Введение к работе
Актуальность работы. Современное металлургическое производство характеризуется интенсификацией нагрузок на оборудование в связи с увеличением скоростей и оптимизацией технологических процессов. В этих условиях большое внимание уделяется техническому состоянию наиболее подверженных износу и отказу узлов. К таким узлам относятся подшипниковые опоры. Для решения задач по определению их технического состояния разработаны средства диагностирования, принцип действия которых основан на анализе различных физических явлений, сопровождающих работу подшипника. Наиболее широкое распространение получили различные методы анализа вибросигналов, методы диагностирования на базе продуктов износа, тепловые и кинематические.
Существует ряд причин, по которым определение технического состояния вышеприведенными методами крупногабаритных опор скольжения вызывает технические трудности. К ним относятся сильное ослабление анализируемых вибрационных и температурных сигналов массивными корпусами крупногабаритных подшипников, небольшие скорости вращения с частотами находящимися на грани полосы пропускания датчиков вибрации, отсутствие доступных мест для установки датчиков относительных перемещений, электромагнитные помехи, большие объемы подачи и слива смазочной жидкости. К агрегатам, содержащим крупногабаритные опоры скольжения в своей конструкции, оценка технического состояния которых затруднена, на предприятиях металлургической промышленности относятся мощные генераторы постоянного тока для приводов прокатных станов, мотальные машины, мощные электродвигатели и т.п. Особую группу устройств диагностирования представляют системы непрерывного контроля с функциями предаварийной и аварийной сигнализации, позволяющие оперативно реагировать на внезапное изменение параметров объекта. Именно они более всего востребованы на участках, где внеплановая остановка агрегата приводит к задержке всего производственного цикла. В существующих системах контроля технического состояния крупногабаритных опор скольжения металлургического производства в основном используется метод контактной оценки температуры вкладышей подшипников, который не позволяет выявлять причину в случае возникновения неисправности и предпринять оперативные действия, поскольку среднее время отклика таких систем на появление дефекта составляет не менее 30 минут.
Благодаря фундаментальным работам большого круга ученых, достигнуты значительные успехи в области развития электропараметрических методов диагностирования, использование которых позволяет оперативно обнаружить развивающуюся неисправность подшипника, оценить степень ее значимости и предпринять меры к предотвращению незапланированной остановки производственного процесса. Наиболее значимые исследования в области электрического трибомониторинга проведены В.А. Белым, Н.Б. Демкиным, И.В. Крагельским, Н.К. Мышкиным, С.Ф. Корндорфом, К.В. Подмастерьевым, В.Я. Варгашкиным, В.И. Юзовым, П.Н. Шкатовым, Б.Д. Блиновым. Однако, практически все известные электропараметрические методы применимы лишь для опор качения, пар трения и небольших подшипников скольжения. Поэтому в настоящее время разработка метода, позволяющего оценить техническое состояние крупногабаритных опорных узлов скольжения, в системах диагностирования представляется весьма актуальной.
Объект исследования: система диагностирования крупногабаритных опорных узлов скольжения агрегатов металлургического производства.
Предмет исследования: математическое и программное обеспечение системы диагностирования крупногабаритных опорных узлов скольжения агрегатов металлургического производства.
Целью диссертационной работы является разработка метода и алгоритмов обработки информационных сигналов в системе диагностирования крупногабаритных опорных узлов скольжения агрегатов металлургического производства, позволяющих производить оценку технического состояния, идентифицировать тип дефекта и определять его характеристики.
