CC BY
8МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
DOI:10.12737/article_5a5dbf097daa83.55055808
Федоренко М.А., д-р техн. наук, проф., Бондаренко Ю.А., д-р техн. наук, проф., Погонин А.А., д-р техн. наук, проф.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОМПЕНСАЦИИ ОТКЛОНЕНИЙ КОРПУСА ЦЕМЕНТНОЙ ПЕЧИ НА ОПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
kdsm2002@mail.ru
Эксплуатируемое вращающееся оборудование производства строительных материалов характеризуется производительностью, качеством продукции, себестоимостью, надежностью, безопасностью, фондоотдачей, энерговооруженностью и так далее. Потеря работоспособности оборудования происходит не только в результате длительной эксплуатации, но и так же на этот процесс оказывают влияние условия эксплуатации, определенные круглосуточной работой, высокими нагрузками, работой под открытым небом, большое количество пыли, значительные перепады температур, агрессивность рабочей среды и др. Различные физические и химические процессы, которые оказывают отрицательное воздействие на материалы, из которых выполнены детали, также приводят к потери работоспособности, усталости металла и снижению их прочности. Обеспечение требуемого уровня технического состояния вращающегося оборудования определяет необходимость решения проблемы совершенствования технологических методов и системы восстановления работоспособности на основе внедрения современных диагностических средств. Решение проблемы включает разработку новых деталей, узлов и оборудования и новых монтажно-сборочных технологий, обеспечивающих своевременное восстановление работоспособности путем разработки новых технологий ремонта и модернизаций оборудования обеспечивающих надежность работы и повышение производительности.
Ключевые слова: цементная печь, материал, корпус, базирование, погрешность установки, работоспособность, нагрузки, износ._
Введение. Интенсификация развития промышленности производства строительных материалов возможна при комплексном решении технических и экономических задач, которые связаны с оптимизацией технической базы предприятий производства строительных материалов, что предусматривает оснащение предприятий современным оборудованием и поддержание технического состояния имеющегося парка агрегатов на заданном уровне, при котором обеспечивается его требуемая работоспособность и качество выпускаемой продукции при планируемых объемах производства. Если первая задача требует больших капитальных вложений, которые не всегда возможно реализовать, то второе должно быть обязательно исполнено, не зависимо от типа оборудования и срока его эксплуатации [1-3].
Основная часть. Для равномерного перемещения материала, подлежащего обработке внутри печного агрегата, необходимо чтобы уклон внутренней поверхности был равномерным, без местных выступов, в связи с тем, что
они снижают скорость передвижения материала, повышают толщину стенок и снижают показатели технологического процесса обжига. Эти негативные факторы приводит к трансформации формы корпуса, неоднородному распределению нагрузки на опорные узлы и смещению корпуса [4, 5].
Отклонения корпуса печного агрегата устанавливает вектор погрешности позиционирования:
т = (а , Ь , с , В ,у ) (1)
п V п ' п ' п ' п'А^п'/п/
где (ап, Ьп, сп) - параметры смещения; (А,В>У„) - параметры поворота.
Составляющие вектора тп обусловливаются точностью монтажа корпуса на отправной позиции в бандажах С0п = С0у .
Для установления положения корпуса при его монтаже на бандажах и определения вероятных позиционных отклонений, можно применить аналитические методы теории баз.
При контакте действительных установочных элементов корпуса с сопрягаемыми поверхностями бандажа и опор, теоретические опорные точки выражаются в виде точек контакта, положения координат которых устанавливают элементы вектора погрешности установки & у.
Координаты опорных точек контакта в системе, Хр, Ур, возможно представить двумя группами:
- нормальными д^ , Ду , д^ устанавливающими отклонения опорных точек в нормальном к сопрягаемым поверхностям направлении;
- плановыми х1 , у1,21 устанавливающими
положения опорных точек на трех базирующих поверхностях.
Монтаж корпуса реализовывается по трем поверхностям (рис. 1) и обусловливается матрицей нормальных координат:
, Дг2, Дг3 , Дх4, Дх5 Ду6 ), (2)
где (Д^!, Д2, Д^з ) - нормальные координаты
установочной базы, обусловливающие смещение по оси X и поворот вокруг осей X и У; д^4, д* -
нормальные координаты направляющей базы, от которых зависит смещение корпуса печного агрегата в направлении оси Х и поворот вокруг оси X; Ду6 - координата опорной базы, устанавливающая перемещение вдоль оси У;
Рис. 1. Схема базирования корпуса вращающегося агрегата: 1 - бандаж; 2 - башмак; 3 - корпус
Таким образом, погрешность позиционирования или погрешность монтажа корпуса печи возможно определить, используя формулу:
&у = б Т, (3)
где Q - матрица налагаемых связей размерности 6x6; Т - матрица нормальных координат.
