РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО НАБЛЮДАТЕЛЯ УГЛОВОГО ЗАЗОРА В ШПИНДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ГЛАВНОЙ ЛИНИИ ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ
DOI:
https://doi.org/10.14529/power200314Ключевые слова:
ПРОКАТНАЯ КЛЕТЬ,, ЭЛЕКТРОПРИВОД, ШПИНДЕЛЬ, ИЗНОС, УГЛОВОЙ ЗАЗОР, КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ, НАБЛЮДАТЕЛЬ, РАЗРАБОТКА, ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ИСПОЛНЕНИЕ, РЕКОМЕНДАЦИИАннотация
Разработка систем контроля технического состояния оборудования прокатных станов должна основываться на современных цифровых технологиях. Одним из наиболее частых повреждений, возникающих в главных линиях электроприводов клетей, является поломка шпиндельных соединений. На примере реверсивной клети толстолистового стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») обоснована задача контроля износа шпиндельных соединений на основе периодического измерения угловых зазоров в автоматическом режиме. Выполнен анализ осциллограмм скоростей и моментов двигателей в аварийном режиме, вызванном поломкой шейки валка. Подтверждены колебательные свойства системы «электропривод - валок», увеличивающие амплитуду упругого момента при захвате металла. Разработан наблюдатель углового зазора, принцип которого основан на алгоритмическом вычислении (восстановлении) неизмеряемого сигнала (зазора) на основе математической обработки физических параметров (скорости и электромагнитного момента двигателя), измеряемых с заданной периодичностью. Предложен способ мониторинга износа шпиндельного соединения, обеспечивающий косвенное определение углового зазора путем интегрирования скорости при разомкнутом зазоре. Интервал вычисления интеграла определяется путем фиксации динамического увеличения момента двигателя в момент его активного закрытия при отсутствии металла в валках. Представлена структура наблюдателя, приведены осциллограммы, поясняющие возможность его практической реализации. Дана характеристика имитационной модели электромеханической системы клети стана 5000. Выполнены исследования алгоритмов, реализующих разработанный способ. Предложены вариант технического исполнения и алгоритм настройки наблюдателя. Обозначена стратегия дальнейших исследований, обоснованы направления создания цифровой системы мониторинга износа шпиндельных соединений. Отмечены технические эффекты, обеспечиваемые при внедрении выполненных разработок.
Скачивания
Библиографические ссылки
Predictive maintenance (PdM) analysis matrix: A tool to determine technical specifications for PdM readyequipment.
IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019, vol. 700, 012033. DOI:
1088/1757-899X/700/1/012033
Yongyi Ran, Xin Zhou, Pengfeng Lin, Yonggang Wen. A Survey of Predictive Maintenance: Systems, Purposes
and Approaches. IEEE communications surveys & tutorials, 2019, vol. XX, no. XX, 36 p. Available at:
Approaches.
Кирсанов А.Ф., Кузерман В.Ф., Виноградов Б.Н. и др. Анализ причин аварий оборудования листопрокат-
ных станов и меры по их предупреждению. Обзор. информ. Ин-та «Черметинформация». М., 1985. 36 с. [Kirsanov
A.F., Kuzerman V.F., Vinogradov B.N. et. al. Analysis of the causes of accidents in equipment of sheet rolling mills
and measures for their prevention. Overview Inform. Institute “Chermetinformation”. Moscow, 1985. 36 p. (in Russ.)]
Мюллер В. Обзор повреждений в приводах прокатных станов. Черные металлы. 1996. № 2526.
С. 914. [Muller V. Review of damages in drives of rolling mills. Black metals. 1996, no. 25–26, pp. 9–14. (in Russ.)]
Белоха В.В., Рябов Б.П., Бишко М.Ю. и др. Виды повреждений зубчатых передач металлургических
приводов. Ин-т «Черметинформация». Обзор. информ. Сер. «Эксплуатация и ремонт металлургического
оборудования». Вып. 2. М., 1990. 15 с. [Belokha V.V., Ryabov B.P., Bishko M.Yu. et. al. Types of damage to
gears of metallurgical drives. Institute “Chermetinformation”. Review Inform. Ser. “Operation and repair of metallurgical
equipment”, iss. 2. Moscow, 1990. 15 p. (in Russ.)]
Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A., Loginov B.M., Khramshina E.A. Method limiting dynamic
loads of electromechanical systems of plate mill stand. 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers
in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). Moscow and St. Petersburg, Russia, 2018, pp. 651–656.
DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317180
Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Khramshin V.R. Use of automated electric drives for
limiting dynamic loads in shaft lines of roll mill stands. Journal of Engineering, vol. 2019, no. 17, pp. 3578–3581.
DOI: 10.1049/joe.2018.8135
Krot P.V. Hot rolling mill drive train dynamics: torsional vibration control and backlash. Millennium
Steel China. Annual Issue, 2009, pp. 91–95. Available at: https://www.researchgate.net/publication/
_Hot_rolling_mill_drive_train_dynamics_torsional_vibration_control_and_backlashes_diagnostics.
DOI: 10.1109/cca.2009.5280933
Gasiyarov V.R., Khramshin V.R., Voronin S.S., Lisovskaya T.A., Gasiyarova O.A. Dynamic Torque Limitation
Principle in the Main Line of a Mill Stand: Explanation and Rationale for Use. Machines, 2019, no. 7 (4),
pp. 76. DOI: 10.3390/machines7040076
Крот П.В. Методы и аппаратура измерения износа в линиях привода прокатных станов. Металлургиче-
ские процессы и оборудование. 2008. № 2 (12). C. 45–53. [Krot P.V. Methods and equipment for measuring wear in
drive lines of rolling mills. Metallurgical processes and equipment, 2008, no. 2 (12), pp. 45–53. (in Russ.)]
Крот П.В., Приходько И.Ю. Активный контроль крутильных колебаний и вибрации в прокатных
станах. Вибрация машин: измерение, снижение, защита: научно-технический и производственный сборник
статей. Вып. 3. Донецк: ДонНТУ, 2009. С. 44–60. [Krot P.V., Prikhodko I.Yu. Active control of torsional vibration
and vibration in rolling mills. Vibration of machines: measurement, reduction, protection: scientific, technical and
industrial collection of articles, vol. 3. Donetsk, DonNTU Publ., 2009, pp. 44–60. (in Russ.)]
Krot P.V. Nonlinear Vibrations and Backlashes Diagnostics in the Rolling Mills Drive Trains. Proc. of
th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference (ENOC 2008), Institute of Problems in Mechanical Engineering
RAS, June 30 – July 4, 2008, St. Petersburg, Russia, pp. 360–365.
Krot P., Prykhodko I., Raznosilin V., Zimroz R. Model Based Monitoring of Dynamic Loads and Remaining
Useful Life Prediction in Rolling Mills and Heavy Machinery. Advances in Asset Management and Condition
Monitoring. Chapter: 34. Springer International Publishing, pp. 399–416. DOI: 10.1007/978-3-030-57745-2_34
Ohlert J., et al. Digitalization in hot and cold rolling mills. Mat. Sci. Forum, 2016, 854, pp. 215–224.
DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.854.215
Tervo J., et al. Intelligent techniques for condition monitoring of rolling mill. European Symposium on Intelligence
Technology, ESIT 2000, Aachen, Germany, 2000, pp. 330–334. Available at: https://citeseer.ist.psu.edu/
viewdoc/summary?doi=10.1.1.4.5697&rank=1
Lei Y., et al. Machinery health prognostics: a systematic review from data acquisition to RUL prediction.
Mech. Syst. Signal Process, 2018, vol. 104, pp. 799–834. DOI: 10.1016/j.ymssp.2017.11.016
Bachschmid N., et al. Identification of multiple faults in rotor systems. J. Sound Vibr., 2003, vol. 254 (2),
pp. 327–366. DOI: 10.1006/jsvi.2001.4116
Tinga T., Loendersloot R. Physical model-based prognostics and health monitoring to enable predictive
maintenance. Predictive Maintenance in Dynamic Systems: Advanced Methods, Decision Support Tools and Real-
World Applications, 2019, pp. 313–353. Springer. DOI: 10.1007/978-3-030-05645-2_11
Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Khramshin V.R., Karandaeva O.I. Information and Measuring System
for Electric Arc Furnace Transformer Monitoring. 12th International Conference on Actual Problems of Electronic
Insrument Engineering (АPEIE-2014). Novosibirsk, 2014, vol. 1, pp. 273–279. DOI 10.1109/APEIE.2014.7040896
Лукьянов С.И., Карандаев А.С., Евдокимов С.А., Сарваров А.С., Петушков М.Ю., Храмшин В.Р.
