приводит к различным отклонениям параметров коле бательного движения контрольной точки Т (рис. 2а), а соответственно и всего стола качания, и установленного на нем кристаллизатора (рис. 2б). Значения параметров могут превышать заданные в несколько раз.
Менее чувствительны к зазору в шарнирах параметры колебательного движения контрольной точки в вертикальном направлении в отличие от гори зонтального. Это объясняется работой пневматических устройств, поддержи вающих стол качания во время работы, частично компенсирующих "разболтан ность" механизма в результате возникновения и развития зазора в его шарни рах, т.е. эти устройства действуют на компенсирование люфта в МК. Зазор в шарнире А не оказывает значительного влияния на траекторию движения кон трольной точки, за исключением смещения всего стола качания вниз (рис. 2б).
Зазоры в шарнирах В и С оказывают близкое по характеру влияние, стол кача ния смещается как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. При этом в горизонтальном направлении на разное значение. Зазоры в шарнирах D и Е приводит к одинаковым отклонениям траектории движения. Смещение в Реализация шарнира с зазором в среде ПКУМ выполнена Н.Н. Лысиковым, Лаборато рия вычислительной механики Брянского государственного технического университета.
вертикальном направлении не отличается от предыдущего случая, а в горизон тальном направлении по сравнению с предыдущим вариантом, увеличивается в два раза. Если же увеличенный зазор будет одновременно в каждом из пяти рассматриваемых шарниров, то отклонения траектории движения контрольной точки достигнут значения соизмеримого с амплитудой колебания.
а б Рис. 2. Параметры движения контрольной точки Т стола качания:
а - скорость перемещения в вертикальном направлении;
б - траектория движения в системе координат согласно рис. 1;
1 - во всех шарнирах зазор =60 мкм;
2,3,4,5 и 6 - зазор =1 мм в шарнире, соответственно, А,В,С,D и E;
7 - во всех шарнирах зазор =1 мм;
X7=4,56 мм;
Y7=12,47 мм;
заданная амплитуда колебания 6,9 мм, размах - 13,8 мм В зависимости от того, какой зазор будет иметь место в каком из пяти рас сматриваемых шарниров - в них будут различными положения точек контакта, угол относительного поворота подшипника и шипа, направление и значение ре акции (рис. 3), что непосредственно отражает изменение структуры механизма и новое распределение нагрузок в результате смещения в новое положение звеньев МК.
Разрыв кинематической цепи в шарнирах МК кристаллизатора МНЛЗ на блюдался при переходных режимах работы. В период установившегося режима движения разрыва цепи нет, т.к. характер движения звеньев механизма на рабо чей частоте в режиме имитации литья заготовок (на холостом ходу) можно ха рактеризовать как монотонный - однообразный по форме и параметрам.
Результатами математического моделирования МК было подтверждено, что причины возникновения вмятин на беговых дорожках колец подшипников заключаются в колебательном, чередующемся с ударным, нагружении элемен тов подшипника. Вмятины образуются в зоне выборки зазора. Относительное (колебательное и/или ударное) перемещение элементов подшипника осуществ ляется по линии действия реакции на значение образовавшегося зазора.
С целью изучения степени влияния таких факторов, как зазоры в шарнирах рычажного МК и частоты колебания, на кинематические параметры движения контрольной точки стола качания и получения безразмерных уравнений регрес сии проведено математическое исследование с использованием методов плани рования эксперимента. Для решения задачи выполнен полнофакторный экспе римент первого порядка. С помощью программного комплекса "Statistica" и созданной математической модели МК кристаллизатора МНЛЗ была сформи рована матрица планирования эксперимента, определены отклики и рассчитаны коэффициенты уравнений регрессии.
