автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.04, диссертация на тему:Прогнозирование ресурса деталей и повышение надежности тяжелонагруженных прокатных станов



ШИСТКРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЭДАШШ МЕТАЛЛУ РГИЧЕСКИй ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ГОРДИЕНКО Анатолий Васильевич

УДК' 621.771.06-192(43)

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТШШОНАГЕУШШЫХ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Специальность 05.04.04 - Машины и агрегаты металлургического

производства

01.02.06 - Динамика, прочность иашин,приборов и аппаратуры •

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск - 1990

Работа выполнена в Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом института

Официальные оппоненты:

докгор технических наук,профессор Паршин B.C. доктор технических ¡-пукпрофессор Олейник Н.В. доктор технических иауи,профессор Новиков £.£.

Ведущее предприятие: Электросхальский научно-исследователь-• ский проектно-конструкторский технологический институт ПО яЭлектростальtks-цаа"

Эшциэга состоится "__ " _ 1990 г.

___часов на .'заседании специализированного совета

Д 068.02.02 при Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте по адресу: 320635, г. Днепропетровск,проспект Гагарина,дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДИетй.

Автореферат разослан " _" _____________1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор Цапко В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность проблемы. Металлургическая промышленность и ее составная часть - прокатное производство,нуждается в ускоренно« техническом перевооружении,повышении уровня и качества металлургических машин и агрегатов,оснащении их необходимыми,средствами' и приборами,за счет чего возможно значительно поднять экономичность и производительность.надедность и долговечность. Необходимость повышения надежности прокатных станов связана с уаесточе— нием режимов их работы и интенсификацией процессов прокатки,которые способствуя возникновению аварийных отказов,приводят к длительным простоям оборудования. Так,за последние 5 лет а прокатном производстве произошло свыше 1700 аварий.простои составили около 30 тыс.чаоов.а убытки - 27 млн.руб.

' Перспективным направлением решения этой проблемы является оснащение прокатных станов средствами технической диагностики, которые,оперативно контролируя техническое состояние оборудования,позволяют получать информацию о нормальном его функционировании и тем самым способствуют повышению надежности на стадии эксплуатации. Большие возможности имеют средства технической прогностики,являющиеся неотъемлемой частью диагностических систем. На основе контроля,учета и систематизации нагрузок.возникающих в узлах и деталях прокатных станов,реальным становится прогнозирование отказов ( по наработанному ресурсу ) элементов машин,что позволит более эффективно организовать ремонт и обслуживание оборудования в прокатных цехах. С целью сокращения аварийных простоев необходимо также решить проблему надежной защиты прокатных станов от недопустимых силовых перегрузок- '

Для реализации проблем прогнозирования ресурса,повышения надежности и долговечности ответственных машин прокатного производства, многие элементы которых работают в окстремальных условие ях,необходимо совершенствование теоретической основы расчета ре сурса деталей прокатных станов по критериям сопротивления уста. лости.

Многоплановость рассматривеэмсй проблемы,связанная с су-, щественным различием влияющих факторов»требует обобщения и развития теоретических положений по решению ваянейших. вопросов . 'прогнозирования и повышения надежности и долговечности прокатных станов.

■Решению этих; проблем посвящена настоящая работа, т.«шюлненная

в соответствии с заданкяш Республиканской целевой научно-техни-чоской программы "Материалоемкость" РНЦ.ООЗ.

. Цель работы - на основе изучения и анализа условий нагружения, экспериментального исследования процессов и упругопластиче-ского циклического деформирования конструкционных сталей и сплавов, направленных на решение важной народнохозяйственной проблемы - предупрездение отказов прокатного оборудования:

- развитие методов прогнозирования ресурса приводных механизмов рабочих клетей по критериям сопротивления усталости деталей;

-"создание автоматизированных систем контроля силовых параметров прокатки ( АСКСПП ).осуществляющих учет и классификацию нагрузок, а также прогнозирование ресурса деталей ;

- разработка высокоэффективных предохранительных устройств и новых технических решений,повышающих надежность и долговечность

• _ узлов а деталей.

. В соответствии с этой целью в работе поставлены и выполнены:

- расчетно-экспер'иментальная оценка режимов нагружения и эксплуатационной надежности механических систем тяжелонагружек-

• ных прокатных станов,позволившая определить наиболее нагруженные и часто выходящие из строя детали,элементы и узлы,а также установить спектр нагрузок исследованных прокатных станов ;

- экспериментальное исследование металлических материалов,подвергающихся циклическому упругому и упругопластическому деформированию,обеспечившее установление общих закономерностей хода кривых усталости,и на этой основе - создание единого метода расчета долговечности деталей.работающих в областях малоцикловой ( А1ДЩ ) и многоцикловой { ШД ) усталости;

- экспериментальное исследование МЛЦ кручения образцов из конструкционных сталей,позволившее разработать методику расчета сроков службы валов и деталей типа тел вращения,входящих в состав главных линий прокатных станов и других механических систем, передающих крутящий момент; . .

- совместная оценка долговечности предохранительных и предохраняемых деталей,позволяющая определять оптимальные геометрические размеры разрушающихся элементов,подбирать для них необходимые марки сталей,оценивать ресурс деталей с учетом режимов нагружения;

- разработка метода определения нагрузок ( напряжений ) и оценки

ресурса деталей в вероятностном аспекте с учетом влияния ори работе прокатных станов динамики нагружения,снижающегося в процессе эксплуатации предела выносливости.действия концентрации напряжений и других факторов,позволяющий использовать созданную АСКСШ для обработки необходимых данных и выдачи рекомендаций ; ' - разработка новых технических решений,конструкций и устройств, позволяющих контролировать нагруженность и техническое состояние узлов,прогнозировать в автоматизированном режиме ресурс деталей,повышать надежность и долговечность оборудования прокатных станов.

При выполнении настоящей работы автор базировался на трудах советских ученых в области прогнозирования ресурса и сопротивле-. ния усталости: Биргера И.А. .Болотина В.В.-,Ивановой B.C..Когае-ва' В.П.,Ыахутова H.A. .Олейника Н.В..Проникова A.C..Серенсена C.B., Отряжало В.А..Трощенко В.Т.,в области надежности и долговечности металлургического оборудования: Гребеника В.М..Иванченко Ф.К., Кожевникова С.Н. .Коновалова Л.В. .Морозова Б.А. .Праздникова A.B.,, Целикова А.А.,а также зарубежных исследователей: Аргона,Коффина, Макклинтока.йЬэнсона.Надаи.Симокавы.Хамагути.Хеккеля и др. Диссертация представляет собой обобщение результатов.научных и экспериментальных исследований,полученных автором при выполнении научно-исследовательских работ в Днепропетровском металлургическом институте. Они изложены в справочнике,статьях,изобретениях и научных докладах,а такие внедрены в виде новых технических решений на прокатных станах и в проектах.

Научная новизна. В диссертационной работе теоретически обоснован и предложен способ прогнозирования в вероятностном аспок-' те ресурса деталей прокатных станов. Способ позволяет учитывать работу деталей в улругопластической области,влияние нестационарности режимов нагругсения,изменение. предела выносливости деталей при эксплуатации,использовать АСКСШ для обработки и выдачи не-обходиилс данных.

На основе обобщения полученного экспериментальным и аналитическим путем большого массива данных определены научно-обоснованные значения показателей надежности - наработка на отказ и ресурс до капитального ремонта - для механизмов рабочих клетей слябинга,блюминга и пильгерстана. Научно обоснован,как более эф-

фективный по сравнению со способами планово-предупредительных и аврийшх ремонтов,подход к определению периодичности к состава ремонта прокатного стана на основании наработки до определенного остаточного ресурса деталей и узлов.

Экспериментально подтверждена возможность использования для оценки долговечности деталей кривых усталости в ШЦ и Шц областях,которая реализована в виде построенной совмещенной кривой усталости при помощи метода последовательных приближений в интервале динамического предела текучести. Это позволило создать единый метод расчета ресурса ( срока службы ) деталей прокатных станов. Полученные закономерности совмещения кривых усталости к обобщенные данные позволяет во взаимосвязи устанавливать необходимые для расчета ресурса деталей параметры и их зависимости от статических- механических характеристик для широкого класса металлических конструкционных материалов.

