автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Диагностирование механической части электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья

На правах рукописи

СУСПИЦЫН Евгений Сергеевич

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕХАЙИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЯНУЩЕ-ПРАВИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

1 ' ч —

Т

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

ЛУКЬЯНОВ Сергей Иванович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

КУДРИН Борис Иванович

- кандидат технических наук

САМОЙЛЕНКО Владимир Яковлевич

Ведущее предприятие - ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Защита диссертации состоится 17 октября 2003 г. в 14 час. 00 мин. в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02 канд. техн. наук, доцент

С.А. Цырук

2е>оЗ-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Отливка заготовок для сортовых и прокатных переделов на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в настоящее время является неотъемлемой частью технологического цикла металлургического производства. Технология непрерывной разливки стали и конструкция машин постоянно совершенствуются в направлении повышения качества отливаемых заготовок и производительности каждой машины.

Диагностирование механической части электропривода тянуще-правильного устройства ( ШУ) зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ и своевременная замена вышедшего из строя оборудования способствуют повышению качества литых заготовок и увеличению производительности машин.

Конструкция МНЛЗ не позволяет вести визуальный либо метрологический контроль состояния электропривода ТПУ непосредственно в ходе разливки, а остановка МНЛЗ в этих целях связана с большими экономическими потерями. Из альтернативных диагностических признаков дефектов электропривода ТПУ лишь характер изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов позволяет в реальном масштабе времени делать вывод о его техническом состоянии.

Эксплуатация действующей автоматической системы токовой диагностики (АСТД) состояния электропривода показала, что выдаваемые'ею диагнозы имеют недостаточную достоверность. Ограниченным является и перечень диагностируемых дефектов электропривода ТПУ.

Создание эффективной системы токовой диагностики с достаточной глубиной диагностирования механической части электропривода ТПУ позволит обосновывать ход и вид ремонтных работ МНЛЗ, сократить их время, целенаправленно заменят^, вышедшее из строя оборудование, повлиять на рост качества непре-рывнолитых слитков и производительность машин.

Цель работы. Создание системы технического диагностирования состояния электропривода ТПУ МНЛЗ по характеру изменения его текущих координат с расширенным числом выделяемых дефектов.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

- анализа возможных дефектов электропривода ТПУ МНЛЗ, снижающих качество литой заготовки;

- анализа существующих способов диагностирования электропривода ТПУ;

- анализа функциональных возможностей промышленных систем диагностирования электропривода ТПУ;

- экспериментальной оценки достоверности диагностической информации, выдаваемой АСТД по дефектам электропривода ТПУ;

- определения диагностических признаков дефектов электропривода ТПУ по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов;

- создания математической модели, характеризующей изменение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при прогибе его 6>очК№кая

I Г Петербург (.лЛ

5 ОЭ ЭДО^ акт

\090b

- разработки методик и алгоритмов диагностирования электропривода ТПУ по характеру изменения его координат;

- разработки функциональной схемы системы диагностирования электропривода ТПУ;

- экспериментальной оценки эффективности предлагаемых методик и алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических и дифференциальных уравнений и систем. Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, получённых при исследовании электроприводов тянущих роликов МНЛЗ №1-4 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»).

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достоверностью диагнозов технического состояния механической части электропривода ТПУ реальным дефектам в действующих электроприводах тянуще-правильных устройств МНЛЗ №1-4 ОАО «ММК»

К защите представляются следующие основные положения:

1. Результаты экспериментальных и теоретических исследований функциональных возможностей промышленной автоматической системы токовой диагностики.

2. Математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба его бочки тянущего ролика.

3. Результаты статистического анализа временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при случайной и периодической буксовках тянущего ролика по слитку, прогибе бочки и повреждении подшипниковых узлов тянущего ролика. Диагностические признаки указанных дефектов, методики и алгоритмы диагностирования, основанные на корреляционном и дифференциальном анализе временных диаграмм токов нагрузок.

4. Методы диагностирования: износа бочки тянущего ролика; распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам; продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводами тянущих роликов, включая статические и динамические продольные усилия, обусловленные как настройкой электроприводов тянущих роликов, так и техническим состоянием тянущих роликов; правильности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси.

5. Алгоритмы диагностирования: износа, прогиба и повреждений подшипниковых узлов тянущего ролика; случайной и периодической буксовок тянущего ролика по слитку; правильности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна ЗВО и диагностирования колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ; распределения усилий вытягивания слитка по приводным роликам и величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка.

6. Технические решения и обобщенный алгоритм системы диагностирования состояния электропривода тянуще-правильного устройства, учитывающий технологические особенности непрерывной разливки стали.

7. Результаты экспериментальной оценки эффективности предлагаемых способов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

Научная новизна:

1. По характеру изменения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов определены диагностические признаки возникновения дефектов механической части электропривода ТПУ, связанных с:

- прогибом бочки тянущего ролика;

- периодической буксовкой тянущего ролика по слитку; '

- случайной буксовкой тянущего ролика по слитку; ' 1

- повреждениями подшипниковых узлов тянущего ролика;

- колебаниями ¿татического момента нагрузки электропривода ТПУ.

2. Разработана математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба бочкиг тянущегб ролика.

3. Разработаны методики диагностирования неравномерности распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, диагностирования величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом ТПУ с учетом:

- качества настройки электропривода ТПУ;

- технического состояния тянущих роликов.

4. Разработаны методики диагностирования величины" износа бочкй тянущего ролика и контроля точности выставки тянущего ролика вдоль технологи--ческой оси ЗВО.

5. Разработаны алгоритмы диагностирования:

1) величины прогиба бочки тянущего ролика;

2) случайной буксовки тянущего ролика по слитку;

3) периодической буксовки тянущего ролика по слитку;

4) повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика]"

5) колебаний статического момента тока нагрузки электропривода ТПУ;

6) величины износа бочки тянущего ролика;

7) распределения усилия вытягивания слитка по тянущим роликам;

8) величин статических и динамических усилий в теле слитка;

9) точности выставки тянущего ролика вдоль технологической оси ЗВО.

Практическая ценность и реализация работы.

Экспериментально подтверждена эффективность разработанных методик и алгоритмов диагностирования величины прогиба и износа бочки тянущего ролика, колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ.

Установлено, что функциональная схема системы диагностирования, разработки ОАО «Уралмаш» применима для выполнения разработанных алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

Применение разработанных алгоритмов диагностирования электропривода ТПУ технически возможно при использовании существующих систем сбора данных, применяемых в настоящее время на MHJI3.

Определение дефектов электропривода ТПУ на действующей MHJI3 ОАО «ММК» позволило повлиять на рост качества и производительности машины.

Результаты диссертационной работы переданы ОАО «ММК» в виде технических заданий и приняты к внедрению в ходе проводимой ОАО «Уралмаш» реконструкции электрооборудования действующих MHJ13.

Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований используются при проектировании автоматизированных электроприводов тянущих роликов ЗВО MHJI3 криволинейного типа.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы развития автоматизированного электропривода промышленных установок" (г. Новокузнецк, 2002 г.); VIII Международной научно-технической конференций студентов и аспирантов (г. Москва, МЭИ, 2002 г.); II Международной научно-технической конференции "Энергосбережение на промышленных предприятиях" (г. Магнитогорск, 2000 г.); 60-ой научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ (г. Магнитогорск, 2001 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 16 печатных трудах, в том числе 13 статьях и материалах конференций и 3 свидетельствах на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 59 наименований. Работа изложена на Г42 страницах, содержит 52 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа и их роликовых проводок. Проведены исследования факторов, снижающих качество литой заготовки и ограничивающих производительность MHJI3. Отмечено, что обеспечить высокое качество непрерывнолитых слитков и 'увеличение производительности MHJI3 возможно путем непрерывного контроля состояния роликовой проводки ЗВО МНЛЗ и электропривода ТПУ в ее составе. Проанализированы известные способы диагностирования роликовой проводки ЗВО и электропривода ТТ1У. Выявлены их недостатки. Показано, что единственным способом диагностирования механической части электропривода ТПУ непосредственно в ходе разливки является диагностирование по характеру изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов. Экспериментально проанализированы функциональные возможности автоматической системы токовой диагностики (АСТД) разработки ОАО «Уралмаш». Доказано, что ряд функций диагностирования данной системы выполняются либо некорректно, либо не выполняются вообще. Опре-

делен перечень дефектов электропривода ТПУ, не диагностируемых АСТД. Поставлена задача разработки новых алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

МНЛЗ (рис.1) включает в себя: промежуточный ковш 1, кристаллизатор 2, водяные форсунки 3, ряд верхних роликов 4 , нижний ряд роликов 5 и устройство для разделения слитка на мерные длины 6. В тянуще-правильном устройстве зоны вторичного охлаждения (ЗВО) каждого ручья МНЛЗ ОАО «ММК» установлено по 98 пар роликов. При этом все ролики верхнего ряда 4 выполнены неприводными, а в нижнем ряду располагаются как приводные 5 (тянущие), так и неприводные ролики (рис.1).

Питание всех электродвигателей тянущих роликов выполнено по групповой схеме от одного тиристорного преобразователя (рис.2). Информация о токах нагрузок всех электродвигателей, напряжении тиристорного преобразователя и скорости разливки стали от тахогенератора, установленного на валу электродвигателя тянущего ролика №5, поступает в систему сбора данных, где обрабатывается и затем передается в АСТД.

Основными дефектами электропривода ТПУ, приводящими к снижению качества непрерывнолитой заготовки, являются прогиб (рис.3), износ, отклонения в выставке тянущих роликов вдоль технологической оси ЗВО (рис.4) и повреждения их подшипниковых узлов.

В настоящее время существуют различные способы диагностирования технического состояния роликовой проводки ЗВО и электропривода ТПУ в ее составе:

1. Диагностирование роликовой проводки в макротемплетных лабораториях по характеру и глубине расположения трещин в теле слитка;

& Й

Рис.1.

Рис.2.

А-А А-А

-ч

Рис.3.

Рис.4.

2. Диагностиробание при помощи специальйой измерительной затравки вводимой1 в технологический канал ЗВО.

3. Диагностирование по характеру изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов. На российских МНЛЗ эксплуатируется построенная по этому принципу автоматическая система токовой диагностики (АСТД) разработки ОАО «Уралмаш».

Выявлены следующие их недостатки:

. 1. Диагностирование роликовой проводки по характеру и глубине расположения в теле слитка трещин требует от 3 до 5 часов и отличается низкой точностью диагностической информации;

2. Для диагностирования роликовой проводки ЗВО при помощи измерительной затравки требуется остановка MHJI3 на срок от 2 до 5 часов, при этом невозможно диагностировать качество настройки электропривода ТПУ. Указанные способы диагностирования не позволяют вести контроль состояния MHJI3 непосредственно в ходе разливки;

3. В АСТД не диагностируется величина прогиба бочки тянущего ролика; некорректно выполняется контроль точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна; не диагностируются повреждения подшипниковых узлов тянущих роликов, не имеющих постоянного контакта со слитком; случайная и периодическая буксовки тянущих роликов по слитку диагностируются как прогиб бочки тянущего ролика. АСТД не диагностирует следующие дефекты электропривода ТПУ, снижающие качество непрерывнолитого слитка:

- износ бочки тянущего ролика;

- колебания статического момента нагрузки электропривода ТПУ;

- распределение усилия вытягивания слитка по тянущим роликам;

- величины'статических и динамических продольных усилий в теле слйтка, создаваемых электроприводом ТПУ.

В связи с изложенным, поставлена задача разработки эффективной автоматической системы диагностирования механической части электропривода ТПУ MHJ13 по характеру изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов. ■ , ■ i

Предложено разделить предлагаемые функции диагностирования по характеру проявления в токе нагрузки электродвигателей тянущих роликов на две группы:

1. Диагностирование технического состояния механической части электропривода ТПУ по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов;

2. Диагностирование технического состояния механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов, рассчитанных за период времени, соответствующий двум оборотам тянущего ролика на.текущей скорости разливки.

Вторая глава диссертациойной работы посвящена разработке методик и алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ, проявляющихся в характере изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов, за временной отрезок, соответствующий двум оборотам ролика на текущей скорости разливки. Установлены признаки диагностирования следующих дефектов электропривода ТПУ: периодической буксовки тянущего ролика по слитку, случайной буксовки тянущего ролика по слитку, повреждений подшипниковых узлов и прогиба бочки тянущего ролика. Разработаны алгоритмы диагностирования указанных видов дефектов.

Установлено, что прогиб бочки тянущего ролика вызывает синусоидальное изменение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика. Получены урав-

нения регрессии, определяющие взаимосвязь изменения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов за период вращения тянущих роликов различного диаметра (/>=330, 270 и 240 мм) и величины прогиба их'бо^ки на фикси-

„ г Дг'-Ляу „ Д/Ляу-

рованнои скорости литья заготовки: о-.™ =----—, 5?7П=——■———,

* сФ-0,837-К 270 сФ-1,166-К

^240 = —^ — где 5330 , 6270, 5240 - величина прогиба бочки тянущего ро-сФ ■ 1,302 ■ V

лика соответствующего диаметра £); Дг - диапазон изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика за время его оборота; Яя^ - сопротивление цепи якоря электродвигателя; сФ - произведение конструктивной постоянной электродвигателя на его магнитный поток.

Адекватность математической модели подтверждена путем сопоставления результатов моделирования и осциллографирования на действующей установке МНЛЗ.

Установлено, что в качестве диагностических признаков прогиба бочки и повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика, периодической и случайной буксовок тянущего ролика по слитку могут выступать темп снижения тока нагрузки Дг'/Л?, отношение периода изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика к расчетному периоду оборота ролика на текущей скорости разливки Треал!Трасч и диапазон изменения тока нагрузки А1. В результате статистического анализа временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при указанных дефектах электропривода ТПУ установлено, что по одному диагностическому признаку возможно диагностирование лишь повреждений подшипниковых узлов тянущих роликов и случайной буксовки тянущего ролика. Области наблюдения диагностических признаков периодической буксовки тянущего ролика по слитку и прогиба бочки тянущего ролика пересекаются. Для их разделения в многомерном пространстве признаков применен метод разделяющих поверхностей. Определена разделяющая плоскость в диагностическом пространстве (Д/ / А^ ,А1, Треа, /Грасч):

5-Д//Дг4-Д/-0,1-7'/М(Я/7'раст +1,5=0. Данная плоскость и вектора временных диаграмм при периодической буксовке тянущего ролика по слитку (•) и прогибе бочки тянущего ролйка (+) с различных углов зрения показаны на (рис.5). Проверка принадлежности временной диаграммы тока нагрузки какой-либо области диагноза производится путем проверки знака скалярного произведения вектора нормали к разделяющей плоскости А(Я1|А2,ДЗ,Я4)=(5; 1; -0,1; 1,5) на координаты временной диаграммы в диагностическом пространстве (М/ММТреш!/Трасч).

