Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ АГРЕГАТОВ ПРОИЗВОДСТВА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
Бандажи и основные технические требования, предъявляемые к ним..29
Исследования причин изменения геометрической формы опорных и несущих узлов в процессе эксплуатации и влияние их на работоспособность оборудования 60
Анализ работоспособности уплотнительных устройств загрузочного и разгрузочного концов вращающихся агрегатов 84
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И РАЗМЕРНЫЕ СВЯЗИ ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАВИСИМЫХ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ПРОИЗВОДСТВА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ 97
Формирование изменения геометрической формы уплотнительных устройств в связи с неточностью базирования 129
Определение погрешности движения резца 225
ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ АГРЕГАТОВ ПРОИЗВОДСТВА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ
Теоретические и физические исследования обеспечения необходимых шероховатости и точности обработки опорных узлов агрегатов типа мельниц 238
Анализ влияния параметров режущего инструмента на технологические
показатели обработанной поверхности 245
Исследование работоспособности лепесткового уплотнения
технологического оборудования производства сыпучих материалов 260
6.2.1. Исследования износостойкости элементов уплотнительного кольца
(бусин) лепесткового уплотнения 260
Разработка конструкции уплотнительного устройства агрегатов обжига
ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ПРИЧИН ИЗМЕНЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА СЫПУЧИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ВЛИЯНИЯ ЭТИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ПОТЕРЮ ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТИ 60
Исследования причин изменения формы поверхности скольжения оборудования типа мельниц 74
на величину износа
6.2.8. Совместный анализ влияния факторов
V Нг Нс
строительного сыпучего материала 311
ПРИЛОЖЕНИЕ 175 стр.
Введение к работе
Интенсификация развития народного хозяйства Российской Федерации в условиях рыночных отношений требует разработки и внедрения передовых новых технологических процессов производства продукции, нового технологического оборудования, новых методов обслуживания и диагностики состояния промышленного оборудования в условиях эксплуатации, новых методов и способов модернизации и ремонта устаревшего оборудования. Данная проблема и экономия всех видов ресурсов может быть решена на основе повышения производительности оборудования, находящегося в эксплуатации, а так же за счет сокращения сроков его простоев в незапланированных ремонтах, что можно достигнуть применением более производительного нового оборудования или повышением надежности и работоспособности существующего промышленного оборудования за счет применения передовых технологий.
В настоящее время при производстве различных сыпучих материалов применяется большая номенклатура разнообразных машин и оборудования, выпускаемая машиностроительными заводами, создается и разрабатывается новое оборудование и постоянно совершенствуются применяемые в промышленности агрегаты, с целью повышения их надежности и производительности. При производстве сыпучих материалов используются вращающиеся сушильные и обжиговые печи, шаровые трубные мельницы, сушильные барабаны и различное крупногабаритное вращающееся оборудование, которое применяется в горной, металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Производственные процессы присущи этим отраслям промышленности, применяющим оборудование такого типа, энергоемкие, характеризуются большими материальными и другими затратами, а так же значительным потреблением энергоносителей.
Одним из важнейших фактором повышения эффективности работы такого оборудования является его надежность, которая во многом зависит от качества монтажных работ, своевременного профилактического и капитального ремонта, технического обслуживания, от модернизации отдельных узлов и агрегатов, обеспечивающих долговечность и безотказность работы, и экономию энергоресурсов.
Практика эксплуатации показывает, что производство монтажных работ, профилактическое и ремонтное техническое обслуживание крупногабаритного вращающегося оборудования, являются наиболее трудоемкими ручными работами, в результате чего используется большое число рабочих и обслуживающего персонала. Слабая оснащенность монтажных, восстановительных и ремонтных работ специальным оборудованием, обеспечивающих ремонт в условиях эксплуатации без демонтажа крупногабаритных узлов и агрегатов является одной из причин недостаточного роста производительности труда. Применение такого ремонтного оборудования позволяет значительно сократить время проведения восстановительных работ, снизить расходы, повысить работоспособность и долговечность крупногабаритных агрегатов, а применение технических средств диагностирования технологического оборудования является своеобразным индикатором и гарантом своевременного обнаружения и устранения появляющихся неисправностей, которые могут повлечь потерю работоспособности оборудования.