Получены новые данные по ыалоцикловоыу кручению в жестком и мягком рекимах для широко используемых в металлургическом машиностроении конструкционных сталей 50 и ЗОХГСА б состоянии поставки и в термообработа'нном виде путем проведение экспериментальных исследований на установках,позволяющих проводить испытания с имитацией различных режимов нагрукения характерных для деталей главных линий прокатных станов. Дано объяснение механизму разрушения при малоцикловом кручении образцов в мягком и жестком режимах нагрукения. Статистическая апробация гипотезы линейного суммирования поврекдений ( ГЛСП ) показала правомерность ее применения в расчетах при" улругопластяческом кручении.

На основании выполненных теоретических разработок и полученных результатов решена крупная научно-техническая проблема повышения надежности тяжелонагрукенных прокатных станов,имеющая важное народнохозяйственное значение.

Практическая ценность. Использование результатов диссертации позвлило:

- обосновать и разработать метод расчета деталей,работающих одновременно при циклических упругих к упругоплаетических деформациях, который позволяет оценивать их ограниченную долговечность для этого сложного случая кагружения. Все необходимые параметры для выполнения расчета могут быть определены по известным статическим или усталостным характеристикам материала путем использования результатов обработки экспериментальных

данных,для которых получена надежная связь между разнообразными параметрами н виде уравнений регрессии с вероятностной оценкой ; ■

- обосновать и разработать расчетно-экспериментаяьный метод опрв~. деления величин и частоты приложения нагрузок,действующих в деталях приводных механизмов прокатных станов, стот метод дает ' возможность обоснованно назначать диапазон допустимых усилий и моментов прокатки,проводить необходимую оценку эксллуатяцион- . ной надежности с учетом специфики режимов нагрукения прокатает станов,включая кеетьционарность процессов в механических сис- . темах во всех диапазонах нагружения; \

~ разрабосате методику совместной оценки долговечности предохранительных и предохраняемых деталей прокатных станов,которая позволяв? на проектной стадия определять оптимальные размера разрушающихся элементов,уровни действующих напряжений,обоснованно .. выбирать материалы и рассчитывать срс.:с службы деталей;

- создать и внедрить АСКС1Ш,позволяющую прогнозировать ресурс деталей,вести учет количества нагружений и классифицировать их по диапазона,оценивать фактическую надежность и долговечность деталей стана,выдавать нуккую для производственного персонала • оперативную информацию в процессе работы стана;

- обосновать и разработать новые конструкции предохранительных устройств различного типа,датчиков усилий прокатки,нажимного механизма прокатного стана,устройств для контроля износа,температуры подшипников скольжения и др..которые позволяют повысить надежность и долговечность прокатного оборудования, сводя к ш-

- нимуму аварийные остановки из-за отказов деталей и узлов.

Подучен!аде экспериментальные и обобщенные данные.расработая-. ные методики оценки долговечности деталей работающих в упругой ш упругопластической областях,отражены в публикациях и могуть быть использованы в различных областях народного хозяйства.

Реализация г. промышленности.

I. 11а слябинге 1150 металлургического комбината "Запорсж-• сталь",блюминге 1300 комбината "Криворожсталь" и пильгерстанз 5-12" Нижнеднепровскогэ трубопрокатного завода им. К.Либкнехта внедрены ЛСКСПП,в составе которых использованы защищенные авторским свидетельством на изобретение магнитоупругие датчики для ко-■ прерывного контроля нагрукекности главных линий стонов,а ?акже

8 '

методика и алгоритмы расчета остаточного ресурса деталей при нестационарном нагружекии.

Не блюминге 1300 и ножницах с усилием резания I25C т комбината "Криворожсталь" внедрены системы контроля температуры подшипников скольжения главных линий и станинных роликов,датчики и устройства для контроля термонагруженности узлов трения.

На слябинге II5Q комбината "Запорожсталь" в составе автоматизированной системы внедрены датчики непрерывного контроля за .техническим состоянием нажимного устройства и алгоритм расчета на задапнуи долговечность винтовой пары и прогнозирования ее остаточного ресурса.

АСКСШ демонстрировалась' на международной выставке в г.Лейпциге ( ГДР ),

2. В Штязшаше ПО "ШШЗ" и НИГКГИ ПО "Азовмаш" при создашь новых и реконструкции действующих обжимных прокатных станов

и другого металлургического оборудования внедрены в практику конструирования способ-расчета нажимных устройств,методика оценки долговечности деталей металлургического оборудования при действии экстремальных нагрузок и .'появлении упругопластических деформаций, технические предложения по новым конструкциям нажимных механизмов и устройству для контроля величины износа резьбы.

3. В КБ "Южное"'результаты исследований усталостной прочности металлических материалов внедрены в прочностные расчеты при реализации расчетно-зкспериментального метода отработки транспортировочного ресурса изделий.

■Экономический эффект от реализации указанных разработок составляет 750 тыс.рублей.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Международном симпозиуме по динамике тяжелых машин горной и металлургической промышленности ( Донецк,IS74 ) ; П Всесоюзном съезде по ТШ ( Одесса, 1982 ) ; 5-ти Всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях ( 1983,1985,1987,1988 г.г. ). В полном объеме диссертация доложена и обсуждена на Всесоюзном семинаре-совещании заведующих кафедрами механического оборудования металлургических заводов ( Днепропетровск,1988 ) ; научно-техническом совете НИПКТИ Ш "Азовмаш" ( Мариуполь,1988 ) ; научно-техническом совете НШтяжмаш ПО "Новокраматорский машиностроительный завод" ( Краматорск,1988 ) ; научных семинарах "Усталость,тер-

моусталость и механика разрушения" Института проблем прочности АН УССР ( Киев,1568 ) и кафедры металлургических и роторных машин Уральского политехнического института ( Свердловск,1988 ) ; расширенных научных семинарах кафедры машин и агрегатов металлургического производства ДМвтИ { Днепропетровск,1989,1990 ).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в справочнике,46 статьях и докладах,защищено II авторскими свидетельствами. ■ .

■ Объем работы. Диссертация состоит из введения,? глав,изложенных на 420 страницах,включая 245 страниц машинописного текста, 39 таблиц, 118 рисунков,основных выводов,списка литера-'. ■ туры из 312 наименований и приложения.

Содержание работы.

Во введении показана важность рассматриваемой проблемы,отражена ее научная и практическая новизна,кратко изложено содержание.' по главам и представлены сведения о внедрении.

"Надежность и техническое состояние деталей механического оборудования прокатных станов"

Данные об отказах прокатных станов по металлургической отрасли с IS6I по 1967 г.г. показываат,что аварийность и,связанные с ней простои оборудования,имеют устойчивый характер, наносят большой ущерб производству. Из анализа аварий следует,что одна треть их происходит в результате силовой перегрузки оборудования, каждая пятая авария является следствием усталостной поломки детали. Свыше 1С % аварий вызваны недопустимым износом элементов,входящих в узлы трения. Большие материальные потери приносят простои обжимных прокатных и пилигримовых трубопрокатных " станов,оцениваемые третьей частью от общих потерь в прокатном .производстве.

Наиболее низкую надежность имеют приводные механизмы рабочих клетей прокатных станов, на которые приходится около 70 % всех отказов. Более 37 % этих отказов происходит из-за поломки рабочих валков,свыше 20 % - валов,спинделей и муфт главных линий, около 14 % - в результате преждевременного выхода из строя нажимных механизмов рабочих клетей.

Обоснована целесообразность применения в качестве основных критериев для оценки надежности и долговечности приводных меха-

киздоз рабочих клетей вероятности отказа и ресурса ( срока службы ) деталей, как наиболее полно характеризующих состояние юнтршшруемого объекта в любой момент эксплуатации. В этом случае коэффициентом готовности следует оценивать вероятность того, что исследуемые механизмы окажутся работоспособными в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуата-грги.

С целью оценки эффективности использования этих критериев в реальных условиях по разработанной методике проанализирована надежность блюминга 1300 Криворожского и слябинга 1150 Запорожского металлургического комбинатов,а также пильгерстана 5-22" 1шж-кеднепровского трубопрокатного завода им. К.Либкнехта. Анализ статистики .отказов указанных станов, произведен за достаточно длительный.•{ от 3 до- 7 лет ) период эксплуатации ,что позволило свести к минимуму влияние случайных больших отклонений в сроках слуабы различных деталей. В результате статистической обработки дшшкх.и фактических сроках службы деталей и узлов по методу на-именьсшх квадратов были найдены эмпирические зависимости вероятности отказа детали или .'узла от времени их работы. Результаты •проведенной оценки надежности позволили сделать вывод о том,что более целесообразно организовать обслуживание оборудования и установить межремонтные сроки так,чтобы ремонты совпадали с приближением минимума по кривой вероятности безотказной работы стана. Для блюминга и слябинга оптимальный межремонтный период должен составлять три недели,для пильгерстана - одну,что позволит уменьшать ремонтные расходы и сохранить работоспособность станов на высоком уровне. .

