автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Повышение скоростей прокатки в условиях воздействия колебательных процессов в клети непрерывного стана холодной прокатки 1700 ОАО "Северсталь"

Введение.

1. Состояние проблемы.

1.1. Возникновение резонансных колебаний на станах холодной прокатки.

1.2. Сравнительный анализ существующих математических моделей вибрационных процессов на станах холодной прокатки.

1.2.1. Автоколебания из-за нестабильности температуры технологической смазки в очаге деформации.

1.2.2. Автоколебания рабочих валков в горизонтальном направлении.

1.2.3. Модель горизонтальных усилий, действующих в опорных узлах рабочих валков.

Выводы по главе 1.

2. Исследования вибрационных процессов на 5-ти клетевом стане холодной прокатки ОАО "Северсталь".

2.1. Описание проблемы.

2.2. Аппаратура и методы вибродиагностики.

2.2.1. Основы теории вибродиагностики.

2.2.2. Вибродиагностическая аппаратура.

2.3. Экспериментальная часть.

2.3.1. Проведение экспериментов по введению 4-ой клети 5-ти клетевого стана в режим резонанса при прокатке полосы.

2.3.2. Определение собственных частот основных узлов клети.

2.3.3. Исследование вибрационной характеристики 4-ой клети при прокрутке клети при нагружении валковой системы без наличия полосы.

2.3.4. Определение вибрационной характеристики 4-ой клети при различном ускорении при разгоне стана с заправленной полосой.

Выводы по главе 2.

3. Математические модели механических колебаний основных узлов прокатной клети и линии привода станов холодной прокатки.

3.1. Полоса в межклетевом пространстве как колебательная структура.

3.2. Крутильные колебания шпинделей и вибрация клетей станов холодной прокатки с независимым приводом рабочих валков.

3.3. Колебания валковой системы в клетях с гидронажимным механизмом.

3.4. Резонансные колебания валковой системы в клети стана и критическая скорость прокатки.

4. Рекомендации, направленные на снижение влияния воздействий резонансных вибраций на скорость прокатки.

Актуальность работы

В связи с высоким спросом на рынке металлопродукции тонкого холоднокатаного листа современное производство тонкой полосы на непрерывных станах холодной прокатки характеризуется стремлением к увеличению производительности и высокими требованиями к качеству поверхности проката. Повышение скорости прокатки сопровождается увеличением динамических нагрузок и вибрации на стане. На ряде непрерывных станов холодной прокатки при прокатке полос толщиной менее 0,7мм при определенных скоростях прокатки, зависящих от толщины проката, возникают явления резонанса, проявляющиеся в виде "гудения" стана, при которых происходит значительный рост вибрации основных узлов прокатных клетей и полосы в последних межклетевых промежутках. Значительный уровень вибрации в момент "гудения" негативно влияет на точность прокатки, непосредственно связан с появлением на полосе дефекта "ребристость" и может стать причиной обрыва полосы. В виду существующей проблемы прокатку тонких полос вынуждены проводить на скоростях, которые ниже предусмотренных при проектировании стана, а в момент возникновения резонанса приходится дополнительно еще снижать скорость прокатки для стабилизации процесса, что снижает производительность стана.

В связи с этим теоретическое и экспериментальное исследование вибрационных процессов в непрерывных станах холодной прокатки для исключения резонансных вибраций, снижающих качество проката и эффективность работы оборудования, является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи работы

В целях повышения производительности определить пути повышения скорости прокатки стана холодной прокатки на основе экспериментальных и теоретических исследований вибрационных процессов в клети и разработать необходимые рекомендации для внедрения на клети №4 непрерывного стана 1700 ОАО "Северсталь".

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований вибрационных процессов, происходящих в клети стана холодной прокатки 1700, с использованием специальной вибродиагностической аппаратуры:

• в момент наступления резонанса в ходе прокатки полосы;

• при прокрутке клети при нагружении валковой системы без наличия полосы;

• при различном ускорении при разгоне стана с заправленной полосой;

• определение собственных частот основных узлов клети.

2. На основе результатов экспериментов установление границ и значений возникающих резонансных вибраций на стане.

3. Создание математических моделей механических колебаний основных узлов клети, линии привода и полосы в межклетевом промежутке.

4. Создание математической модели критической скорости прокатки, при которой наступают резонансные колебания в клети стана холодной прокатки.

5. Разработка, апробация и внедрение рекомендаций, направленных на повышение скорости прокатки в условиях воздействия колебательных процессов на стане холодной прокатки.