Например, потери от простоя в течение суток одной вращающейся цементной печи, связанные с заменой опорного ролика составляют недовыпуск клинкера до 1800 тонн, в зависимости от размеров данной печи. А при замене одного бандажа вращающейся цементной печи при хорошо отлаженной работе, простой печи достигает десяти суток, при средней производительности печи 40...60 тонн в час. К этому необходимо добавить высокую стоимость заменяемых узлов и деталей. Остановка цементной вращающейся печи влечет за собой остановку оборудования всей технологической цепочки производства продукции. Ремонтные простои сушильных печей на сахарных заводах влекут за собой потери сотен тонн сахарной свеклы. В настоящее время в Российской Федерации находится в эксплуатации большое количество подобных агрегатов, каждый из которых имеет от 2 до 8 бандажей и до 16 опорных роликов. Восстановление точности бандажей и опорных роликов в условиях эксплуатации позволяет избежать простоев оборудования.
Обжиговое, сушильное и помольное вращающееся оборудование является потребителем энергоносителей в большом количестве. Повышенный расход энергоносителей связан с несовершенством конструкции этого оборудования, с большими потерями тепла, вызывающими нарушение технологических процессов спекания и сушки сырья, в среднем удельный расход тепла при производстве клинкера составляет 1450 ккал/кг.
Таким образом, если в процессе эксплуатации имеется своевременная информация об изменениях в работе отдельных узлов агрегата, изменении качества и количества выпускаемой продукции, отклонениях точности монтажа, нарушениях инструкций по эксплуатации, то на основе вышеперечисленного возникает возможность производить своевременный профилактический ремонт, устранять неисправности, с целью обеспечения надежности и работоспособности оборудования.
Совокупность передовых технологических методов и способов по сохранению и восстановлению работоспособности крупногабаритного вращающегося оборудования промышленных предприятий, без его демонтажа, возможно внедрять только на основе научного направления, отличающегося от традиционных подходов в решении этих задач, которые можно обеспечить созданием специального металлообрабатывающего оборудования и специальных технологий, обеспечивающих восстановление и сохранение работоспособности агрегатов, а так же их модернизацию с целью повышения технико-экономических показателей и надежности эксплуатации.
В данной работе решение этого научного направления осуществляется в отличие от традиционных подходов с целью обеспечения надежности, работоспособности и улучшения технико-экономических показателей путем проведения работ в тесном союзе науки с производством.
Актуальность проблемы. Производство различных товаров народного и промышленного потребления неразрывно связано с этапом изготовления сыпучих материалов, являющимися основными компонентами для выпуска продукции. Например, производство строительных материалов является в настоящее время одной из важнейших отраслей хозяйства нашей страны, которая должна постоянно удовлетворять массовый спрос различных предприятий и народа на строительные материалы. Инвестиционная программа развития российской экономики по инфраструктурному, жилищному и промышленному строительству требует возрастающего объема производства строительных материалов на основе цемента. В период с 2009...2020 гг. производства цемента должно быть увеличено с 65 млн.тонн до 125 млн.тонн в год. Сегодня цементная промышленность России на сорока шести заводах производит 64 млн. тонн в год (уровень 2007 года). Срок эксплуатации заводов составляет от 50 до 75 лет. Относительно новым, построенным в 1985 году по проекту 1977 года заводом, является Невьянский завод в Свердловской области.
Устаревшее оборудование, не эффективные технологии (мокрый метод на 85% заводах), отсутствие автоматических систем управления привели к кратному отставанию по основным показателям в сравнении с зарубежными аналогами:
потребление топлива составляет более 200 кг.у.т. — на тонну клинкера (зарубежный аналог 105 кг.у.т. - на тонну клинкера);
расход электроэнергии около 130 квтч. на тонну цемента (зарубежный аналог 105 квтч. на тонну цемента);
выбросы твердых веществ находится в пределах от 100 до 500 мг. на м (зарубежный аналог 20 мг. на м );
производительность труда, как выпуск цемента на одного работающего примерно 1500 тонн цемента в год (зарубежный аналог около 15000 тонн цемента в год).
К сожалению, российское машиностроение и прежде всего основной производитель цементного оборудования завод «Волгоцеммаш» (г. Тольятти), последние 25 лет не производит комплексных поставок для строительства современных эффективных технологических линий. Запасные части и отдельные агрегаты, изготавливаемые на заводах Свердловска, Челябинска, Электростали и др. по своим техническим характеристикам, ресурсу работы не соответствуют требованиям, предъявляемым к энергоемким непрерывным производствам.