' Диагностические признаки указанных дефектов представлены в табл. 1.

Разработаны алгоритмы диагностирования повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика, величины прогиба бочки тянущего ролика, периодической и случайной буксовки тянущего ролйка по слитку, основанные на автокор-

^pea/i j^p

>. .A1

Трет/Тi

расч1

. I' V

, a ■

"! ' Г

0 8J-V. —------

Ai/At

Рис.5.

Таблица 1

Диагностические Признаки Дефектов электропривода ГНУ _

Шумы подшипниковых узлов Треал/Тр^ е (6,4592 ■ 10"3;5,5861 • 10'2)

Случайная буксовка тянущего ролика по слитку \Jp~Pp™ е(6,4592-10-3;5,58бЫ0"г)] л [Треа,1ТрасЧп £ (0,8;0,99)]

Периодическая буксовка тянущего ролика по слитку [Аг/Д/ <Повреждение подшипников" = /] л [Лг/А?<-0,38у"Повреждение подшипников" = 0] л [А/> 1.87] л [Лг'/Д/■ 5 + Л/ + /7^, ■ (-0Д) +1,5 >0]

Прогиб тянущего \AilAt.5+AI+T /т -(-0,1) +1,5 < 0 ролика \ pip

реляционном и дифференциальном анализе токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов.

Статистически определены диагностические признаки колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ, снижающих качество непре^ыв-нолитого слитка:

1. Отношение периода изменения общего тока нагрузки электропривода ТПУ к расчетному периоду оборота тянущего ролика диаметром ¿>=330 мм на текущей скорости разливки лежит в диапазоне 0,964<Треш/Трасч <0,998.

2. Диапазон изменения общего тока нагрузки электропривода ТПУ за период оборота тянущего ролика диаметром Г>=330 мм /¿>10 А.

Разработан алгоритм диагностирования колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ основанный на автокорреляционном анализе. Алгоритм содержит алгоритм определения диапазона изменения тока нагрузки электропривода ТПУ и алгоритм определения периода изменения общего тока нагрузки электропривода ТПУ,

В третьей главе разработаны методики и алгоритмы диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних токов нагрузок, рассчитанных за два оборота ролика на текущей скорости разливки.

Предложена методика диагностирования величины износа бочки тянущих роликов, имеющих постоянный контакт со слитком:

1. Диагностируются случайные и периодические буксовки тянущего ролика по слитку. Если тянущий ролик буксует, то дальнейшее диагностирование невозможно.

2. Фиксируются координаты работы электропривода тянущего ролика при разливке первой плавки после замены тянущего ролика: Ун, г„, ий -

соответственно скорости слитка, тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и напряжения тиристорного преобразователя.

3. Фиксируются координаты работы электропривода тянущего ролика в момент диагностирования: Ур г,, и^ - скорость слитка, средний ток нагрузки

электродвигателя тянущего ролика и напряжение тиристорного преобразователя в момент измерения величины износа тянущего ролика.

4. Проверяется равенство токов нагрузок г) и гн току нагрузки электродби-гателя тянущего ролика при прокрутке машины на холостом ходу г„. Если г) или г„ равны г», то диагностирование величины износа бочки тянущего ролика невозможно, иначе величина износа Д£> высчитывается по выражению:

2-сФ ¥н V,

Д£) =--(-«---1-

60 иАн - Ь, • &Ч иф ~ V ' ' Неравномерность распределения усилий вытягивания по тянущим роликам и несоответствие их требуемым по технологии значениям приводит к созданию в теле слигка продольных усилий, что снижает качество непрерывнолитого слитка. Предложены методики диагностирования неравномерности распределения усилия вытягивания по тянущим роликам по электродвигателям тянущих роликов и диагностирования величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка, обусловленных как качеством настройки электропривода ТПУ, так и реальным состоянием тянущих роликов.

В качестве оценки степени неравномерности распределения усилий вытягивания по приводным роликам применен коэффициент вариации:

' ' (1)

где среднее квадратическое отклонение средних значений усилий вытягивания слитка от математического ожидания усилий вытягивания тянущих роликов различных участков ЗВО т (радиального, криволинейного, горизонтального-1 и горизонатльного-2).

Предложена методика диагностирования распределения усилий вытягивания по тянущим роликам, базирующаяся на расчете коэффициента вариации значений усилий вытягивания по тянущим роликам различных участков ЗВО:

1. Рассчитываются реальные усилия вытягивания слитка на тянущих роликах:

2-сФ (1 -1„ )-1о ^ =--' (2>

где Ру.ДОу - диаметр и величина износа бочки тянущего роликау'-го ролика; г'о ,■ - передаточное число редукторов линии приводау - го тянущего ролика.

J г

2. Определяются математический ожидания М(^)т и средние квадрати-ческие отклонения - 8т усилий вытягивания слитка;

3. Рассчитываются коэффициенты вариации Ут, т - ой группы электродвигателей тянущих роликов по выражению (1).

4. По величине Ум делается вывод о значимости неравномерности распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам.

Предложена методика диагностирования величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка:

1. По известным выражениям высчитывается необходимое усилие вытягивания нау-ом тянущем ролике:

Рт, = Рщ + Рф] + РПР] + РС] + РР] + р3] + FBЫПJ + ртп1 >

где Рщ - усилие трения корки слитка о стенки кристаллизатора (только для

первого тянущего ролика); Рф] - усилие сопротивления, вызванное действием

ферростатического давления жидкои сердцевины заготовки; - усилие

правки слитка, возникающее в криволинейном участке ТПУ при разгибе заготовки; FCJ - усилие, обусловленное весом слитка; - усилие, обусловленное

весом роликов; FЗJ - усилие сопротивления, вызванное протягиванием полностью затвердевшей заготовки через роликовую проводку; РВЫП] - усилие сопротивления вытягиванию выпученной непрерывнолитой заготовки; Ртп. -

усилие сопротивления вытягиванию, обусловленное температурными поводками заготовки.

2. Рассчитываются реальные статические усилия вытягивания / - ых электродвигателей тянущих роликов по выражению (2).

3. Определяются статические продольные усилия в теле слитка:

м •

Р1,!+\ £ + - ) • т~2

4. Рассчитываются изменения реального усилия вытягивания у-го электропривода, обусловленные прогибом бочки тянущего ролика

М1__р_ л

Ч - Щ )/2 + 8~ (сФ)' {В1 - ДО,) / 2 - 8 1

где А1 j - диапазон изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика; 5у - величина прогиба; Дсо^ву - изменение угловой скорости электродвигателя тянущего ролика, определяемое по электромеханической характеристике электродвигателя тянущего ролика; Р - жесткость электромеханической характеристики; В ~ 0,056 - коэффициент, определенный эмпирическим путем.

5. Для электроприводов, тянущие ролики которых периодически теряют контакт со слитком, определяются усилия вытягивания при наличии и отсутствии контакта ролика со слитком:

-!„])•<&■ 2 . '

Г

г™*] Р]~Щ

где ¿мах - максимальное значение тока нагрузки тянущего ролика. РртП1 = 0.

