Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальность решения проблемы повышенных вибрационных процессов в клетях станов холодной прокатки 12
1.1. Проблема повышения производительности современных широкополосных станов холодной прокатки 12
1.2. Теоретические положения виброакустической диагностики 14
1.2.1. Назначение виброакустической диагностики 14
1.2.2. Особенности исследования вибрационных процессов в сложных механических системах 17
1.3. Анализ существующих путей решения проблемы вибраций в клетях станов холодной прокатки 19
1.3.1. Теория температурной нестабильности смазки 19
1.3.2. Создание модели колебания полосы 23
1.3.3. Создание модели клети как колебательной системы 26
Выводы по главе 1 29
Глава 2. Исследование вибрационных процессов возникающих в рабочих клетях непрерывных широкополосных станов холодной прокатки 31
2.1. Аппаратура для проведения исследований 32
2.2. Экспериментальные исследования повышенных вибрационных процессов, возникающих в 4-й клети 5-клетевого стана «1700» ОАО «Северсталь» 35
2.3. Механизм возникновения вибрационных процессов в клетях непрерывного стана холодной прокатки 43
Выводы по главе 2 44
Глава 3. Теоретический анализ условий равновесия горизонтальных сил, действующих на узел валков в рабочей клети непрерывного стана 46
3.1. Методика расчета суммарной опорной реакции, действующей на подушки рабочих валков 46
3.2. Принятая модель очага деформации 52
3.3. Определение горизонтальной силы, действующей в очаге деформации 57
3.4. Оценка точности математической модели горизонтальных усилий, действующих в опорных узлах рабочих валков 60
Выводы по главе 3 65
Глава 4. Исследование влияния основных параметров стана и процесса холодной прокатки на возникновение вибраций в рабочих клетях 57
4.1. Компьютерный анализ нормативного режима прокатки для выявления факторов, способствующих возникновению резонансных вибраций (первая серия исследований) 68
4.2. Определение параметров режима прокатки, гарантирующих исключение резонансных вибраций (2-я серия компьютерных исследований) 75
4.3. Анализ характера зависимостей влияния технологических параметров стана и процесса холодной прокатки на величину суммарной опорной реакции 81
Выводы по главе 4. 83
Глава 5. Применение математической модели, определяющей взаимосвязь технологических и энергосиловых параметров стана с вибрационными процессами, для совершенствования технологии и оборудования листовых станов 86
5.1. Разработка и промышленная апробация режимов прокатки, исключающих возникновение резонансных колебаний в рабочих клетях 86
5.2. Разработка и промышленная апробация нового способа подготовки рабочих валков листопрокатной клети «кварто» 92
Выводы по главе 5 96
Заключение (общие выводы по диссертации) 98
Литература 100
Приложения 107
- Теоретические положения виброакустической диагностики
- Экспериментальные исследования повышенных вибрационных процессов, возникающих в 4-й клети 5-клетевого стана «1700» ОАО «Северсталь»
- Определение горизонтальной силы, действующей в очаге деформации
- Определение параметров режима прокатки, гарантирующих исключение резонансных вибраций (2-я серия компьютерных исследований)
Введение к работе
Актуальность работы.
Освоение производства все более тонких холоднокатаных полос при одновременном ужесточении требований к их качеству - характерная тенденция современного листопрокатного производства.
Одним из важных направлений развития технологии прокатки холоднокатаного листа является увеличение скорости прокатки на современных непрерывных многоклетевых станах. Однако при этом начинают проявляться динамические эффекты, не учтенные проектировщиками не только в статических расчетах, но и при анализе динамики в рамках традиционной теории колебаний. Повышение рабочих скоростей прокатки приводит к возникновению новых технологических проблем, связанных с интенсивным использованием оборудования и нарушением устойчивости процесса прокатки. К их числу относятся возникновение неконтролируемых нарастающих вибраций в рабочих клетях при прокатке полос толщиной менее 0,5 мм. Вибрации оказывают негативное влияние на качество продукции (дефект «поперечная ребристость»), работу оборудования, создают предаварийные ситуации, чреватые порывами полосы, ограничивают скорость прокатки, препятствуя освоению проектных скоростей, тем самым, снижая производительность оборудования и увеличивая себестоимость продукции.