Метода прочностных расчетов деталей прокатных станов,традиционно излагаемые в научно-технической литературе,основаны на представлении о том,что в процессе нагрукения детали и элементы узлов деформируются в пределах действия закона Гука. Однако,приведенные результаты экспериментальных замеров свидетельствуют о наличии в некоторых деталях остаточных деформаций. Так,смещение по. хорде одной половины предохранительного шпинделя в процессе эксплуатации относительно другой достигает 30 мм,одного торца соединительного шпинделя относительно другого - до 8 мм,скручивание вала главной лиши элонгатора достигает 5-6 мы и т.д. Выявленные пластические деформации подтверждают,что в процессе на-гружшшя детали испытывают напряжения, лежащие за пределами упру-

гости, Этим вызвана необходимость проведения исследований с учетом нагружения деталей з упругопластической области и разработки на этой основе соответствующих методов расчета.

На основе выполненного анализа надежности прокатных станов в рамках рассматриваемой проблемы в работе осуществлено решение следующих вопросов:

- исследование и систематизация режимов нагружения прокатных' ста-нов,выявление наиболее существенных составляющих,которые оказы-вайт основное влияние на ресурс деталей,получение спектра нагружения в виде,пригодном для использования в АСКСПП;

- разработка метода прогнозирования ресурса деталей прокатных станов в вероятностном аспекте с учетом' влияния различных факторов ; . .

- исследование влияния МЛЦ усталости на ресурс образцов из ста-'лей и представительной группы конструкционных металлических ка-_ териалов при циклическом растяжении-сжатии и кручении с целью

' установления основных закономерностей.используемых для расчета долговечности деталей,работающих в упругопластической области;

- разработка новых конструкций предохранительных и других устройств, обеспечивавших повышение надежности и долговечности приводных механизмов рабочих клетей прокатных станов ;

- разработка АСКСПП,которая позволяет учитывать и систематизировать нагрузки,прогнозировать ресурс деталей и оценивать надежность приводных механизмов прокатных станов в вероятностном аспекте.

"Режимы нагружения прокатных станов,их расчетно-экспериментальная оценка и систематизация"

Обобщение результатов собственных исследований,данных других авторов и практического опыта показало,что главным фактором, оказывающим решающее влияние на сроки службы прокатного оборудования, его узлов и деталей.являются действующие нагрузки ( их уровень и частота приложения ). При экспериментальном исследовании прокатных станов применяли совмещенные методы и средства,позволившие с достаточной точностью определить нагруженность узлсв и деталей. •

Усилия прокатки и крутящие моменты в главных линиях исследуемых станов определены для наиболее представительного сортамен-

та проката из различных марок сталзй и представлены в таблице.

Таблица

Прокатный стан Марка стали или типоразмер проката Крутящий момент на нижнем шпинделе ( Ш.м ) Полное давление металла на валки ( Ш )

таг j rnifl таг min

Слябинг 1150 Сталь 60 ЭП 54 •2,12 1,74 22,15 15,64

Пильгерстан 5-12" Труба обсадная 0 325x6 Труба общего назначения. 0 245x10 0,38 0,26 3,29 '2,51

Порядок силовых параметров при прокатке слитков на блюминге I30O тот же,что и на слябинге II5G.

Нестационарность процессов прокатки,связанная с захваток слитка,приводит к появлению динамических составляющих нагрузок, которые учтены коэффициентом динамичности ку •

Для слябинга 1150 с высоким коэффициентом корреляции Л --= 0,76...0,92 установлена зависимость между экспериментальными значениями установившихся усилий и максимальными их значениями в момент захвата. Для оценочных расчетов можно рекомендовать ко* 1,2...1,3.

. Полученные путем аналитического решения данные по коафТици-ентам динамичности и крутящим моментам в главных линиях блюминга 1300 и пильгерстана близки к реальный значениям.определенным экспериментально.

В результате для каждого прокатного стана расчетно-зкспери-ментальным способом получено итоговое распределение нагрузок,которое позволяет обоснованно выбирать диапазон их изменения для построения гистограмм реального погружения деталей.

Итоговый спектр нагрузок главных линий прокатных станов описывается нормальным законом распределения,из которого можно определить крутящий момент на шпинделе МтйУ-р Для заданной вероятности р.

Вероятности появления усталостных повреждений РмтахЯ и

упругопластических деформаций Р^тахпА 8 Деталях»исх°Ая из нормального закона,определены как

где и'р и Цр - квантили вероятности появления моментов, • соответственно, /Чтаха и Мтахпя • %( ~ напряжение,соответствующее появлению в материале детали пластических деформаций ;• - .напряжение,соответствующее медианному нагрузочно- • му моменту ; ^ - предел выносливости материала деталей ;

о1/£ - теоретический коэффициент концентрации напряжений в опасных сечениях ; - суммарный коэффициент снижения

предела выносливости,учитывающий концентрацию напряжений,масштабный фактор и шероховатость поверхности ; 9/у ~ коэффици-. " ейт вариации крутящего момента.

Анализ ¡загруженности показал,что вероятность появления упругопластичсских деформаций в деталях главных линий обжимных прокатных станов при нормальной работе низкая и их появление, как правило,происходит при перегрузках ; в деталях главкой линии лильгерстака появление упругопластических деформаций при обыч-. ьых технологических нагрузках носит систематический характер.

Произведена оценка напряг.енно-деформированного состояния ( НДС ) деталей главной линии лкльгерстана,которая показала,что во многих сечениях деталей возникают напряжения, превосходящие предел текучести. Пластическая деформация наиболее быстро накапливается на ранних стадиях эксплуатации деталей и продолжает монотонно нарастать по мере увеличения времени их эксплуатации.Это подтверждает появление циклической ползучести при отнулёвом ■'ле воздействия крутящего момента.

Анализ литературных данных привел к заключению,что кмеютдох-ся сведений для оценки НДС зон галтельных переходов,проточек, выступов, шпинделей,валов и других ответственных деталей главных линий прокатных станов при упругопластическом кручении недостаточно. Ребенке упругопластического кручения вала переменного радиуса ( сечения ) произведено методом переменных параметров упругости деформационной теории пластичности. На основе исполь- ' з'ования полуобратного метода Сен-Зенана,уравнений Бельтрама-Ш-чела и обобщенного закона Гука в цилиндрических координатах выведены уравнения для вычисления крутящего момента й угла закру-. чивания при пластической деформации.

Расчет НДС предохранительного шпинделя главной линии гиль-герстана позволил определить максимальные напряжения в проточке с учетом их концентрации и число циклов до разрушения,близкое к наблюдаемому в реальных условиях.

Разработанный метод расчета может быть рекомендован для оценки напряженно-деформированного состояния других деталей прокатных станов,испытывающих деформацию упругопластического кручения.

"Прогнозирование ресурса деталей прокатных станов"

Для' предсказания отказа необходимо знать,какая часть общего ресурса детали ( по долговечности ) использована в любой заданный С контрольный ) момент времени £ с начала ее работы или какой оставшийся ее ресурс. Эта задача решается при наличии кривой усталости ( рис. I ) и информации о законе нагружения за этот период,т.е. уровней напряжений в областях ШЦ и ШЩ

(5 - усталости и числом циклов для них ПШ и от-

ветственно. Такую информацию можно получить,если производить непрерывный подсчет числа циклов нагружений для каждого принятого интервала напряжений в процессе эксплуатации. Использованный ресурс может быть определен на основании метода проф. ГребеникаВХ, но для двух участков ( МДЦ и ЙЩ области)полной 'кривой усталости.

fy

Su Вт > Бм Б-Ш-5,

5зн

6н1

Ski

Sug

Б

Ц

Ы

Рис. I. Кривая усталг-ти детали

Ни Инг

№ tyN

Hsu Нш Нй Им Коэффициенты использованных ресурсов отдельно для ШЦ крц и ШЩ кпп усталости определяются как отношение общего числа циклов, нагружений Побщ.hit и Я<и%«£ для принятого периода времени t к соответствующим эквивалентным числам циклов до разрушения и N3m для фактического закона нагружения

детали за этот период' времени. Суммарный коэффициент использова-

ния ресурса за заданное время работы £ равен

крс *крн+Рв'кр.м> с 2 )

где jBg - коэффициент,учитывающий взаимное влияние высоких уровней- напряжений в пределах малоцикловой усталости на накопление повреждений в области многоцикловой усталости ( при отсутствии опытных данных модно принять в первом приближении =15. Оставшийся ресурс детали будет

кроет = f'^pc ( 3 )

Время дальнейшей работы этой детали определяется 'с учетом ' закона ее дальнейшего нагружения до разруизкия.