6. Определяется величина усилия, эквивалентная динамическому удару прикладываемого к слитку при восстановлении контакта со слитком

А/, -Яя?

1 к

вое, Л .

; сФ-гй]

7. Определяется амплитуда изменения динамических продольных усилий в теле слитка относительно статических и отображаются в виде рис.6.

Предложены методики контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси. Показано, что при наличии в цепи якоря электродвигателя тянущего ролика активных регуляторов тока нагрузки контроль можно производить серией тестов, средствами активных регуляторов. Алгоритм следующий:

1. Вычисляется среднее значение тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика за два оборота ролика на текущей скорости разливки 1ср .

2. При совпадений значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика со значением тока нагрузки холостого хода 1ср - данный привод помечается меткой К.

3. На регуляторы нагрузки, установленные в цепях электродвигателей тянущих роликов с меткой К, в системе управления электроприводом ТПУ формируется управляющий сигнал на увеличение тока нагрузки.

4. По истечении 15с, необходимых для завершения переходных процессов в электроприводе, вновь по пунктам 1 и 2 выполняется проверка условия ^ср = I хх •

5. Если условие 1ср = 1ХХ выполняется, то делается вывод, Что данный

тянущий ролик выставлен ниже технологической оси ЗВО.

При отсутствии в цепи якоря электродвигателя тянущего ролика активных регуляторов тока нагрузки контроль точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси возможен только для роликов, периодически теряющих

Р, кН 500

300 290

ДЯпрсм

/ *

Рпрод сред

/ V \ - 1 ■ I '1 1 1 1-1 1 '

Рис. 5,

60 70

Номер приводного ролика

контакт со слитком. Предложена методика контроля, основанная на вычислении углового перемещения ссг тянущего ролика при отсутствии контакта между роликом и слитком. Если ролик выставлен выше технологической оси, то а2>л, иначе сс2<я.

Разработаны алгоритмы диагностирования величины износа бочки тянущего ролика, диагностирования неравномерности распределения полезных токов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов, диагностирования динамических и статических продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом ТПУ и алгоритм контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна ЗВО.

В четвертой главе сделан вывод о том, что функциональная схема системы диагностирования АСТД пригодна для реализации разработанных алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ МНЛЗ. При этом оцифровка сигналов токов нагрузок, напряжения тиристорного преобразователя и скорости разливки производится 8-ми разрядными АЦП. Частота дискретизации сигнала по времени Д/=0,5 с.

Разработан общий алгоритм системы диагностирования механической части электропривода ТПУ с учетом технологических режимов работы МНЛЗ.

Для проверки алгоритма диагностирования величины прогиба тянущего ролика специалистами цеха ремонта механического оборудования №3 (ЦРМО -№3) на МНЛЗ ОАО «ММК» измерены величины прогиба тянущих роликов 8ШМ диаметром ¿>=330 мм []. Полученные величины прогибов тянущих роликов сопоставлены с расчетными величинами прогиба тянущего ролика 8. Результаты представлены в табл. 2.

! Таблица 2.

Реальные и рассчитанные величины прогиба тянущего ролика

№ приводного ролика лик Дам, ММ, 5, мм

' 30 1,1 1,25 1,4

34 0,3 0,35 0,35

35 - 0,4 0,3 0,4

Ошибка диагностирования величины прогиба бочки тянущего ролика относительно максимального наблюдаемого прогиба тянущего ролика МНЛЗ составляет 3%. -

Так же измерены реальные величины износа тянущего ролика АЛреш, и сопоставлены с диагностируемыми величинами износа тянущего ролика АО (рис.6).

Ошибка диагностирования величины износа бочки тянущего ролика относительно максимального наблюдаемого износа тянущих роликов МНЛЗ ОАО «ММК» составляет 18%.

Проверка работоспособности алгоритма диагностирования колебаний статического момента проведена в ходе внедрения системы стабилизации скорости литья заготовки. Включение системы стабилизации скорости разливки возможно только после разрешающего сигнала подсистемы диагностирования ко-

7 6 5 4 3 2 1 О -1 -2

И ре&чьный износ, мм ■ диагностируемый износ, мм □ абсолютная погрешность

Рис.6.

лебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ. Алгоритмы диагностирования колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ в данной системе показали достаточную надежность и достоверность диагностической информации.

По временным диаграммам токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов на действующей МНЛЗ №4 ОАО «ММК» определено техническое состояние электропривода ТПУ. Выявлено, что максимальный износ и прогиб бочек тянущих роликов наблюдается на криволинейном участке ЗВО и достигает 1,8 и 0,3 мм соответственно. Повреждения подшипниковых узлов тянущих роликов выявлены у трех тянущих роликов №6,10 и 12. Периодические буксовки тянущих роликов по слитку наблюдаются на горизонтальном участке ЗВО, число периодически буксующих роликов может достигать 7. Случайные буксовки тянущего ролика по слитку могут возникать на всех электроприводах тянущих роликов.

В исследуемый момент времени колебания статического момента нагрузки электропривода ТПУ возникали каждый раз после снижения скорости разливки ниже 0,4 м/мин. Данные колебания затухали за период времени соответствующий 4-5 оборотам тянущего ролика диаметром 330 мм на текущей скорости разливки.

Показано, что усилия вытягивания слитка распределены по тянущим роликам неравномерно. Создаваемые в результате этого статические усилия в теле слитка по своей величине значительно превышают динамические усилия, обусловленные буксовками тянущего ролика по слитку и прогибом его бочки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Существующие системы диагностирования состояния электропривода ТПУ либо не обеспечивают требуемой достоверности и глубины диагностирования механической части электропривода ТПУ, либо требуют остановки МНЛЗ, что снижает производительность последних.

2. Показано, что в качестве диагностических признаков прогиба бочки тянущего ролика, повреждения его подшипниковых узлов, периодической и случайной буксовок тянущего ролика по слитку и колебаний статического момента

нагрузки электропривода ТПУ применимы темп снижения, диапазон и период изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов и электропривода ТПУ. Определены числовые характеристики диагностических признаков указанных дефектов электропривода ТПУ.

3. Разработана математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба бочки тянущего ролика.

4. Для роликов различного диаметра определены аналитические зависимости величины прогиба бочки тянущего ролика от диапазона изменения тока нагрузки его электродвигателя.

5. Разработана методика диагностирования величины износа бочки тянущего ролика. Определены зависимости изменения значений средних токов нагрузки электродвигателя тянущего ролика, рассчитанных за два оборота ролика на текущей скорости разливки от величины износа бочки тянущего ролика!

6. Предложены методики диагностирования распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, диагностирования величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка, обусловленных как качеством настройки электропривода ТПУ, так и состоянием роликовой проводки.

7. Предложены методика контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна:

- по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузки для тянущих роликов, периодически не имеющих контакта со слитком;

- при помощи серии тестов со стороны активных регуляторов нагрузки в якорной цепи электродвигателя.

8. Разработаны алгоритмы диагностирования:

- величины прогиба бочки тянущего ролика;

- величины износа бочки тянущего ролика;

- точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси ЗВО;

- случайной и периодической буксовки тянущего ролика по слитку;

- распределения усилия вытягивания по тянущим роликам;

- колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ;

- повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика;

- величины прогиба бочки тянущего ролика.