Рис. 3. Положение точки контакта и угол относительного поворота подшипника и шипа (i), направление и величина реакции (Ri) в шарнире Е в системе координат согласно рис. В результате получены полиномы, отражающие зависимость кинематиче ских параметров движения и радиуса качания контрольной точки Т стола кача ния от рассматриваемых факторов (в кодированном виде):
y 2 = 17,3 + 3,006 x1 + 0,959 x2 + 3,623x3 + 2,413x4 + 12,708 x6 + + 0,84 x1 x3 0,814 x1 x4 + 2,563 x3 x6 + 1,958 x4 x6 ;
(3) y 3 = 4,367 + 0,824 x1 + 0,522 x2 + 0,8 x3 + 4,038 x6 0,309 x1 x2 + + 0,786 x1 x6 + 0,509 x2 x6 + 0,738 x3 x6 ;
(4) y 5 = 123,332 + 1,134 x1 + 3,807 x3 + 3,774 x4 + 25,110 x6 + 0,6623x1 x6 + + 0,7151x3 x4 + 2,342 x3 x6 + 2,266 x4 x6 ;
(5) y 6 = 5,976 + 0,821x1 + 0,359 x2 + 0,359 x2 + 0,426 x3 + 4,027 x6 + + 0,792 x1 x6 + 0,349 x2 x6 + 0,369 x3 x6 (6) y 7 = 5,501 0,089 x1 0,629 x3 0,675 x4 0,712 x6 + 0,08 x1 x3 + + 0,074 x3 x4 0,077 x3 x6 0,123x4 x6, (7) где х1, х2, х3, х4 и х5 - зазор соответственно в шарнире E, D, С, В и А (рис. 1);
х6 частота вращения эксцентрикового вала;
y2 и y3 - среднеквадратичное значение (СКЗ) соответственно скорости и ускорения колебательного движения кон трольной точки стола качания в горизонтальном направлении;
y5 и y6 - то же, в вертикальном направлении;
y7 - радиус качания контрольной точки.
Установлено, что параметры движения стола качания, за исключением СКЗ амплитуды колебания (y1) и размаха колебания (y4), непосредственно от ражают развитие зазора в подшипниках МК в соответствии с линейными зави симостями, что позволяет использовать их в диагностических целях для кос венной оценки зазора в подшипниках. Параметры y1 и y4 также отражают нали чие и развитие зазоров. Если фактические значения не совпадают с заданными, это свидетельствует в первую очередь о наличии зазора в подшипниках меха низма. Но в силу нелинейной зависимости данных параметров использовать их для косвенной оценки зазора в подшипниках МК нежелательно.
По результатам математического эксперимента установлена зависимость между суммарным зазором (Z) в подшипниках МК и отклонением технологи ческой оси ручья от проектного положения в зоне кристаллизатора (TA):
TA = 0,3481 + 1,0003 Z 0,0688 Z 2. (8) Установленная зависимость позволила определить допустимое значение суммарного зазора в подшипниках МК (Z=0,791 мм), соответствующего до пустимому отклонению технологической оси (TA=0,4 мм).
Параметром криволинейного участка технологической оси радиальной МНЛЗ является базовый радиус. Для точек рабочей грани гильзы кристаллиза тора, имеющей больший радиус кривизны, траектория движения будет пред ставлять собой дугу окружности с радиусом равным базовому радиусу МНЛЗ.
Предложено радиус дуги окружности - траектории движения точек рабочей грани гильзы кристаллизатора с большим радиусом кривизны - называть радиу сом качания кристаллизатора (РКК).
В ходе математического моделирования МК установлен линейный закон распределения амплитуды колебания стола качания по его длине в вертикаль ной плоскости, проходящей вдоль технологической оси ручья МНЛЗ, что по зволило предположить о его взаимосвязи с РКК (RT), исходя из чего построена расчетная схема, по которой была выведена зависимость:
AA L RТ =, (9) AA AТ где АА и АТ - размах колебания в вертикальном направлении соответственно в точках А и Т стола качания;
L - расстояние между точками А и Т.
По результатам моделирования МК определены причины изменения РКК, на основе которых разработаны решающие правила его контроля. Если RT=8000 мм, то МК в исправном состоянии;
RT8000 мм - увеличены зазоры в шарнирах коромысел МК;
RT8000 мм - увеличены зазоры в шарнирах стола качания;
RT - увеличены зазоры в шарнирах коромысла и стола качания.
Границы допустимого отклонения РКК - ±0,5 м.
Для создания диагностической модели МК, выбора диагностических пара метров, разработки решающих правил и определения границ различения неис правных состояний подшипниковых узлов выполнен дискриминантный анализ результатов математического моделирования МК с учетом зазоров в шарнирах.