Приведенный метод определения ресурса удобен и тг'ост. Для

его практической реализации необходимо иметь кривую усталости, для детали,знать или задавать режим ее нагрукенмя для любого ( контрольного ) периода времени и до разрушения.

В связи с тем,что прогнозирование ресурса деталей обычно осуществляется в вероятностном аспекте,то в результате расчета • получаем вероятность поломки детали на настоящее время или на любой ( контрольный ) комент времени в будущем. Для отего необходимо прогнозирование нагрузки на данном отрезке времени можно осуществить,исходя из данних о планируемом сортамалтс проката на предполагаемый период. В качестве исходного уа?ор:тала для расчета используются гистограмм/ усилий прокатки или крутящих моментов,которые строятся автоматизированным способом по норе нагружения узлов и деталей. Для оценки степени повреждаемое;:-: . деталей использован линейный закон суммирования повреждений. Тя:с как на практике величина G ( мера накопленного созревания Î ' "колеблется примерно от 0,5 до 2,0, что отражает случайный характер долговечности детали,функция распределения величины О. ,соответствующая работе детали до разрушения,в некотором масшетбо отражает функцию распределения срока службы детали. Величина CL является функцией случайных величин А// ( чисел циклов . до разрушения ),которые распределены на разных уровнях ( действующих напряжений ) по тому или иному закону. Уч^тнзач, что величины _ П. i ( числа циклов нагруяений ) кгпрершзтз регистрируются,а величины Nc имеют случайный характеров тачестве . 'критерия вероятности разрушения принята вероятность -того, что мера накопленного повреждения сс имеет значение et >> »где

Qq s I. Тогда

р-р(ат>а0). ' (4)

• Используя известное уравнение кривой у стало cm,получим

a.-jjl^ <«>

где , к » N0 ~ параметры кривой усталости С предел

выносливости,угловой коэффициент и число циклов до разрушения

на уровне (51./ ) •

С целью упрощения математических записей введены обозначения •

i-lgNlI -InJO*; Ç-lça;

при помощи которых записаны

z^Z-j (6)

а неравенство CL СС0 »определяющее область значений Z , в котором £ ^ ^о в виде

В качестве законов распределения для ш!Ц принят двойной показательный Гуыбсля и для д - нормальный законы.

В связи с тем,что ^ является функцией случайных величин,то вероятность F ко ¡.тот быть распределена как '

р(^)=Ц pMdkdz, (8)

где р[к, Еу - совместная плотность распределения величин Л и Z

Окончательно вероятность разрушения детали имеет, вид

. -оо-оо

где , , - параметры законов распределения.

В дальнейшем решении использован метод перевала путем разложения функции,стоящей в показателе экспоненты,в ряд Тейлора. В результате интеграл сведен к гауссовой квадратуре и легко бе» рется в элементарных функциях.

С целью оценки влияния динамического характера нагружения ; на долговечность деталей прокатных станов использованы результаты испытаний плоских образцов из стали 45,которые подвергались плоскому изгибу с регулируемыми величинами статической нагрузки @сг .отнулевого цикла ~&ср и амплитуда-(Зд. ,им-китирущей динамическую добавку. В испытаниях коэффициент дана* мичности кд-СЗд/^р изменялся в пределах от 0,025 до. 0,276.

Получено эмпирическое выражение для коэффициента изменения долговечности kN »который изменяется в зависимости от числа динамических добавок Ш и их величины 0а на один цикл основного напряжения Gqj

---------

kN = Яехр( ы. 7 QXp(~Dm)f

( ю)

где Л = 5,15; ß = 8,34; 2 = 2,0; 2} = 0,052 - числовые коэффициенты; L - относительная величина среднего напряжения.

Дчя получения значения к^ при изменяющихся параметрах циклов нагружения введено понятие,подобное условию суммирования повреждений при усталостных разрушениях,предполагающее,что влияние режима нагружения с тем или иным сочетанием параметров kg , ¿ и /77 пропорционально относительно длительности этого режима. В этом случае при дискретном распределении параметров результирующий коэффициент изменения долговечности будет

'W'I^VWeftJeig, ,и>

где kf/i ~ коэффициент кц .соответствующий С -му сочетанию параметров Ь,к'$Ж> ЦЦ) , 0(kgL)} С(ГП() относительные частоты параметров на соответствующих дискретных графиках распределений. При непрерывном распределении параметров результирующий коэффициент изменения долговечности имеет вид

к

NE~JJf Kplmjplljplk^dmdL dk'9, ( 12 ) mlh'9

где р(п}) . • р(1) > ~ плотность распределения пара-

метров. . .

Пределы интегрирования по Ь и ГП должны быть от и тгп1п А° ^тах и ттах' В качестве верхнего предела интегрирования нужно принимать кдтах максимальное значение коэффициента,полученное в результате обработки данных о нагрузках. Нижний предел интегрирования »определенная по данным о нагрузках,должен быть не меньше,чем величина,определенная , из условия кц = I в ( 10 ). Решив ( 10 ) относительно ко при этом условии,получим у

Параметры Ь -, кд и /77 обычно распределены по закону,кривая плотности которого имеет сильно выраженную асимметрию, удаленную от начала координат и удобно описываемую кривой гамма-распределения путем введения в него параметра Хо .зависящего ст смещения кривой от начала координат.

Тогда.

выражение для Адг^ в общем виде будет ттал Ртах п , . /

к„Л ¡Амр^фп'К&ф*

Штш ЪтСп кдтсп А/ г л I

х ехр[-ст(т-т0^икд йЫт, ^ ^ ^

где О. , Ь ., С - параметры гамма-распределения.

Для повышения достоверности расчета важное значение имеет учет влияния предшествующих нагруженнй на поеледующие,в результате чего снижается предел выносливости. С учетом нагрукения деталей как в Ш1Д,так и в ШЦ областях получено общее выражение для предела выносливости при кручении,величина которого снижается -в- результате действия перегрузок как в МЩ ^ ,так и в ЩЦ областях.

где и - пределы выносливости исходного и поврежденного образцов ; fii и flfi - числа циклов нагружения с ампли- -тудаки Ti иfy ( в МИД и ШЦ областях ); и N^ - числа циклов до разрушения; ß - параметр,зависящий от свойств материала и определяемый путем испытаний ; к - интенсивность . снижения предела выносливости от перегрузок, превышающих •

Учет перегрузок »близких к .проводится путем

снижения предела выносливости ^ . Система сравнивает текущие наг^жения с мгновенным значением средела выносливости

^к * ' '

Разработанный метод позволяет уточнить расчет усталостных

повреждений деталей прокатных станов за счет использования уточненной методики суммирования повреждений.

, "Исследование сопротивления усталости металлических материалов с целью получения базовых данных для ресурсных расчетов деталей прокатных станов"

Основанием для выбора материалов,использованных для разработки метода совмещения ( "стыковки" ) кривых усталости в МДЦ и МНЦ областях,послукили их существенные различия по прочностным характеристикам ( (3"ä колеблется в пределах 303.. .723 ЫПа,

(jT - 118...705 Mlla,показатель пластичности ¿у - располагаемая пластичность - имела значения от 0,11 до 0,93 ),механическим свойствам ( среди испытанных материалов были циклически стабильные,циклически упрочняющиеся и циклически разупрочняю-щиеся ). Дополнительным аргументом в пользу использования данных испытаний образцов из алюминиевых сплавов является их высокая чувствительность на изменение влияния факторов ( в данном .случае 'концентрация напряжений Л^. .амплитудное (ja и среднее <5^ напряжения цйкла ),что более четко дает возможность отделить детерминированный характер результатов испытаний от статистического.' В связи с этим их удобно использовать для отработки методики расчета ресурса при расширении диапазона варьирования факторов.

Проведенные на машинах "Инстрон-1195",УРС-50/50 и РЯу-6 испытания дали возможность выполнить количественную оценку параметров кривых усталости на разных участках с целью их использования" для повышения достоверности расчетного определения ресурса дета-•лей и элементов узлов прокатных станов,работающих в условиях воз-

действия на них высоких и низких напряжений.,

фи построении кривых усталости в 1ШЦ и ШЦ областях обнаружено существование разрывов при переходе из одной области в другую,которые предопределяют существенную неопределенность при выборе для расчетов значений пределов выносливости и базовых чисел нагружения. Показано,что разрывы могут быть • объяснены с одной стороны различием условий проведения испытаний,а с другой - статистической природой обработки результатов эксперимента. В связи с этим был разработан метод совмещения кривых усталости и произведена оценка его точности. Предложено для расчетной практики использовать совмещенные кривые усталости,вид которых соответствует рис. I.