К основным задачам, решаемым в работе относятся:
- разработка математической модели электрического сопротивления крупногабаритной опоры скольжения с учетом влияния ее параметров и режимов эксплуатации;
- анализ и оценка влияния типовых дефектов на числовые характеристики функции электрического сопротивления крупногабаритной опоры скольжения;
- разработка метода обработки электрорезистивных сигналов в системе диагностирования опорных узлов скольжения агрегатов металлургического производства, включая синтез диагностических параметров, удовлетворяющих условиям универсальности, достоверности и объективности, и методику их измерения; обоснование рекомендаций по выбору режима диагностирования;
- разработка алгоритмов обработки электрорезистивных сигналов, позволяющих получить комплексную оценку технического состояния крупногабаритных опор скольжения, идентифицировать неисправность и оценить ее характеристики;
- проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения адекватности теоретических положений, работоспособности и эффективности предложенных метода и алгоритмов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, статистического сбора данных с последующей математической обработкой, аналитические и численные методы решения систем уравнений, спектральный анализ, а также основные положения теорий контактирования шероховатых поверхностей, гидродинамической смазки и динамики переходных и установившихся режимов работы роторов на радиальных подшипниках скольжения. Математическое моделирование производилось в специализированных системах компьютерной математики MATLAB 6.5, MATHCAD 2000, FLEXPDE 5.0.15. Достоверность полученных результатов подтверждена проведением экспериментальных исследований с использованием серийно выпускаемых электроизмерительных приборов, а также специально разработанной автоматизированной системы сбора и обработки информации.
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:
1. Разработана математическая модель, учитывающая влияние режимов эксплуатации и дефектов рабочих поверхностей на функцию электрического сопротивления крупногабаритной опоры скольжения на основе анализа факторов, влияющих на формирование смазочной пленки подшипника скольжения, и ее характеристик.
2. Разработан метод диагностирования крупногабаритных опор скольжения агрегатов металлургического производства, основанный на обработке функции активного электрического сопротивления подшипников скольжения.
3. Разработаны алгоритмы обработки электрорезистивного сигнала, обеспечивающие решение задач оперативного контроля, комплексной оценки состояния крупногабаритных опор скольжения, идентификации и оценки характеристик их неисправностей.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Разработаны автоматизированные устройства диагностирования крупногабаритных опор скольжения, реализующие метод и алгоритмы обработки электрорезистивных сигналов. Проведена их опытно-промышленная эксплуатация, получен сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.34.006.A №16327.
-
Предложены методики настройки автоматизированных устройств диагностирования и проведения работ по оценке технического состояния крупногабаритных подшипников агрегатов металлургического производства.
-
Разработана методика оценки временных параметров приработки крупногабаритных подшипников скольжения в производственных условиях.
Реализация результатов работы. Предложенные метод и алгоритмы обработки электрорезистивных сигналов, реализованные в разработанной автоматизированной системе сбора и обработки информации прошли опытно-промышленную эксплуатацию на Череповецком металлургическом комбинате ОАО «Северсталь» (производство холодного листа, коксо-химическое производство, агломерационное производство, конверторное производство), Череповецком сталепрокатном заводе ОАО «Северсталь-Метиз», Таганрогском металлургическом заводе ОАО «ТагМет» и электроремонтном производстве ОАО «Электроремонт», г. Череповец. Введена в эксплуатацию система постоянного мониторинга технического состояния подшипниковых опор в целях предотвращения непредвиденного выхода из строя насосного оборудования коксохимического производства Череповецкого металлургического комбината ОАО «Северсталь».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих научных конференциях: «8-я международная конференция «Оптико-электронные приборы и устройства распознавания образов, обработки изображений и символьной информации Распознавание – 2008» (Курск, 2008); «17-я межвузовская военно-научная конференция» (Череповец 2007); «Симпозиум «Мир измерений и учета» (г. Санкт-Петербург, ноябрь 2004); «Межрегиональная научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, 2004); «4-я международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах «Инфотех-2004» (Череповец, 2004).
На защиту выносятся:
1. Математическая модель электрического сопротивления крупногабаритной опоры скольжения, позволяющая оценить влияние неисправностей на функцию электрического сопротивления подшипника скольжения.
2. Полученные в результате численного расчета с использованием математической модели и экспериментальные зависимости предложенных диагностических параметров от характеристик исследуемых дефектов опор скольжения.
3. Метод и алгоритмы обработки электрорезистивных сигналов, позволяющие оценивать вид и проводить усредненную комплексную оценку технического состояния опор скольжения с возможностью идентификации дефекта и оценки его характеристик.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 из них опубликованы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 143 наименования и приложений. Работа содержит 169 страниц, 52 рисунка и 17 таблиц. Приложения включают 15 страниц.
