Введение к работе
Актуальность темы. Производство заготовок для прокатного передела способом непрерывной разливки стали является неотъемлемой частью современного металлургического цикла. Конструкция машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), отдельных её агрегатов и устройств, постоянно совершенствуется в целях повышения производительности МНЛЗ, улучшения качества непрерывнолитых заготовок и снижения эксплуатационных затрат. Основным направлением совершенствования электрооборудования зоны вторичного охлаждения МНЛЗ является замена электроприводов постоянного тока с групповой схемой силового питания электродвигателей тянущих роликов (ТР) от одного тиристорного преобразователя (ТП) на электроприводы переменного тока с индивидуальной схемой силового питания электродвигателей ТР по системе ПЧ-АД. В 2006 г. на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») введена в эксплуатацию слябовая МНЛЗ №5 производства ОАО «Уралмаш», на которой применен индивидуальный электропривод ТР.
Обеспечение требуемого качества литой заготовки и высокой производительности МНЛЗ возможно лишь при непрерывном, непосредственно во время разливки стали, контроле технического состояния оборудования МНЛЗ и своевременной замене вышедших из строя узлов.
На большинстве российских слябовых МНЛЗ контроль технического состояния электроприводов ТР МНЛЗ осуществляется системами диагностирования роликовой проводки (СДРП) разработки ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (ГОУ ВПО «МГТУ») и автоматическими системами токовой диагностики (АСТД) разработки ОАО «Уралмаш», построенными на основе анализа изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей ТР. Указанные системы применяются для диагностирования механического оборудования электроприводов ТР с групповой схемой силового питания электродвигателей ТР от одного ТП.
Применение методик, используемых в системах АСТД и СДРП, для диагностирования механического оборудования электропривода ТР МНЛЗ №5 показало, что они не обеспечивают требуемою достоверность выявления таких видов дефектов, как прогиб бочки ТР и периодическая буксовка ТР по слитку. Кроме этого, в указанных системах не диагностируются такие типовые дефекты механического оборудования электропривода ТР, как износ уп-лотнительных колец и износ зубьев шестерней навесного редуктора.
Создание эффективной системы диагностирования индивидуального электропривода ТР позволит своевременно обнаружить дефекты его механического оборудования, обосновать виды, сроки и объем ремонтных работ, сократить время их выполнения за счет целенаправленной замены неисправного оборудования и, как следствие, повысить качество непрерывнолитых заготовок и увеличить производительность МНЛЗ.
Цель работы. Создание новой системы технического диагностирования механического оборудования электроприводов ТР МНЛЗ по характеру изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР, обеспечивающей увеличение производительности МНЛЗ за счет сокращения времени простоев машины на выполнение ремонтных работ.
Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:
анализа технических особенностей электроприводов ТР с групповой и индивидуальной схемами силового питания электродвигателей ТР;
анализа возможных дефектов электропривода ТР МНЛЗ, негативно влияющих на качество непрерывнолитых заготовок;
анализа функциональных возможностей и экспериментальной оценки эффективности промышленных систем диагностирования электропривода ТР для диагностирования механического оборудования индивидуального электропривода ТР;
статистического и частотного анализа временных диаграмм изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР;
определения диагностических признаков проявления дефектов механического оборудования электропривода ТР в характеристиках изменения моментов нагрузки электродвигателей ТР;
разработки методик и алгоритмов диагностирования механического оборудования электропривода ТР по частотным характеристикам изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР;
разработки обобщенного алгоритма и функциональной схемы системы диагностирования механического оборудования электропривода ТР;
экспериментальной оценки эффективности предлагаемых методик и алгоритмов диагностирования механического оборудования электропривода ТР.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием статистических и частотных методов анализа временных рядов, методов машинного моделирования и методов дискретной математики. Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода ТР МНЛЗ №5 ОАО «ММК».
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достоверностью диагностирования дефектов механического оборудования электропривода ТР в период опытно - промышленной эксплуатации системы и результатами внедрения системы технического диагностирования механического оборудования электропривода ТР на слябовой МНЛЗ №5 ОАО «ММК».
К защите предоставляются следующие основные положения:
Результаты экспериментальных и теоретических исследований функциональных возможностей известных систем диагностирования механического оборудования применительно к электроприводам ТР с индивидуальным силовым питанием электродвигателей ТР по системе ПЧ-АД.