Одним из основных дефектов, приводящих к остановке обжиговых печей, является выпадение футеровки в следствии искривлении оси вращения печи, в результате чего возникает биение корпуса. По существующей технологии, установка печи на ось производится в холодном состоянии во время ремонта, но при выходе на рабочий режим печь по длине нагревается неравномерно, и происходит искривления оси вращения. В связи с тем, что на корпус печи надеты несущие бандажи, которые в процессе эксплуатации также изменяют форму, то это явление усугубляет биение корпуса, в результате чего возникает искажение оси вращения печи.
В связи с изменением формы бандажей под действием статических и динамических нагрузок и температур изменяется форма опорных роликов, что приводит к увеличению вибраций и смещению оси вращения печи.
Потеря работоспособности вращающейся печи также происходит из-за отсутствия или разрушения уплотнительных устройств, в результате чего происходит подсос наружного воздуха, что приводит к повышенному расходу топлива и электроэнергии, а, следовательно, к удорожанию производства продукции. В связи с тем, что уплотнительные устройства промышленными предприятиями не изготавливаются, эксплуатирующие организации устанавливают самодельные, которые малоэффективны.
Помольное оборудование применяется в различных областях промышленности, но при производстве цемента оно является неотъемлемой частью технологической цепочки мельница - печь — мельницы. Помольные и сырьевые мельницы работают в зоне больших динамических нагрузок, что приводит к потери работоспособности. Поэтому сокращение времени простоя в ремонте является существенной проблемой эксплуатации.
В этих условиях, собственники цементных заводов вынуждены заказывать оборудование для новых технологических линий на зарубежных машиностроительных заводах. При этом конечно экономичность, надежность, экологичность новых заводов будет соответствовать российским и международным нормам. Однако, фактически российская экономика, при такой системе инвестиций, будет спонсировать зарубежное машиностроение, как при первичном заказе, так и при дальнейших заказах для технического обслуживания.
Оснащение отечественных цементных заводов иностранным оборудованием в среднесрочной и долгосрочной перспективе приведет к увеличению эксплуатационных затрат, удорожанию стоимости цементной продукции. Кроме этого, при покупке зарубежного оборудования и технологических линий, цементные компании, а в конечном счете и потребитель цементной продукции, несут высокие логистические расходы и дополнительно платят за адаптацию зарубежного оборудования к российским стандартам.
Беспрецедентный спрос отечественных цементных компаний на зарубежное цементное оборудование и инжиниринговые услуги в 2006-2007п\ вызвал существенный рост стоимости и сроков выполнения этих услуг иностранными поставщиками, пытающимися сглаживать цикличность развития российской цементной отрасли на европейском и мировом рынках.
Большинство технологических линий в России построено в 30 -70 годы. Это также обуславливает высокие затраты на его поддержание и ремонт.
Для ликвидации вышеуказанных негативных последствий необходима государственная политика, направленная на формирование условий для инновационного развития отечественной машиностроительной отрасли.
В связи с этим возникает необходимость решения актуальной научной проблемы по разработке новых технологий, обеспечивающих повышение эффективности производства сыпучих материалов путем улучшения технологичности конструкций крупногабаритного вращающегося оборудования.
Представленная работа выполняется в соответствии с отраслевой комплексной научно-технической программой МПСМ СССР от 2.01.86 «Создание научных основ эксплуатации и ремонта оборудования предприятий МПСМ СССР с разработкой инженерных решений по его совершенствованию», а так же в соответствии с планом научно-исследовательских работ в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г.Шухова.
Целью работы является разработка технологических основ создания высокоэффективных комплексных решений повышения технологичности конструкций изделий для восстановления точности и работоспособности оборудования производства сыпучих материалов.
Научная новизна заключается в решении актуальной научной проблемы — раскрытие технологических связей, определяющих пути повышения эффективности работы оборудования производства сыпучих материалов на основе теоретического обоснования и экспериментальном подтверждении адекватных математических моделей, описывающих технологические режимы работы вращающегося оборудования, в зависимости от их конструктивных особенностей, а так же на основе сформулированных предпосылок и аналитических зависимостей, позволяющих установить рациональные конструктивно-технологические параметры оборудования с учетом конкретных требований производства продукции.
