автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.04, диссертация на тему:Прогнозирование ресурса шпмндельных соединений широкополосных станов по критерию усталостной прочности и износу (на примере стана 2500 гп)

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ - УЩ

РГ5 ОД

На правах рукописи

- Лунькова Светлана Михайловна

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ШПИНДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СТАНОВ ПО КРИТЕРИЮ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ и ИЗНОСУ /НА ПРИМЕРЕ СТАНА 2500 гп/

05.04.04.- Машины и агрегаты металлургического производства

АВТОРЕФЕРАТ

пдссертации на соискание ученой степеш кандидата технических наук

Екатеринбург - 1894

Работа выполнена на кафедре Механическое оборудование заводов черной металлургии Магнитогорского горно-ме -таллургической академии им. Г.И.Носова

Научные руководители: доктор технических наук профессор КОНОВАЛОВ Л.В.

кандидат технических наук, профессор Ш>КИН Ю.В.

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических

наук Баимов Н.И. кандидат технических наук Медведев А.Г.

Ведущее предприятие: Белорецкий металлургический комбинат

Защита состоится " « '^¿гд^А 199/г. //4 Т5с. на заседании диссертационного совета К 063.14.15. в Уральском государственном техническом университете-УПИ по адресу : 620002,. г.Екатеринбург, ул.Мира, 19 •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан ЦЩУ 1)4 1994 г.

Ученый секретарь

диссертациошюго совета Кузнецов Е.С.

... ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1"

Актуальность работы . повышение мощности и пронзводитель-юсти агрегатов, а следовательно, конструктивно!"! сложности н [агруженности машин приводит к необходимости обоснованного и дос-огорного прогнозирования надежности ответственных деталей для онкретных условий работы. Решение задачи прогнозирования надеж-ости и оптимизации технического обслуживания (ТО) оборудования озволит только, за счет надлежащей организации производства повы-1ТЬ его эффективность без существенных капиталовложении.

При функционировании любого элемента механической системы ано или поздно происходит такое изменение его эксплуатационных юйств , что данный элемент отказывает и , более того , отказ мо-?т принести значительный ушерб от аварии, С другой стороны, пре-ттивная остановка эксплуатации и восстановление свойств системы 1 > до отказа также могут оказаться экономически невыгодными, псс-лъху может остаться невыработанной значительная чэсть ресурса емента.

Учет такого рода противоречий приводит к постановке задач зплуатацин , связанных прежде всего с■ надеясюстью этих элементов.

цель работы - разра(>отка методов прогнозирования надежности долговечности элементов шпиндельного соединении , а также олти-зацня его технического обслуживания.

в соответствии с указанной целью в работе поставлены следую-г задачи: 1) провести оценку и анализ эксплуатационно:'! надежное-деталей в линии главных приводив рабочих клетей N и стана >0 гп с цепью выявления "узких" мест. 2) Провести эксперимента-юе и аналитическое исследование спектра нагрузок , действуюаих

на узлы и детали в линии привода в разрезе годового сортамента. 3) оценить усталостную прочность несущих деталей шарнира по фактическим данным о нагруженности шпинделей при прокатке годового сортамента. 4> получить Функции распределения ресурса шпинделя расчетным методом с учетом характеристик сопротивления усталости материала шпинделя . 5) определить оптимальный срок службы шпинделя по усталости на основе проведенных расчетов его усталостной долго-гечностн . 6) обеспечить повышение износостойкости экладышей на ново экспериментально полученной информации о процессе износа детали . 7) получить математическую модель процесса изнашивания вкладыша с помощью марковских процессов . 8) Найти оптимальный регламент то шпинделя при мониторинге процесса изнашивания вкладыша .