9. Разработаны функциональная схема и общий алгоритм системы диагностирования роликовой проводки ЗВО. ■ •

Ю.Экспериментально проверена достоверность и эффективность алгоритмов и методик диагностирования прбгиба и износа бочки тянущего ролика, колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Суспицын Е.С. Диагностирование величины износа тянущего ролика// Межвуз. сб. науч. тр. «Электротехнические системы и комплексы» - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - Вып. 7. - С. 123.

. 2. Суспицын Е.С. Анализ, функциональных возможностей системы токовой диагностики MHJI3 ОАО «ММК» // Восьмая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. -Москва: МЭИ, 2002. - Т. 2 - С. 99 -100.

3. Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Суспицын Е.С. Влияние пропиба бочки тянущего ролика зоны вторичного охладцения МНЛЗ на усилие вытягивания слитка // Межвуз. сб. науч. тр. «Электротехнические системы и комплексы» -Магнитогорск: МГТУ, 2001.-Вып. 6.-С. 109 -115.

4. Лукьянов СМ., Суспицын Е.С., Швидченко Д.В. и др. Анализ временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов машин непрерывного литья заготовок. - М., 2002. - 38 с. - Деп. в ВИНИТИ 23.04.02 №743 - В2002.

5. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. Исследование автоколебаний в ЗВО и их негативного влияния на качество непрерывнолитой заготовки. -М., 2002. - 24 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.04.02, № 721 - В2002.

6. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. Система компенсации колебаний момента нагрузки для машины непрерывного литья заготовок // Привод и управление. - 2001. - №5. - С. 20 - 24.

7. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. и др. Демпфирование колебаний скорости разливки роликовой проводки МНЛЗ средствами электропривода тянущих роликов // «Совершенствование технологии непрерывной разливки стали и конструкции МНЛЗ» - Межрегион, сб. науч. тр. - Магнитогорск, 2002. - С. 79 - 80.

8. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. и др. Разработка алгоритма идентификации режимов работы электроприводов тянущих роликов МНЛЗ // Тр. Всерос. научн.-прак. конф.: «Проблемы развития автоматизированного электропривода» - Новокузнецк, СибГИУ. - 2002. - С. 40 - 46.

9. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С., Горосткин С.В. и др. Исследование влияния автоколебаний в приводе тянущих роликов зоны вторичного охлаждения на качество макроструктуры литого слитка // «Электротехнические системы и комплексы» - Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - Вып. 6.-С. 208-211.

10. Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Суспицын Е.С. и др. Анализ функциональных возможностей системы токовой диагностики МНЛЗ ОАО "ММК" // «Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии/> - Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2001.-С.113-121.

11. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С. Исследование системы диагностики оборудования роликовой проводки МНЛЗ ОАО "ММК". - М., 2002. - 19 с. -Деп. в ВИНИТИ 19.04.02, № 722 - В2002.

12. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С. Разработка общего алгоритма автоматической системы токовой диагностики состояния и настройки роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ. - М., 2002. - 21 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.04.02, № 720 - В2002.

13. Свидетельство РФ на полезную модель №21882 МКИ7 В 22 D 11/16. Устройство автоматического управления электроприводом зоны вторичного охла-

* 1 0 9 о

20 \а9Ы=>

ждения машин непрерывного литья / С.И. Лукьянов, Н.В. Фомин, Е.С. Супицын и др. Заявл. 16.07.2001, №2001119552. Опубл. В Б.И. №6,2002.

14. Свидетельство РФ на полезную модель №26462 МКИ7 В 22 D 11/16. Устройство автоматического управления электроприводом зоны вторичного охлаждения машин непрерывного литья / С.И. Лукьянов, В.П. Лукьянов, Е.С. Супицын и др. Заявл. 29.05.2002, №2002114200. Опубл. В Б.И. №34,2002.

15. Свидетельство РФ на полезную модель №21276 МКЙ7 В 22 D 11/16. Устройство автоматического управления электроприводом зоны вторичного охлаждения машин непрерывного лиТъя / С.И. Лукьянов, Ю.А. Бодяев, Е.С. Супицын и др. Заявл. 13.06.2001, № 20001116064. Опубл. в Б.И. № 1,2002.

Подписано в печать Я Ч- САЗ / Тир. (ОС П.л. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЯНУЩЕ-ПРАВИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВКИ.

1.1. Технологические особенности непрерывной разливки стали.

1.2. Характеристика роликовой проводки ЗВО МНЛЗ «ММК».

1.3. Функциональные возможности автоматической системы токовой диагностики разработки ОАО «Уралмаш».

1.3.1 Функция диагностирования правильности выставки приводных роликов по технологической оси ЗВО.

1.3.2 Функция диагностирования прогиба тянущего ролика.

1.3.3 Функция диагностирования повреждения подшипниковых узлов тянущего рол и ка.

1.3.4 Увеличение глубины диагностирования механической части электропривода тянуще-правильного устройства.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТПУ ПО МГНОВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ТОКОВ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ.:.

2.1. Закономерность изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при его прогибе.

2.2. Анализ временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при стабильной скорости разливки.

2.2.1. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по темпу снижения тока нагрузки.

2.2.2. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по диапазону изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

2.2.3. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по периоду изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

2.2.4. Диагностирование механической части электропривода ТПУ по совокупности диагностических признаков.

2.3. Разработка алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ при стабильной скорости разливки.

2.3.1. Алгоритм определения максимального темпа снижения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

2.3.2. Алгоритм определения диапазона изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

2.3.3. Алгоритм определения периода изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

2.3.4. Разработка алгоритма диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов

2.4. Анализ временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов при колебаниях статического момента нагрузки электропривода тянуще-правильного устройства.

2.4.1. Разработка алгоритма диагностирования колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТПУ ПО СРЕДНИМ ЗНАЧЕНИЯМ ТОКОВ

НАГРУЗОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ.

3.1. Диагностирование величины износа тянущего ролика.

3.2. Диагностирование распределения усилия вытягивания по электроприводам тянущих роликов.

3.3. Диагностирование величин продольных усилий в теле слитка.

3.4. Контроль точности выставки тянущих роликов по технологическому полотну.

3.5. Разработка алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ по средним значениям тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов.

3.5.1. Разработка алгоритма диагностирования величины износа тянущего ролика.

3.5.2. Разработка алгоритма диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов. ИЗ

3.5.3. Разработка алгоритма диагностирования продольных усилий в теле слитка.

3.5.4. Разработка алгоритма контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна.

ВЫВОДЫ.,.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОГО АЛГОРИТМА СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЯНУЩЕ-ПРАВИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА.

4.1. Разработка обобщенного алгоритма системы диагностирования механической части электропривода ТПУ.

4.2. Проверка точности диагностируемой информации.

ВЫВОДЫ.

Развитие черной металлургии в мире характеризуется переходом с устаревшего мартеновского производства стали на кислородно-конвертерное и электропечное, внедрением внепечной обработки жидкой стали и широким использованием непрерывного литья стали для получения заготовок. Эти современные технологические процессы позволяют резко повысить производительность металлургических предприятий, расширить сортамент производимых сталей и снизить себестоимость продукции [1,2].

Исключительно высокие темпы развития получило непрерывное литье стали. В настоящее время, в отдельных странах, таких как Япония, США и Италия, доля стали, разлитой методом непрерывного литья уже превышает 90% [3-5].