В результате статистической обработки результатов исследований получены необходимые для расчетов параметры кривых усталости,установлены закономерности их связи со статическими механическими характеристиками для симметричного и отнулевого циклов1 нагружения,а также рекомендованы для инженерных оценок данные по сопротивлению усталости различных конструкционных материалов, включая стали ферритно-перлитного и аустенитного классов, .алюминиевые и титановые сплавы и их сварные соединения при различных типах НДС с учетом влияния концентрации напряжений,асимметрии цикла,нестационарности нагружения,способа обработки по-верхности,теормообработки,"вида заготовок и ориентации волокон относительно главных растягиваюодах напряжений в деталях.

Разработанный принципиально новый метод совмещения кривых усталости в ШЦ и ШЦ областях ■позволяет с достаточной для практики точностью рассчитывать на ограниченную долговечность . детали,испытывающие одновременно действие напряжений на высоких и низких уровнях. Этот метод можно использовать для построения кривых усталости в ШЩ области с определением ее угла наклона и уровня предела выносливости для симметричных и отнулевых циклов нагружения,что позволяет выполнять расчет деталей на ограниченную долговечность,работающих в областях ¡¿1Щ и ШЦ усталости.

. - Другой способ определения остаточного ресурса деталей в процессе эксплуатации с учетом влияния режимов нагружения и коэффициентов концентрации напряжений разработан на основании использования методов планирования эксперимента и сведен к общему уравнению долговечности

^-Д +ЬЛ±9 *Ьл1д<5й+Ьтца .4 %(1д ф

где до, Ьт,Ь^,Ьт',р^а,р^т1с{,Ьта коэффициенты.

Применение общего уравнения долговечности расширяет возможности для более достоверной оценки сопротивления материалов циклическим нагрузкам.

"Малоцикловая усталость при кручении образцов из сталей,применяемых для изготовления деталей' прокатных станов"

Для получения данных по исходным параметрам при проведении . ресурсных расчетов деталей главных линий'прокатных станов выполнено экспериментальное исследование стальных образцов,подвергнутых упругопластическому кручению.

Испытания проводили ка специально созданных машинах:МЫИК-М, предназначенной для испытаний образцов в мягком режиме нагруяе-ния,и ШИК-Н - жестком. Частота приложения нагрузки при синусоидальном цикле кагрукения составляет 0,125 Гц,а диаметр образцов - 10 мм. Для осуществления возможности построения полной кривой усталости создана машина МУК,на которой испытывали образцы диаметром 10 мм при синусоидальном цикле нагружения с частотой приложения нагрузки 11,7 Гц.

Для испытаний использовали сплошные и трубчатые образцы из сталей 50 и ЗОХГСА в состоянии поставки.нормализованном й закаленном видах.

Проанализированы особенности малоциклового кручения при "жестком и мягком режимах нагружения. Сравнение данных,полученных . при испытаниях в жестком режиме нагружения сплошных и трубчатых образцов,показало,что амплитуда относительного сдвига является универсальным критерием для однородного ( ОНС ) и неодно- . родного ( КНС ) напряженного состояний. Для предварительных ресурсных расчетов деталей,работающих при жестком кручении в области Ш1Д усталости,подтверждена целесообразность применения модели Лэнджера для широкого диапазона нагрузок и модели И.А. Бирге-ра,учитывающей неодинаковое влияние на долговечность для различных уровней нагружения упругой составляющей.

Для случая аппроксимации кривой усталости при ЫЛЦ кручении двумя участками,выразив деформацию как функцию/У/Лу и разложив ее в ряд,получено единое уравнение , г ,7

Нг(Ш<д, .Вг . т, . ', - шра-

метры двух участков кривой малоцикловой усталости при кручении.

Данная зависимость удобна при описании процесса разрушения в областиМ/^йг / ,т.е. на том участке,где возможны наибольшие погрешности при использовании уравнений для каждого участка.

При мягком режиме нагрукения все типы образцов проявили склонность.к одностороннему накоплению пластической деформации. Характер разрушения -в ЫЛЦ усталостной области является смешанным,в связи с чем переход от квазистатической области к усталостной выражен слабо. Долговечность при ННС значительно выше,чем при ШС.что объясняется влиянием сердцевины .деформирующейся упруго при кручении сплошных образцов.

В результате исследования влияния режима деформирования на ■вид излома и характер разрушения различных образцов рекомендовано применять для деталей,подвергающихся упругопластическому на-грукению,циклически -упрочняющиеся материалы,склонные к одно-строннему накоплению пластических деформаций. Это позволяет увеличить живучесть детали»достовернее прогнозировать ресурс в процессе эксплуатации,Снизить вероятность внезапного хрупкого разрушения. Детали,которые могут испйтывать упругопластические деформации в зонах концентрации напряжений в результате редких перегрузок и которые рассчитывают на длительный срок эксплуатации, следует изготавливать из циклически разупрочняющихся материалов с относительно высоким пределом пропорциональности. В этом случае для возникновения пластических деформаций требуются довольно значительные нагрузки и,кроме того,в процессе повторного на-гружения происходит поцикловое снижение остаточных напряжений.

. - Важным является вывод о том,что результаты статистической проверки ГЛСП на базе проведенных программных испытаний при двух-ступенях нагружений подтвердили правомерность ее использования в условиях упругопластического кручения.

23 •

"Разработка конструкций предохранительных устройств

прокатных станов с целью предупреждения отказов"

Перегрузки,приводящие к авариям прокатных станов,могут восприниматься предохранительными устройствами,которые,в случае ■ • точного срабатывания предохраняют защищаемые детали от процессов накопления усталостных повреждений. Высокая эффективность предохранительных устройств с разрушающимися элементами должна обеспечиваться на проектной стадии с учетом воздействующих на них в. процессе эксплуатации режимов нагружения.

Переменные нормальные технологические нагрузки в 'сочетании ' с перегрузками являются причиной усталостных отказов предохранительных устройств с разрушающимся .элементом. В разработанном методе совместной оценки долговечность предохранительного устройства рассчитывается на основании действия технологических нагрузок и возникающих перегрузочных напряжений. Встречающиеся в практике расчетное схемы сведены в двум сочетаниям нагрузок.

В первом случае ( 18 ) предохранительная ( разрушающаяся ) . деталь работает в условиях накопления усталостных повреждений при нормальных технологических нагрузках,часть которых для этой детали являются перегрузочными ; в предохраняемых деталях усталостных повреждений не возникает. Во втором случае сочетания нагрузок ( 19 ) предохраняемая и предохранительная детали работают в условиях усталостных повреждений при нормальных технологических нагрузках часть которых являются перегрузочными.

I случай: СЗ^ > ^ > С 18)'

П случай: ^ > ^, ^ > -С 19 ) ■

где'. бГ , СС//?/ I 61//72 - пределы выносливости наиболее слабой предохраняемой детали и разрушающихся элементов предохранителя для I и П случаев ; <Эид, , (ондг , 6НП1 , (%пг -максимальные уровни напряжений в предохраняемых деталях и в предохранителе -при нормальных технологических нагрузках для I и Д случаев.

Поёяе определения наиболее слабой детали в механической си~ стеме рассчитывается максимально допустимая нагрузка РтсцрЩм •которой должен разрушиться предохранитель. Площадь сечения пре-

- Г 24

дохранителя Гд определяется из условия

где Qi^f - условный предел прочности материала предохранителя; Р„ - площадь сечения предохраняемой детали.

В связи с тем,что разрушающейся элемент работает в условиях накопления усталостных повреждений,то он рассчитывается на заданный срок службы в соответствии с условием

т У***"1 <Трасч.П1, (21)

где Ijad.nf , iрасч.ги ~ заданный и расчетный сроки службы предохранителя.

После того,как предохранитель отработает заданный срок,его надо заменить новым,так как при дальнейшей эксплуатации он может разрушиться даже при низкой технологической нагрузке. Порядок расчета детали для Л. случая остается преаним.но на ограниченную долговечность рассчитываются как предохранитель,так и предохраняемая деталь.

Методика совместной расчетной оценки на ограниченную долговечность предохранительных и предохраняемых деталей позволяет обоснованно производить подбор материала разрушающегося элемента,назначать уровень действующих нагрузок,определять размеры предохранителя и расчетные сроки службы деталей.