Данная проблема актуальна не только для отечественных, но и для зарубежных станов холодной прокатки и имеет название «chatter» -«дребезжание, гудение».
До последнего времени отсутствовала достоверная теория, объясняющая причины возникновения колебательных процессов, на основе которой можно было бы разработать эффективные рекомендации по их полному устранению на действующих станах.
Учитывая изложенное, задача теоретического и экспериментального исследования вибрационных процессов в рабочих клетях станов холодной прокатки, является актуальной для листопрокатного производства.
Задачи работы.
Задачами диссертационной работы являлись:
экспериментальное исследование колебательных процессов,
возникающих в рабочих клетях станов холодной прокатки: определение
опасного диапазона частот, «ответственного» за возникновение резонансых
вибраций, определение взаимосвязи технологических и энергосиловых
режимов прокатки с характеристиками вибрационных процессов;
раскрытие механизма зарождения и развития резонансных вибрационных процессов в рабочих клетях на основе результатов экспериментальных исследований;
разработка математической модели, определяющей взаимосвязь технологических и энергосиловых параметров стана с вибрационными процессами в рабочих клетях, позволяющей прогнозировать и предотвращать их опасную резонансную фазу;
исследование с помощью математической модели влияния основных параметров стана и процесса прокатки на склонность рабочей клети к резонансным вибрациям;
разработка и апробация рекомендаций по предотвращению резонансных вибраций в рабочих клетях станов холодной прокатки;
промышленная апробация на действующем стане разработанных рекомендаций с целью оценки их достоверности и внедрения в производство.
Все исследования и разработки по теме диссертации проводились по трем основным направлениям.
1. Теоретические исследования:
разработка математической модели, определяющей взаимосвязь технологических и энергосиловых параметров стана с вибрационными процессами в рабочих клетях;
компьютерное исследование с помощью разработанной модели влияния основных параметров стана и процесса прокатки на возникновение ситуации, когда вибрационные процессы в рабочих клетях достигают опасной резонансной фазы;
получение математического выражения, определяющего взаимосвязи между технологическими и энергосиловыми параметрами, гарантирующие исключение резонансных колебаний;
исследование с использованием ЭВМ влияния основных параметров стана и процесса прокатки на величину суммарной опорной реакции, действующей на подушки рабочих валков и определяющей склонность рабочей клети к резонансным вибрациям.
2. Экспериментальные исследования:
проведение на действующем 5-клетевом стане «1700» активных экспериментов с помощью вибродиагностической аппаратуры для выявления причин, вызывающих резонансные колебания в 4-й клети этого стана;
проведение экспериментов по определению собственных частот основных узлов рабочей клети для определения частот, «ответственных» за возникновение резонансных колебаний;
экспериментальные исследования технологических и энергосиловых параметров стана для статистической оценки достоверности разработанной математической модели взаимосвязи этих параметров с вибрационными процессами;
промышленные испытания на стане оптимизированных технологических режимов, исключающих возникновение явления резонансных колебаний в рабочих клетях.
3. Работы по совершенствованию оборудования и технологических
процессов:
разработка и внедрение технологических режимов, исключающих
возникновение повышенного уровня вибраций в рабочих клетях и
обеспечивающих увеличение скорости прокатки;
разработка и внедрение нового способа подготовки рабочих валков к
прокатке, обеспечивающего снижение темпа износа шероховатости их бочки и
способствующего стабилизации технологического режима, исключающего
резонансные колебания.
Научная новизна заключается в следующем.
Экспериментально установлен и теоретически подтвержден механизм возникновения резонансных вибраций в рабочих клетях непрерывного стана, заключающийся в том, что при определенных соотношениях между силами, действующими на бочки и подушки рабочих валков, они оказываются в неустойчивом положении, что приводит к их неконтролируемым реверсивным перемещениям, в ходе которых подушки оказывают ударное воздействие на опорные плоскости станин, вызывая в последних резонансные колебания, распространяющиеся на другие узлы рабочей клети.
Получены математические выражения для соотношений между силами, действующими на узел рабочих валков, исключающих резонансные вибрации в рабочей клети, при этом впервые учтены колебания натяжений полосы, усилий прокатки и горизонтальных сил в очаге деформации.