Результаты статистического анализа временных диаграмм и частотных характеристик изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР при прогибе бочки ТР, периодической и случайной буксовках ТР по слитку, износе уплотнительных колец навесного редуктора и износе зубьев шестерней навесного редуктора.
Диагностические признаки прогиба бочки ТР, периодической буксовки ТР по слитку, износа уплотнительных колец навесного редуктора и износа зубьев шестерней навесного редуктора на основе анализа амплитуд компонент спектральной плотности изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР.
Методики и алгоритмы диагностирования прогиба бочки ТР, периодической и случайной буксовок ТР по слитку, износа уплотнительных колец навесного редуктора и износа зубьев шестерней навесного редуктора.
Технические решения и обобщенный алгоритм диагностирования механического оборудования электропривода ТР слябовой МНЛЗ с учетом технологических особенностей непрерывной разливки стали.
Результаты внедрения и экспериментальной оценки эффективности разработанной системы диагностирования механического оборудования электропривода ТР.
Научная новизна:
1. По статистическим показателям изменения мгновенных значений мо
ментов нагрузки электродвигателей ТР МНЛЗ определены диагностические при
знаки идентификации следующих дефектов механического оборудования элек
тропривода ТР:
прогиба бочки ТР;
периодической буксовки ТР по слитку;
случайной буксовки ТР по слитку;
износа уплотнительных колец навесного редуктора;
износа зубьев шестерней навесного редуктора.
Разработаны методики диагностирования прогиба бочки ТР, периодической и случайной буксовок ТР по слитку, износа уплотнительных колец и износа зубьев шестерней навесного редуктора.
Разработан обобщенный алгоритм работы новой системы технического диагностирования механического оборудования электропривода ТР с учетом технологических особенностей непрерывной разливки стали на слябовой МНЛЗ.
Разработаны алгоритмы диагностирования:
1) прогиба бочки ТР, периодической буксовки ТР по слитку и износа уплотнительных колец навесного редуктора;
износа зубьев шестерней навесного редуктора;
случайной буксовки ТР по слитку.
Практическая значимость работы. Разработанная система технического диагностирования механического оборудования электропривода ТР позволяет в реальном масштабе времени выявлять дефекты механического оборудования электропривода ТР и своевременно подготовиться к выполнению ремонтных работ. Созданы предпосылки улучшения качества непрерывнолитых заготовок и увеличения производительности МНЛЗ за счет сокращения времени простоев машины.
Экспериментально доказано, что применяемая в настоящее время на слябо-вых МНЛЗ система сбора данных может быть использована для реализации разработанных алгоритмов диагностирования механического оборудования электропривода ТР
Разработанные методики и алгоритмы диагностирования, а также результаты экспериментальных и теоретических исследований, могут быть использованы для создания систем диагностирования механического оборудования индивидуальных электроприводов ТР, как на действующих слябовых МНЛЗ при реконструкции их электроприводов, так и на новых слябовых МНЛЗ.
Реализация работы. Разработанная система технического диагностирования механического оборудования электропривода ТР внедрена на слябовой МНЛЗ №5 ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составил 4,515 млн. руб. в год.
Экспериментально подтверждена достоверность и эффективность методик и алгоритмов диагностирования таких дефектов электропривода ТР, как прогиб бочки ТР, периодическая буксовка ТР по слитку, износ уплотнитель-ных колец навесного редуктора и износ зубьев шестерней навесного редуктора. Проанализировано более 1100 временных диаграмм изменения мгновенных значений моментов нагрузки электродвигателей ТР. Достоверность выявления указанных видов дефектов составляет 93,8-94,8%
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (г. Тула, 2010 г.); III Международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий -прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2010 г.); IV Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2008 г.); III конгрессе металлургов Урала «Металлургия стали. Проблемы и решения» (г. Челябинск, 2008 г.); 66-ой, 67-ой, 68-ой научно-технических конференциях (г. Магнитогорск, 2008, 2009,2010 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 8 печатных трудах, в том числе 2 статьях в рецензируемых изданиях из перечня ВАК и патенте РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 52 наименований. Работа изложена на 119 страницах, содержит 31 рисунок, 20 таблиц и 4 приложения.
Похожие диссертации на Система диагностирования механического оборудования электропривода тянущих роликов машины непрерывного литья