Дискриминантный анализ, основанный на геометрическом представлении о разделении классов состояний объекта в пространстве признаков, является одним из методов многомерного статистического анализа. Совокупность харак теристик, относящихся к одному классу состояний, сконцентрирована в неко торой области пространства признаков. Основной характеристикой данных об ластей является положение в пространстве признаков центроида области - цен тра класса, точки относительно которой равноудалена совокупность характери стик диагностируемого состояния. Дискриминантные (классифицирующие) функции определяют эти области посредством описания их границ в простран стве признаков. В этом случае решающее правило формулируется как "отно сить состояние к классу с ближайшим центром (центроидом)".
Классификация состояний подшипников МК осуществлена по суммарному зазору в них. Первый класс, соответствующий хорошему состоянию, характе ризуется суммарным зазором Z=0,3…0,791 мм, второй класс - удовлетвори тельному - Z=0,791…4,0 мм, третий класс - аварийному - Z4,0 мм.
С помощью программного комплекса "Statistica" и созданной математиче ской модели МК кристаллизатора МНЛЗ был сформирован план численных экспериментов, определены отклики и рассчитаны коэффициенты дискрими нантных функций:
F1 = 29,55 0,003 y 2 + 0,004 y3 0,12 y5 + 0,27 y 6 2,8 y 7, (10) F2 = 4,73 0,18 y 2 + 1,78 y3 + 0,12 y5 2,13 y 6 0,37 y 7. (11) Полученные выражения позволили установить следующие границы разли чения неисправных состояний подшипниковых узлов МК кристаллизатора (рис.
4). Безразмерные значения диагностических параметров - дискриминантных функций F1=-3,85 и F2=-0,29 соответствуют хорошему состоянию подшипников (класс 1);
F1=0,84 и F2=0,69 - удовлетворительному состоянию (класс 2), а F1=3,02 и F2=-0,47 - аварийному состоянию (класс 3). При этом, чем меньше значение параметра F1, тем ТС подшипниковых узлов лучше.
По результатам анализа закономерностей отклонений параметров колеба тельного движения кристаллизатора МНЛЗ при изменении технического со стояния подшипников МК разработана их диагностическая модель, отличаю щаяся тем, что в качестве диагностических параметров выбраны дискрими нантные функции параметров движения кристаллизатора в вертикальном и в горизонтальном направлении и РКК;
решающие правила заключаются в опре делении минимально расстояния от диагностируемого состояния до центроида известных классов состояния в пространстве дискриминантных функций.
Диагностируемый класс состояния (экспериментальные данные) Рис. 4. Диаграмма положения диагностируемых классов в плоскости дискриминантных функций (F1F2) Четвертый раздел "Разработка и опытно-промышленное опробование методов виброметрического контроля и диагностики механизма качания кристаллизатора МНЛЗ". Для МНЛЗ радиального типа технологическая ось в вертикальной плоскости на участке формирования непрерывно литого слитка представляет собой дугу окружности с радиусом равным базовому радиусу МНЛЗ. РКК МНЛЗ также должен быть равен этому базовому радиусу, что и оп ределяет сонаправленность движения кристаллизатора с технологической осью ручья.
Предложенный метод определения РКК позволяет, по параметрам колеба ния стола качания, оперативно выполнять контроль правильности установки и выверки кристаллизатора, совершающего колебательное движение относитель но технологической оси ручья МНЛЗ. Для этого с помощью портативного ана лизатора вибрации в период плановых и неплановых остановок процесса раз ливки стали на МНЛЗ, а при использовании стационарной системы и во время разливки, выполняется измерение амплитуды колебания в вертикальном на правлении в двух точках стола качания, вычисляется фактический РКК МНЛЗ и сравнивается с базовым (заданным) радиусом МНЛЗ.
В качестве интегральных показателей характера движения и ТС МК кри сталлизатора МНЛЗ предложено использовать дискриминантные функции. По рядок диагностирования следующий. Выполняют измерение параметров коле бательного движения стола качания в вертикальном и в горизонтальном направ лении, определяют РКК МНЛЗ. По полученным результатам вычисляются зна чения дискриминантных функций диагностируемого класса состояния МК, ко торые затем сопоставляют с установленными значениями функций для извест ных классов состояний.