Научную новизну работы составляют :

- об 'единение задач механики усталостного разрушения и износа с методами оптимального технического обслуживания элементов металлургического оборудования ;

- системный подход к задаче увеличения долговечности и Эффективности работы шпиндельного узла ;

- прогнозирование ресурса вилки и лопасти шпинделя по усталостной прочности и оптимального едока службы до профилактической замены ;

- построение вероятностных моделей изнашивания бронзового вкладыша по статистическим данным и профилактического обслуживания .

Практическая ценность работы заключается в том , что :

- разработана и внедрена на магнитогорском металлургическом комбинате информационная система об отказах н простоях (но , позволяющая собирать получать данные об.отказах оборудования и анализировать якегтлуатационную надежность оборудования тонколистового стана 2500 гп ;

- 5"- решена задача прогнозирования ресурса шпннделя по двум критериям ¡тказа - усталостного разрушения и износа ;

- определен график проведения технического обслуживания для дан-ого узла ;

внедрена в производство конструкция, вкладыша с улучшенными три-этрхничоскими . характеристиками . .

Апробация работы Результаты работы докладывались и обсувда-ись на Всесоюзных школах по надежности < Залещики - 1986, таш-гнт - гзаа, всесоюзной научно-технической конференции "Расчеты на зочностьметаллургических машин " (Жданов - 1083) , всесоюзной 1учно-техннчс?ской конференции "Эксплуатационная надежность машин, >ботсв и модулей гибких производственных систем " (Свердловск -из?), Всесоюзной научно-технической конференции " Расчет и давление надежностью больших механических систем •* ссвердловск-еев), 2 Всесоюзном совещании " применение ЭВМ в научных следованиях и.разработках " (Днепропетровск - 190й>, Республи-нской научно-технической конференции "Теория и практика надеж-сти и качество изделий машиностроительных предприятий" (крама-рск - 1930) ... ,

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в заботах.

структура и объем работы. Диссертация изложена на iSi стра-1зх машинописного текста, содержит 2'1 рисунков, таблица сос-|т из введения, -г глав, заключения, списка использованных источив из эа 1)аим°ноезннй и приложении .

основное содержание работы в первой главе приводится литературный обзор состояния проблемы прогнозирования и обеспечения надежности узлов металлургического оборудования на примере широкрполосного стана 2500 гп.

в данной главе рассматривается состояние вопроса расчетов несущрй способности шпинделя , проблемы изнашивания вкладышей в ' шарнире регламента технического обслуживания узлов и механизмов и их связь с задачами прогнозирования надежности .

опыт технической эксплуатации шпиндельных соединений и анализ литературных источников показывают , что рабочее состояние исследуемого соединения обеспечивается : '

- выполнением для вилки и лопасти шарнира условий усталостной прочности ;

- установленной предельной величиной износа вкладышей .

задача установления нагрузочной способности шарнира , допускаемой из условия соблюдения прочности его элементов , является актуальной не только при проектировании , но и при эксплуатации , а особенно при внесении изменений в формирование пакета заказов для конкретного стана .

получение итогового спектра нагружения шпинделя при прокатке годового сортам&нта является необходимым условием для решения задач , связанных с оценкой прочности и долговечности шпиндельного соединения [46].

из литературных источников известны численные методы расчет0® напряженно-деформируемого сгстояния несущих элементов универсального шарнира на подшипниках скольжения . одним из них является потел конечных элементов , разработанный Поляковым Б.Н. и др. [42]. £ настоящей работе для оценки напряженного состояния вилки

шарнира применяется [133 инженерный расчетный метод , позволяющий при любых возможных изменениях в загрузке стана получить достоверные данные о положении опасных точек в сечении детали .

В виду случайного характера напряжений , возникавших в деталях прокатного оборудования при эксплуатации ■, описание условий прочности должно быть основано на вероятностных представлениях . Использование разработанных схем получения функций распределения долговечности шпинделя с учетом реальных процессов погружения и их статистических характеристик , позволяет получить достоверную Функцию распределения- ресурса шпинделя .

по принятой выше схеме ресурс шпиндельного соединения складывается из ресурса по усталости несущих частей шарнира и ресурса по износу вкладыше скольжения .

