Аппаратура для мониторинга остаточного ресурса прокатных станов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Автоматизация процесса составления... партий... Третьяков В.А., ВаршавскийЕ.А.,МазурИ.П., Ненахов ВА.

например, срочность выполнения заказов, температура слябов заказов, а также ряд других, что, в свою очередь, позволит в дальнейшем автоматически оперативно формировать

такие монтажные партии для прокатки полос, которые при повышении производительности стана снизят расход ресурсов (топливо, валки

ИТ.Д.).

Библиографический список

1. АшмановС.А. Линейноепрограммирование. М.: Наука, 1981.

2. МуртафБ. Современноелинейноепрограммирование. М.: Мир, 1984.

3. Математическая модель формирования монтажных партий на прокатку в условиях НШСГП 2000 ОАО НЛМ К // Про-изводствопроката. 2006. N° 8. С. 16-21.

УДК 621.01: 539.4

А. Г. Колесников, Р. К. Вафин, А. А. Мальцев

АППАРАТУРА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Потери из-за недостаточной долговечности металлургического оборудования очень велики: на все ввды ремонта ежегодно расходуется около 25% капитальных вложений в металлургию , кроме того, на ремонтных работах занято более 20% рабочих отрасли и примерно треть металлорежущих станков.

В рамках разработанной федеральной программы «Техническое перевооружение и развитие металлургии России» предусмотрен переход от системы планово-предупредигельных ремонтов (ППР) к новой системе ремонтов по фактическому состоянию на основе результатов диагностирования. Недостаток системы ППР заключается в том, что план ремонтов составляется по среднестатистическим данным о выходе из строя деталей и узлов, что зачастую приводит к замене исправного оборудования и не исключает аварии между ремонтами. Подсчитано, что затраты на ремонт оборудования без системы диагностики составляют, в среднем, 60% от его первоначальной стоимости, а с системой диагностики такие затраты в десять раз меньше. Однако существующие системы диагностики оборудования

имеют недостаток: при диагностировании не вычисляется остаточный ресурс.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана разработана аппаратура для мониторинга остаточного ресурса (рис. 1), включающая: датчики температуры (ДТ), вибрации (ДВ) и крутящего момента (ДМ); модули измерения температуры (МИТ), вибрации (МИВ) и крутящего момента (МИМ), собранные в измерительный блок (ИБ); индикаторы темпе -ратуры (ИТ), вибрации (ИВ) и крутящего момента (ИМ). Канал измерения температуры (Т), канал измерения вибрации (В) и канал измерения крутящего момента (М) имеют выходы на аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Основным звеном аппаратуры для мониторинга является персональный компьютер (ПК), на котором установлено программное обеспечение (ПО) (рис. 2), объединяющее программу оцифровки сигналов с датчиков и программу вычисления остаточного ресурса, составленную на основании новой методики расчета цикловой нагруженности и усталостной долговечности [ 1].

С помощью этой аппаратуры можно контролировать, например, температуру масла ре-

Рис. 1. Схема измерительной части и общий вид аппаратуры

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ

дуктора, уровень вибрации электродвигателя и корпуса редуктора, а также крутящие моменты на шпинделях прокатного стана [2]. Аппаратура апробирована на четырёх прокатных станах: на автоматстане 220 ПНТЗ (Первоуральского новотрубного завода), на трехвалковом стане ЭЗТМ-80 (Электростальского завода тяжелого машиностроения), на клети 350 сортового стана (Бхилайского металлургического комбината в Ивдии), на лабораторно-промышленном стане ДУО-140 ЭПИ МИСиС (Электростальского политехнического института - филиала Московского института стали и сплавов).

Задача по прогнозированию остаточного ресурса наиболее актуальна в ситуации, когда к некоторому моменту времени приходят к заключению, что ресурс детали близок к исчерпанию, а продление срока ее эксплуатации на некоторое время может дать значительный экономический эффект.

Установлено, что для детали долговечность описывается законом Вейбулла с плотностью распределения вероятности

f (t ) = ^ехр

(1)

интегральной функцией распределения вероят-ности

F (t )= 1 - ехр

и функцией надежности t 1

P (t ) = ехр

а

(2)

(3)

где t - время безотказной работы заданной детали

Установлен закон распределения вероятности для остаточного ресурса Т, отсчет которого производится от момента времени 1=1* (рис. 3).

Поскольку вероятность отработать без отка-зов время и + Т равна произведению вероятности безотказной работы на интервале времени Т (при условии, что уже отработано время и) и вероятности отработать без отказов время и, справедливо равенство

P(t* + T)= P(T/t*)P(t*) .