С использованием упругопластической модели очага деформации выведены новые достоверные формулы для расчета горизонтальных сил, действующих на рабочие валки со стороны полосы в очаге деформации.
Практическая ценность.
1. Впервые в практике листопрокатного производства с помощью искусственного ввода рабочей клети действующего непрерывного стана холодной прокатки в режим резонанса были одновременно зафиксированы вибрационные характеристики основных узлов клети, технологические и
9 энергосиловые параметры стана, в результате чего получены исходные данные для разработки технических решений, исключающих резонансные вибрации.
Разработаны и внедрены на действующем стане усовершенствованные режимы, обеспечившие устранение резонансных вибраций, существенное повышение скорости прокатки и производительности стана.
Разработаны и внедрены режимы подготовки рабочих валков, обеспечившие повышение износостойкости их бочки и сохранение условий, исключающих возникновение вибраций в течение всего межперевалочного периода работы валков.
Аннотация диссертационной работы по главам.
В первой главе рассмотрена актуальность проблемы повышения производительности современных широкополосных станов холодной прокатки. Проведен анализ существующих путей решения проблемы вибраций в клетях станов холодной прокатки. Сделано заключение о невозможности их использования в конструкторской и технологической практике из-за ряда недостатков.
Вторая глава содержит обоснование выбора аппаратуры для исследования
вибрационных характеристик клети. Приведены результаты
экспериментальных исследований повышенных вибрационных процессов, возникающих в 4-й клети 5-клетевого стана «1700» ОАО «Северсталь», собственных частот узлов клети. Представлен механизм возникновения вибрационных процессов в клетях непрерывного стана холодной прокатки.
В третьей главе проведен теоретический анализ условий равновесия горизонтальных сил, действующих на узел валков в рабочей клети непрерывного стана. Сформулированы условия исключения вибраций в рабочих клетях непрерывных станов холодной прокатки путем обеспечения устойчивого положения валков. Получены выражения, позволяющие определить горизонтальные усилия, действующие на полосу со стороны валка, на каждом участке очага деформации, а также по всей его длине. Разработан
10 алгоритм расчета горизонтальных усилий, на его основе выполнена программная реализация модели прогнозирования, выявления и корректировки виброопасных режимов прокатки. Представлены алгоритм и блок-схема расчета контактных напряжений и усилий прокатки по новой методике, на основе которых выполнена ее программная реализация.
Представлены результаты статистической оценки точности новой модели определения горизонтальных сил в очаге деформации.
В четвертой главе представлены результаты компьютерного исследования влияния основных параметров стана и процесса холодной прокатки на возникновение вибраций в рабочих клетях, который позволил установить диапазоны технологических параметров, гарантирующие стабильную работу непрерывного стана на скоростях прокатки, близких к максимальным, без возникновения опасных повышенных вибрации - резонансных колебаний в течение всего нормативного межперевалочного периода.
Выявлен характер влияния шероховатости бочки рабочих валков, относительного обжатия, межклетевых натяжений на величину суммарной опорной реакции, действующую на подушки рабочих валков RpZ и определяющую их устойчивое положение в рабочей клети.
В пятой главе изложена разработка и результаты внедрения оптимизированных технологических режимов прокатки холоднокатаных полос, обеспечивающих устойчивое положение валкового узла и исключающих тем самым, возникновение резонансных колебаний в рабочих клетях.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на V конгрессе прокатчиков (г. Череповец) в октябре 2003 г.; на Четвертой Междунардной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г. Череповец) в декабре 2003 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей, подготовлено две заявки на патенты Российской Федерации.
11 Работа выполнялась в Череповецком государственном университете в период с 2001 г. по 2003 г.
Экспериментальные исследования проводились на ОАО «Северсталь».
Теоретические положения виброакустической диагностики
Вибродиагностика - это отрасль знаний, включающая в себя теорию и методы организации процессов распознавания технических состояний машин и механизмов по исходной информации, содержащейся в виброакустическом сигнале [10, 11, 12, 13, 14].