Технология непрерывного литья и конструкция машин непрерывно совершенствуется в направлении повышения качества отливаемых слитков и производительности каждой машины.

Поддерживать качество заготовок и производительность МНЛЗ на высоком уровне возможно только при непрерывном контроле технического состояния оборудования МНЛЗ и своевременной замене вышедших из строя узлов [2,4,6]. Применение систем диагностирования оборудования МНЛЗ позволяет также подготовлено подойти к ремонтным работам, исключить из перечня работ при ремонте метрологический контроль оборудования, тем самым сократить время ремонтных работ.

На российских МНЛЗ контроль состояния оборудования электропривода тянуще-правильного устройства (ТПУ) МНЛЗ производится автоматической системой токовой диагностики оборудования (АСТД) разработки ОАО «Урал-маш». Однако действующая АСТД вызывает нарекания со стороны службы диагностирования МНЛЗ ОАО «ММК» по достоверности диагностируемой информации [7].

Создание эффективной системы диагностирования механической части электропривода ТПУ позволит обосновать виды, сроки и объем ремонтных работ

МНЛЗ, сократить их время за счет целенаправленной замены вышедшего из строя оборудования, повысить качество непрерывнолитых слитков, создать предпосылки к росту скорости разливки и производительность машин. К тому же, это способствует созданию систем управления качеством литой заготовки.

Основными дефектами электропривода ТПУ, снижающими качество непре-рывнолитого слитка являются прогиб и износ бочки тянущего ролика [8-12], повреждение его подшипниковых узлов [13], случайная и периодическая буксовка тянущего ролика по слитку [14], колебания статического момента нагрузки электропривода ТПУ [15, 16], неправильная настройка электропривода ТПУ и возникающие в результате этого дополнительные продольные усилия в теле слитка [17].

Существующая система автоматического контроля состояния роликовой проводки МНЛЗ обладает следующими недостатками [18, 19]:

1) Не определяется величина прогиба бочки тянущего ролика;

2) Отсутствует достоверность точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна зоны вторичного охлаждения;

3) Не выделяются периодическая и случайная буксовка тянущего ролика по слитку;

4) Метод спектрального анализа токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при диагностировании повреждений подшипниковых узлов не обеспечивает 100% обнаружение данного дефекта;

5) Отсутствует диагностирование колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ;

6) Не определяется износ бочки тянущего ролика;

7) Не определяется вид распределения усилий вытягивания слитка по приводным роликам;

8) Отсутствует оценка величин продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом тянущих роликов.

В связи с изложенным целью настоящей работы является разработка системы диагностирования механической части электропривода ТПУ МНЛЗ по характеру изменения координат электродвигателей тянущих роликов.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

- анализа функциональных возможностей АСТД разработки ОАО «Урал-маш»;

- экспериментальной оценки достоверности диагностической информации выдаваемой ею по дефектам электропривода ТПУ;

- статистического анализа временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов при различных дефектах механической части электропривода ТПУ;

- определения диагностических признаков дефектов механической части электропривода ТПУ в характере изменения тока нагрузки тянущего ролика;

- создания математического описания изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при прогибе его бочки;

- разработки алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика;

- разработки функциональной схемы системы диагностирования механической части электропривода ТПУ;

- экспериментальной оценки эффективности предлагаемых алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

К защите представляются следующие основные положения.

1. Экспериментальные и теоретические исследования функциональных возможностей автоматической системы токовой диагностики разработки ОАО «Уралмаш».

2. Математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба бочки тянущего ролика.

3. Результаты статистического анализа временных диаграмм токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов при случайной и периодической буксовке тянущего ролика по слитку, прогибе бочки и повреждении подшипниковых узлов тянущего ролика. Диагностические признаки указанных дефектов, методики и алгоритмы диагностирования, основанные на корреляционном и дифференциальном анализе временных диаграмм токов нагрузок.

4. Методики диагностирования износа бочки тянущего ролика, распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, продольных усилий в теле слитка создаваемых электроприводами тянущих роликов и точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси.

5. Алгоритмы диагностирования прогиба и износа бочки тянущего ролика, повреждения его подшипниковых узлов, случайной и периодической буксовки тянущего ролика по слитку, колебаний статического момента нагрузки электропривода 111 У, распределения усилия вытягивания слитка по тянущим роликам и продольных усилий в теле слитка.

6. Обобщенный алгоритм диагностирования механической части электропривода ТПУ, учитывающий технологические особенности непрерывной разливки стали.

7. Результаты экспериментальной оценки эффективности предлагаемых способов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

В первой главе диссертации выполнен анализ применяемых способов диагностирования состояния роликовой проводки ЗВО МНЛЗ и электропривода ТПУ в ее составе. Показано, что только по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов возможно диагностирование механической части электропривода ТПУ в реальном масштабе времени.

Экспериментально установлено, что из пяти заявленных разработчиками АСТД функций диагностирования электропривода ТПУ достоверны лишь две: диагностирование повреждений навесного редуктора линии привода и диагностирование поломки бочки тянущего ролика.

1. Контроль выставки тянущего ролика по технологическому полотну ЗВО выполняется без учета распределения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов на «холстом ходу». Поэтому, при совпадении значения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика со значением тока нагрузки на холостом» ходу делается ошибочный вывод о выставке тянущего ролика ниже технологического полотна.

2. Изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика при периодической или случайной буксовке тянущего ролика по слитку воспринимаются АСТД, как изменения тока нагрузки, обусловленные прогибом бочки тянущего ролика.

3. Повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика при его периодической буксовке по слитку не диагностируются.

4. При диагностировании неравномерности распределения токов нагрузок по электродвигателям тянущих роликов не учитываются токи нагрузок на «холостом ходу». Поэтому искажается схема распределения реального тянущего усилия по электроприводам тянущих роликов. Отсутствует числовая характеристика неравномерности распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов.

Предложено расширить глубину диагностирования до девяти функций.

Предложено разделить все функции диагностирования по характеру проявления в токе нагрузки на две группы: 1) функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов в интервале времени, соответствующем двум оборотам ролика на текущей скорости разливки; 2) функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов, рассчитанных за интервал времени, соответствующий двум оборотам тянущего ролика на текущей скорости разливки.

Во второй главе поставлена задача разработать алгоритмы диагностирования механической части электропривода ТПУ на базе системы сбора данных существующей АСТД.

Выявлены два режима работы электропривода ТПУ: статический режим и режим работы при колебаниях статического момента нагрузки электропривода ТПУ.

Определены математические зависимости величины прогиба тянущего ролика и амплитуды изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика.

Установлены диагностические признаки диагностирования по характеру изменения тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика следующих дефектов электропривода ТПУ: периодической буксовки тянущего ролика по слитку, случайной буксовки тянущего ролика по слитку, повреждений подшипниковых узлов и прогиба бочки тянущего ролика. Разработаны алгоритмы диагностирования указанных видов дефектов.

Выявлены диагностические признаки колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ по характеру изменения общего тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов. Разработан алгоритм диагностирования указанных колебаний.

В третей главе разрабатывались функции диагностирования механической части электропривода ТПУ по характеру изменения средних значений токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов в длительном промежутке времени.

Определена зависимость изменения среднего тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величины износа его бочки.

Разработана методика диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов.

Разработана методика расчета продольных усилий в теле слитка, создаваемых электроприводом тянущих роликов ЗВО с учетом реального состояния тянущих роликов.