При анализе износостойкости вкладышей исследуется множество ^акторов , влияющих на скорость изнашивания де-алей : физико-механические свойства материалов , их усталостные и фрикционные характеристики [9] и т.д.

•Задачей данной работы является установление связи между ве~ пичиной износа (как результата влияния внешних и внутренних факторов > и стратегий технического обслуживания . Рекомендуемые графики доведения технического обслуживания не учитывают фактического :отояния узла на период замен и характеристик процесса износа .

В настоящей работе дня решения задачи оптимальной эксллуа-•зции шпиндельного соединения предлагается использовать в качество юделн деградации сьоиств системы - износ г-к.чадыша . 3 результата >ешення такой задачи возможно определить оптимальный ши&рвап между именами вкладыша по критерии минимальной стоимости обслуживания ,• ташдельього соединения , т.е. выявить действительный ресурс ;пинделп в целом по параметру - износ еклздмед .

Прсеедениый выше анализ состояния рассматриваемой проблемы поЗЕоляет обоснованно применить системный подход к решению задачи прогнозирования и обеспечения надежности функционирования шпиндельного узла , а также оптимизации его технического обслуживания .

Z ГЛАВА посвлщена анализу эксплуатационной надежности оборудования тонколистового стана 2500 гп .

. В результате многолетних наблюдений за работоспособностью технологического оборудования стана 2500 гп на базе "Информационной системы' об отказах и простоях" получена полная , достоверная и об'ектпвная информация о надежости машин, механизмов , узлов и деталей за период 1981-10в7гг.

Оценка и'последующий анализ надежности проводились по критерию частота отказов ;

£ - -2_.

1 N

где п - число отказов данной машины , механизма , узла или детали ;

Н - суммарное, количество отказов соответственно по всему стану , машине , механизму , узлу .

основное внимание в данной работе уделяется надежности группы черновых и чистовых клетей . доля внеплановых замен деталей и узлоп исследуемого оборудования составляет от 5% до 37% в общей сумме отказов машин черновой группы (Рис 1.>

Анализ причин выхода из строя деталей и узлов клетей ы 3,4 показал , что на долю зам&.ч из-за разрушения деталей приходится и соответственно , а из-за износа зо% и 15% .

В ланной главе приведено распределение причин аварийных поломок ответственных деталей стана 2500 гп за период 1930-1991ГГ и статистика усталостных отказов шпинделя клети к 4 .

i

ri «

о

« n

* I

« "

ra _

S s!

и d

g Ú

и a

о g

от "

« о

И и

а -о

Г"* ^

tj

а. м

а га

u a

rj a

^ ra

учнтывая наличие усталостных поломок шпинделей в линии привода клети к л , изменение состава оборудования , технологических режимов прокатки на стане отдельных сталей , необходимо провести оценку усталостной прочности шпинделя клети к 4 на основе об"ективной информации о его нагруженности .

для группы чистовых клетей также проведен последовательный анализ надежности оборудования , аналогичный предыдущему и состоящий из следующих этапов ;

1) Обнаружение "слабого" звена среди машин данной группы ; 2.1 определение наименее надежного механизма ;

3) выявление " слабого " узла ;

4). оценка показателей■надежности для конкретной детали.

В результате анализа установлено увеличение доли отказов 11-ой клети с 29% в 13о5году до 50% в 1987 году среди отказов всех клетей чистовой группы (Рис. 2)

Замены шпиндельного соединения в линиях приводов чистовых клетей составляют : для клети к 5 - 33% замен , для клети ы 11-92% (Рис. 3)

за исследуемый период наблюдения в клети к 1. - 71% всех отказов произошел из-за разрушения деталей , 23% - из-за износа .

По результатам исследования эксплуатационной надежности деталей и узлов оборудования стана определены задачи прогнозирования надежности и оптимального срока службы шпинделей в линиях приводов клтеи и 4,11 стана 25оо гп .

