Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ системы диагностирования электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья заготовки 12
1.1. Технологические особенности непрерывной разливки стали 13
1.2. Характеристика роликовой проводки ЗВО МНЛЗ «ММК» 18
1.3. Функциональные возможности автоматической системы токовой диагностики разработки ОАО «Уралмаш» 23
1.3.1 Функция диагностирования правильности выставки приводных роликов по технологической оси ЗВО 23
1.3.2 Функция диагностирования прогиба тянущего ролика. 25
1.3.3 Функция диагностирования повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика 32
1.3.4 Увеличение глубины диагностирования механической части электропривода тянуще-правильного устройства 34
Выводы 37
Глава 2. Диагностирование механической части электропривода тпу по мгновенным значениям токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов 39
2.1. Закономерность изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при его прогибе 40
2.2. Анализ временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при стабильной скорости разливки 50
2.2.1. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по темпу снижения тока нагрузки 52
2.2.2. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по диапазону изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика 58
2.2.3. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по периоду изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика 62
2.2.4. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по совокупности диагностических признаков 65
2.3. Разработка алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ при стабильной скорости разливки 68
2.3.1. Алгоритм определения максимального темпа снижения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика. 69
2.3.2. Алгоритм определения диапазона изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика 70
2.3.3. Алгоритм определения периода изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика 71
2.3.4. Разработка алгоритма диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов 77
2.4. Анализ временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов при колебаниях статического момента нагрузки электропривода тянуще-правильного устройства 82
2.4.1. Разработка алгоритма диагностирования колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ 87
Выводы 89
Глава 3. Диагностирование механической части электропривода тпу по средним значениям токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов 92
3.1. Диагностирование величины износа тянущего ролика 92
3.2. Диагностирование распределения усилия вытягивания по электроприводам тянущих роликов 96
3.3. Диагностирование величин продольных усилий в теле слитка 97
3.4. Контроль точности выставки тянущих роликов по технологическому полотну 107
3.5. Разработка алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ по средним значениям тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов , 109
3.5.1. Разработка алгоритма диагностирования величины износа тянущего ролика 112
3.5.2. Разработка алгоритма диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов 113
3.5.3. Разработка алгоритма диагностирования продольных усилий в теле слитка 116
3.5.4. Разработка алгоритма контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна 119
Выводы 121
Глава 4. Разработка обобщенного алгоритма системы диагностирования механической части электропривода тянуще-правильного устройства 122
4.1. Разработка обобщенного алгоритма системы диагностирования механической части электропривода ТПУ 122
4.2. Проверка точности диагностируемой информации 128
Выводы 132
Заключение 133
Литература 136
Приложение
- Технологические особенности непрерывной разливки стали
- Закономерность изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при его прогибе
- Диагностирование величины износа тянущего ролика
- Разработка обобщенного алгоритма системы диагностирования механической части электропривода ТПУ
Введение к работе
Развитие черной металлургии в мире характеризуется переходом с устаревшего мартеновского производства стали на кислородно-конвертерное и электропечное, внедрением внепечной обработки жидкой стали и широким использованием непрерывного литья стали для получения заготовок. Эти современные технологические процессы позволяют резко повысить производительность металлургических предприятий, расширить сортамент производимых сталей и снизить себестоимость продукции [1,2].
Исключительно высокие темпы развития получило непрерывное литье стали. В настоящее время, в отдельных странах, таких как Япония, США и Италия, доля стали, разлитой методом непрерывного литья уже превышает 90% [3-5].
Технология непрерывного литья и конструкция машин непрерывно совершенствуется в направлении повышения качества отливаемых слитков и производительности каждой машины.
Поддерживать качество заготовок и производительность МНЛЗ на высоком уровне возможно только при непрерывном контроле технического состояния оборудования МНЛЗ и своевременной замене вышедших из строя узлов [2,4,6]. Применение систем диагностирования оборудования МНЛЗ позволяет также подготовлено подойти к ремонтным работам, исключить из перечня работ при ремонте метрологический контроль оборудования, тем самым сократить время ремонтных работ.