Элементы матрицы б = [д^ | представляют
собой линейные функции определенных плановых координат опорных точек д = /, yi, 21). В
развернутой форме можно записать:
" ау '
ЬУ
СУ
^у
Ру
Уу .
0 0 0 0 0 0
д31 д32 дзз д 41 д 42 д 43 д51 д52 д53 000
д14 д15 00
д 64 д65
0
д26 0 0 0 0
Д21
Д2 2
Дг 3
Дх 4
Дх5
Ду 6 _
(4)
Соответственно (4), параметры погрешности установки, образованные на установочной базе, вычисляются по следующей зависимости:
Су _ 1 = С (х2 у3 - х3 у 2 ) (х3 у1 - х1 у 3 ) (х1 у2 - х 2 у1 ) Дг1
^у (х3 - х2 ) (х1 - х3 ) (х2 - х1) Д2 2
Ру (у3 - у 2 ) 0*1 - у3 ) (у2 - у11 ) Дг3
(5)
где С - определитель:
С =
1 Ух - х1
1 У 2 - х2 1 У з - х3
В вышеприведённом выражении координаты (х1, у1), (х2, у2 ), (х3, у3) являются плановыми координатами опорных точек установочной базы (плоскость Х0У).
Далее, элементы погрешности установки, определяемые на направляющей базе, можно задать следующем виде:
У5
У 4
У 4 - У 5 У 4 - У 5 1 1
У 4 - У 5 У 4 - У 5
Ах 4 Дх<
(6)
где у4 и у5 , плановые координаты опорных точек направляющей базы (плоскость УОТ).
Элемент ь , определяемый на опорной базе,
обусловливающий смещение корпуса вдоль оси У задается в следующем виде:
ЬУ = АУ 6
(7)
Определение численных значений всех составляющих общей погрешности установки (монтажа) корпуса агрегата, по вышеприведенным формулам (5-7), основывается на нахождении числовых величин отклонений нормальных координат опорных точек:
на установочной , Аz2, Аz3), направляющей (Ах4, Ах5), и опорной базах (Ау6 ).
Величины плановых координат всех опорных точек устанавливают исходя из габаритных значений размеров агрегата и на основании положения системы координат ОХУТ на его основных базах.
Отклонения значений нормальных координат (д^,Аz2,Аz3) определяются как вертикальное отклонение центра корпуса от первоначального установленного положения, обусловленное допускаемым отклонением от плоскостности базовой поверхности.
Если совокупность случайных величин распределены по закону равной вероятности имеет место равномерная плотность распределения отклонений:
Р (А я ) =
1/ И при А я е (0, И) 0 при А й ¿(0, И) .
Отклонения значений нормальных координат Дх4, Дх5 в плоскости ХОУ, обусловлены имеющимися зазорами в сопрягаемых деталях и сборочных узлах.
При базировании корпуса агрегата по конструктивно определенным базам численные величины плановых координат (х., у. , ^) не изменяются. Нормальные координаты опорных точек (дх,. , Ау, , а^, ), характеризуются случайным характером, и их численные величины определяются фактическими отклонениями от заданной геометрической формы базовых поверхностей корпуса агрегата и численными значениями зазора между корпусом и бандажами.
В случае, если между корпусом и бандажами имеется зазор S , может привести к неопределенности базирования корпуса агрегата, при которой элементы т меняются от макси-
в н
мального ту до минимального т у значений:
ту = (а у, ь; , с У
А, ВВ )
У Т.
н I н 14 Н 1Н пи н 1
ту =(ау, ЬУ , ^ А, Вн ,Уу \
Наиболее вероятными отклонениями являются математические ожидания:
т(ту ) = [т(ау ) т(Ьу ) т(су ) т(Ау ) т(Ву ) т(Ту )] .
Можно определить, как условные математические ожидания наиболее потенциально возможные не нулевые составляющие погрешности установки по следующим математическим выражениям:
- для установочной базы:
т[су | су * 0]=1И;
т[Лу | Ау * 0]= 1 •
И
т[Ву1Ву * 0] =1 •
4 (у тах у шш )
И
4 (хтах хт1п)
- для направляющей базы:
т[ау | ау * 0] =1 г[гу I Ту * 0]= 1 ■
5
6 (утах Утап )
Вывод. В результате применения вышеизложенной методики для повышения работоспособности печного вращающегося агрегата установлено, что необходимо уменьшить биение корпуса печи правильной установкой его на теоретическую ось вращения. Искажение оси (изменение положения оси) вращения корпуса агрегата при-
а
водит к дополнительным напряжениям в футеровке, в результате чего происходит ее разрушение, возникают дополнительные нагрузки на опорные узлы и механизмы вращения печного агрегата [6, 7].
Динамические нагрузки помимо износа и разрушения футеровки могут влиять на износ бандажей и роликоопор. Что в результате приводит к потере работоспособности и разрушению некоторых узлов агрегата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Албагачиев А.Ю., Амбросимов С.К., Ба-выкин О.Б., Большаков А.Н., Бондаренко Ю.А., Вячеславова О.Ф., Еременко Ю.И., Забе-льян Д.М., Зайцев С.А., Козлова М.А., Кру-пеня Е.Ю., Лебедев В.А., Лобанов И.Е., Морозова А.В., Пелипенко Н.А., Пухальский В.А., Рыбак Л.А., Санин С.Н., Санина Т.М., Серебренникова А.Г. и др. Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты. М., 2015. Том VI. С. 59-103.
2. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А. Модернизация цементных печей // В сборнике: Вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. 2017. С. 35-38.
3. Амбросимов С.К., Бондаренко Ю.А., Ве-рещака А.С., Верхотуров А.Д., Киричек А.В.,
Козлов А.М., Ковалева Е.В., Лобанов И.Е., Малютин Г.Е., Мокрицкая Е.Б., Мокрицкий Б.Я., Морозова А.В., Мусаев А.А., Нагоркин М.Н., Нагоркина В.В., Рыбак Л.А., Саблин П.А., Севастьянов Г.М., Федоренко М.А., Федоров В.П. Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты. и др. М., 2016. Том 7. С. 465-506.
4. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина Т.М., Антонов С.И. Проблемы энергосбережения и снижения пыления цементных печей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 5. С. 156-161.
5. Федоренко М.А., Маркова О.В. Влияние конструкции опорного узла модуля на смещение оси восстанавливаемого вала // В сборнике: Наукоемкие технологии инновации Юбилейная международная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова, XXI научные чтения. 2014. С. 169-174.
6. Белобородов С.М., Бондаренко Ю.А., Ве-рещака А.С., Григорьев С.Н., Иванов А.М., Иванов В.П., Ким А.В., Киричек А.В., Конопляник А.В., Лукин Е.С., Мокрицкий Б.Я., Морозова
A.В., Овчинников Е.В., Песин М.В., Прушак
B.Я., Прушак Д.А. Технологическое обеспечение качества и ресурса при изготовлении, сборке, ремонте и восстановлении. Под ред. М.: Издательский дом «Спектр», 2012. С. 43-72.
Информация об авторах
Федоренко Михаил Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения. E-mail: kdms2002@mail.ru
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Бондаренко Юлия Анатольевна, доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения. E-mail: kdms2002@mail.ru
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Погонин Анатолий Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технология машиностроения. E-mail: kdms2002@mail.ru
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Поступила в октябре 2017 г.
© Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Погонин А.А., 2018
M.A. Fedorenko, J.A. Bondarenko, A.A. Pogonin TECHNOLOGICAL METHODS OF COMPENSATION OF DEVIATIONS OF HOUSING THE
KILN, THE SUPPORT MEMBERS
Operated rotating equipment of production of construction materials is characterized by productivity, product quality, cost, reliability, safety, capital productivity, energy efficiency and so on. The loss of operabil-ity of equipment is not only the result ofprolonged use, but also on this process is influenced by the operating conditions, certain round-the-clock operation, high work load, work under the open sky, large amounts of dust,
large temperature changes, the aggressiveness of the working environment etc. of Various physical and chemical processes that have a negative impact on the materials from which made the details also lead to the loss of health, fatigue and reduction of strength. Providing the required level of technical condition of rotating equipment determines the necessity of solving the problems of the improvement of technological methods and system recovery through the introduction of modern diagnostic tools. The solution includes the development of new parts, assemblies and equipment, and new fabrication technologies that provide timely recovery through the development of new repair technologies and equipment upgrades to ensure reliability and increase productivity.
Keywords: cement kiln, material, building, basing, accuracy, performance, load, wear.
Information about the authors Mikhail A. Fedorenko, PhD., Assistant professor. E-mail: kdms2002@mail.ru
Belgorod State Technological University named after V.G Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Julia A. Bondarenko, PhD., Assistant professor. E-mail: kdms2002@mail.ru
Belgorod State Technological University named after V.G Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Anatoly A. Pogonin, PhD., Assistant professor. E-mail: kdms2002@mail.ru Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Received in October 2017
. Shukhov.
. Shukhov.