Научная новизна

1. Математически описаны колебательные процессы в клети непрерывного стана холодной прокатки и экспериментально изучено протекание этих процессов с использованием современной виброизмерительной аппаратуры.

2. Установлены зависимости для критической скорости прокатки, при которой наступают резонансные вибрации.

Практическая значимость

1. На основе экспериментальных данных и созданных математических моделей разработаны рекомендации по снижению влияния воздействий резонансных вибраций на скорость прокатки.

2. Разработаны и внедрены на действующем стане 1700 рациональные режимы прокатки на клети №4, обеспечившие повышение скорости прокатки.

3. Разработанные математические модели и рекомендации могут быть использованы при проектировании новых прокатных станов и при разработке технологических режимов прокатки на действующих станах.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на V конгрессе прокатчиков (г.Череповец) в октябре 2003 г.; на научно-технических семинарах кафедры МТ-10 Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана. (2003-2004г.).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 6 статей.

1. Состояние проблемы

Основные результаты исследований:

1. Проведены эксперименты на действующем стане холодной прокатки 1700 с использованием специальной вибродиагностической аппаратуры, которые позволили определить собственные частоты основных узлов клети и вибрационные процессы, происходящие в клети стана:

• в момент наступления резонанса в ходе прокатки полосы;

• при прокрутке клети при нагружении валковой системы без наличия полосы; *

• при различном ускорении при разгоне стана с заправленной полосой.

2. На основе результатов экспериментов установлены причины возникновения резонансных вибраций на стане. Вибрации в клетях станов холодной прокатки вызываются вынужденными колебаниями основных узлов клети, зависящими от скорости прокатки в тот момент, когда гармоники их частот становятся близкими по значению к частоте резонанса системы (для стана 1700 ОАО"Северсталь" частота резонанса системы 112-118Гц). Инициирующими факторами могут быть воздействия изменяющихся сил в очаге деформации и узлах привода.

3. С целью установления закономерностей колебательных процессов в клетях станов холодной прокатки разработаны математические модели:

• полосы в межклетевом промежутке как колебательной структуры;

• крутильных колебаний шпинделей и вибрации клетей станов холодной прокатки с независимым приводом рабочих валков;

• колебаний валковой системы в клетях с гидронажимным механизмом;

• резонансных колебаний валковой системы в клети стана в основном определяющих критическую скорость прокатки.

4. Разработаны рекомендации, направленные на снижение влияния воздействий резонансных вибраций на скорость прокатки.

• с целью повышения собственной частоты колебаний производить установку валковой системы с обеспечением минимального объема жидкости в поршневой полости ГНУ;

• перераспределить обжатия по клетям с увеличением обжатия и силы прокатки в 4-ой клети стана на 10-15%;

• повысить ускорение разгона стана для быстрого прохождения зоны

2 2 резонанса с 0,5м/с до 1,2м/с ;

• уменьшить осевые биения рабочих валков и продолжить работы по подбору СОЖ с целью стабилизации условий трения.

5. Выполнение предложенных рекомендаций позволило увеличить среднюю скорость прокатки на 20%.

87

1. Маркворт М. Поперечная волнистость холоднокатаной полосы // Черные металлы. 1995. - № 4. - С.50-59.

2. Веренев В.В., Кукушкин О.Н., Зиновьев Е.Г. Влияние динамических процессов в оборудовании полосовых станов на качество проката и выход годного // Обзор по системе Информсталь Ин-та «Черметинформация». (М.). 1990. - Вып. 4(361). - 33 с.

3. Крот П.В. Исследование дефекта «ребристость» и высокочастотных колебаний станов холодной прокатки полос // Производство проката. -2002. № 3. - С.21-23.

4. Определение технического состояния клетей стана 2500 ОАО ММК по результатам исследования добротности колебаний валковой системы / П.Ф.Федоров, В.Л.Носов, А.Д.Уруймагов и др. // Производство проката. 2002. - № 5. - С.20-22.

5. Ребристость на поверхности автомобильного листа / М.Г.Ананьевский, М.А.Беняковский, Е.П.Сергеев и др. // Сталь.- 1973. №9. - С.820-824.

6. Причины возникновения и пути устранения дефекта «ребристость» на поверхности холоднокатаных полос / И.И.Лиепа, К.С.Логинова, В.Р.Мазур и др. // Сталь. 1978. - №7. - С.634-635.

7. Исследование причин образования ребристости на поверхности холоднокатаных полос / Э.А.Гарбер, В.П.Наумченко, В.И.Абраменко и др. // Бюллетень Черная металлургия. 2001. - №1. - С.16-19.