Основные составляющие научной новизны:
1. Выявлены и определены причины, влияющие на потерю работоспособности крупногабаритного вращающегося оборудования производства сыпучих материалов, являющегося основным потребителем энергоресурсов. На основании этих исследований разработаны
технологические методы и способы восстановления работоспособности оборудования и решен вопрос повышения технологичности конструкций изделий.
Выявлены закономерности и разработаны математические модели формирования точности пространственного положения функционально связанных механизмов оборудования, на основе которых разработаны технологии, обеспечивающие восстановление требуемой точности подвижных узлов и агрегатов.
Раскрыты пространственные размерные взаимосвязи узлов вращающегося оборудования, выявлены источники формирования и методы компенсации отклонений, обусловленных износом сопрягаемых поверхностей деталей и позиционным перемещением подвижных узлов.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность восстановления на нестандартном оборудовании поверхностей вращающихся деталей, потерявших работоспособность в процессе эксплуатации и разработаны технологии обеспечения точности восстанавливаемых деталей в условиях их эксплуатации без демонтажа.
Установлены допустимые параметры сопряжения в поверхностях скольжения уплотнительных устройств, что позволило разработать высокоэффективные конструкторско-технологические решения нового устройства, обеспечивающего значительную экономию энергоресурсов.
Выявление технологических связей между узлами вращающегося оборудования позволило разработать новые технологии, позволяющие с высокой точностью восстанавливать вращающиеся агрегаты без остановки производственного процесса выпуска продукции.
Разработанные математические модели, обеспечили возможность выбора технологического обеспечения восстановления поверхностей скольжения с необходимой точностью и шероховатостью поверхности на месте эксплуатации оборудования без его демонтажа.
8. На основании исследований работоспособности вращающегося оборудования разработаны новые высокотехнологичные конструкции модулей, обеспечивающие значительно сокращение потребления энергоносителей и выброса пыли в атмосферу.
Достоверность научных положений и результатов исследований обосновывается: применением научных положений технологии машиностроения, теории базирования, современных методов математического моделирования точности; исследованием основных закономерностей теорий упругости, пластичности и современных компьютерных технологий для моделирования технологических процессов; использованием математических методов планирования экспериментальных исследований и статистических методов обработки результатов; применением современного экспериментального оборудования, измерительных приборов высокой точности и соответствием полученных экспериментальных данных результатам теоретических исследований; положительным опытом внедрения полученных результатов, всесторонней апробацией и получением авторских свидетельств, патентов на изобретение и патентов на полезные модели.
Практическую ценность работы составляют:
Новая технология регулировки пространственного положения крупногабаритного вращающегося оборудования без остановки процесса производства продукции с целью восстановления требуемой точности относительного положения и движений исполнительных механизмов.
Полученные результаты объединены в единую систему, представляющую собой методики расчета, создания и улучшения технологично-конструктивных параметров оборудования производства сыпучих материалов.
Технологии создания поверхностей трения и расчетов нагрузок поверхности трения уплотнительного устройства, основанные на использовании комбинированных материалов.
Технологии обработки поверхностей скольжения длинных валов большого диаметра в условиях эксплуатации на станках с подвижным сферическим основанием, обеспечивающих автоматическое слежение за перемещением оси вращения вала в пространстве.
Программы расчета технологических параметров обработки цилиндрических деталей, обеспечивающие требуемые показатели качества поверхности без их демонтажа в условиях эксплуатации.
Программы расчета износа поверхности трения уплотнительного устройства вращающегося оборудования, работающего в условиях высоких температур и сухого трения.
Разработана концепция проектирования оборудования, обеспечивающегося восстановление работоспособности вращающихся агрегатов без демонтажа, а в некоторых случаях без остановки производства продукции.
На защиту выносятся:
Результаты исследований конструктивной технологичности оборудования производства сыпучих материалов и причины. потерь его работоспособности.
Новая технология регулирования пространственного положения крупногабаритного вращающегося оборудования, обеспечивающая высокую точность взаимоположения агрегатов и узлов.
Математическую модель, позволяющая проводить расчеты технологических показателей обработки поверхности при условии перемещения оси вращения агрегата в пространстве.
Математическая модель расчета износостойкости узла трения скольжения в условиях высоких температур и наличия абразива.
Научное обоснование конструкторско-технологических решений, обеспечивающих снижение трудоемкости, уменьшение металлоемкости, применения новых методов ремонта.