Задача обеспечения надежности шпиндельных соединений должна решаться исходя из знаний реальных условий эксплуатации и правил технического обслуживания .

Поэтому в третьей главе рассматриваются последовательно три взаимосвязанные задачи , позволяющие оценить надежность и'оптпмз-

Суммарное распределение отказов и плановых замзн в /%/ клетей чистовой группы за период 1981-1987гг.

Рас.2.

Доля замен шпиндельного соединения в линиях приводов клетей чистовой группы

Рис.З.

лъ-

льный срок службы до замены шпинделей

- анализ нагруженное™ ;

- оценка усталостной прочности и прогнозирование надежности ;

- определение оптимального срока службы .

Решение первой н второй задачи базируется , в основном , на стандартных'методиках ВНИИМЕТМАШ [15,59] и работах Коновалова Л.В. [13,44-513.

определены расчетным путем и подтверждены экспериментально величины энергосиловых параметров процесса прокатки , действующих на шпнндели в линиях главных приводов клетей и 4, и и их коэффициенты вариации при прокатке годового сортамента .

На следуюшем этапе произведена систематизация полученной совокупности нагрузок расчетным методом , предложенным в работе [44] .По результатам анализа нагрузок различных шпиндельных соединений Коноваловым Л.В. было установлено , что в качестве закона распределения внутри групп сортамента можно принять нормальный закон распределения .

построение расчетного графика нагружения шпинделей клетей и 4, и ~ЙКр уст проводится в одинаковой последовательности. .определяются интервальные значения м^ , разбиеагашэ всю соеокупнооть крутящих моментов на интервалы с заданным шагом .

частота попадания м в одну из д -групп определяется по следующей формуле ;

¡4 _

Ъ \ 1 И ,

= 1Г~2 1Г <ТГ -

"¿И ~ интервальные саги между средними значениями ;

$ и q - текущие номера интервала и группы соответственно ; - число циклов нагружения в д - группе .

По результатам получены гистограммы - итоговые спектры нагру-

жения шпинделеп з линиях приводов исследуемых клетей м при

прокатке годового сортамента в координатах : уровень нагружения

"м„Г1 . - число циклов действия нагрузки М заданного уровня кр .1 1

Для оценки влияния переходных процессов при прокатке на ве-лччниу ~Ккр уст в данной главе нспользован расчетный метод определения КДИН •

Достоверность полученных результатов К н подтверждается эмпирическими исследованиями , проведенных авторами [15,ЗО].

Зависимость для определения величины нагрузки , эквивалентной действующему спектру нагружения имеет вид :

vi и к к м к

экв.дин - т тр мах.уст дин '

где к ,- коэффициент переменности нагружения при ступенчатой нагрузке;

кт - коэффициент срока службы детали;

Ктр - коэффициент тренировки материала детали;

К „,,.,- коэффициент динамичности; дин

М„„„ „„- величина наибольшего крутящего момента при мах .уст

установившемся процессе прокатки. Оценка усталостной прочности шпинделей проводится на первом этапе по коэффициентам запаса и основывается на знании величины расчетной нагрузки и характеристик сопротивления усталости материала детали . в результате экспериментального определения предела выносливости материала шпинделя клети ы 4 ( ст 40 хн ) , имеющего усталостиыо полопки , установлено , что 61, = 140 МПа .

расчет усталостной прочности вилки и лопасти шпинделя при переменном нагружении ведется по методике , изложенной в работах [39,41,72]. Используемый метод расчета отражает влияние геометрических и эксплуатационных факторов на нагрузочную способность шарнира и позволяет определить предел выносливости цетали путем расчета -и на основе испытаний геометрически подобных модепсй .