Виброакустический сигнал - собирательное понятие, включающее информацию о колебательных процессах, имеющих вынужденный и собственный характер, и акустическом шуме механизма в окружающей среде. Следовательно, вибродиагностированию может подвергаться любое оборудование, функционирование которого сопровождается возбуждением колебательных процессов.
Многие годы основными способами получения диагностической информации являлся анализ формы колебаний или их спектральный анализ.
Если имеют место периодические колебания простой формы, например, гармонические, то успешно могут использоваться оба вида анализа (см. рис. 1.1). Информация о колебании в этом случае содержится в его периоде (частоте), величине (амплитуде) и фазе.
Если колебания являются результатом сложения нескольких составляющих с разным периодом, более удобно анализировать его спектр (рис. 1.2). Соответственно, информация о суммарных колебаниях содержится в каждой из составляющих в виде значений величин периода, амплитуды, формы (соотношения амплитуд на кратных частотах) и фазы.
Вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования позволяют: уточнить причины дефекта, условия его возникновения и развития, оценить влияющие факторы; вовремя устранить дефект или увеличить среднюю наработку на появление дефекта (отказа); снизить интенсивность проявления дефекта (отказа) при наиболее ответственных режимах работы и эксплуатации машины; улучшить организацию работ по разработке и внедрению мероприятий, направленных на устранение дефекта; оценить эффективность мероприятий, направленных на устранение дефекта, и выбрать для внедрения наиболее эффективные; получить экономический эффект благодаря снижению затрат на внедрение мероприятий, предотвращающих дефект или устраняющих неисправность, и затрат производства на изготовление деталей; оценить возможный эффект от разработанных и внедренных мероприятий на ранней стадии, что очень важно, так как полное проявление действия этих мероприятий зависит от наработки изделия после их внедрения и может быть отделено от момента внедрения длительным временем (1-2 года и больше); ускорить процесс восстановления эксплуатационной надежности парка машин и управлять им; облегчить взаимодействие изготовителя машин и ее заказчика (эксплуатационника) в конфликтных ситуациях, особенно в начальном периоде массового проявления дефектов и организации действия по их устранению.
Современные промышленные машины и оборудование (механические системы) имеют сложную конструкцию и обладают высокими рабочими скоростями, что в случаях потери устойчивости системы, например, из-за износа, приводит к возбуждению высокочастотных колебаний.
При исследованиях отдельных узлов таких систем виброакустический сигнал имеет сложную форму и содержит в основном случайные составляющие колебаний соседних узлов, а гармонические составляющие свободных и вынужденных колебаний диагностируемого узла проявляются редко (рис. 1.3). Поэтому для качественной диагностики сложных механических систем недостаточно ограничиваться измерениями и анализом формы и спектра колебаний.
В последние годы сложные механические колебания стали раскладывать на индивидуальные частоты (спектры огибающей) с помощью математических преобразований Фурье, что позволило выделить гармонические составляющие колебаний диагностируемого узла рис. 1.4.
Экспериментальные исследования повышенных вибрационных процессов, возникающих в 4-й клети 5-клетевого стана «1700» ОАО «Северсталь»
На 5-клетевом стане «1700» ОАО «Северсталь» вибрации возникали при прокатке полос толщиной 0,3-0,5 мм после достижения определенной для каждой толщины скорости прокатки (см. табл. 2.1), сопровождаясь повышенными шумовыми характеристиками 4-й клети и колебаниями полосы в предыдущем межклетевом промежутке.
Для предотвращения этого явления операторы вынуждены были уменьшать скорость прокатки, в среднем, с 15 м/с до 8-9 м/с, тем самым, снижая производительность стана.
Для выявления связи между вибрацией в рабочей клети № 4 и режимами прокатки были проведены измерения с помощью стационарной системы АО «Виброакустические системы и технологии». Датчики, фиксирующие вибрацию, были установлены горизонтально вдоль линии прокатки на станинах со стороны привода и со стороны зоны обслуживания.
Измерения производились в диапазоне частот 0-800 Гц. Информация о режимах прокатки и вибрации фиксировалась персональными компьютерами круглосуточно в автоматическом режиме.
Анализ спектров вибрации показал, что уровень вибраций в клети со стороны привода значительно превышает вибрацию со стороны обслуживания (см. рисунки 2.3 и 2.4).