6. Методика расчета движения режущего инструмента при обеспечении цилиндричности поверхности скольжения при базировании ее на вспомогательных базах.
Внедрение результатов работы; результаты работы внедрены на следующих промышленных предприятиях Российской Федерации и стран СНГ: ОАО Осколцемент (1997, 2002 г.); ЗАО «Белгородский цемент» (2003 г.); ООО «Завод Невской Ламинат» (2005 г.); АО «Каспицемент» (2004 г.); Разданский цементный завод (1990 г.); Каспский цементный завод (1990 г.); Старооскольский цементный завод (1987... 1991 г.); Всесоюзный трест «Союзцемремонт» (1990 г.), Карачаево-Черкесский цементный завод (1985.. .1988) и ряде других.
По результатам работы внедрены:
технология обеспечения прямолинейности оси вращения оборудования производства сыпучих материалов без остановки
производственного процесса выпуска продукции;
метод расчета положения центра вращения корпуса агрегата относительно опорных элементов;
технологии изготовления, сборки и монтажа новых уплотнительных устройств;
технология и оборудование обработки поверхностей скольжения длинных валов с автоматическим слежением за положением оси вращения вала;
конструкция станка с подвижными опорами для обработки цилиндров с эллиптическими поверхностями;
технологии восстановления работоспособности оборудования без демонтажа;
конструктивно-технологические решения проектирования оборудования для повышения технико-экономических показателей.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс БГТУ им. В.Г.Шухова, Белгородского инженерно-экономического института и используются при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедрах: «Технология машиностроения», «Механическое оборудование промышленности строительных материалов».
Изготовлены партия приставных станков, партия уплотнительных устройств, модернизированы две печи с новыми рекуператорами и внедрены на предприятиях.
Общий экономический эффект от внедренных разработок при восстановлении работоспособности печей: в ценах до 1992г. составил 864,665 тыс. руб., и в ценах 2002г. по настоящее время составил 12729 тыс. руб.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, республиканских и отраслевых научно-технических конференциях и получили должное одобрение:
на всесоюзной конференции «Практика, проблемы разработки и внедрение ресурсосберегающих технологий», Липецк, 1987 г.;
на всесоюзной конференции «Ускорение научно технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии», Белгород, 1987 г.;
на всесоюзной конференции «Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении», Белгород, 1989г.;
на совещании «Внедрение в производство и строительство прогрессивных строительных материалов», Ровно, 1990 г.;
на международной конференции «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций», Белгород, 1993 г.;
на заседаниях отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Повышение надежности оборудования промышленности строительных материалов», БТИСМ им. И.А.Гришманова, 1986 - 1995 г.;
на совещаниях В.О. «Союзцемремонт», 1986 - 1990 г.;
на совещаниях в Главцементе МПСМ СССР, г. Москва, 1988 - 1990г.;
на совещаниях главных специалистов цементных заводов городов Раздан, Каспи, Старый Оскол, Белгород, 1985 - 2006 г.;
на международной конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций», Белгород, 1995г.;
на международной конференции «Промышленность строительных материалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений», Белгород, 1997 г.;
на международной научно-технической конференции «Интерстроймех - 98», Воронеж, 1998 г.;
на международной научно-практической школе-семинаре молодых ученых и аспирантов «Передовые технологии в промышленности и строительстве XXI века», Белгород, 1998 г.;
на всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 1999 г.;
на международной конференции «Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века», Белгород, 1999 г.;
на международной научно-технической конференции «20-летие старооскольского филиала МИС и С», Старый Оскол, 1999 г.;
на международной научно-практической конференции «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века», Белгород, 2000 г.;
на международной научно-технической конференции «Новые конкурентоспособные и прогрессивные технологии, машины и механизмы в условиях современного рынка», Могилев, 2000 г.;
на международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», Белгород, 2003г.;
на международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», Белгород, 2005 г.;
на международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007г.;
на международном конгрессе производителей цемента «Производство цемента - основа развития строительной отрасли», Белгород, 2008 г.
Публикации. По материалам исследований опубликована 107 научных работ, из них монография, статьи в журналах перечня ВАК - 16, авторских свидетельств и патентов — 16, а так же 4 учебных пособия с грифом УМО, учебное пособие с грифом МО.