Выражение для определения коэффициента запаса прочности , согласно [39] имеет вид :

2 с

V

% О V"», "яг К СО **

где а а - амплитуда и следнее напряжение цикла , т.к. цикл . а ш

напряжений , возникающий в вилке при нереверсивном режиме нагружения - отнулевой ; - суммарное результирующее напряжение , действующее в опасной точке ; (Ксг)р - коэффициент , учитывающий суммарное вляние

концентрации напряжений , масштаба и качества обработки поверхности; ■р^ коэффициент ч>вствительности материала к ассиметрии цикла 'для легированной стали ф = о,45 > . Результаты расчетов несуших элементов шарниров на заданную долговечность по коэффициентам запаса подтверждают предположение о низкой прочностоной надежности шпинделя в линии привода клети М4 .

При установленной величине [п] = 2 в реальных условиях при сроке службы т=1 год коэффициент запаса прочности (по усталости)

вики шпинделя равен п =1,42 , при Т=4 года наблюдается снижение в

коэффициента запаса до величины п=1,1 , что является неудовлет-

верительным.

Необходимость проведения расчетной оценки усталостной прочности элементов шарнира в линии привода клети м 11 вызвана отсутствием подобных исследований за все время эксплуатации данной клети . Результаты расчетов показывают высокую прочностную надежность элементов шпиндельного соединения в линии привода клети N11, <см.Таблицу 1).

Таблица 1

результаты расчета по коэффициентам запаса на заданную долговечность элементов шарниров в приводах клетей к 4,11

м Параметр Клеть W 4 Клеть К 11

вилка лопасть вилка лопасть

1. . Расчетная нагрузка рас Э64 ' S64 173 170

2 . Суммарнсе ьапряжениэ 'ВС • М,,а 131 ,4 116,6 71,3 57.5

3 . Коэффициент запаса

прочности , Г=1год 1,42 3,29 2,75 5 '

4 . кск'Ффицибнг запас.»

прччности , Т--4года 1.1 2,еа 2,35 4,14

Проведенная в данной главе оценка прочности впинделя-при

ru-рем. -mhom иагруыеыш вероятностными методами позволяет получить

вероятностные оценки характеристик долговечности и надежности шпинделя .

Полученная в результате расчета медианная долговечность Ь в годах эксплуатации составляет э ,7 года при среднеквадратичном отклонении 0,51 .

Выражение (1> определяет функцию логнормального распределения ресурса расчетного сечения шпинделя

Ь = 1б I. + О й г - 3,7 + 0,51 0 (1)

Р Р ¿в 1- Р

оптимальный срок службы шпинделя до замены можно определить из решения соответствующей оптимизационной задачи , .которая должна свягать статистические характеристики отказов по усталостной прочности и Функционала качества технического обслуживания (ТО) .

с экономической точки зрения наиболее удобно использовать в качестве функционалов - максимум прибыли или минимум затрат .

в общем виде последний представлен как

МХ

3. = " ,

ш

где МХ - математическое ожидание затрат на одном цикле рксплуа-тацни;

№3 - длител^'9сть цикла эксплуатации (случайное время до замены) .

Чтобы найти оптимальный срок службы шпинделя до замены , требуется произвести минимизацию функционала вида (2) по пграмет-

г (т) г -О.Ш^— (2)

М<3

Р У Г .

Исследовано изменение функция 3 (т^ при различных соотношениях стоимости минимального восстановления- С (замена вкладыша) и стоимости последствий от аварии - Ь .Для существующих условий эксплуатации оптимгльный интервал замены шпинделя равен 2,95 года .

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассматривается задача прогнозирования и обеспечения надежности шарнира по критерию износа вкладыша .

ь соответствии с принятой в первой главе моделью , описывающей работоспособность шпиндельного соединения как набора составных элементов , в даьной главе разрабатывается способ воздействия на надежность системы с помощью периодического измерения суммарного износа трущихся поверхностей и нахождения оптимального правила замен вкладыша . .

учет внешних и внутренних ^акторов , влияющих на интенсивность процесса износа , сводится к непрерывному наблюдению за количественной характеристикой процесса - ьоличинон суммарного изно-гз контактнрующи< поверхностей шарнира .

