Аннотация
Обоснована актуальность создания систем on-line-мониторинга упругого момента на шпинделях клетей прокатных станов. Основанием для непрерывного контроля являются высокие динамические нагрузки, возникающие при входе раскатов в клеть. На примере электромеханических систем толстолистового стана 5000 показано, что амплитудные значения упругого момента на шпинделях могут превышать номинальный момент двигателя в 2 и более раза. Рассмотрены осциллограммы скоростей и моментов двигателей главных приводов верхнего и нижнего валков (ВГП и НГП), полученные за 19 проходов реверсивной прокатки трубной заготовки. Отмечено размыкание контура регулирования скорости в связи с выходом на ограничение момента, что приводит к увеличению динамических нагрузок. Подчеркнута важность расчета ресурса шпинделя в автоматическом режиме. Рассмотрена структура разработанной информационной системы on-line-мониторинга упругого момента. Предложена схема наблюдателя с функцией определения выработанного ресурса. Разработан контроллер вычисления амплитуд динамических моментов и ресурса шпинделей в Matlab Simulink. Представлена методика расчета усталостных нагружений, основанная на линейной гипотезе Пальмгрена-Майнера. Получены аналитические выражения и кривая зависимости выработанного ресурса от кратности момента при захвате. Дана оценка ресурса шпинделей верхнего и нижнего валков за цикл прокатки и в течение месяца при реальной нагрузке. Показано, что неравномерное распределение нагрузок шпинделей приводит к существенному различию прогнозируемых сроков эксплуатации. В связи с большим объемом обрабатываемой информации рекомендовано внедрение облачных технологий с использованием возможностей BigData.
Ключевые слова
прокатная клеть, шпиндель, динамические нагрузки, ресурс, система, методика, расчет, рекомендации
1. Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования / И.А. Селиванов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, В.Р. Храмшин, А.А. Шеметова, А.С. Евдокимов, А.А. Лукин, А.Ю. Андрюшин, П.В. Шиляев, В.В. Головин, А.А. Титов, С.Е. Мостовой, С.А. Петряков // Известия вузов. Электромеханика. 2009. № 1. С. 5–11.
2. Torque Model in Plate Rolling Process with Biting Impact Considered / Z. Jiao, C. He, L. Wang, Y. Cai, X. Wang, X. Sun // ISIJ International. 2021. Vol. 61(1). Pp. 239-247. doi: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-230
3. Dynamic Torque Limitation Principle in the Main Line of a Mill Stand: Explanation and Rationale for Use / V.R. Gasiyarov, V.R. Khramshin, S.S. Voronin, T.A. Lisovskaya, O.A. Gasiyarova // Machines. 2019. 7(4). 76. doi: 10.3390/machines7040076
4. Способ управления электроприводами клети толстолистового стана в режиме асимметричной прокатки головной части раската / В.Р. Храмшин, М.А. Зинченко, Б.М. Логинов, А.С. Карандаев // Электричество. 2023. № 4. С. 61-72. doi: 10.24160/0013-5380-2023-4-61-72
5. Hou Y., Kong J.Y., Wang X.D. Research on Online Monitoring for the Main Drive System of Rolling Mill // Applied Mechanics and Materials. 2011. Vol. 127. Pp. 444-448. doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.127.444
6. Self-Powered Telemetric Torque Meter / A.C.L. Filho, F.A. Belo, J.L. Alves dos Santos, A.E. Gomes // ASME. J. Dyn. Sys., Meas., Control. 2011. 133(4). 045001. doi: 10.1115/1.4003264
7. Обоснование разработки телеметрической системы мониторинга упругого момента главной линии клети прокатного стана / В.Р. Храмшин, С.А. Евдокимов, О.А. Гасиярова, А.С. Карандаев, Б.М. Логинов // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 3(56). С. 70-79. doi: 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-70-79
8. Implementation of telemetric on-line monitoring system of elastic torque of rolling mill line of shafting / Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Tverskoi M.M., Khramshin V.R., Loginov B.M. // 2nd International Ural Conference on Measurements (UralCon). IEEE, 2017. Pр. 450-455. doi: 10.1109/URALCON.2017.8120750
9. Developing Digital Observer of Angular Gaps in Rolling Stand Mechatronic System / O.A. Gasiyarova, A.S. Karandaev, I.N. Erdakov, B.M. Loginov, V.R. Khramshin // Machines. 2022. 10. 141. doi: 10.3390/machines10020141
10. Digital Observer of Elastic Torque of Rolling Stand Two-Mass System. / B.M. Loginov, V.R. Khramshin, O.A. Gasiyarova, A.Y. Semitko, V.R. Gasiyarov // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2023. Vol. 986. 6 p. doi: 10.1007/978-3-031-22311-2_24
11. Development and Practical Implementation of Digital Observer for Elastic Torque of Rolling Mill Electromechanical System / V.R. Gasiyarov, A.A. Radionov, B.M. Loginov, A.S. Karandaev, O.A. Gasiyarova, V.R. Khramshin // J. Manuf. Mater. Process. 2023. 7. 41. doi: 10.3390/jmmp7010041
12. Xu H., Cui L.-L., Shang D.-G. (A study of nonlinear coupling dynamic characteristics of the cold rolling mill system under different rolling parameters // Advances in Mechanical Engineering. 2017. 9(7). doi: 10.1177/1687814017713706
13. Antsupov V.P., Fedulov A.A., Antsupov A.V. The Kinetic Approach to the Design Evaluation of the Reliability of Machine Parts // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. doi: 10.1007/978-3-030-54814-8_31
14. Громыка Д.С., Утенкова Т.Г., Короткова О.Ю. Обзор методов оценки механизмов изнашивания исполнительных органов горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 2. С. 75-86. doi: 10.25018/0236-1493-2021-2-0-75-86
15. Соколов Л.Д., Гребеник В.М., Тылкин М.А. Исследование прокатного оборудования: монография. М.: Металлургия, 1964. 488 с.