Для экспериментального опробования разработанного метода диагностики подшипников МК проводились измерения параметров колебания столов кача ния. На рис. 4 приведен пример определения дискриминантных функций и со ответствующего класса состояния подшипников по результатам измерения па раметров колебательного движения стола качания. Диагностируемый класс рас полагается в перекрывающейся области второго и третьего классов состояний подшипников МК. Минимальное расстояние будет от диагностируемого класса до центроида известного третьего класса. Результаты диагностирования: сум марный зазор в шарнирах МК составляет 3,3…4 мм. Соответственно диагноз следующий – аварийное состояние подшипников. Рекомендации по ТОиР – провести внеплановую замену подшипников механизма.
Результаты осмотра замененных подшипников подтвердили, что на бего вых дорожках колец всех подшипников МК присутствуют вмятины от тел каче ния глубиной от 0,3 до 2 мм, а суммарный зазор составляет 3,9 мм (рис. 5).
Рис. 5. Вид износа кольца подшипника NNF5016ADA-2LSV Усовершенствованные методы контроля и диагностики МК и разработан ное для их реализации программное обеспечение "МНЛЗ Радиус" и "МНЛЗ За зор" переданы в бюро технической диагностики отдела главного механика ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)". Внедрение методов позволило обслуживающему персоналу МНЛЗ оперативно принимать решение о целесообразности продол жения непрерывной разливки стали и эксплуатации МК в случае отклонения параметров движения кристаллизатора от заданных значений. Опытно промышленное опробование подтвердило их эффективность и достоверность, что подтверждено соответствующим актом внедрения.
ВЫВОДЫ В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача уменьшения отклонений параметров колебательного движения кристал лизатора МНЛЗ (амплитуды колебания и радиуса качания) с ±50 % до ±10 % от проектных значений, за счет развития методов диагностики не исправностей механизма качания.
Основные научные положения и практические результаты заключаются в следующем.
1. Создана математическая модель шарнирного четырехзвенного механиз ма качания кристаллизатора МНЛЗ, позволившая установить взаимосвязь от клонений параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ с зазо рами шарниров механизма качания, что дало возможность разработать диагно стическую модель подшипниковых узлов и механизма качания в целом. Модель механизма качания отличается тем, что реализована путем численного интег рирования автоматически синтезируемых уравнений движения механической системы механизма качания. Расхождение результатов расчета не превышает 10 %.
2. На основе разработанной математической модели механизма качания кристаллизатора МНЛЗ проведено исследование его кинематики и динамики. В результате анализа разработанной модели установлена зависимость параметров колебательного движения кристаллизатора от зазоров в шарнирах рычажного механизма качания, что дает возможность определять по отклонениям парамет ров движения суммарный зазор (люфт) в механической системе механизма ка чания. Определено допустимое значение суммарного зазора в подшипниках рычажного механизма качания - 0,791 мм, что соответствует отклонению тех нологической оси ручья от проектного положения в зоне кристаллизатора в пределах допустимых 0,4 мм.
3. На основе установленных зависимостей параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ от зазоров в шарнирах рычажного механизма качания разработана диагностическая модель подшипниковых узлов механиз ма, выбраны диагностические параметры, определены решающие правила и впервые установлены границы различения состояний узлов по трем классам:
хорошее (суммарный зазор в диапазоне от 0,3 до 0,791 мм), удовлетворительное (от 0,791 до 4,0 мм) и аварийное (от 4,0 мм и более) состояние. Это дает воз можность обслуживающему персоналу МНЛЗ принимать объективные реше ния о продолжении эксплуатации подшипников механизма качания или о их замене.
4. Получил дальнейшее развитие метод контроля отклонения радиуса ка чания кристаллизатора МНЛЗ. Для реализации метода разработано программ ное обеспечение, которое позволяет автоматически определять фактический радиус качания кристаллизатора по результатам измерения амплитуды колеба ния стола качания на основе установленной зависимости между ними. Разница между радиусом качания кристаллизатора и базовым (заданным) радиусом кри визны МНЛЗ соответствует отклонению радиуса качания от заданного значе ния.
5. Усовершенствован метод диагностики механизма качания кристаллиза тора МНЛЗ. Для реализации метода разработано программное обеспечение, ко торое позволяет автоматически определять суммарный зазор в подшипниках механизма качания на основе использования в качестве диагностических пара метров дискриминантных функций, вычисляемых по результатам измерения параметров колебания стола качания, и сопоставления их с установленными границами различения неисправных состояний подшипников шарниров меха низма качания.