На российских МНЛЗ контроль состояния оборудования электропривода тянуще-правильного устройства (ТПУ) МНЛЗ производится автоматической системой токовой диагностики оборудования (АСТД) разработки ОАО «Урал-маш». Однако действующая АСТД вызывает нарекания со стороны службы диагностирования МНЛЗ ОАО «ММК» по достоверности диагностируемой информации [7].
Создание эффективной системы диагностирования механической части электропривода ТПУ позволит обосновать виды, сроки и объем ремонтных работ
МНЛЗ, сократить их время за счет целенаправленной замены вышедшего из строя оборудования, повысить качество непрерывнолитых слитков, создать предпосылки к росту скорости разливки и производительность машин. К тому же, это способствует созданию систем управления качеством литой заготовки.
Основными дефектами электропривода ГНУ, снижающими качество непре-рывнолитого слитка являются прогиб и износ бочки тянущего ролика [8-12], повреждение его подшипниковых узлов [13], случайная и периодическая буксовка тянущего ролика по слитку [14], колебания статического момента нагрузки электропривода ГПУ [15, 16], неправильная настройка электропривода ТПУ и возникающие в результате этого дополнительные продольные усилия в теле слитка [17].
Существующая система автоматического контроля состояния роликовой проводки МНЛЗ обладает следующими недостатками [18, 19]:
Не определяется величина прогиба бочки тянущего ролика;
Отсутствует достоверность точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна зоны вторичного охлаждения;
Не выделяются периодическая и случайная буксовка тянущего ролика по слитку;
Метод спектрального анализа токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при диагностировании повреждений подшипниковых узлов не обеспечивает 100% обнаружение данного дефекта;
5) Отсутствует диагностирование колебаний статического момента
нагрузки электропривода ТПУ;
Не определяется износ бочки тянущего ролика;
Не определяется вид распределения усилий вытягивания слитка по приводным роликам;
Отсутствует оценка величин продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом тянущих роликов.
В связи с изложенным целью настоящей работы является разработка системы диагностирования механической части электропривода ТПУ МНЛЗ по характеру изменения координат электродвигателей тянущих роликов.
7 Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной
работе следующих основных задач:
анализа функциональных возможностей АСТД разработки ОАО «Урал-маш»;
экспериментальной оценки достоверности диагностической информации выдаваемой ею по дефектам электропривода ТПУ;
статистического анализа временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов при различных дефектах механической части электропривода ТПУ;
определения диагностических признаков дефектов механической части электропривода ТПУ в характере изменения тока нагрузки тянущего ролика;
создания математического описания изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при прогибе его бочки;
разработки алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика;
разработки функциональной схемы системы диагностирования механической части электропривода ТПУ;
экспериментальной оценки эффективности предлагаемых алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.
К защите представляются следующие основные положения.
Экспериментальные и теоретические исследования функциональных возможностей автоматической системы токовой диагностики разработки ОАО «Уралмаш».
Математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба бочки тянущего ролика.
Результаты статистического анализа временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при случайной и периодической буксовке тянущего ролика по слитку, прогибе бочки и повреждении подшипнико-
8 вых узлов тянущего ролика. Диагностические признаки указанных дефектов,
методики и алгоритмы диагностирования, основанные на корреляционном и
дифференциальном анализе временных диаграмм токов нагрузок.
Методики диагностирования износа бочки тянущего ролика, распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, продольных усилий в теле слитка создаваемых электроприводами тянущих роликов и точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси.
Алгоритмы диагностирования прогиба и износа бочки тянущего ролика, повреждения его подшипниковых узлов, случайной и периодической буксовки тянущего ролика по слитку, колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ, распределения усилия вытягивания слитка по тянущим роликам и продольных усилий в теле слитка.
Обобщенный алгоритм диагностирования механической части электропривода ТПУ, учитывающий технологические особенности непрерывной разливки стали.
Результаты экспериментальной оценки эффективности предлагаемых способов диагностирования механической части электропривода ТПУ.
В первой главе диссертации выполнен анализ применяемых способов диагностирования состояния роликовой проводки ЗВО МНЛЗ и электропривода ТПУ в ее составе. Показано, что только по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов возможно диагностирование механической части электропривода ТПУ в реальном масштабе времени.