Превышение допустимого уровня износа влечет за собой снижение надежности соединения и , как следствие , разрушение его основных апементоа .

в связи с ьтпм поставлена оптимизационная задача определения допус шмого уровня износа , при достижении которого следует производить замгчу вкладыша в обязательном порядке .

В работе бычи рассмотрены задачи моделирования■процесса изнашивания на основе теории марковских процессов ,.определяй статистические границы их применимости и осуществлено прогнозировать надежности н то на основе разработанных моделей . •

дг,я того , чтобы, учесть случайную природу процесса износа .ькнааымеи.с настоящей глав«? предложено описание этого процесса с

помощью однородной цепи Маркова [ ].

Цепь Маркова можно представить себе как некоторую систему

с возможными состояниями Ео , К-р Е2...... Е^ (конкретные величины

износа) , у которой происходит скачкообразный переход из одного состояния в другое .

Если в п-ом испытании реализовалось событие Е , ¿=0,1,2.....

(т.е. случайный процесс износа попал в состояние Е^) и , то

цепь Маркова можно представить в следующем виде Р <Хп=о Х0=К0,....Хп.1=1)=Р{Хп=Л Хп_1=1> = Р..(п> (3)

ч

Предлагаемая модель описания процесса изменения свойств системы вкладыш- шпиндель имеет ряд преимуществ перед дугимн возможными способами . Среди них : простота и наглядность используемых математических методов ; возможность использовать полученные марковские модели в задачах оптимального управления случайными процессами .

для реализаций наблюдаемого процесса износа вкладышей N(1;) проведена проверка на марковость н однородность , в результате которой получено подтверждение того , что исследуемый процесс N(ъ) является однородной по времени цепью Маркова с известной матрицей переходных вероят; остей . Указанная матрица испольчуэтся затем дня отыскания оптимальной стратегии эксплуатации рассматриваемого узла.

Для оценки неопределенностей при нахождении значений Р^ найдены доверительные интервалы , которые покрывают истинные значения р с определенным уровнем доверия г-аго.'ЭЕ .

частные доверительные интервглы , полученные для каждой оценки р могут быть заменены более точными доверительными областями , поскольку эти переменные не являются на самом деле независимыми между собой , как это предполагалось ранее при пост-

роеннн доверительных интервалов .

При построении цепи Маркова было принято важное допущение о том что все полученные реализации процесса износа вкладышей Hit) принадлежат одной генеральной совокупности . Это допущение оправдано и с точки зрения диагностики

возможные реализации процесса N(t) представлены на Рис. , где N-1 и N обозначают состояния вкладыша (значения износа) , при попадании в которые происходит отказ системы ; m -состояние , при превышении которого следует производить остановку эксплуатации вкладыша и узла в целом , ■ и его замену ; Q - длительность времени между последовательными заменами вкладыша . 1

задача состоит в гэм , чтобы минимизируя функцнонал S(ai) , найти оптимальное значение m при известном процессе деградации , который задается цепью Маркова .

Решение поставленной задачи сводится к вычислению математического ожидания длительности интервала между заменами MQ ij вероятности отказа на одним интервала р^ как функций параметра • п и дальнейшей оптимизации по этому параметру . Предлагаемый подход непосредственного вычисления гл* (оптимального уровня замен) при каждом возможном значении и позволяет непосредственно выяснить эффективность эксплуатации по оптимальному значению параметра , а также выдать соответствующие рекомендации в случае , если оптимальная эксплуатация невозможна в силу каких-либо неутенных при постановке задачи ограничений .

дня математического ожидания KQ справедливо равенство ;

го-1

HQ г- т. Т. * Р.

1=0 1

r.f ■!,> ч il-МО.' опоиодьм "фирпу;;ы полной вероятности , где P. =Ï4U( 0) = 1}

-21- начальное распределение значения процесса при постановке вкладыша в эксплуатацию ; Т^ ^ ~ математическое ожидание времени перехода с уровня 1 в область V .