Как показала практика снятия замеров, автоматическая стационарная система не всегда может зафиксировать резонансные явления в клети, сопровождающиеся звуковым эффектом, так как длительность процесса измерения составляет 20 секунд, что значительно превышает время «гудения» (3-5 секунд).
Причем режимы работы стана (разгон, торможение, паузы) выходят за ограничения по частоте вращения и нагрузкам, определенные фирмой "ВАСТ" "ВиброАкустические Системы и Технологии" для стационарной системы диагностики.
Анализ состояния вибрационных процессов, возникающих в 4-й клети 5-клетевого стана «1700» показал, что уточнить причину возникновения колебаний («гудения» клети) можно только с помощью активного эксперимента - искусственного вывода клети в режим резонанса [7]. Исходя из этого, при прокатке полос толщиной 0,3-0,4 мм, шириной 995 -1175 мм клеть выводили в режим «гудения» путем постепенного повышения скорости прокатки, а затем уменьшали скорость до безопасного уровня.
Измерения вибраций решено было производить с помощью вибродиагностического комплекса «Portable», путем снятия временного сигнала зависимости амплитуды виброускорения от времени, до «гудения», во время «гудения» и после прекращения «гудения» (см. рис. 2.5). При замерах вибраций пользовались переносным датчиком вибрации, который крепился с помощью магнита. Снятия временного сигнала основных узлов рабочей клети (подушек рабочих и опорных валков, станин, ГНУ) осуществляли в двух направлениях: поперек и по направлению прокатки.
Одновременно с помощью аппаратуры АСУ ТП стана фиксировали все технологические и энергосиловые параметры режима прокатки, что позволило установить взаимосвязь этих параметров с характеристиками вибрационных процессов.
Далее с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), входящих в состав вибродиагностического комплекса «Portable» преобразовали временные сигналы, снятые с основных узлов рабочей клети во время активного эксперимента, в амплитудно-частотные спектры, использовав преобразования Фурье (см. рис. 2.6) [10].
Основные результаты активного эксперимента следующие: с увеличением скорости прокатки происходит рост уровня вибраций в диапазоне частот 100-200 Гц; в момент «гудения» на всех узлах клети происходит рост гармонического ряда на частоте 110-120 Гц, с максимальной амплитудой на первой гармонике от 130-155 Дб; максимальный уровень вибраций на частоте 110-120Гц имеет место на узлах опорных валков со стороны обслуживания стана и достигает в момент «гудения» 155 Дб (см. рис. 2.5); усилие прокатки в 4-й клети в момент начала «гудения» изменялось с диапазоном ±10 % (700-800 кН), при этом разность переднего и заднего натяжений полосы изменялась в диапазоне от 20 до 50 % от величины, измеренной до режима «гудения».
Для выявления узлов рабочей клети, ответственных за возникновение повышенного уровня колебаний, были проведены эксперименты по определению собственных частот станин, рабочих и опорных валков, их подушек, а также тензоролика и перегибного ролика.
Путем ударного воздействия возбуждали в выше перечисленных узлах рабочей клети продольные и поперечные свободные колебания, которые фиксировали при помощи вибродиагностического комплекса «Portable» и программного пакета измерения собственных частот SHOCK 1.1.
Определение горизонтальной силы, действующей в очаге деформации
Точность той или иной математической модели определяется уровнем расхождений измеренных и рассчитанных параметров [50, 51].
В данном случае в качестве критерия достоверности расчета величины Fropn использовали уравнение (3.4), для чего фиксировали измеряемые значения натяжений ТІЛ и 7} и сравнивали их полуразность со значением Frop.n, вычисленным по формулам таблиц 3.1 и 3.2 и выражениям (3.19), (3.20).
Для получения расчетных данных была осуществлена программная реализация методики, определения горизонтальных усилий. Алгоритм расчета на основе упругопластической модели очага деформации с применением итерационной процедуры представлен в Приложении 2, блок-схема алгоритма -на рис. 3.3.
Далее провели серию расчетов на основе реальных режимов прокатки на 5-клетевом непрерывном стане «1700» производства холоднокатаного листа ОАО «Северсталь» (см. Приложение 3). Сводные данные об исследованных марочном и профильном сортаментах представлены в табл. 3.3.