Экспериментально установлено, что из пяти заявленных разработчиками АСТД функций диагностирования электропривода ТПУ достоверны лишь две: диагностирование повреждений навесного редуктора линии привода и диагностирование поломки бочки тянущего ролика.
1. Контроль выставки тянущего ролика по технологическому полотну ЗВО выполняется без учета распределения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов на «холстом ходу». Поэтому, при совпадении значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика со значением тока нагрузки на
«холостом» ходу делается ошибочный вывод о выставке тянущего ролика ниже
технологического полотна.
Изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при периодической или случайной буксовке тянущего ролика по слитку воспринимаются АСТД, как изменения тока нагрузки, обусловленные прогибом бочки тянущего ролика.
Повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика при его периодической буксовке по слитку не диагностируются.
При диагностировании неравномерности распределения токов нагрузок по электродвигателям тянущих роликов не учитываются токи нагрузок на «холостом ходу». Поэтому искажается схема распределения реального тянущего усилия по электроприводам тянущих роликов. Отсутствует числовая характеристика неравномерности распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов.
Предложено расширить глубину диагностирования до девяти функций.
Предложено разделить все функции диагностирования по характеру проявления в токе нагрузки на две группы: 1) функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов в интервале времени, соответствующем двум оборотам ролика на текущей скорости разливки; 2) функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов, рассчитанных за интервал времени, соответствующий двум оборотам тянущего ролика на текущей скорости разливки.
Во второй главе поставлена задача разработать алгоритмы диагностирования механической части электропривода ТПУ на базе системы сбора данных существующей АСТД.
Выявлены два режима работы электропривода ТПУ: статический режим и режим работы при колебаниях статического момента нагрузки электропривода ТПУ.
Определены математические зависимости величины прогиба тянущего ролика и амплитуды изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.
Установлены диагностические признаки диагностирования по характеру изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика следующих дефектов электропривода ТПУ: периодической буксовки тянущего ролика по слитку, случайной буксовки тянущего ролика по слитку, повреждений подшипниковых узлов и прогиба бочки тянущего ролика. Разработаны алгоритмы диагностирования указанных видов дефектов.
Выявлены диагностические признаки колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ по характеру изменения общего тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов. Разработан алгоритм диагностирования указанных колебаний.
В третей главе разрабатывались функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов в длительном промежутке времени.
Определена зависимость изменения среднего тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величины износа его бочки.
Разработана методика диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов.
Разработана методика расчета продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом тянущих роликов ЗВО с учетом реального состояния тянущих роликов.
Разработана методика контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси ЗВО.
Разработаны алгоритмы диагностирования износа тянущего ролика, диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов, контроля точности выставки тянущих роликов по технологической оси ЗВО, диагностирования продольных усилий в теле слитка.
В четвертой главе разработан общий алгоритм системы диагностирования, при этом, функциональная схема системы, в соответствии с ранее поставленной задачей, осталась прежней. В условиях МНЛЗ ОАО «ММК» выполнена экспериментальная проверка эффективности предложенных алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.
Результаты диссертационной работы приняты при реконструкции машин непрерывного литья заготовок ОАО «ММК». Основное содержание работы опубликовано в 15 печатных трудах, включая три полезные модели РФ.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Лукьянову СИ., профессорам Осипову О.И., Козыреву С.К., Селиванову И.А., аспирантам и сотрудникам кафедры АЭП Московского энергетического института и кафедры Э и МЭ Магнитогорского государственного технического университета им.Т.И. Носова за ценные замечания и предложения, а также ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» за помощь в проведении экспериментальных исследований.
Технологические особенности непрерывной разливки стали
МНЛЗ (рис. 1.1) включает в себя: промежуточный ковш 1, зону первичного охлаждения - кристаллизатор 2, зону вторичного охлаждения, состоящую из нескольких секций водяных форсунок 3, верхнего 4 и нижнего 5 рядов роликов и устройство для разделения слитка на мерные длины 6. Кристаллизатор слябо-вой МНЛЗ представляет собой интенсивно охлаждаемую форму прямоугольного сечения. В ходе разливки жидкий металл непрерывно подается из промежуточного ковша 1 в кристаллизатор 2 и, соприкасаясь с его водоохлаждаемыми рабочими стенками, кристаллизуется по периметру. При выходе из кристаллизатора оболочка слитка образует сосуд с жидким металлом, внутри которого в направлении от стенок к центру продолжается кристаллизация. Форма слитка и его поперечные размеры определены формой и размерами рабочей полости кристаллизатора.