16. Методика прогнозирования надежности и оценка износостойкости деталей узлов трения металлургического оборудования / А.В. Анцупов, В.П. Анцупов, А.В. Анцупов (мл.), М.В. Налимова, А.С. Губин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №1. С. 80-83.
17. Анцупов А.В. (мл.), Анцупов А.В., Анцупов В.П. Аналитический метод проектной оценки ресурса элементов металлургических машин // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2017. 60(1). 30-35. doi: 10.17073/0368-0797-2017-1-30-35
18. Модель отказов шарниров универсальных шпинделей по критерию износостойкости бронзовых вкладышей / А.В. Анцупов (мл.), А.В. Анцупов, М.В. Налимова, В.П. Анцупов, В.А. Русанов // Фундаментальные исследования. 2017. № 4 (часть 1). С. 9-12.
19. Method for Defining Parameters of Electromechanical System Model as Part of Digital Twin of Rolling Mill / Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Loginov B.M., Zinchenko M.A., Gasiyarova O.A., Karandaev A.S., Khramshin V.R. // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2023. 7(5). 183. doi: 10.3390/jmmp7050183
20. Adaptive Load Division Controller for Electric Drives of Roll Stand / V.R. Gasiyarov, G.P. Kornilov, B.M. Loginov, M.A. Zinchenko, R.R. Khramshin, K.E. Odintsov // 2023 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2023. Pp. 1135-1140. doi: 10.1109/ICIEAM57311.2023.10139300
21. Simulation modeling of the rolling mill stand 5000 OJSC MMK / E.A. Maklakova, V.R. Gasiyarov, A.S. Maklakov, S.S. Voronin // 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2016. Pp. 1-4. doi: 10.1109/ICIEAM.2016.7911498.
22. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A. Improving Reliability of Hot Plate Mill Electromechanical System // Key Engineering Materials. 2016. 685. Pp. 417-421. doi:10.4028/www.scientific.net/kem.685.417
23. ibaPDA Scalable basic software for measured data collection. URL: https://www.iba-ag.com/ru/ibapda (дата обращения 07 января 2024)
24. Controlling the Electric Drives of the Reversing Rolling Stand Rolls of a Rolling Mill to Form a Curvature at the Workpiece Front End / Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Loginov B.M., Khramshin V.R. // IEEE 13th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS). IEEE, 2019. 7 р. doi: 10.1109/PEDS44367.2019.8998801
25. Шохин В.В., Пермякова О.В., Кисель Е.С. Исследование электромеханической системы прокатной клети // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 23. С. 40–43.
26. Method for Forecasting the Remaining Useful Life of a Furnace Transformer Based on Online Monitoring Data / A.A. Radionov, I.V. Liubimov, I.M. Yachikov, I.R. Abdulveleev, E.A. Khramshina, A.S. Karandaev // Energies. 2023. 16. 4630. doi: 10.3390/en16124630
27. Miner M.A. Cumulative damage in fatigue // J. Applied Mechanics. 1945. No. 12. Pp. 159–164. doi: 10.1115/1.4009458
28. A Modified Model for Nonlinear Fatigue Damage Accumulation of Turbine Disc Considering the Load Interaction Effect / T. Huang, R.-C. Ding, Y.-F. Li, J. Zhou, H.-Z. Huang // Metals. 2019. 9. 919. doi: 10.3390/met9090919
Методика расчета ресурса шпинделей клети прокатного стана на основе on-line-измерений упругого момента / Б.М. Логинов, О.А. Гасиярова, А.А. Радионов, К.Э. Одинцов // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 2(63). С. 17-26. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-2(63)-17-26