для определения величин Т ^ используются линейные алгебраические уравнения типа

Т. = 2 Р = 1 , 1=0,----ш-1,

¿=0 "

вывод которых содержится в [18] , а Р. . обозначают элементы матрицы переходных вероятностей Р .

Вероятность отказа Р^ получаем по следующей зависимости

т-1

Pf=, г

Для каждой известной пары чисел Сир решая последовательно для каждого m эта системы уравнений , и оптимизируя по этому параметру , получим оптимапьное значение т* .

При помогли ЭВМ получены зависимости S(m) , приведенные в таблице 2 для реальных с=32В и D=12CH4 (в условных единицах).

в результате поиска оптимального значения функционала S(m) ■ найдена величина суммарного износа контактирующих поверхностей шпиндельного соед1.!°ния , равная К - 8 им (состояние т*= 4' при S(m*) - 332 услор .мх единиц и M(Q) =32,9 сут . Величина т* является оптимальным уровнем износа для приведенных соотношений долей затрат на минимальное С и аварийное восстановление D . несвоевременная подготовка комплекта запасных частей и замена изношенных вкладышей приводит к росту удельных затрат на обслу».щ;?-нне и ремонт .

таблица 2

ff

L-

Удельные затраты на эксплуатацию

Параметр m

Уровень 1234567 3

износа , m

вероятность ,071 ,102 ,135 ,160 ,198 ,276 ,421 ,50Э

отказа, р

Матем.ожид.

Бремени до остановки

MQ ,сут 13,4 20,3 26,6 32,9 38,9 44 49,4 S3

затраты в ед.

времени 1012 100Э 900 832,3 880,9 934,4 1250 1342

S(m) РУб

в данном разделе решена задача оптимизации периодичности проведения замен как вида ТО , на примере конкретной детали ' в шпиндельном узле . ■

Лля улучшения триРотехнических характеристик бронзовых

/

вкладышей были проведены дополнительно экспериментальные исследования с примененном различных смазочных материалов . Использований фторопластовых вставок на вкладышах скольжения привело к увеличению срока их службы в 3...6 раз по результатам опытно-промышленных испытании .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РдбОТЕ i. нл осмор.е созданной информационной системы по учету, сбору, об-p~í'0)'Kc> и анализу сведениГ« ой отказах и простоях технологического иборудомтш стана 2*¿oorn , онвдр'.нноГ* ь ЛПЦ-4 Магнитогорского м iач'¡урп1Ч.--.;кС'Го ксмоината , ироли.члизирован& unenпуатвционная

надежность деталей и узлов стана . в результате проведенных исследований были выявлены наиболее "слабые " элементы линий привода рабочих клетей по критерию частоты отказов, для исследуемых элементов шпиндельного соединения получены количественные показатели надежности : гамма-процентный ресурс к вероятность безотказной работы . Изучение причин выхода из строя шпинделя в линии привода клети ы 4 показало , что отказ оборудования по критерию усталостного разрушения происходит в 58% случаев, а по критерию изнашивания - в 15% . Соответствующие цифры для шпинделя клети м 11 - 73% и 23% .Указанные причины выхода оборудования из строя делают необходимым более пристальное изучение механики разрушения элементов шпиндельного соединения ..

2. Проведена оценка ресурса шпиндельного соединения по накоплению усталостных повреждений. Для решения этой задачи был исследован и описан спектр нагружения конструкции при заданном годовом сортаменте . Итоговое распределение нагрузок для клетей № 4 и и стана 2500гп получено на основании экспериментального и аналитического исследования спектра нагружения .