Окончательное затвердевание слитка происходит в ЗВО, расположенной непосредственно за кристаллизатором, при орошении поверхности заготовки охладителем из форсунок 3 [2, 6].
ТПУ представляет собой устройство, состоящее из опорных элементов - роликовой проводки с распределенными по всей длине технологического канала ЗВО тянущими роликами 5, которые приводятся во вращение электродвигателями 7. Роликовая проводка ТПУ, состоящая из двух рядов роликов, обеспечивает сохранение формы поперечного сечения отливаемой заготовки и удерживает ее оболочку от чрезмерного выпучивания в межроликовое пространство под действием ферростатического давления жидкой сердцевины на всем протяжении ЗВО. Электропривод ТПУ осуществляет вытягивание слитка из кристаллизатора, постепенный разгиб и транспортировку к устройст ву разделения слитка на мерные длины 6 для порезки [2, 6].
Ключевыми факторами, определяющими производительность МНЛЗ, являются: степень использования МНЛЗ (отношение времени, в течение которого производилась разливка металла к общему времени эксплуатации МНЛЗ) и темп разливки, определяемый как произведение скорости разливки на сечение отливаемой заготовки [4]. Следовательно, возможны два пути увеличения производительности МНЛЗ: 1) увеличение скорости разливки и 2) снижение времени простоя МНЛЗ.
Линейная скорость разливки, а значит и темп разливки МНЛЗ по данным Международного института чугуна и стали ограничивается технологической длиной МНЛЗ и качеством отливаемых заготовок [4]. Основными дефектами механической части электропривода ГПУ, приводящими к снижению качества непрерывнолитой заготовки являются прогиб (рис. 1.2) и износ бочки тянущего ролика; неправильная выставка роликов вдоль технологической оси (рис. 1.3); дефект их подшипниковых узлов; буксовки тянущего ролика по слитку; колебания статического момента нагрузки электропривода ТПУ; а также неверная настройка электропривода ТПУ и, возникающие в результате этого в теле слитка, дополнительные продольные усилия [8-17].
Появление указанных дефектов приводит к формированию в слитке дополнительных механических деформаций, которые неизбежно приводят к снижению качества непрерывнолитого слитка [8-17, 21-24]. Следовательно, постоянный контроль состояния оборудования роликовой проводки ЗВО МНЛЗ и своевременная замена вышедшего из строя оборудования позволяют улучшить качество литой заготовки и тем самым создать предпосылки к увеличению скорости разливки и производительности МНЛЗ. Вторым путем увеличения производительности МНЛЗ является уменьшение длительности ремонтных работ.
К состоянию роликовой проводки ЗВО предъявляются строгие технологические требования: ролики с биением 1 мм и износом 2 мм для МНЛЗ «ОАО» ММК подлежат замене [25]. Как правило, замена выполняется во время планово-предупредительных ремонтов. При этом с МНЛЗ снимается весь верхний ряд роликов, и измеряются величины прогиба и износа бочки роликов. Оперативное обнаружение дефектов роликовой проводки и электропривода ТПУ в ее составе позволяет обосновать перечень ремонтных работ и сократить их длительность.
Согласно [4], контроль за работой оборудования и плановая смена отдельных узлов МНЛЗ позволяют снизить время на ежегодное обслуживание МНЛЗ (капитальные ремонты) до 7 дней в году, техническое обслуживание - до 8 ч в неделю и минимизировать непредвиденные задержки до одной недели в году.
Таким образом, поддерживать стабильность протекания процесса разливки, качество литых заготовок, скорость разливки, а значит и производительность МНЛЗ возможно лишь при непрерывном контроле и поддержании отклонений роликовой проводки в заданных параметрах [2, 6].