Рассчитанные значения Fropn сравнили с полуразностью межклетевых натяжений, в результате получили ряд погрешностей расчета, необходимый для оценки точности расчетной методики. Параллельно с этим фиксировали погрешности расчета усилий прокатки.
Информация о полученных расхождениях была обработана с помощью программного пакета «STATISTICA». Статистический ряд расхождений содержит (количество режимов умножено на число клетей) - 25x5=125 членов. Для наглядного представления статистических распределений на рисунках 3.4 и 3.5 представлены гистограммы, а в таблицах 3.4 и 3.5 - количественные данные. Характеристики распределения представлены в табл. 3.6. Анализ гистограмм и таблиц позволил сделать следующие выводы. 1. Максимальная погрешность расчета горизонтального усилия составила 14,4 %. В 59,2 % случаев расхождения расчетных и измеренных горизонтальных усилий не превысили 10 %. 2. Максимальная погрешность расчета усилия прокатки составила 14,6 %. В большей части случаев (72 %) погрешность расчета находилась в интервале до 10 %. 3. Наиболее типичное значение погрешности расчета горизонтального усилия и усилия прокатки (мода) - 13 %. 4. Средняя величина колеблемости погрешности расчета усилия прокатки вокруг среднего значения (среднее квадратическое отклонение) составила: - для горизонтального усилия - 4,37 %, т.е. основная масса погрешностей расчета усилий прокатки (приблизительно 70 %) лежит в интервале 3,92-12,66%; - для усилия прокатки - 4,11 %, основная масса погрешностей (приблизительно 65 %) лежит в интервале 3,25-11,47 %; Таким образом, относительные расхождения измеренных полуразностей натяжений и расчетных горизонтальных сил находятся в диапазоне 0-15 %. Эти расхождения являются следствиями как погрешностей расчета, так и колебаний натяжений и усилий прокатки, имеющих место на стане (реальные значения коэффициентов нестабильности: кР = 0,1, кт 0,1-0,15). Данные результаты позволяют сделать вывод о том, что методика является достоверной и может быть использована для моделирования технологических режимов, исключающих резонансные колебания в рабочих клетях станов холодной прокатки. 1. Повышенные вибрационные процессы имеют место преимущественно при прокатке полос толщиной менее 0,5 мм, поэтому для разработки математической модели, позволяющей прогнозировать и выявлять технологические режимы, чреватые возникновением вибрационных процессов, использована упругопластическая модель очага деформации, достоверно отражающая физическую сущность деформации полосы валками. 2. Сформулированы условия исключения вибраций в рабочих клетях непрерывных станов холодной прокатки путем обеспечения устойчивого положения валков при двух вариантах соотношения величин горизонтальной проекции межвалкового усилия (Роп -sin(p + y)) и горизонтальной силы (Fr0P). 3. Получены выражения для определения минимальных значений суммарной опорной реакции, действующей на подушки рабочих валков, обеспечивающих устойчивое положение валков с учетом колебаний технологических параметров в процессе прокатки. 3. Получены выражения, позволяющие определить горизонтальные усилия, действующие на полосу со стороны валка, на каждом участке очага деформации, а также по всей его длине. 4. Разработан алгоритм расчета горизонтальных усилий, на его основе выполнена программная реализация модели прогнозирования, выявления и корректировки виброопасных режимов прокатки. 5. С помощью программного пакета «STATISTICA» выполнена оценка достоверности разработанной модели. Статистический ряд расхождений содержит 125 членов. Результаты статистической обработки. 5.1. Максимальная погрешность расчета горизонтального усилия составила 14,4 %, усилия прокатки - 14,6 %. 5.2. Погрешности расчета горизонтальных усилий и усилий прокатки не превысили 10 % в 59,2 % и 72 % случаев соответственно. 5.3. Наиболее типичное значение погрешности расчета горизонтального усилия и усилия прокатки (мода) - 13 %. 6. Таким образом, относительные расхождения измеренных полуразностей натяжений и расчетных горизонтальных сил находятся в диапазоне 0-15 %. Эти расхождения являются следствиями как погрешностей расчета, так и колебаний натяжений и усилий прокатки, имеющих место на стане. Данные результаты позволяют сделать вывод о том, что методика является достоверной и может быть использована для моделирования технологических режимов, исключающих резонансные колебания в рабочих клетях станов холодной прокатки.