Разработка и внедрение интеллектуальных систем диагностирования технического состояния электриче-
ского оборудования. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2014. № 1. С. 129–136. [Lukyanov S.I., Karandaev A.S.,
Evdokimov S.A., Sarvarov A.S., Petushkov M.Yu., Khramshin V.R. Development and implementation of intelligent
systems for diagnosing the technical condition of electrical equipment. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova, 2014,
no. 1, pp. 129–136. (in Russ.)]
Radionov A.A., Evdokimov S.A., Karandaev А.S., Khramshin V.R. Information and Measurement System
for Control of Technical State of Asynchronous Electric Motors with Group Supply from Frequency Converter.
th International Conference on Actual Problems of Electronic Insrument Engineering (АPEIE-2014). Novosibirsk,
, vol. 1, pp. 280–285. DOI: 10.1109/APEIE.2014.7040897
Karandaev A.S., Evdokimov S. A., Khramshin V. R., Lednov R. A. Diagnostic Functions of a System for
Continuous Monitoring ofthe Technical Condition of the Transformers of Arc Steelmaking Furnaces. Metallurgist,
, vol. 58, no. 7–8, pp. 655–663. DOI: 10.1007/s11015-014-9972-5
Khramshin V.R., Evdokimov A.S., Evdokimov S.A., Karandaev A.S. Development and Industrial Introduction
of Systems for Monitoring Technical State of The Rolling Mills' Electrical Equipment. Proceedings
of the 2015 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference
(EIConRusNW), pp. 208–213. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102264
Лебедев С.К., Колганов А.Р., Гнездов Н.Е. Электромехатронные системы позиционирования с на-
блюдателями нагрузки: моногр. Иваново: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический
университет имени В.И. Ленина», 2016. 340 с. [Lebedev S.K., Kolganov A.R., Gnezdov N.E. Electromechatronic
positioning systems with load observers: monograph. Ivanovo, Ivanovo State Power Engineering University
named after V.I. Lenin Publ., 2016. 340 p. (in Russ.)]
Hori Yo., Sawada H., Chun Y. Slow resonance ratio control for vibration suppression and disturbance
rejection in torsional system. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1999, vol. 46, iss. 1, pp. 162–168. DOI:
1109/41.744407
Bouheraoua M., Wang J., Atallah K. Influence of Control Structures and Load Parameters on Performance
of a Pseudo Direct Drive. Machines, 2014, no. 2, pp. 158–175. DOI: 10.3390/machines2030158
Zhou W., Gao Zh. An Active Disturbance Rejection Approach to Tension and Velocity Regulations
in Web Processing Lines. 16th IEEE International Conference on Control Applications Part of IEEE Multiconference
on Systems and Control. Singapore, 2007, pp. 842–848. DOI: 10.1109/CCA.2007.4389338
Kuhm D., Knittel D. New design of robust industrial accumulators for elastic webs. IFAC Proceedings
Volumes. 2011, vol. 44, iss. 1, pp. 8645–8650. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.02458
Khramshin V.R., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Baskov S.N., Loginov B.M. Constraining the Dynamic
Torque of a Rolling Mill Stand Drive. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2018,
vol. 18, no. 1, pp. 101–111. DOI: 10.14529/power180109
Басков С.Н., Гасияров В.Р., Логинов Б.М., Храмшин В.Р., Одинцов К.Э. Разработка математиче-
ской модели взаимосвязанных электротехнических систем клети толстолистового прокатного стана. Извес-
тия вузов. Электромеханика. 2017. Т. 60, № 6. С. 55–64. [Baskov S.N., Gasiyarov V.R., Loginov B.M., Khramshin
V.R., Odintsov K.E. Development of a mathematical model of interconnected electrical systems of the stand of
a plate rolling mill. Proceedings of universities. Electromechanics, 2017, vol. 60, no. 6, pp. 55–64. (in Russ.)]
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