6. Методы контроля и диагностики механизма качания кристаллизатора МНЛЗ переданы в бюро технической диагностики отдела главного механика ЗАО "ММЗ "Истил (Украина)". Внедрение методов позволяет обслуживающе му персоналу МНЛЗ оперативно принимать решение о целесообразности про должения непрерывной разливки стали на МНЛЗ и эксплуатации механизма качания кристаллизатора в случае отклонения параметров колебания стола ка чания от заданных значений. Опытно-промышленное опробование предложен ных методов контроля и диагностики подтвердило эффективность и достовер ность их применения для диагностики механизма качания кристаллизатора МНЛЗ.
7. Предупреждение отклонений параметров колебательного движения кри сталлизатора МНЛЗ за счет своевременного обнаружения, определения и уст ранения неисправностей механизма качания, позволило увеличить срок службы кристаллизатора МНЛЗ в 2 раза. Согласно проведенной оценки, ожидаемый экономический эффект от применения усовершенствованных методов контроля и диагностики механизма качания кристаллизатора МНЛЗ составит 500000 грн./год.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Сидоров, В.А. Определение технического состояния механизмов кача ния МНЛЗ / В.А. Сидоров, А.Л. Сотников // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - №.8. - С. 202-205.
2. Сидоров, В.А. Анализ систем контроля и диагностирования механизмов качания МНЛЗ / В.А. Сидоров, А.Л. Сотников;
гол. ред. О.А. Мінаєв (голова) // Наукові праці Донец. нац. тех. ун-т. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - Вип. 102. - С.
46-55. - (Сер.: металургія).
3. Кравченко, В.М. Критерии выбора спектроанализаторов вибрации / В.М. Кравченко, В.А. Сидоров, А.Л. Сотников;
гл. ред. Н.Н. Заблодский (пред седатель) // Сборник научных трудов Донбасс. гос. тех. ун-т. - Алчевск: ДонГ ТУ, 2005. - Вып. 19. - С. 201-208.
4. Сотников, А.Л. Диагностические признаки механизма качания МНЛЗ / А.Л. Сотников;
гол. ред. О.Г. Онищенко (голова) // Збірник наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Юрія Кондратюка. Полтава: ПолНТУ, 2005. - Вип. 16. - С. 274-278. - (Сер.: галузеве машинобуду вання, будівництво).
5. Сидоров, В.А. Исследование параметров вибрации столов качания МНЛЗ / В.А. Сидоров, А.Л. Сотников // Вибрации в технике и технологиях. 2005. - №2. - С. 85-89.
6. Сидоров, В.А. Определение радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ / В.А. Сидоров, А.Л. Сотников // Современная электрометаллургия. - 2006. - №4.
- С. 43-46.
7. Моделювання несправних станiв механiзму хитання кристалiзатора МБЛЗ / Р.В. Ковальов, Н.Н. Лисiков, В.А. Сидоров, О.Л. Сотнiков;
відп. ред.
З.А. Стоцько // Автоматизацiя виробничих процесiв у машинобудуваннi та при ладобудуваннi: Украiнський мiжвiд. наук.-техн. зб. - Львiв: "Львiвська полiтехнiка", 2007. - Вип. 41. - С. 116-127.
Личный вклад соискателя в работах опубликованных в соавторстве:
[1] - Выполнен анализ результатов измерения параметров вибрации меха низма качания, сформулированы цели и задачи оценки технического состояния механизма качания, поставлены направления дальнейших исследований.
[2] - Выполнен обзор и анализ систем виброметрического контроля и диаг ностирования механизма качания, проведены экспериментальные исследова ния.
[3] - Определены требования к выбору анализатора вибрационных пара метров механического оборудования, которые отвечают запросам предприятий, уровню решаемых задач и квалификации персонала.
[4] - Выполнен анализ результатов экспериментального исследования из менения технического состояния механизма качания кристаллизатора МНЛЗ, выбраны методы виброметрического контроля и диагностирования механизма.
[5] - Выполнен анализ состояния вопроса и обзор существующих вариан тов решения, сформулированы цели и задачи исследования, определены на правления дальнейших исследований.
[6] - Выполнено теоретическое обоснование возможности определения ра диуса качания кристаллизатора МНЛЗ виброметрическими методами.