В связи с тем,что С.Н. Кожевниковым и A.B. Праэдниковым решены вопросы определения амплитуд и частот колебаний главной линии пильгерстана при условии постоянства жесткостей в связях, а в настоящей работе,как показано выше,обнаружены процессы накопления остаточных деформаций в деталях прокатных станов,представляет научный и практический интерес расчет динамических параметров главной линии пильгерстана с учетом работы предохранительного шпинделя в упругопластической области.

Известные решения А.Н. Голубенцова.Ф.К. Иванченко,Г.С. Пи-саренко динамических задач с учетом несовершенной упругости одной из связей выполнены применительно к обратным процессам упру-гопластического деформирования,которые описываются замкнутой петлей механического гистерезиса. В главе приведено аналитическое решение для момента упругих сил в связи с нормальной жесткостью, основной составляющей которой является жесткость предохранитель-

кого шпинделя главной линия пильгерстана.

Сравнение расчетных параметров динамических колебаний,получениих с учетом работы звена з упругопластическей области и даиных,приведенных в решении для упругой задачи,показало на 13-17 % более низкий уровень амплитуд и частот динамических колебаний в первом случае,что должно учитываться при расчета . и' конструирования предохранительных устройств.

С целью повышения точности срабатывания защиты от перегрузок И надежности механических систем прокатных станов разработаны новые конструкции предохранительных устройств с разрушающим-. ся элементом ( а.с. 1249221 и 1250534 ),а также устройства,в которых использован принцип фрикциона ( а.с. 1284630 ) и инерционных сил ( а.с. 13У6939 и 1458042 ).

Использование разработанных предохранительных устройств -позволяет значительно повысить эффективность защиты и надежность .прокатного оборудования при эксплуатации.

"Автоматизированные системы контроля,учета,классификации нагрузок и прогнозирования ресурса деталей прокатных станов"

Разработанная методика расчета ресурса деталей ялилась основой для создания АСНСДЯ,которая автоматически осуществляет регистрацию режимов нагрукения,производит их классификацию и выдает информации о предполагаемом моменте разрушения деталей и целесообразности их замены.

АСКСПЛ ( рис. 2 ) состоит из следующих функциональных подсистем: классификации усилий I,нагружающих прокатные валхи;класси-фикации нагрузок 2,воздействующих на детали главной линии стана ; ■'классификации нагрузок 3,возникающих в калибрах валков в процессе прокатки ; классификации нагрузок 4,действующих в узлах тре-тя ; определения величины износа 5 резьбы гаек нажимного устройства.

АСКСПЛ включает электронные блоки первичной обработки сигналов,информационное табло диспетчера цеха ( ТД ).информационное табло оператора стена ( ТО ).вычислительный комплекс ( ЭВМ ) с видеотерминалом ( ВТ ) и систему датчиков: усилий ( Р^ и Рв У, скорости вращения валков ( СсГ ),величины износа витков резьбы гайки нажимного устройства (А Ид л ),тока привода нажим-

ного устройства ( И ).

измерение дормвтрйб

лорсшгтй

ЕЛ-

ЕН

Ш-И-Г

йфойотксг а сшм парам/проб

№

Ъ

Ра*Р$

Ммя&ГРлЬ Илран$(мкр, и*»)-,

Иг*та* Мп? И)-,

Та

На+^Ш, I: пен И'еШаьМ)

©

и+

Р'ета*1Рл* Рл); Тир

при Р'в(Р^аР)

ф

Т/гр

при Р'е(р;£ АРЬ

©

Лк

ЕН

Р&тсгхРА(0(Р'ветегхРва) ©

Тир т"р Кл +*+ПаМАПА при Ра ИР)

/}рир!>е(рли&р)

1

\инфорырции

с:С

ЭВМ

УФ

ТО

та

г ВТ

Рис. 2. Структурная схема автоматизированной системы контроля силовых параметров прокатки

Вычислительный комплекс периодически запрашивает информа-циюиз памяти подсистем,производит вычисления и представляет службам цеха на экране видеотерминала ( ВТ ) и устройстве печати следующую информацию: остаточный ресурс основных узлов и деталей прокатного стана 4 величину износа винтовых пар нажимного

27 ~

механизма ; прогнозируемый ресурс калибров валков ; вероятность усталостного разрушения деталей стана на текущий момент; текущую надежность главной линии стана ; рекомендации по оптимальным срокам замены деталей в плановые ремонты.

На табло оператора непрерывно отображается следующая one- ; ративная информация: фактическое усилие прокатки допускаемое усилие прокатки/"/^ + J из условия гарантированной долговечности главной линии стана фактические на- -грузки в нажимных винтах Рл и Р& ; допускаемые нагрузки из условия фактической прочности винтовых лар^~РА J иfPgJ > сигнализация о перегрузках; количество перегрузок главной линий и нажимного механизма ; рекомендуемый текущий режим,прокатки.

. Приведена функционирующая АСКСПП пильгерстана 5-12",в кото-рой осуществляется оперативный контроль режимов нагружения,ведется расчет величины накопленного повреждения,остаточного ресурса и вероятности разрушения деталей,а также-выдается информация о целесообразности их замены в плановые ремонты.

В связи с низкой надежностью,характеризующейся частым вы- • ходом из строя винтовой пары нажимного устройства,проанализировано силовое взаимодействие контактирующих поверхностей трения в условиях эксплуатации нажимного механизма слябинга II5Q и установлен механизм износа.

Циклическое действие усилия прокатки,в сотни раз превышаю- -щее усилие переурановешивания,приводит к тому,что в зонах контактирования рабочих поверхностей витков винта и'гайки микронеровности более 'твердого материала ( винта ) пластически дефор-, . мируют поверхностный слой более мягкого материала ( гайки ). .Нарушение условий упругого контакта приводит не только*к увеличению пути трения,но и к появлению участка активного изнашивания, соответствующего пластическому деформированию материала. Цикличность этого процесса приводит к накоплению дислокаций в поверхностных слоях материала гайки,а затем к усталостному выкрашиванию. Износ рабочих поверхностей витков приводит к умень-. шению их высоты,а,следовательно,к увеличению напряжений в опасных сечениях. Описанные процессы вызывают разрушение витков гайки при нагрузках,возникающих при прокатке даже легко деформируемых материалов. На основании проведенного исследования • разработана новая конструкция ( а. с, 1440573 ) нажимного уст-

ройства прокатной клети,которое увеличивает срок службы нажимных гаех за счет уменьшения их износа от действия неуравновешенной силы.

" Цриведены результаты исследования и методика расчета износа винтовых пар нажимных механизмов исходя из условия их прочности с учетом реальной картины нагружения. Для прогнозирования остаточного ресурса винтовой пары и расчета их на заданную долговечность получены зависимости -/(№) , -и ,где дЛд - высота изношенного слоя витка ; (5"и и сССр. - напряжения изгиба и среза ; /V - число циклов нагруке-ний.

Для повышения точности измерения величины износа гайки нажимных устройств и получения непрерывной информации о допускаемых нагрузках на гайку разработано предназначенное для реализа-.ции этих задач устройство ( а.с. 1490586 ).

В качестве датчиков в АСКСПП использованы устройства,принцип действия которых основан на магнитоупругом эффекте металлов. С целью исключения влияния деформации стоек станины клетей станов горячей прокатки на точность определения усилий про-■катки разработан датчик ( а.с. 1425479 ),снабженный термокомпен-сирующим элементом,выполненным из материала,имеющего другой коэффициент температурного линейного расширения.

Установлена зависимость для пильгерстана между крутящим моментом в главной линии и током электродвигателя. Используя эту зависимость можно определять усталостные повреждения деталей, а, следовательно, и оценивать их'ресурс по току якоря приводного электродвигателя. Расчет величины относительных повреждений, полученных предохранительным шпинделем при прокатке труб диаметром 325 мм с толщиной стенки 10 мм,составил по крутящему моменту а^ - 1,392 . 10"^,по току - Оу = 1,449 . 10"^. Отличие относительных повреждений,вычисленных по току и по моменту, составило 3,6 %. Расчеты, проведенные по большому числу осциллограмм, при различных режимах прокатки показывают, что различие относительных повреждений, рассчитываемых по моменту и по току, не превышают 5-10 %. Такая точность вполне удовлетворительна для оценки ресурса деталей металлургического оборудования. Отсюда следует важный практический вывод о том,что в АСШШ возможно использование тока якоря двигателя для вычис-

ления усталостного повыреждения и ресурса деталей главной линии-прокатного стана.