3. По разработанной БНИИМЕТМАШ методике оценки усталостной прочности элементов шп.'чдельного соединения по коэффициентам запаса установлены следующие коэффициенты запаса прочности при сроке службы один год и нормативной величине [п]=2 : для клети кг4 -1.42, для клети к 11 - 2.75, а при сроке службы 4 года происходит снижение величин коэффициентов до 1.1 и 2.35 .соответственно. Полученные величины коэффициента запаса для клети м 4 служат основанием для оценки функции распределения ресурса с целью адекватного планирования ТО.

4. С учетом попученных характеристик усталости материала шпинделя

в приводе клети ы л получена расчетным путем логнормэльная функция

распределения ресурса натурной конструкции шпинделя с медианным ¿качением 3.7 года и стандартным отклонением -0.5 года. 5. математическое моделирование задачи определения оптимального срока до замены оборудования , исходя из минимизации затрат на обслуживание , позволило определить оптимальный интервал до замены шпинделя - 2.05 года. Только при таких значениях интервала обслуживания достигается наименьшая стоимость затрат на эксплуатацию шпиндельного узла.

е. на основе экспериментально полученной информации о процессе изнашивания деталей разработана математическая модель процесса деградации свойств вкладыша с использованием марковских процессов. Найден оптимальный регламент технического обслуживания шпиндельного соединения при непрерывном мониторинге процесса изнашивания вкладыша по критерию минимизации затрат на то. оптимальный интервал замены вкладыша в соединении составляет зэ дня . 7. осуществлено промышленное опробование конструкций вкл.адыша с фторопластовыми пальцами, что привело к уменьшению скорости, изнз-. шниакия рабочих поверхностей в 3-6 раз. ,

й. предлагаемый системный подход к оценке и прогнозированию надежности рассматриваемого злем%нта стана 2500гп ппозволяет провести достоверный расчет характеристик надежности .применение выданных рекомендаций при ппанировании периодичности и обьема ремонтных работ , требуемого количестьа запасных частей дает возможность оптимизировать как межремонтные периоды , так и стоимости обслуживании . •

основное содержание работы отражено в следующих публикациях;

1. Гсжтек Д.Д., жиркин «.Б., Шериновя &.М., Лунькова С.м. ¡»Кен-!; п .-ЦИОНН.1П HAttw4.nc-c.Tb прокат! юг 'о I .чсрудоьамии / Расчеты на

прочность металлургических машин .тез.науч.-техн.конд .Жданов. 1SS5. leec.

2. Жиркин Ю.В. , лунькова С.М.К вопросу оценка- доверительных интервалов для вероятности безотказной работы детален / эксплуатационная . надежность машин, роботов и модулей гибких производственных систем .тез .науч.-техн.конф.Свердловск.1987,97с.

3. Разработка информационной системы о техническом состоянии действующего оборудования и оценка его эксплуатационной надежности ( л.а.гостев, Ю.В.жиркин, Э.Н.щеринога, с.М .лунькова.МГМИ.Магнитогорск. 1937.бс.деп.в черметинформацни .1937.к д95е .

4. Жиркин Ю.В., щеринова Э.Н., лунькова С.И. Расчетный метод определения оптимального количества запасных частей по критерию надежности / Расчет и управление надежностью больших механических систем. тез. науч. -техн .конф .Курган. 198s. е.3с.

5. Наумова Н.И., жиркин Ю.В., Щеринова Э.Н., лунькова С.и. Анализ надежности прокатного оборудования с использованием информационной системы / Применение ЭВМ в научных исследованиях и разработках.Тез .науч .-техн .конф.Днепропетровск. 1989. изс.

е. Щеринова Э.Н., Лунькова С.М.обеспечение надежности оборудования выбором оптимальной стратегии технического обслуживания / Теория и практика надежности и качество изделий нашиностро-ительных предприятии.Тез.науч.-техн.конф.Краматорск. 19ЭО.96с.

7. Жиркин Ю.В., Мишин Г.д., лунькова С.М.Трибологические исследования шарниров универсальных шпинделей линий привода прокатных станов.-Известия вузов .Черная металлургия . 1993.w 6.