[7] - Выполнен анализ отказов и неисправностей механизма качания, моде лирование неисправных состояний механизма, анализ результатов моделирова ния, разработана диагностическая модель механизма качания (выбраны диагно стические параметры, разработаны решающие правила, определены границы различения состояний подшипников).
АНОТАЦІЯ Сотніков О.Л. Попередження відхилень параметрів коливального руху кристалізатора МБЛЗ на основі розвитку методів діагностики механізму хитан ня. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.08 - Машини для металургійного виробництва. - Державний вищий навчальний заклад "Донецький національний технічний університет", Донецьк, 2008.
Виконано дослідження закономірностей відхилень параметрів коливально го руху кристалізатора МБЛЗ при зміні технічного стану механізму хитання. На основі отриманих результатів удосконалені метод діагностики механізму хи тання і контролю відхилення радіуса хитання кристалізатора МБЛЗ. У якості діагностичніх параметрів обрані дискримінантні функції і радіус хитання крис талізатора МБЛЗ, які визначаються за результатами виміру параметрів коли вання столу хитання.
Методи діагностики і контролю механізму хитання кристалізатора МБЛЗ впроваджені в бюро технічної діагностики відділу головного механіка ЗАТ "Мініметалургійний завод "Істіл (Україна)", що дозволило знизити відхилення параметрів коливального руху кристалізатора МБЛЗ (амплітуди коливання та радіуса хитання) з ±50 % до ±10 % від проектних значень за рахунок своєчасно го виявлення, визначення та усунення несправностей механізму хитання.
Ключові слова: механізм хитання кристалізатора, метод діагностики, діаг ностичні параметри, радіуса хитання кристалізатора.
АННОТАЦИЯ Сотников А.Л. Предупреждение отклонений параметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ на основе развития методов диагностики ме ханизма качания. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.08 - Машины для металлургического производства. Государственное высшее учебное заведение "Донецкий национальный техниче ский университет", Донецк, 2008.
Решена актуальная научно-техническая задача уменьшения отклонений па раметров колебательного движения кристаллизатора МНЛЗ (амплитуды колеба ния и радиуса качания) с ±50 % до ±10 % от проектных значений, за счет разви тия методов диагностики неисправностей механизма качания.
Установлено, что наибольшее влияние на отклонения параметров колеба тельного движения кристаллизатора МНЛЗ оказывают неисправности подшип ников шарниров рычажного механизма качания. Подшипники совершают низ кочастотные колебательные движения с малой угловой амплитудой, что не по зволяет применять известные методы диагностики по сравнению с другими не исправностями механизма качания. Характер износа подшипников близок к "ложному бринеллированию", на дорожках качения образуются вмятины с ша гом, равным шагу тел качения, увеличивается радиальный зазор.
На основе автоматического синтеза уравнений движения создана матема тическая модель шарнирного четырехзвенного механизма качания кристаллиза тора МНЛЗ, позволяющая установить взаимосвязь отклонений параметров ко лебательного движения кристаллизатора МНЛЗ от изменения технического со стояния механизма качания, в частности увеличения суммарного зазора в под шипниках его шарниров. Для установления этих закономерностей проведено математическое моделирование с применением методов планирования экспери ментов. С помощью метода многомерной классификации данных - дискрими нантного анализа результатов численных экспериментов - определены диагно стические параметры и границы различения неисправных состояний подшип ников шарниров механизма качания кристаллизатора МНЛЗ.
Точность результатов моделирования механизма качания высока, расхож дение не превышает 10 %, что достаточно для решения широкого круга научно технических задач, в т.ч. технической диагностики.
По результатами математического моделирования механизма качания вы явлены причины возникновения вмятин на беговых дорожках колец подшипни ков, заключающиеся в колебательном, чередующегося с ударным, нагружении элементов подшипника. Вмятины образуются в зоне выборки зазора. Относи тельное (колебательное и/или ударное) перемещение элементов подшипника осуществляется по линии действия реакции на величину образовавшегося зазо ра.
В ходе моделирования механизма качания установлен линейный закон рас пределения амплитуд колебания стола качания в вертикальной плоскости, про ходящей вдоль технологической оси ручья, на основе которого предложена за висимость для определения фактического радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ, а также установлены причины изменения радиуса, на основе которых разработаны решающие правила его контроля.