8. Влияние конструктивных параметров валковых узлов ШПС на вибрации рабочих клетей и ребристость холоднокатаных полос / Гарбер Э.А.,

9. Наумченко В.П., Абраменко В.И. и др. // Производство проката. 2001. -№ 4. - С.20-25.

10. Йепсеи У.Н., Кнеппе Г.К., Роде В. Системное моделирование станов горячей и холодной прокатки на примере исследования вибраций в непрерывных станах холодной прокатки // Черные металлы. 1996. -№8.-С.17-25.

11. Филатов А.А., Гарцман С.Д., Жуков А.А. Определение динамических нагрузок в шестеренных клетях и редукторах прокатных станов // Сталь. -2003. -№8. -С.41-45.

12. Синицкий В.М., Рыбаков Ю.В. Резонансные колебания валковой системы в клети стана и критическая скорость прокатки // Производство проката. 2004. - № 8. - С.8-10.

13. Пименов В.А. О причинах нарушения устойчивости холодной прокатки // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. - № 8. - С.36-38.

14. Исследование вибраций на пятиклетевом стане 2030 / С.С.Колпаков,

15. B.А.Пименов, Ю.А.Цуканов и др. // Сталь. 1993. - № 1. - С.47-51.

16. Система автоматического диагностирования вибраций и управления скоростным режимом на стане 2030 холодной прокатки / В.А.Пименов,

17. C.С.Колпаков, В.П.Рубанов и др. // Производство проката. 1998. - № 1. - С.29-33.

18. Автоколебания в стане холодной прокатки / Г.Э.Аркулис, З.М.Шварцман, В.Х.Файзуллин и др. // Сталь. 1972. - № 8. - С.727-728.

19. Кожевников А.В. Исследование влияния параметров стана и процесса холодной прокатки на возникновение вибраций в рабочих клетях / Череповецкий государственный университет. Череповец, 2004,: ил.,

20. Библиогр. 7 назв., Рус. // Деп. Рук. ВИНИТИ. 2004. - № 254-В 2004. -18с.

21. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний: Учеб. пособие для вузов. М.: Наука, 1991. - 256 с.

22. Вибрации в технике: Справочник; В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1978. - Т. 1 - Колебания линейных систем / Под ред. В.В. Болотина. - 352 с.

23. Ширман А., Соловьев А. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. М.: Высшая школа, 1996. -276 с.

24. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. СПб, 1997. - 250 с.

25. Исследование причин возникновения колебаний в клетях непрерывных прокатных станов / Э.А.Гарбер, В.П.Наумченко, Ю.В.Рыбаков и др. Производство проката. 2003. - № 1. - С. 10-12.

26. Синицкий В.М., Рыбаков Ю.В. Стальная полоса в межвалковом пространстве стана холодной прокатки как колебательная структура // Производство проката. 2002. - № 5. - С. 18-20.

27. Рыбаков Ю.В., Субботин Г.Н. Определение источников вибрации, вызывающих явление резонанса на станах холодной прокатки // Производство проката. 2002. - № 10. - С. 13-16.

28. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973. -288 с.

29. Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1968. - 364 с.

30. Корте Й., Валь Курран JL Высокостойкие прецизионные плоские направляющие для прокатных клетей // Черные металлы. 2002. - № 8. С.27-31.

31. Экспериментальные исследования амплитудно-частотной модели процесса чистовой шлифовки валков / В.К.Белов, А.А.Шпонько,

32. A.П.Буданов и др. // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1998. - С.50-58.

33. Рыбаков Ю.В., Субботин Г.Н. Причины возникновения повышенного уровня вибрации на станах холодной прокатки // Бюллетень научно-технической и экономической информации Черная металлургия. 2003. - № 7. - С.95-96.

34. Синицкий В.М., Рыбаков Ю.В. Крутильные колебания шпинделей и вибрация клетей станов холодной прокатки с независимым приводом рабочих валков // Производство проката. 2004. - № 9. - С.23-26.

35. Филатов А.А., Житомирский Б.Е., Гарцман С.Д. Исследование и разработка инженерной методики динамического расчета главных линий широкополосных станов горячей прокатки // Труды ВНИИМЕТМАШ. 1975. - №38 - С.65-80.

36. Справочник машиностроителя. В 6-ти т. М.:Машгиз, 1962. - Т.З. / Под редакцией академика АНУССР С.В.Серенсена. С.363-364.

37. Машины и агрегаты металлургических заводов: Учебник для вузов; В 3-х томах. М.: Металлургия, 1981. - Т.З. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А.И.Целиков, П.И.Полухин,1. B.М.Гребеник и др. 576с.