Для повышения достоверности полученных данных,а также для решения задач,связанных с предохранение« от разрушения детали, повышением производительности стана и других,в состав АСКСНП могут быть введены различные контролирующие автоматические устройства.

Уровень динамических нагрузок в главной линии прокатного стана,возрастающих по мере увеличения зазоров,может быть оценен' при помощи специально разработанного предохранительного устройства ( а.с. 1423205 ).контролирующего величину зазоров в универсальных шпинделях и дающего сигнал на отключение двигателя при достижении критической величины зазора.

Управляемое предохранительное устройство,контролирующее интенсивность нарастания нагрузки,позволяет при достижении критического уровня своевременно подать сигнал на исполнительный механизм,разрывающий силовую кинематическую цепь.

Оценка износа подшипников скольжения прокатных станов монет быть произведена по температурному режиму их работы. Разработанная для блюминга 1300 металлургического комбината "Криво-. рожсталь" система контроля температуры.( СКТ ) узлов трения дает возможность постоянно контролировать температуру быстроизнашивающихся деталей и узлов трения,сигнализировать о перегреве подшипников,прогнозировать ресурс nef износу деталей узлов трения. С целью повышения точности измерения разработано устройство ( а.с. 1404846 ) для контроля температуры нагрева подшипников скольжения прокатных станов,которое в качестве основного датчика входит в состав СКТ.

функциональные возможности АСКСШ могут быть расширены за счет включения в их состав устройств,предназначенных для повышения производительности прокатного стана ( а.с. 1435338 ) и автоматического контроля износа калибра многоручьевых валков обжимных станов.

Представляется целесообразным,учитывая технические возможности вычислительной техники,входящей в состав АСКСШ,включать для решения задачи по учету простоев оборудования,потребления смазочных материалов,запасных частей,которые являются важными 'для повседневной практики службы механика прокатного цеха.

Основные вывода

В результат теоретических и экспериментальных исследований .выполненных с целью решения важной народнохозяйственной проблемы - прогнозирования ресурса по критериям сопротивления усталости деталей,повышения надежности и долговечности механических систем и предупреждения отказов тяжелонагруженных прокатных станов, разработан комплексный способ учета основных факторов, оказывающих влияние на уровень надежности и долговечности узлов я деталей прокатного оборудования,сущность которого заклинается в следующем.

1. Экспериментально, установленное в деталях прокатных станов наличие .остаточных пластических деформаций свидетельствует о нагрукении этих деталей частью действующих напряжений выше предела текучести.

2.-С использованием элементов метода переменных параметров упругости деформационной теории пластичности аналитически обоснована возможность оценки напряженно-деформированного состояния валов сложной формы и переменного сечения,в том числе при циклическим упрую.чластическок кручении.

3. Теоретически обоснован метод прогнозирования ресурса деталей. прокатных станов в вероятностном аспекте.с учетом их рабо-

" ты в.мало- и многоцикловой областях,а также влияния на долговечность деталей динамики нагружения и снижающегося в процессе эксплуатации предела выносливости,

4. Обоснован и разработан способ построения совмещенной кривой усталости для ыалоцихловой и многоцикловой областей с использованием метода последовательг-ояс приближений в интервала динамического предела текучести кривой усталости.

1 5. Установлены закономерности и получены данные,позволяющие определять во взаимосвязи параметры кривых усталости в малоцикловой и многоцикловой областях и их зависимости от статических механических характеристик.

б. Создан комплекс установок для усталостных испытаний при кручении в области малоцикловой при жестком и мягком режимах н выгружения и многоцикловой усталости,разработаны методики сбработ-

ки результатов испытаний и построения кривых усталости.

*?. В результате всесторонних исследований малоцикловсй усталости применяемых для изготовления деталей прокатных станов кон-струкционннх сталей 50 и ЗОХГСА при жестком и мягком режимах на-гружения кручением установлены закономерности хода кривых усталости и получены количественные характеристики,необходимые для оценки ограниченной долговечности деталей. Произведена оценка эффективности применения ГДСП при расчетах на кручение я ШЩ и ШЦ областях.

8. Разработаны методика совместной оценки долговечности пре-дохранителышх и предохраняемых деталей и- комплекс принципиально новых предохранительных устройств,контролирующих усилия и крутящие моменты при прокатке. Установлено влияние циклического упру-гспзластического деформирования предохранительного шпинделя пиль-герстана на повышение его нагрузочной способности.

9. Разработаны и внедрены методы и устройства для оперативного автоматизированного учета,систематизации и контроля режимов кагружения и прогнозирования остаточного ресурса деталей прокатных станов.

10. Разработаны,исследованы к зпробированы в промыиленных условиях устройства и способы контроля износа деталей нажимного механизма прокатных станов с применением АСКСПП для оценки срока их службы; оценки износа подшипников скольжения по хонтроли температурного режима их работы ; использования в автоматизированных системах прокатных станов значений тока якоря двигателя для оперативного контроля и определения величины накопленного

. повреждения в деталях.

АСКСПП внедрены на слябинге 1150 металлургического комбината "Запороксталь",блюминге 1300 металлургического комбината "Криворожсталь",пильгерстаке 5-12" Нижнеднепрозского трубопрокатного завода им. К. Яибхкехта. Результаты экспериментальных исследований и созданной на их основе методики расчета долговечности деталей,работающих в МЛЦ I ШЦ областях внедрены в расчетную практику конструкторских бюро машиностроительных предприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Гребеник В.М..Гордиенко А.В.,Цапко В,К. Оценка надежности механической защиты главной линии пильгерстана // Известия вузов. Черная металлургия. - 1973. -ff 2. - С. 170-174.

2. Гребеник В.М..Гордиенко А.В.,Цапко В.К. Зависимости между усталостными и статическими характеристиками для расчета на долговечность // Известия вузов. Черная металлургия.-1973,-JP 10. - С. 164-169.

3: Влияние динамических нагрузок на долговечность деталей главной линии пильгерстанам/ В.М. Гребеник, A.B. Гордиенко, Н.М. Яоталов и др.// Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1974. - I. - С. 59-61.

4. Гребеник.В.М..Гордиенко А.В.,Цапко В.К. Влияние уровней и длительности предварительного нагружения на механические характеристики сталей // Проблемы прочности. - IS74. - J?- 6. -С. 52-54.

5. Гребеник В.М..Гордиенко A.B.,Дапко В.К. Влияние концентрации напряжений и масштабного фактора на параметры кривых устало-

■ сти // Известия вузов. Черная металлургия. - 1974. - 8. -С. 172-178.

6. Оценка долговечности- предохранительных устройств с разрушающимися элементами с учетом динамики нагружения / В.М. Гребеник,А.В. Гордиенко,Н.М. Потапов и др. // Доклад на Международном симпозиуме по динамике тяжелых машин горной и метал. лургической промышленности. - Донец; - 1974. - С. 331-338.

7. Определение динамических нагрузок в главной линии пшшгрико-вого стана ;/ В.М. Гребеник,H.H. Потапов.А.В. Гордиенко и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 1975. - !"- IG. -

С. 168-173.

.8. Определение наработанного ресурса и срока службы деталей в процессе эксплуатации металлургического оборудования / В.М. Гребеник,А.В. Гордиенко,В.К. Цапко и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 1979. - № 4. - С. 136-138.

9. Совместная оценка долговечности предохранительных и предохраняемых деталей / В.М. Гребеник,А.В. Гордиенко,В.В. Алексеев И др. // Детали машин. - i960. - Вып. 31. - С. 54-59.

10.Экспериментальная оценка режимов нагружения пильгерстана / A.B. Гордиенко,Н.Г. Малич.В.В. Алексеев и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1984. - S» I. -С.52-53.

11. Использование автоматизированной системы для оперативной вероятностной оценки ресурса деталей прокатных станов

/ A.B. Гордиенко,Е.К. Мамчиц.О.Ю. Резников а др. // Динамика и прочность машин. / Днепропетровск. ДГУ. - 1984. -С. 72-78.

12. Гордиенко A.B. ,Мамчиц Е.К. -Дорт В.Г. Влияние динамического нагрукения на снижение долговечности деталей машин // Динамика и прочность тяжелых машин / Днепропетровск. ДГУ.' -1984.. - С. 79-84.

13. Устройство классификации и регистрации механических нагрузок в деталях прокатных станов / В.М. Гребеник,А.В. Гордиенко,В.П. Воробьев и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 1984. - № 6. - G. 126-128.