Для получения оперативной и достоверной информации по качеству не-прерывнолитого сляба и состоянию МНЛЗ на металлургических предприятиях созданы макротемплетные лаборатории [26]. Контроль качества литого слитка в данных лабораториях по характеру и расположению внутренних дефектов позволяет осуществлять постоянное слежение за состоянием отдельных узлов МНЛЗ, что дает возможность проводить целенаправленную замену или настройку тех роликовых секций, где при макроконтроле обнаружены отклонения. Время с момента поступления проб в лабораторию до получения информации по качеству литого слитка составляет 1..3 часа, что снижает оперативность работы обслуживающего персонала МНЛЗ и не позволяет влиять на ход технологического процесса непосредственно во время разливки. Кроме того, данный способ позволяет определить лишь роликовую секцию, в составе которой содержится дефектный ролик, но не его номер, что снижает точность диагностической информации.
Другим способом контроля состояния роликовой проводки МНЛЗ является применение измерительной затравки [27]. При данном способе в технологический канал ЗВО вводится специализированная затравка, способная изменять свое поперечное сечение под действием сжатого воздуха и протягивается вдоль ЗВО. Затравка содержит ряд датчиков. По мере прохождения вдоль ЗВО информация с датчиков поступает в вычислительное устройство, где обрабатывается и выдается заключение о состоянии роликовой проводки. Основными недостатками данного способа являются: ограниченная длинна затравки, вследствие чего диагностируется состояние лишь тех роликов, через которые проходит затравка; невозможность анализа показателей настройки всего электропривода тянущих роликов ЗВО; невозможность диагностирования состояния роликовой проводки непосредственно во время разливки, что снижает производительность МНЛЗ. Кроме того, данный способ диагностирования не позволяет определять такие виды дефектов роликовой проводки ЗВО как износ бочки и повреждение подшипниковых узлов ролика.
Большинство дефектов тянущего ролика и звеньев его привода отражаются в характере изменения значений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов [20]. На основании этого ОАО «Уралмаш» создана АСТД, в которой по уровню и характеру изменения токовых нагрузок электродвигателей тянущих роликов, делается вывод о техническом состоянии механического оборудования электропривода ТПУ. Однако, эксплуатация данной системы службой диагностики МНЛЗ ОАО «ММК» показала, что ряд функций данной системы выполняются некорректно и система АСТД требует доработки [18, 19]. Для анализа функциональных возможностей АСТД необходимы технические характеристики роликовой проводки, электропривода ТПУ и системы сбора данных АСТД.
Закономерность изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при его прогибе
Согласно рис. 2.1 ролик радиуса г имеет остаточный прогиб бочки 8, что вызывает смещение центра тяжести ролика О в сечении, соответствующем середине длины бочки ролика, относительно оси О привода ролика. Таким образом, при вращении ролика с прогибом расстояние R между осью вращения О и точкой контакта ролика со слитком К непрерывно изменяется в пределах г - 8 R г + 8 [38].
Согласно уравнениям (2.1) и (2.2), при вращении ролика с прогибом бочки с неизменной скоростью углового вращения й)рол на контакте ролика со слитком должна непрерывно меняться линейная скорость вращения, что обусловлено изменением расстояния R и положением точки касания по оси абсцисс.
В реальных условиях, когда вытягивание слитка осуществляется тридцатью пятью тянущими роликами можно предположить, что линейная скорость движения слитка V при биении одного ролика есть величина неизменная. Тогда, при условии наличия постоянного контакта ролика со слитком должно происходить изменение угловой скорости вращения ролика относительно оси его вращения.
Период изменения угловой скорости разливки составляет десятки секунд, следовательно, динамической составляющей тока нагрузки можно пренебречь. В этом случае изменение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика будет происходить в соответствии с его статической электромеханической характеристикой.
На рис. 2.5 представлено изменение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика радиусом г=165 мм и прогибом =5 мм на скорости разливки К=0,7 м/мин. Из рис. 2.5 следует, что изменение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при постоянной скорости разливки близко синусоидальному, что характеризует наличие остаточного прогиба тянущего ролика.