(4)

Определив у 100% остаточный ресурс как решение уравнения Р(Т^*) =у, из (4) получаем следующее уравнение для определения величины Ту

7 =

P (t* + Tr)

P (t*) .

(5)

Этот результат можно получить таким путём : поскольку плотность распределения вероятности для остаточного ресурса может быть представлена в ввде

g (T) = с • f (t* + T ), где коэффициент нормировки 1 1

с = ■

J f (t* + T) dT

P(t*)

(6)

(7)

0

имеем соотношение

g (T ) =

f (t* + T ) P (t*)

(8)

Интегрируя (8) по Т в пределах от Тг до к, приходим к соотношению (5).

В соответствии с (8) интегральная функция распределения вероятности для остаточ-ного ресурса определяется как

1 т

° (Т) = ^ \ / ( 4 + Т) йТ =

P (t*)o F (t* + T)- F (t*) P (t*)

(9)

III

! 11 IIII in i

Н О L L I N (3

Q

SIZE NUMBER 23 oscill max 87.1899 Mps oscill min -0.1884 Mps

weight koeff. 1.73076923076949E-0006 ALL RESURS...0.9980 gears work out resurs...0.8724 years the rest resurs...0.1256 gears

Рис. 2. Окно программы вычисления остаточного ресурса

Остаточный у-100% ре -сурс определяется из равенства у=1-0(Тд), которое с уче-том (9) принимает ввд соотношения (5).

Ожвдаемое значение остаточного ресурса определяется как

Аппаратура для мониторинга остаточного ресурса прокатных... Колесников А.Г., Вафин Р.К., Мальцев А.А.

Т=рту {ШР ^+4 Н Р ' (10)

Подставив выражения (1), (2), (3) в (8), (9), определяем плотность и интегральную функцию распределения вероятности для остаточного ресурса:

g (T) = А (t* + T)b 1 exp

(t* + T )b -t*

a

G(T) = 1 - exp

(t* + T)b -1*

a

,(11)

(12)

Из соотношения (5) находим ^-100% остаточный ресурс

Ty=a

— I - In у

,a )

tjk

(13)

0.4-

о.з- \ V

0.2;-L 1 I g(t)

0 1 т х V /f (t)

и

t —1— 2 -1— ■ it*™ 6

10

t,T

Рис. 3. Распределениевероятностей долговечности f(t) и остаточного ресурса g{t)

Тел слагается из выработанного ресурса t* и остаточного ресурса Тг\

Для деталей каждого из четырех прокатных станов получены результаты прогнозирования 90% остаточного ресурса Тг.

Расчетное значение долговечности детали

T = t + T

1СЛ 1у-

(14)

Сопоставление расчетной и эксплуатационной до лговеч ноете й показало, что погрешность сравнения не превышает 20%.

Библиографический список

1. Вафин Р.К., Мальцев A.A. Новая методика разчета цикловой нагруженности и усталостной долговечности // Труды Все-рос. науч.-техн. конференции, посвященной 100-летио со дня рождения академикаА.И. Целикова. М., 2004. С. 416-418.

2. Вафин Р.К., Мальцев А.А. Система мониторинга остаточного ресурса // Труды Всерос. науч.-техн. конференции, посвященной 100-летию содня рождения академика А.И. Целикова. М., 2004. С. 418-419.

УДК 539.3/4

С. И. Платов, О. С. Железков, Г. Н. Юрченко, Д. В. Теренгьев, Ю. А.Пожццаев, Е. И. Мироне нков

РАСЧЕТ ТЕЛ КАЧЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Тела качения подшипников в процессе эксплуатации испытывают значительные контактные напряжения, которые, во-первых, характеризуются большими градиентами и локальностью, а во-вторых, постоянным изменением во времени от нуля до максимума в зависимости от местонахождения тела качения. Контактное усталостное разрушение возникает в результате зарождения и развития микротрещин под влиянием циклически изменяющихся контактных давлений. Таким образом, контактная усталость - разрушение поверхностных слоев материала деталей под действием длительных переменных контактных нагрузок.

Многократные микропластические сдвиги в некоторых, невыгодно ориентированных и поэтому пере на пряже иных зернах сплошного материала, а также концентрации напряжений у поверхностных неровностей и внутренних дефектов материала приводят к разрыхлению, истиранию и созданию «аморфного» слоя на плоскостях скольжения с образованием первичной усталостной микротрещины. Состояние поверхности оказывает существенное влияние на зарождение и развитие микротрещин Края трещин являются естественными концентраторами напряжений, и появле-