14. Автоматизированная система контроля силовых параметров прокатки / В.М. Гребеник.А.В. Гордиенко,В.П. Воробьев и др. // Известия вузов. Черная металлургия. - 1984. - № 8. -

С. 161-164.

25.. Гордиенко A.B. ,Мамчиц Е.К. ,Малич Н,Г. Статистическая оценка-надежности главной линии пильгерстана // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1985. - № I. - С. 55-56.

16. Комплекс установок для исследований образцов на усталостное кручение / A.B. Гордиенко,С.М. Куцеволов.Р.Я. Цыганок и др. // Проблем прочности. - 1985. - № 5. - С. II4-II6.

17. Установки для испытания образцов на малоцикловую усталость при,кручении / A.B. Гордиенко,С.М. Куцеволов.Н.Г. Малич и др. // Заводская лаборатория. - 1985. - № 12. - С. 70-72.

■■ 18. Оценка недежности главной линии рабочей клети блюминга

/ A.B. Гордиенко,С.М. Куцеволов.Н.Г. Малич и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1986.'- № 2. -

- • С. 53-54.

19. A.c. 1249221 ( СССР ),ШИ F I6D 9/00. Предохранительная муфта / Н.Г. Селегей,А.В. Гордиенко,Н.Г. Малич и др.

( СССР ). № 3839469/25-27 ; Заявл. 08.01.85; Опубл.

■ 07.08.86. Бюл. № 29.

20. А.,с.. 1258534 ( СССР ),МКИ В 21 В 33/00. Предохранительное устройство прокатной клети / Н.Г. Селегей,A.B. Гордиенко, C.B. Юхименко и др. ( СССР ) № 3897816/22-02 ; Заявл. 21.05.85 ; Опубл. 23.09.86. Бюл. № 35. . :

21. Экспериментальная оценка режимов нагруженид слябинга 1150 -/ C.B. Юхименко,A.B. Гордиенко,Н.Г. Селегей и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1967. - S 2. -С. 59-60.

' 22. Влияние режимов нагружения нажимного устройства прокатного стана на изнашивание винтовой пары / A.B. Гордиенко.Н.Г.Селегей,С.В. Юхименко и др. // Металлургическая и горнорудная промутленность. - 1987. - К> 4. - С. 53-55.

,23. Гордиенко A.B..Велодзденко C.B..Кулинич B.C. Об одном аспекте повышения достоверности прогнозирования ресурса металлургического оборудования // Металлургия и коксохимия: Республиканский научно-технический сборник / Мин-во высшего и среднего специального образования УССР. -. 1987. - Вып. 93. -С. 3-7. -:

24. Гордиенко A.B.,Юхименко C.B..Ыалич Н.Г. Оценка надежности . главных линий слябинга 1150 и пути ее прогнозирования

Л Металлургия -и коксохимия: Республиканский научно-технический сборник / Мин-во высшего и среднего специального образования ССОР. - 1987. - Вып. S3. - С. 58-62.

25. Оценка нагруженности и усталостного повреждения деталей пильгерстана в реальном зремеки при помощи микро-ЭВМ

// A.B. Гордиенко,Ю.В. Резников,Н.Г. Малич и др. // Исследование и совершенствование процессов производства труб и профилей. - ВЗШ. - 1987. - С. 23-29.

26. Гордиенко A.B..Дубенец Е.Б.,Малич Н.Г. Расчет динамических Параметров пильгерстана с учетом работы предохранительного шпинделя в упругопластической области // Надежность и дол-говечность.машин и сооружений. - 1987. - Вып. 12. - С. 68-70.

27. A.c. I2S4630 ( СССР ), МКИ В 21 В 33/00. Предохранительное устройство прокатной клети / Н.Г. Селегей,А.В. Гордиенко,

. - C.B. Юхименко и др. ( СССР ). JT» 3900219/22-02 ; Заявл. 23.0Г.85 ; Опубл. 23.02.87. Вал. №-3. -

28. Гребеник В.М..Гордиенко А.В.,Цапко В.К. Повышение надежно. ети металлургического оборудования. Справочник. - id. : Металлургия. - 1988. - 688 с.

29. Гордиенко A.B. .Селегей Н.Г..Юхименко C.B. Расчет нажимных устройств прокатных станов на заданную долговечность. // Надежность и долговечность машин и сооружений. - Республикан-

... ский научно-технический сборник. - 1988. - Был. 14. -■ С. 94-97.

30. A.c. 1398939 ( СССР ), МКИ В 21 В 35/04. Предохранительная ■ муфта прокатного стана- / Н.Г. Селегей,A.B. Гордиенко,

C.B. Юхименко и др. ( СССР ). № 4162229/31-02 ; Заявл. ; 15.12.86 ; Опубл. 30.05.88. Бюл. » 20.

31. A.c. 1404846 ( СССР ), МКИ G- 01 К 13/08. Устройство для измерения температуры вращающихся тел- / A.B. Гордиенко,' С.ш. Куцеволов.Н.Г. Селегей и др. ( СССР ). № 4149549/24-10; Заявл. 20.11.86 ; Опубл. 23.06.88. Бюл. № 23. . '

32. A.c. 1423205 ( СССР ),Ш1 В 21 В 33/00, 37/00. Предохрани- ' тельное устройство прокатного стана / A.B. Гордиенко,

C.B. Юхименко,Н.Г. Селегей и др. ( СССР ). J» 4177636/31-02; • , Заявл. 08.01.87 ; Опубл. 15,09.88. Бюл. »34.

33. A.c. 1425479 ( СССР ),ККИ & Ol L I/I2. Датчик усилия прокатки / Н.Г. Селегей,С.В. Юхименко,Н.Г. 5&лич,А.В. Гордиенко я др. ( СССР ). 4193608/24-10 ; Заявл. 13.02.87; . Опубл. 23.09.88. Бюл. J? 35.

34. A.c. 1435338 ( СССР ),МКИ В 21 В 21/00, 37/00. Способ подачи трубной заготовки на пильгерстане / A.B. Гордиенко,

В.П. Воробьев,Н.Г. Селегей и др. (-СССР ) № 4228054/31-02; Заявл. 13.02.87 ; Опубл. 07.11.88. Бюл. №41.

35. A.c. 1440173 ( СССР ),Ш1 В 21 В 31/24 Нажимное устройство прокатной клети- / Н.Г. Селегей,С.В. Ехименко,А.В. Гордиенко и др. ( СССР ). }? 4177521/31-02 ; Заявл. 08.01.87; Опубл. 30.11.88. Бюл. № 44.

- 36. Гордиенко A.B..Юхименко C.B..Селегей Н.Г. и др. Оперативная диагностика технического состояния нажимных механизмов прокатных станов //Металлургическая и горнорудная промышлен-' • ность. 1989. - Ji I. - С. 53-55.

37. Оценка напряженно-деформированного состояния деталей пильгерстане при перегрузках, / A.B. Гордиенко,Н.Г. Ыалич.С.В. Юхименко и др. // Надежность и долговечность машин и сооружений.

• - 1989. - Вып. 16. - С. 93-100.

38. Гордиенко A.B..Резников Е,Ю.,Малич Н.Г. Определение усталостных повреждений деталей пильгерстана в автоматизированных системах по токовым показателям // Надежность и долговечность машин и сооружений. - Республиканский, научно-техни-

чесний .сборник» - 1989.' - Вып. 16. - .С. IQI-I07.

39. A.c. 1458042 ( СССР ),МКИ В 21 3 35/14 F 16 & 7/00. Предохранительная ыуфта / Н.Г. Селегей,A.B. Гордиенко.С.В.Юхи-менко и др. ( СССР ). f 4276190/31-02 ; Заявл. 03.07.87; Оцубл. 15.02.89. Еюл. >6.

40. A.c. 1490586.( СССР ), Ш G 01-М 3/56. Устройство для определения износа. / Н.Г. Селегей,С.В. Ихименко.А.В. Гор-диенко и др. ( СССР ). № 4275223/25-28; Заявл. 03.06.87;

' Опубл. 30.06.89. Бюл. Р 24.

Подягсада к пешня 19.02.1990. БТ01081. Формат 60x84/16. Бумага типогр. № 2, Печать офсетная. Ф-.-З.ПЛ. 2,0. Уч^-издл. 1,28. Усл.гил. 1,8В. Торос 100 «кэ. Захаэ 200. Бесплатно.

Дяепропетровоаа матвллургячес**« (шституг, S2Q005, Днепропетровск, пр. Гагарвва, 4

ОЗ ДМетИ. 320006, Лоамшвяое mooes, S-6.

/