Амплитуда изменения угловой скорости ролика сороя при прогибе ролика будет зависеть от линейной скорости разливки V и величины прогиба тянущего ролика 5. Предложена следующая методика диагностирования величины прогиба бочки тянущего ролика: 1. По временной диаграмме тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика определяется диапазон изменения тока нагрузки А/. 2. По электромеханической характеристике электродвигателя тянущего ролика определяется диапазон изменения угловой скорости 3. Определяется диапазон изменение угловой скорости тянущего роли ка:Дсорол =А(0 двиг 4. Определяется величина прогиба бочки тянущего ролика по 5 = f(V, Доз рол ) - решению дифференциального уравнения (2.5). В явном виде найти зависимость 8 = f(V, А рол ) не удалось. Поэтому поставлена задача определения упрощенных зависимостей 6 = f(V, Асо роя ).
Таким образом, диагностирование величины прогиба тянущего ролика может быть произведено по амплитуде изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при условии наличия контакта между роликом и слитком.
Для реализации функций диагностирования величины прогиба бочки и повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика, случайной и периодической буксовок тянущего ролика по слитку необходимо провести статистический анализ временных диаграмм токов нагрузки электропривода тянущих роликов с целью выработки диагностических признаков различных видов дефектов.
В результате анализа временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов выявлены следующие режимы работы электропривода ТПУ, отражающие различные физические явления, протекающие в роликовой проводки ЗВО: 1. Режим работы электропривода ТПУ при стабильной скорости разливки. 2. Режим работы электропривода при колебаниях скорости разливки (режим колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ) [15,16]. Данный параграф посвящен статистическому анализу временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при стабильной скорости разливки.
Диагностирование величины износа тянущего ролика
Износ бочек тянущих роликов в условиях ОАО «ММК» достигает 10 мм [36], тогда как по технологической инструкции [25] допускается эксплуатация тянущих роликов с износом бочки не более 2 мм. Износ бочек тянущих роликов приводит к перераспределению токов нагрузки между электроприводами тяну 93 щих роликов, изменения усилия вытягивания на данном тянущем ролике. В [52] разработан электропривод тянущих роликов, позволяющий исключить влияние износа бочки тянущего ролика на изменение усилия вытягивания на данном тянущем ролике. Для работы данной системы электропривода ТПУ необходимо диагностировать величину износа бочки тянущего ролика. Автором разработан способ диагностирования величины износа тянущего ролика по изменению тока нагрузки электродвигателя в длительном интервале времени [53]. Все тянущие ролики ТПУ, имеющие непрерывный во времени контакт со слитком вращаются с единой линейной скоростью, определяемой скоростью движения слитка V [54].
Ток нагрузки некоторых электродвигателей тянущих роликов имеет колебательный характер, обусловленный такими явлениями как прогиб тянущего ролика, повреждение подшипниковых узлов тянущих роликов, периодическая буксовка тянущего ролика по слитку. Так как при буксовке тянущего ролика его линейная скорость не равна скорости слитка, то диагностирование величины износа бочки данного ролика невозможно. По известной методике [37], для остальных временных диаграмм средний ток нагрузки необходимо высчитывать за время двух оборотов ролика на текущей скорости разливки. Однако износ бочки ролика уменьшит реальный период вращения последнего, что внесет погрешность в определение среднего значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика. Необходимо оценить эту погрешность.
Максимальное отклонение реального периода вращения тянущего ролика от расчетного будет соответствовать максимальному износу тянущего ролика, который в условиях МНЛЗ ОАО «ММК» для роликов диаметром D=330 мм составляет AD =10 мм [55]. Максимальное колебание тока нагрузки при этом будет соответствовать максимальному прогибу тянущего ролика д=5 мм на максимальной проектной скорости разливки F=l,5 м/мин [25]. С учетом данных параметров по п. 2.1. определен ток нагрузки электродвигателя прогнутого тянущего ролика с износом его бочки и без него (рис. 3.1). Там же показаны токи нагрузки электродвигателей изношенного и исправного тянущих роликов.