В основу классификации состояний подшипников шарниров механизма качания положена зависимость между суммарным зазором в подшипниках ме ханизма и отклонением технологической оси ручья МНЛЗ от проектного поло жения в зоне кристаллизатора, установленная по результатам математического моделирования неисправных состояний механизма качания. По данной зависи мости определено допустимое значение суммарного зазора (0,791 мм) в под шипниках механизма качания, соответствующего допустимому отклонению (0,4 мм) технологической оси ручья МНЛЗ.
По результатам анализа закономерностей отклонений параметров колеба тельного движения кристаллизатора МНЛЗ при изменении технического со стояния подшипников механизма качания разработана их диагностическая мо дель, отличающаяся тем, что в качестве диагностических параметров выбраны дискриминантные функции параметров движения кристаллизатора в верти кальном и в горизонтальном направлении и радиуса качания кристаллизатора;
решающие правила заключаются в определении минимально расстояния от ди агностируемого состояния до центроида известных классов состояния в про странстве дискриминантных функций;
границы различения состояния узлов определены для следующих трех классов состояния подшипников: хорошее суммарный зазор 0,3…0,791 мм, удовлетворительное - 0,791…4,0 мм и аварий ное - 4,0 мм.
На основе полученных результатов теоретического исследования усовер шенствованы метод контроля радиуса качания кристаллизатора МНЛЗ и метод диагностики механизма качания за счет использования в качестве диагностиче ских параметров соответственно радиуса качания кристаллизатора и дискрими нантных функций, определяемых по результатам измерения параметров коле бания стола качания, а также за счет определенных границ различения состоя ний.
Проведенное опытно-промышленное опробование усовершенствованных методов контроля и диагностики механизма качания сортовой радиальной МНЛЗ "DANIELY" ЗАО "Миниметаллургический завод "Истил (Украина)" подтвердили возможность снижения отклонений параметров колебательного движения кристаллизатора за счет своевременного обнаружения, определения и устранения неисправностей механизма. Амплитуда колебания и радиус качания кристаллизатора МНЛЗ снизились с ±50 % до ±10 % от проектных значений, что подтверждено соответствующим актом внедрения результатов диссертаци онной работы.
Для практической реализации методов контроля и диагностики механизма качания разработано программное обеспечение и инструкции по выполнению соответствующих работ в производственных условиях ЗАО "Миниметаллурги ческий завод "Истил (Украина)", которые были переданы в бюро технической диагностики отдела главного механика завода.
Ключевые слова: механизм качания кристаллизатора, метод диагностики, диагностические параметры, радиус качания кристаллизатора.
SUMMARY А.L. Sotnikov. The prevention of parameters divergence of oscillatory move ment of CC machine crystallizer on the basis of development of tilting mechanism diagnostics techniques. - Manuscript.
The dissertation is presented for awarding the scientific degree in engineering science on speciality 05.05.08 - Machines for Metallurgical Production. - State insti tute of higher education "Donetsk National Technical University", Donetsk, 2008.
The research of parameters divergence laws of oscillatory movement of CC ma chine during technical state changing of tilting mechanism was made. The tilting mechanism diagnostic techniques and control of department of oscillation radius of CC machine crystallizer was updated on the basis of received results. The discrimi nator and the oscillation radius of CC machine crystallizer were chosen in the capac ity of diagnostic parameters. They are determined by the results of parameters meas uring of hunting desk oscillation.
The diagnostic techniques and the control of tilting mechanism of CC machine crystallizer, were implemented in technical diagnostics bureau of plant engineer de partment of close corporation "MMP "Istil (Ukraine)". This gave the opportunity to decrease the parameters divergence of oscillatory movement of CC machine crystal lizer (the vibration amplitude and hunting radius) from ±50 % to ±10 % of project values at the expense of timely determination and elimination of troubles of tilting mechanism.
Keywords: tilting mechanism of oscillation a crystallizer, diagnostics technique, diagnostic parameters, oscillation radius of a crystallizer.
Подписано к печати 29.09.2008. Формат 6084 1/16.
Усл. печ. 0,9 л. Печать лазерная. Заказ №4545. Тираж 100 экз.
Отпечатано в типографии ООО "Цифровая типография" Адрес: г. Донецк, ул. Челюскинцев, 291а. Телефон: (062) 388-07-