Разработана методика контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси ЗВО.

Разработаны алгоритмы диагностирования износа тянущего ролика, диагностирования распределения усилия вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов, контроля точности выставки тянущих роликов по технологической оси ЗВО, диагностирования продольных усилий в теле слитка.

В четвертой главе разработан общий алгоритм системы диагностирования, при этом, функциональная схема системы, в соответствии с ранее поставленной задачей, осталась прежней. В условиях МНЛЗ ОАО «ММК» выполнена экспериментальная проверка эффективности предложенных алгоритмов диагностирования механической части электропривода ТПУ.

Результаты диссертационной работы приняты при реконструкции машин непрерывного литья заготовок ОАО «ММК». Основное содержание работы опубликовано в 15 печатных трудах, включая три полезные модели РФ.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Лукьянову С.И., профессорам Осипову О.И., Козыреву С.К., Селиванову И.А., аспирантам и сотрудникам кафедры АЭП Московского энергетического института и кафедры Э и МЭ Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова за ценные замечания и предложения, а также ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» за помощь в проведении экспериментальных исследований.

выводы

1. Разработан обобщенный алгоритм диагностирования механической части электропривода ТПУ МНЛЗ.

2. Показано, что функциональная схема системы диагностирования АСТД пригодна для реализации разработанных алгоритмов диагностирования механической части электропривода ГПУ МНЛЗ. Неизменными остаются и параметры оцифровки сигналов токов нагрузок, скорости литья слитка и напряжения тири-сторного преобразователя электропривода ТПУ.

3. Апробирована эффективность методики диагностирования величины прогиба бочки тянущего ролика. Сопоставление величин диагностируемого и измеренного прогиба бочки тянущего ролика показало достаточную достоверность предлагаемого метода диагностирования. Величина ошибки диагностирования относительно максимального наблюдаемого прогиба бочки тянущего ролика составляет 3%.

4. Сравнение величин диагностируемого и реального износа бочки тянущего ролика показало, что ошибка диагностирования относительно максимального наблюдаемого износа бочки тянущего ролика для условий МНЛЗ ОАО «ММК» составляет 18%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана система диагностирования технического состояния механической части электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья заготовок, позволяющая непосредственно в ходе разливки по | координатам электропривода ТПУ определять дефекты электропривода ТПУ, I снижающие качество непрерывнолитого слитка. Оперативное диагностирова- 1 ние указанных дефектов позволит подготовлено подойти к ремонтным работам, целенаправленно заменить вышедшее из строя оборудование, тем самым сокра- ! тить длительность ремонтных работ и увеличить производительность МНЛЗ. ! Кроме того, диагностирование дефектов механической части электропривода . ТПУ и своевременная замена вышедшего из строя оборудования позволяет , поддерживать высоким и стабильным качество непрерывнолитого слитка, что создает предпосылки к увеличению скорости разливки, а значит и производительности МНЛЗ.

Получены следующие основные результаты работы:

1. Существующие системы диагностирования механической части электропривода ТПУ либо не обеспечивают требуемой достоверности и глубины диагностирования электропривода ТПУ, либо требуют остановки МНЛЗ, что снижает производительность последних.

2. Показано, что в качестве диагностических признаков прогиба бочки тянущего ролика, повреждения его подшипниковых узлов, периодической и случайной буксовок тянущего ролика по слитку и колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ применимы темп снижения, диапазон и период изменения токов нагрузок электродвигателей тянущих роликов и электропривода ТПУ. Определены числовые характеристики диагностических признаков указанных дефектов электропривода ТПУ.

3. Разработана математическая модель, определяющая взаимосвязь между изменением тока нагрузки электродвигателя тянущего ролика и величиной прогиба бочки тянущего ролика.

4. Для роликов различного диаметра определены аналитические зависимости величины прогиба бочки тянущего ролика от диапазона изменения тока нагрузки его электродвигателя.

5. Разработана методика диагностирования величины износа бочки тянущего ролика. Определены зависимости изменения значений средних токов нагрузки электродвигателя тянущего ролика, рассчитанных за два оборота ролика на текущей скорости разливки от величины износа бочки тянущего ролика.

6. Предложены методики диагностирования распределения усилий вытягивания слитка по тянущим роликам, диагностирования величин статических и динамических продольных усилий в теле слитка, обусловленных как качеством настройки электропривода ТПУ, так и состоянием роликовой проводки.

7. Предложены методика контроля точности выставки тянущих роликов вдоль технологического полотна:

- по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузки для тянущих роликов, периодически не имеющих контакта со слитком;

- при помощи серии тестов со стороны активных регуляторов нагрузки в якорной цепи электродвигателя.

8. Разработаны алгоритмы диагностирования:

- величины прогиба бочки тянущего ролика;

- величины износа бочки тянущего ролика;

- точности выставки тянущих роликов вдоль технологической оси ЗВО;

- случайной и периодической буксовки тянущего ролика по слитку;

- распределения усилия вытягивания по тянущим роликам;

- колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ;

- повреждения подшипниковых узлов тянущего ролика;

- величины прогиба бочки тянущего ролика.

9. Разработаны функциональная схема и общий алгоритм системы диагностирования роликовой проводки ЗВО.

Ю.Экспериментально проверена достоверность и эффективность алгоритмов и методик диагностирования прогиба и износа бочки тянущего ролика, колебаний статического момента нагрузки электропривода ТПУ.

1. Мировые тенденции развития сталеплавильного производства в 21 в. // Тр. Междунар. конф. "Черная металлургия России и стран СНГ в 21 в." -Москва, 1994. - М.: Металлургия. - 1994. Т. 2. - С. 160.

2. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. — М.: Металлургия, 1991. 272 с.

3. Мировое производство стали в 1998 г // БИКИ. 1999. - №12. - С. 14.

4. Сталь на рубеже столетий.: Учебн. пособие для вузов / Под научн. ред. Карабасова Ю.С. М.: МИСИС, 2001. - 664 с.

5. Юзов О.В. Тенденции развития мирового рынка стали // Сталь. 1998. -№ 12.-С. 55-61.

6. Марголин Ш.М. Электропривод машин непрерывного литья заготовок. -М.: Металлургия, 1987. 279 с.

7. Исследование эксплуатационных параметров роликовой проводки МНЛЗ на комбинате им. Ильича / A.B. Матюхин, A.B. Побегайло, Н.В. Сабанский и др.// Сталь. 1997 - №2. - С. 19 - 21.

8. Воздействие различных параметров на качество непрерывнолитого слитка / В.М. Нисковских, С.Е. Карлинский // Сталь. 1983 - №12. - С. 33 -36.

9. Влияние термоупругих колебаний роликов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ на качество слитков/ В.М. Нисковских, Ю.В. Денисов, С.Е. Карлинский // Сталь. 1981. - № 3. - С. 22 - 24.

10. Флендер Р., Вюненберг К. Образование внутренних трещин в непрерыв-нолитых заготовках // Черные металлы. 1982. - № 23. - С. 24 - 32.

11. Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984.-200 с.

12. Повышение стойкости MHJI3 и улучшение качества слитков / О.В. Но-соченко, A.B. Матюхин, И.Ф. Иванченко и др.// Сталь. 1986 - №7. - С. 34-36.

13. Влияние буксовок тянущих роликов на качество макроструктуры непрерыв-нолитой заготовки / Д.В. Швидченко // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2003. - Вып. 7. - С. 119-122.

14. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. Исследование автоколебаний в ЗВО и их негативного влияния на качество непрерывнолитой заготовки. М.,2002. - 24с. - Деп. В ВИНИТИ 19.04.02, № 721 - В2002.

15. Анализ причин колебаний электропривода зоны вторичного охлаждения МНЛЗ ККЦ ММК / И.А. Селиванов, С.И. Лукьянов, Н.В. Фомин, С.П. Буданов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5. - С. 5 - 9.

16. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С. Исследование системы диагностики оборудования роликовой проводки МНЛЗ ОАО "ММК". М., 2002. - 19 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.04.02, № 722 - В2002.

17. Исследование токовых нагрузок приводов роликов МНЛЗ / Б.Д. Радчен-ко, С.П. Цедилкин, В.Г. Подобедов и др. // Совершенствование конструкций, исследование и расчет машин непрерывного литья заготовок: Сб. науч. тр. М.: ВНИИметмаш. 1987. - С. 78 - 84.

18. Дюдкин Д.А. Качество непрерывно-литой заготовки. Киев.: Техника, 1988.-261 с.

19. Некоторые дефекты непрерывнолитых слябов и улучшение качества металла / Я.Н. Малиночка, Л.А.Моисеева, Т.В.Есаулова и др. // Сталь. -1987.-№10 -С.27-30.

20. Система прогнозирования и управления качеством непрерывнолитой заготовки / В.И. Лебедев, B.C. Карцев, A.B. Кулик, А.Г. Капитульский // Тр. первого конгр. сталеплавильщиков. Москва, 1992. - М.: АО "Чер-метинформация". - 1993. - С. 287 - 289.

21. Разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) кислородно-конверторного цеха № 1. Технологическая инструкция ТИ -101 CT - ККЦ - 10 - 89, - Магнитогорск, 1992. - 86.

22. Освоение и совершенствование технологии непрерывной разливки стали / P.C. Тахаутдинов, В.Д. Киселев, A.B. Боярищев и др // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. Центральной лаборатории ОАО «ММК» Магнитогорск, 2000. - С. 21 - 28.

23. Патент 2100139, МПК В 22 Д 11/16, Устройство для контроля роликовой проводки/ В.И. Баулин, А.П. Евтеев, В.В. Клочай и др. Заявка № 96118286 / 02 от 13.09.1996 Опубл. в Б.И. № 3, 1997. 10 с.

24. Роликовая проводка машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа, конструирование и расчет: Учеб. пособие / Пиксаев В.А., Вдовин К.Н., Зубачев В.А. и др. Магнитогорск: МГМА, 1998. - 61 с.

25. Лукьянов С.И., Васильев А.Е., Сидельникова Е.И. Исследование влияния локальной системы регулирования усилий вытягивания слитка МНЛЗ ККЦ ОАО "ММК" на макроструктуру слитка. М., 2000. - 13 с.-Деп. в ВИНИТИ 08.08.00, № 2208 - В00.

26. Васильев А.Е. Реализация электроприводом тянущих роликов горизонтального участка машины непрерывного литья заготовок технологических требований к качеству литой заготовки: Дис. . канд. техн. наук. -М., 2002.-235 с.

27. Белый A.B. Стабилизация скорости литья заготовки электроприводом тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья: Дис. . канд. техн. наук. М., 2002. - 120 с.

28. Лукьянов С.И., Белый A.B., Буданов С.П. Расчет собственных частот колебаний электропривода зоны вторичного охлаждения машин непрерывного литья заготовок ККЦ ОАО "ММК". М., 2000. - 19с. - Деп. в ВИНИТИ 11.08.00, № 2232 - В00.

29. Лукьянов С.И., Фомин Н.В., Белый A.B. Исследование буксовок тянущих роликов зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок ККЦ ОАО «ММК». М., 2000. - 11 С. - Деп. в ВИНИТИ 24.07.00, №2064-В00

30. Анализ временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов машин непрерывного литья заготовок / С.И. Лукьянов, Е.С. Суспицын, A.B. Белый и др. М., 2002. - 30 с. - Деп. в ВИНИТИ 23.04.02, № 743 -В2002.

31. Швидченко Д.В. Разработка электропривода тянущих роликов машины нерперывного литья с ограничением динамических продольных усилий в слитке: Дис. канд. техн. наук. -М., 2002. 145 с.

32. Погорелов И.Л. Разработка электропривода зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок: Дис. . канд. техн. наук. -М, 2000.-146 с.

33. Справочник по высшей математике/ М.Я. Выгодский 12-е изд., стереотип., - М. Наука, 1977 - 871 е.: ил.

34. Турчак Л.И. Основы численных методов: Учебн. пособ. М.: Наука, 1987.-320 с.

35. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика: Учеб. для техникумов. М.: Высш. шк., 1998. - 336с.: ил.

36. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. М.: МЭИ, 1980. - 92 с.

37. Лукьянов С.И., Панов А.Н. Обработка экспериментальных данных: Учеб. пособие. 2 изд. - Магнитогорск: МГМА, 1997.- 75с.

38. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2000.-480 с.

39. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2000.-383 с.

40. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.

41. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер A.C. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

42. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Промышленные помехи и способы их пен давления в вентильных электроприводах постоянного тока. М.: Энергия, 1979.-80 с.

43. Осипов О.И. Техническое диагностирование автоматизированного электропривода постоянного тока: Дис. . док. техн. наук. Челябинск., 1994.-417 с.

44. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. -239 с.

45. Лукьянов С.И., Белый A.B., Суспицын Е.С. Система компенсации колебаний момента нагрузки для машины непрерывного литья заготовок // Привод и управление. 2001. - № 5. - С. 20 - 24.

46. Диагностирование величины износа тянущего ролика/ Суспицын Е.С. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2003. - Вып. 7. - С. 125.

47. Анализ влияния распределения усилий вдоль ЗВО на износ роликов с целью формирования оптимального распределения их: Отчет по НИР (заключ.) МГТУ им. Г.И. Носова; рук. И.А. Селиванов. № ГР 1200002282; Инв. № 03200000585. - Магнитогорск, 2000. - 74 с.

48. Влияние распределения токов между электродвигателями тянущих роликов зоны вторичного охлаждения МГ1ЛЗ на качество литой заготовки / P.C. Тахаутдинов, С.И. Лукьянов, К.Н. Вдовин и др. // Металлург. -2002.- № 1.-С. 51-52.

49. Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Васильев А.Е. Моделирование напряженного состояния слитка в машин о непрерывного литья заготовок // Математические методы в технике и технологиях: Тез. докл. 13

50. Математические методы в технике и технологиях: Тез. докл. 13 Между-нар. науч. конф. СПб., 2000. - С. 117-118.

51. Устройство управления электроприводом тянущих роликов МНЛЗ / С.И. Лукьянов, А.Е. Васильев, Н.В. Фомин и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2001. -Вып. 6.-С. 32-35.

52. УТВЕРЖДАЮ: Главный эйер^ет.1. Г. В. Никифоров 2003 г.1. ЕНИЯрезультатов диссертационной работы Суспицына Е.С., представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

53. Технико-экономическая эффективность работы заключается в сокращении времени проведения ремонтных работ MHJI3, улучшении качества макроструктуры непрерывнолитого слитка и увеличении производительности MHJI3.1. А//

54. Зам. Главного энергетика ОАО «ММК» Лукьянов7. &2.0J