Особенности проявления и выявления поломок металлургических машин

Достижение максимальной эффективности использования металлургического оборудования возможно лишь при наличии информации о техническом состоянии механизмов. Полученные данные имеют большой практический интерес и используются при определении объемов ремонтных работ, допустимой степе­ни нагруженности и сроков эксплуатации машин. Характерным признаком наличия дефектов в механической системе является появление вибраций. Регистрация механических колебаний оп­ределила основную суть оборудования.

Одна­ко при взаимодействии узлов механизма не всегда возможно определить источник колебаний, используя традиционный под­ход. Необходим глубокий анализ данных измерений с использо­ванием диагностических моделей.
Основная задача технической диагностики — получение ин­формации о состоянии объекта. Для этого выполняются выбор, измерение и анализ диагностических параметров. Диагностичес­кими параметрами, наиболее полно отражающими состояние механического оборудования, являются параметры вибрации. Механическое оборудование металлургических предприятий имеет характерные отличия, соответственно, процесс его диагно­стики требует учета этих особенностей.
Металлургические машины имеют напряженный цикличес­кий ритм работы, динамический и близкий к ударному режим нагружения. Характерным для данного класса оборудования яв­ляются: единичное и мелкосерийное изготовление; большая мас­са и габариты; большая мощность привода; тяжелые условия ра­боты (запыленность, воздействие высоких, быстроменяющихся температур); высокие динамические нагрузки при цикличном характере нагружения и относительно низких частотах вращения: различные уровни вибрации при работе на холостом ходу и под нагрузкой. Обычно машины металлургического производства включают: привод, состоящий из электродвигателя и редуктора, а также исполнительный механизм.
Индивидуальность изготовления определяет высокие требова­ния к надежной работе оборудования. Это достигается либо обес­печением прочности за счет завышенных коэффициентов запаса прочности, либо резервированием. Первый путь имеет естествен­ные ограничения, связанные с увеличением массы, габаритов и мощности привода. При этом часто не происходит пропорциональ­ного роста срока службы. Резервирование применяется: для испол­нительных органов — созданием дополнительных комплектов ра­бочей оснастки; для электродвигателей — наличием запасного обо­рудования. В результате лишь редуктор привода, не имеющий резервирования, оказывается наиболее уязвимым местом системы.
Известно, что надежность системы определяется произведе­нием показателей надежности каждого из составляющих элемен­тов. Отсюда вытекают повышенные требования к безотказной работе редуктора. В силу единичности изготовления на стадии проектирования отсутствуют статистические данные о надежно­сти аналогичных механизмов. Стадия изготовления в лучшем случае обеспечивает заданные показатели и лишь на стадии эксплуатации имеется возможность оценить правильность принятых конструкторских решений.
Следовательно, металлургические машины в технологичес­ком цикле не имеют прямого резервирования, поэтому при обес­печении их надежной, безотказной работы важнейшим фактором являются техническое обслуживание, своевременное и каче­ственное проведение ремонтов.
Решение данной проблемы невозможно без проведения техни­ческой диагностики, в частности, контроля параметров вибрации. Однако в силу своих особенностей к металлургическим машинам не применимы нормативы общепринятых стандартов. Уникаль­ность оборудования требует индивидуального полхода к решению вопросов оценки технического состояния конкретного механизма
Машины, непосредственно участвующие в технологическом процессе, обычно имеют два характерных режима работы: под нагрузкой и холостой ход. Дефекты привода проявляются на хо­лостом ходу и увеличивают вибрацию механизма под нагрузкой. Дефекты исполнительного механизма проявляются лишь при работе под нагрузкой и не влияют на вибрацию машины на хо­лостом ходу. Отсюда вытекает необходимость измерения пара­метров вибрации в двух указанных режимах и учет их соотноше­ния при анализе результатов.
Основным результатом диагностирования оборудования явля­ется определение технического состояния и прогнозирование его изменения. Полученная информация используется ремонтными службами в своей деятельности, что и обеспечивает экономичес­кую эффективность работы служб технической диагностики. Сле­довательно, качество переданных данных должно отображать всю сущность происходящих в механизме изменений. В настоящее время это требование не выполняется. Значительные успехи в раз­витии радиоэлектроники, вычислительной техники привели к по­явлению анализаторов параметров вибрации, предоставляющих обширную информацию о спектральном составе вибрации. Одна­ко использование амплитудно-частотных характеристик идет по пути использования упрощенных диагностических моделей, ос­новное содержание которых заключается в распознавании дефек­тов по отслеживанию амплитуд вибрации на вычисленных инфор­мативных частотах возможного проявления дефекта, а прогнози­рование сводится к определению тенденций развития дефекта, в предположении неизменной скорости его изменения.
Данные положения не всегда позволяют объяснить внезапные изменения технического состояния машин стационарного режи­ма работы и абсолютно недостаточны для описания процессов, происходящих в механизмах с динамическим режимом нагруже­ния. В реальном механизме вибрация — следствие комплекса при­чин: состояния элементов и узлов механизма; критерии их износа; технологических параметров процесса; качества технического об­служивания. Каждый из этих факторов может стать основной при­чиной вибрации. Задача диагноста сводится к определению при­чины и способа устранения либо уменьшения уровня вибрации. Сложной проблемой является распознавание основного источника при одновременном проявлении нескольких причин.
Например, спектр вибрации редукторов металтурпгческих машин складывается из оборотных частот вращения валов, их гар­моник; частот зубчатых передач и их гармоник; информативных частот возможных дефектов подшипников качения. При ослабле­нии посадки подшипниковна валу и в корпусе, ослаблении затяж­ки резьбовых соединений появляются также суб- и супергармони­ки. На эти частоты накладываются резонансные частоты элемен­тов редуктора. Технологический процесс прокатки в свою очередь вызывает появление динамических колебаний. Используя метод суперпозиции, получаем сложную картину спектральных характе­ристик механизма, разобраться в которой при совпадении и наложении информативных частот весьма затруднительно.
Если бы информативные частоты проявления дефектов не были бы разнесены во времени и пространстве, задача определе­ния вида повреждения не имела бы решения. Практически же определяется не весь перечень дефектов, а концентрируются вни­мание на одном, двух, имеющих наибольшие параметры вибрации.
Измерение спектральных характеристик вибрации требует использования сложной аппаратуры, стабильных условий изме­рения и персонала. Зачастую гораздо более практичным является предварительное исследование механизма с использованием комплекта портативных диагностических при­боров контроля взаимодополняющих параметров вибрации либо анализа акустического шума. Эти методы, несмотря на незначи­тельную глубину поиска дефекта, позволяют получить первое предупреждение о происходящих изменениях в механизме, безус­ловно, при правильном выборе диагностических параметров.