Определение параметров режима прокатки, гарантирующих исключение резонансных вибраций (2-я серия компьютерных исследований)
В первой серии компьютерных исследований (п. 4.1) было установлено, что важнейший параметр технологического режима, влияющий на склонность к возникновению опасных резонансных вибраций, - частное обжатие в рабочей клети. Поэтому во второй серии исследований были построены и проанализированы графические зависимости суммарной опорной реакции в подушках рабочих валков от частного обжатия в 4-й клети при варьировании остальных значимых параметров режима прокатки, за исключением скорости, которая была принята равной 20 м/с, то есть вдвое большей максимальной фактической скорости нормативного режима прокатки. Такая методика компьютерного анализа вытекала из главной задачи 2-ой серии исследований - определения параметров режима прокатки, при которых стан мог бы стабильно, без вибраций, работать при скоростях, близких к предельным, установленным паспортными характеристиками оборудования. Искомый режим прокатки должен сохраняться в течение всего межперевалочного периода эксплуатации валков (6-8 ч), поэтому необходимо было определить такие обжатия и натяжения, которые не приводили бы к вибрациям рабочей клети во всем рабочем диапазоне шероховатости бочки валков, вплоть до наиболее «виброопасного» значения шероховатости: Ra=0,\ мкм. Графические зависимости Rpiicd, отвечающие поставленной задаче, представлены на рис. 4.7-4.11. Особый интерес представляют графики рис. 4.7, отражающие влияние на величину Rpr двух главных факторов, от которых зависит склонность рабочей клети к вибрациям: частного обжатия и шероховатости бочек валков. Из этих графиков видно, что на неизношенных валках, имеющих после перешлифовок показатель /?„=0,6 мкм, возможна стабильная, без вибраций, прокатка с обжатиями є4 24 %.
Однако к концу межперевалочного периода, когда шероховатость уменьшается до значений Яа=0,2-0,1 мкм, клеть обладает устойчивостью против резонансных вибраций только при частных обжатиях є4 30 %. Этот вывод подтверждают и уточняют остальные графики (рис. 4.8-4.11). Графики на рис. 4.8. свидетельствуют о справедливости вывода, сделанного в п. 4.1, о том, что нормативный диапазон задних удельных натяжений полосы ам=(0,2-0,25)сто,2м обеспечивает устойчивость клети против вибраций при любом частном обжатии.
Больший запас виброустойчивости (при неблагоприятном сочетании других факторов) имеет технологический режим, в котором заднее натяжение установлено ближе к нижней границе нормативного диапазона: 0,.1=0,200,2/-1. ЯпькН і В отличие от заднего, переднее удельное натяжение относится к числу параметров, которые могут явиться причиной вибрации, о чем свидетельствуют графики рис. 4.9. Если переднее натяжение установлено на нижней границе нормативного диапазона (а/=0,2о0,2/, кривая 1), то положительные значения Rpz имеют место только при частных обжатиях є4 30 %. Следовательно, для обеспечения стабильной, без вибраций, работы клети с частными обжатиями є ЗО % необходимо устанавливать переднее удельное натяжение на верхней границе нормативного диапазона (кривая 2 на рис. 4.9). Графики на рис. 4.10 и 4.11 позволяют установить предельно допустимый уровень нестабильности межклетевых натяжений и усилий прокатки: как видно из этих графиков для стабильного режима прокатки с частным обжатием Е4 30 % колебания этих параметров не должны превышать 10 % от номинальных (настроечных) значений. Имеют место реальные ситуации, когда при больших отклонениях геометрии полосы (толщины и ширины) прокатка полос толщиной менее 0,5 мм с фактическими режимами межклетевых натяжений и частных относительных обжатий, согласно операционной карте стана (табл. 4.1), сопровождается нарушением устойчивости и возникновением опасных вибраций не только при установившейся скорости прокатки, но и при разгоне стана. Коэффициенты нестабильности технологических режимов к, и кр при этом могут составлять диапазон 0,15-0,25.