Временные диаграммы изменений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов при его прогибе и износе (ij) и при износе, но без прогиба (ji) Расчетный период оборота тянущего ролика диаметром D=330 мм высчи-тывается по (2.28) и составляет Грасч=41,47 с. Среднее значение тока нагрузки /; за два расчетных периода оборота ролика равен Ii = 5,13 А, в то время как ток нагрузки тянущего ролика с износом бочки тянущего ролика, но без прогиба составляет If=5 А. Относительная погрешность определения среднего значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при его прогибе и износе со 5ДЗ-5 ставит Д/% = — = 2,63%. Таким образом, прогиб тянущего ролика не вно сит существенной погрешности в определение среднего значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и выражение (3.4) применимо для определения величины износа бочки тянущего ролика с прогибом.
Выражение (3.4) не применимо для диагностирования величины износа бочки тянущего ролика при совпадении значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика со значением тока нагрузки «холостого хода». Действительно, снижение значения тока нагрузки ниже значения «тока холостого хода» невозможно, что неизменно внесет погрешность при вычислении величины износа бочки тянущего ролика по выражению (3.4).
Таким образом, предложена следующая методика диагностирования величины износа бочки тянущего ролика: 1. Диагностируются буксовки тянущего ролика. Если тянущий ролик буксует, то дальнейшее диагностирование невозможно.
2. Фиксируются координаты электропривода тянущего ролика при разливке первой плавки после замены тянущего ролика: VH, IHt Ud -соответственно скорость слитка, средний ток нагрузки электродвигателя тянущего ролика и напряжение тиристорного преобразователя.
3. Фиксируются координаты электропривода тянущего ролика в момент диагностирования: V), Ijt Ud. - скорость слитка, средний ток нагрузки электродвигателя тянущего ролика и напряжение тиристорного преобразователя.
4. Проверяется равенство токов нагрузок 7, и 1Н току нагрузки электродвигателя тянущего ролика при прокрутке машины на холостом ходу і . Если Ij или /н равны I„, то диагностирование величины износа бочки тянущего ролика невозможно, иначе величина износа AD высчитывается по выражению (3.4).
Таким образом, для диагностирования величины износа бочки тянущего ролика в системе диагностирования должен формироваться массив текущих значений напряжения тиристорного преобразователя.
Разработка обобщенного алгоритма системы диагностирования механической части электропривода ТПУ
Временные диаграммы скорости разливки стали и общего тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов представлены на рис. 4.1. Перед разливкой новой плавки стали происходит снижение скорости литья заготовки, и, вместо опустевшего сталеразливочного ковша на МНЛЗ устанавливается новый, со сталью новой плавки. Затем происходит увеличение скорости разливки путем увеличения напряжение UTn на выходе тиристорного преобразователя.
При снижении скорости разливки происходит тепловая деформация бочек тянущих роликов, что вызывает колебания статического момента электропривода ТПУ, и, как следствие, колебания скорости разливки. Данные колебания, как правило, затухают, но иногда могут продолжаться в течение разливки всей плавки. С течением времени тепловая деформация бочки тянущего ролика нивелируется, и электропривод ТПУ переходит в статический режим работы. Кроме снижения скорости разливки для установки на МНЛЗ сталеразливочного ковша с новой плавкой стали, предусматривается кратковременное снижение скорости разливки для замены быстроразрушающихся керамических деталей МНЛЗ. Поэтому, во время разливки одной плавки стали могут наблюдаться многократные снижения и увеличения скорости разливки, а, следовательно, и колебания статического момента вытягивания слитка. Поэтому, необходимо постоянное слежение за колебаниями статического момента нагрузки электропривода ТПУ.
Обобщенный алгоритм системы диагностирования представлен на рис. 4.2. В блоках 1-5 формируется массив токов холостого хода (МТХХ). Перед началом разливочной компании все механизмы МНЛЗ прокручиваются на холостом ходу. При этом в системе управления электроприводом МНЛЗ активны
Если на МНЛЗ установили сталеразливочный ковш со сталью новой плавки, то промежуточный флаг «с» обнуляется. Затем в блоке 8 создается массив текущих значений токов нагрузки. Как уже отмечалось, формирование массива возможно только при Р 0.5 м/мин, и при C/Tn=const. Таким образом, формирование массива МТЗ начнется только с момента времени t\ (рис. 4.1). При изменении напряжения тиристорного преобразователя формирование массива начинается с начала (момент времени tj, рис. 4.1). Диагностирование механической части электропривода ТПУ возможно только после окончания формирования массива (блок 8-9). Затем, диагностируются колебания статического момента нагрузки электропривода ТПУ по алгоритму (рис. 2.20). В блоке 11 загружается счетчик диагностируемого привода - п (блок 11). В режиме колебаний статического момента нагрузки диагностирование величины прогиба тянущего ролика невозможно, поэтому после диагностирования механической части электропривода ТПУ по мгновенным значениям токов нагрузки в блоке 12 (рис. 2.17), в блоке 13 фиксируются случайная и периодическая буксовка n-го тянущего ролика по слитку, а также повреждения подшипниковых узлов. Величины прогиба тяну щего ролика фиксируются лишь в нормальном режиме работы электропривода
ТПУ (блоки 14-15), начиная с момента времени t2 (рис. 4.1). В блоке 16 фиксируются величины Ai/Atn,AIn, Треал/Трасч , kln, k2n необходимые для диагностирования точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна (блок 17). Затем в блоке 18 к счетчику номера электродвигателя тянущего ролика прибавляется 1 и осуществляется переход к началу диагностирования (блок 18).
Диагностирование таких видов дефектов механической части электропривода ТПУ как продольные усилия в теле слитка, износ бочки тянущего ролика, т.е. диагностирование дефектов по средним значениям токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов достаточно проводить один раз за плавку. Данная информация поможет проследить причинно-следственные связи качества не-прерывнолитой заготовки и состояния механической части электропривода ТПУ. Поэтому, создание массива средних значений токов нагрузок проводится в нормальном режиме работы электропривода ТПУ (блоки 21 и 22). В блоке 19 осуществляется проверка: производилось ли в данной плавке диагностирование электропривода ТПУ по средним токам нагрузки электродвигателей тянущих роликов. Если нет, то после диагностирования состояния всех электроприводов тянущих роликов формируется массив средних значений токов нагрузки. После создания массива, в блоках 23, 24 проводится диагностирование величины износа бочки тянущего ролика, диагностирование распределения величин усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, а также в блоке 25 проводится диагностирование величин продольных усилий в теле слитка. После чего осуществляется переход к блоку 3.
Перед окончанием разливки и выдачи из ЗВО хвоста слитка в системе управления электроприводом ТПУ формируется флаг «Окончание разливки». Диагностирование МНЛЗ на этом технологическом этапе невозможно. Поэтому, после окончания диагностирования механической части электропривода ТПУ в блоке 27 осуществляется проверка окончании разливки. Если разливка окончена, то осуществляется переход к блоку 2, в котором ожидается начало новой разливочной компании. Если же разливка продолжается, то начинается новый цикл диагностирования.
При разработке алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ автором ставилась задача построить систему диагностирования на существующей системе сбора данных. В этом случае капитальные затраты на внедрение результатов работы практически сводятся к нулю, так как потребуется лишь изменение программы диагностирования, без замены оборудования.
Определение диагностических признаков механической части электропривода ТПУ проводилось по данным существующей системы сбора данных. Поэтому параметры оцифровки сигналов токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов и скорости разливки принято оставить прежними. Оцифровка производится 8-ми разрядным АЦП, при максимальном токе в 10 А, с дискре-той Дґ=0,5 с. Такие же параметры оцифровки сигнала скорости разливки, поступающего с тахогенератора установленного на валу электродвигателя тянущего ролика №5. Таким образом, функциональная схема системы диагностирования остается неизменной (рис. 1.7).
Эффективности алгоритмов диагностирования различных дефектов механической части электропривода ТПУ проверялись по отдельности. Для проверки алгоритма диагностирования величины прогиба тянущего ролика специалистами цеха ремонта механического оборудования №3 (ЦРМО -№3) на МНЛЗ ОАО «ММК» измерены величины прогиба тянущих роликов 8 диаметром /)=330 мм [59]. Полученные величины прогибов бочек тянущих роликов сопоставлены с расчетными величинами, рассчитанных по выражению (2.10).
Похожие диссертации на Диагностирование механической части электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья
