УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ РОЛИКОВ ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА И ЗВЕНЬЕВ ИХ ПРИВОДОВ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Полезная модель относится к металлургии, конкретнее к оборудованию непрерывных широкополосных станов горячей прокатки и может быть использована для создания автоматических систем диагностирования технического состояния роликов отводящего рольганга, приводных электродвигателей и звеньев привода.
Известен способ контроля и комплексной диагностики состояния вытяжных роликов и звеньев их приводов в зоне вторичного охлаждения установки непрерывной разливки металлов и сплавов включающий измерение значений силы тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов до и в процессе разливки, формирование в процессе разливки массива текущих значений токов нагрузки электродвигателей как минимум за два оборота ролика и массива средних значений за два оборота ролика токов холостого хода до начала разливки, осуществление спектрального преобразования массива текущих значений тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов, выделение в каждом спектре изменения значений тока нагрузки группы гармонических составляющих определенной величины и последовательности, соответствующие частотными характеристиками ролика и отдельных звеньев его привода, сравнение значения параметров каждого спектра с параметрами спектра, полученного при исправном оборудовании, и по их рассогласованию определение характера и величины прогиба каждого ролика, повреждение подшипниковых узлов и их приводных редукторов, причем дополнительно измеряют общий ток всех электродвигателей тянущих роликов и скорость разливки, формируют массив значений скорости разливки общего тока нагрузки всех электродвигателей тянущих роликов как минимум за два оборота тянущего ролика, формируют до начала разливки массив соответствия величины прогиба тянущего ролика и амплитуды изменения значений тока
электродвигателей тянущих роликов, заполняемый в соответствии с математической моделью вращения прогнутого ролика, определяют периоды изменения значений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов и общего тока с помощью автокорреляционных функций, определяют расчетный период оборота тянущего ролика на текущей скорости разливки, определяют темп изменения тока нагрузки электродвигателей тянущих роликов и по соответствию отклонения реального периода изменения тока нагрузки тянущего ролика от расчетного периода оборота ролика на данной скорости и определенным значениям темпа изменения тока нагрузки устанавливают факт наличия автоколебаний в электромеханической системе электродвигатель - тянущий ролик-слиток, буксовки тянущего ролика по слитку, периодического отсутствия контакта между роликом и слитком и величены прогиба тянущего ролика по соответствию величины первой гармоники значению массива соответствия величины прогиба тянущего ролика и амплитуды изменения значений тока электродвигателей тянущих роликов, по изменению значений массива средних значений за два оборота ролика токов холостого хода от одной разливочной компании к другой определяют степень износа звеньев привода тянущих роликов.
Однако данный способ без доработки не может быть использован для диагностирования оборудования отводящего рольганга стана горячей прокатки вследствие различия режимов и скоростей работы вытяжных роликов и звеньев их электроприводов в зоне вторичного охлаждения и отводящего рольганга прокатного стана, соотношения моментов инерции электродвигателей и роликов, а также характера связи ролик-слиток и ролик-полоса.
Ближайшим аналогом к заявленному устройству является автоматизированная система токовой диагностики (АСТД), которая содержит датчик тока и преобразователь на каждый ролик рольганга, причем выходы преобразователей соединены с системой оцифровки сигнала, выход которой соединен с выходом системы визуализации информации.
СР.КВ
Н
СР.КВ.
Н
СР.КВ.
Недостатком ближайшего аналога является отсутствие возможности конкретизировать вид неисправности, что не позволяет подготовиться к ремонту во время остановки стана. Кроме того, перегрев электродвигателя ролика отводящего рольганга определяется по условию I>I (I - среднеквадратичный ток нагрузки электродвигателя за 10 минут работы, I - номинальный ток нагрузки электродвигателя), причем период расчета I выбран без учета постоянной времени нагрева электродвигателей, что может привести к появлению ложных сигналов об их перегреве. Также данное устройство не предоставляет информацию о качестве выполнения роликами отводящего рольганга предъявляемых к ним технологических требований по транспортированию листа от последней катающей клети стана до принимающей моталки.
Технический результат при использовании заявляемого устройства заключается в уменьшении времени ремонта оборудования отводящего рольганга за счет определения вида неисправности в линии электропривода роликов отводящего рольганга непосредственно во время прокатки, обеспечение возможности оценки качества выполнения роликами отводящего рольганга технологических требований, предъявляемых к ним.
Технический результат достигается тем, что устройство диагностики состояния роликов отводящего рольганга и звеньев их приводов прокатных станов, содержащие датчики тока, количество которых соответствует количеству роликов, а выход каждого датчика соединен с выходом преобразователя сигналов, выходы которых соединены с выходом системы оцифровки сигналов, и систему визуализации информации, снабжено блоком анализа временных диаграмм изменения тока нагрузки электродвигателей, вход которого соединен с выходом системы оцифровки сигналов, а выход с входом системы визуализации информации.
Технический результат достигается за счет увеличения частоты оцифровки сигналов в оцифровки сигналов до величины, позволяющей адекватно отображать процессы, происходящие в электроприводе роликов
рольганга, и вводится блок анализа временных диаграмм изменения тока нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга стана, определяющий неисправность щеточно-коллекторного механизма приводного электродвигателя ролика отводящего рольганга, эксцентриситет бочки ролика, неисправность соединительных муфт в линии привода ролика, неисправности подшипниковых узлов линии привода, правильность выставки роликов относительно горизонтальной плоскости рольганга, тепловой режим работы приводного электродвигателя и усилие транспортирования, сообщаемое роликом полосе, что позволяет фиксировать неисправность во время прокатки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дана структурная схема заявляемого устройства, на фиг.2 - временная диаграмма изменения тока нагрузки приводного электродвигателя при наличии эксцентриситета бочки ролика, на фиг.3 - временная диаграмма изменения тока нагрузки электродвигателя ролика отводящего рольганга при неисправности соединительной муфты, на фиг.4 - временные диаграммы изменения тока нагрузки приводного электродвигателя при одновременном наличии эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга и неисправности соединительных муфт в линии привода ролика и их частотные спектры, на фиг.5 - временные диаграммы тока нагрузки ролика отводящего рольганга при различных стадиях неисправности щеточно-коллекторного механизма электродвигателя, на фиг.6 - временные диаграммы изменения эквивалентных токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга и показания датчиков наличия листа в последней катающей клети и принимающей моталке, на фиг.7 - динамическая модель нагрева электродвигателя ролика отводящего рольганга.
Предлагаемое устройство включает датчики тока 1 фиг.1, причем каждый ролик 2 рольганга снабжен индивидуальным датчиком 1, выход каждого датчика 1 соединен с входом преобразователя сигнала 3. Каждый датчик тока 1 включен в якорную цепь приводного электродвигателя 4, который соединен через одну соединительную муфту 5 или промежуточный
вал 6 и две соединительных муфты 5 с валом ролика 2. Выходы всех преобразователей сигналов 3 соединены с входом системы оцифровки сигналов 7, выход которой соединен с входом блока сигнала временных диаграмм 8 изменения тока нагрузки электродвигателей 4, выход которого соединен с входом системы визуализации информации 9.
Устройство работает следующим образом.
С датчика тока 1 поступает информация о величине мгновенных значений тока якоря электродвигателей 4 на преобразователи сигналов 3, выходы которых соединены со входами системы оцифровки сигналов 7. Выходы системы оцифровки сигналов 7 соединены со входом блока анализа временных диаграмм 8 тока нагрузки приводных электродвигателей. Если ролик 2 отводящего рольганга, приводной электродвигатель 4 и линия привода, соединяющая их валы, исправны, то при постоянном задании на скорость отводящего рольганга ток нагрузки приводного электродвигателя 4 является постоянным. Появление в линии привода роликов 2 неисправности соединительных муфт 5, щеточно-коллекторного механизма электродвигателя 4 и эксцентриситета бочки ролика 2 приводит к появлению периодических колебаний тока нагрузки приводного электродвигателя 4 различной формы, в зависимости от типа неисправности (фиг.2, 3, 4, 5).
Для диагностирования данных неисправностей в блоке анализа временных диаграмм 8 создается массив мгновенных значений тока нагрузки приводного электродвигателя 4, содержащий в себе временную диаграмму изменения тока нагрузки приводного электродвигателя 4 за время не менее времени трех оборотов ролика 2 и созданный с дискретой по времени, достаточной для адекватного отображения процессов, происходящих в электроприводе 4 ролика 2 (базовое значение Δ=1 мс). Методом нормированного автокорреляционного анализа определяется период Т колебаний тока нагрузки приводного электродвигателя 4 и отношение величины Т к расчетному времени оборота ролика Тр=2πR/V (V - линейная скорость образующей бочки ролика, R - радиус бочки ролика). По принадлежности
отношения Т/Тр к диапазону величин, определяемому конструкцией и количеством соединительных муфт 5 в линии привода ролика 2, делается вывод о наличии неисправности в соединительной муфте 5.
Результаты анализа временных диаграмм отображаются системой визуализации информации 9.
Наличие эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга и одновременное присутствие эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга и неисправности соединительных муфт определяется при Т/Тр≈1 путем анализа частотного спектра временной диаграммы изменения тока нагрузки приводного электродвигателя. На фиг.2 представлена временная диаграмма изменения тока нагрузки приводного электродвигателя при наличии эксцентриситета бочки ролика, на фиг.4 представлены временные диаграммы изменения тока нагрузки приводного электродвигателя при одновременном наличии эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга и неисправности соединительных муфт в линии привода ролика и их частотные спектры.
1
2
1
2
Неисправность щеточно-коллекторного механизма приводного электродвигателя диагностируется по наличию интервалов времени равенства тока нагрузки электродвигателя ролика отводящего рольганга нулю в течение времени оборота ролика. Кроме того, в устройстве анализа временных диаграмм осуществляется контроль темпа изменения тока нагрузки приводного электродвигателя и измерение времени t и t между провалами тока, обусловленными нарушением коммутации электродвигателя. По величине темпа изменения тока нагрузки приводного электродвигателя, обусловленным переходными процессами в электроприводе при разрыве якорной цепи, и по отношению интервалов времени t и t, обусловленному пространственным расположением токоснимающих щеток коллектора приводного электродвигателя и степенью износа коллектора, делается вывод о наличии неисправности щеточно-коллекторного механизма электродвигателя ролика отводящего рольганга и степени разрушения коллектора. На фиг.5 показаны временные диаграммы изменения тока нагрузки электродвигателя ролика
отводящего рольганга по мере разрушения щеточно-коллекторного механизма электродвигателя.
Ролики отводящего рольганга, выставленные ниже горизонтальной плоскости стола рольганга, могут не иметь контакта с полосой, а, значит, и не участвуют в транспортировании полосы от последней катающей клети до принимающей моталки, что увеличивает вероятность застревания полосы. Диагностирование роликов отводящего рольганга, выставленных ниже горизонтальной плоскости стола, проводится путем сравнения токов холостого хода роликов и токов нагрузки электродвигателей роликов для случаев прокатки полос различного сечения. Тонкие полосы прогибаются между роликами и касаются роликов, выставленных ниже горизонтальной плоскости. Поэтому токи нагрузки приводных электродвигателей таких роликов превышают токи холостого хода. При увеличении толщины полосы ролики, выставленные ниже горизонтальной плоскости рольганга, теряют контакт с полосой, и токи нагрузки их приводных электродвигателей становятся равными токам холостого хода. Таким образом, можно осуществить диагностирование выставки роликов ниже горизонтальной плоскости стола отводящего рольганга. Для этого создается массив токов холостого хода электродвигателей отводящего рольганга после ремонта или замены роликов и массив эквивалентных токов нагрузки приводных электродвигателей за период оборота ролика рольганга при прокатке листов различной толщины. Далее производится сравнение значений эквивалентных токов нагрузки с токами холостого хода электродвигателей. Если значение эквивалентного тока нагрузки электродвигателя превышает значение тока холостого хода, то ролик имеет контакт с полосой и участвует в транспортировании полосы. Если при прокатке тонкой полосы значение эквивалентного тока нагрузки приводного электродвигателя превышало значение его тока нагрузки холостого хода, а при прокатке толстого листа эти значения равны, можно утверждать, что ролик выставлен ниже горизонтальной плоскости стола отводящего рольганга.
к-1
к
к+1
ПК
М
1
2
Диагностирование роликов отводящего рольганга, выставленных выше соседних производится для случаев прокатки тонких полос по временным диаграммам эквивалентных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга. На фиг.6 показаны временные диаграммы эквивалентных токов нагрузки приводных электродвигателей I(t), I(t), I(t), показания датчика наличия металла в последней катающей клети U и датчика входа листа в принимающую моталку U Из фиг.6 следует, что после входа головной части полосы в принимающую моталку (t, фиг.6), ток k-го электродвигателя увеличивается. Это происходит из-за того, что появляется натяжение полосы между тянущими роликами принимающей моталки и последней тянущей клетью, а так как ролик выставлен выше соседних, на него начинает действовать сила тяжести полосы нескольких межроликовых пространств, что обуславливает увеличение момента на валу приводного электродвигателя. При этом соседние ролики теряют контакт с полосой и токи нагрузки их электродвигателей уменьшаются. До захвата полосы моталкой (t, фиг.6) все ролики имели контакт с полосой вследствие ее прогиба и участвовали а транспортировании ее головной части.
Диагностирование неисправности подшипниковых узлов линии привода ролика отводящего рольганга осуществляется по изменению тока нагрузки холостого хода приводного электродвигателя в течение межремонтного периода времени. Для каждого ролика отводящего рольганга измеряется величина тока нагрузки холостого хода (без полосы) сразу после ремонта ролика и в течение межремонтного периода его работы. При увеличении тока нагрузки холостого хода приводного электродвигателя в К раз (К определяется экспериментально для каждого способа реализации механической связи роликов и приводных электродвигателей) делается вывод о неисправности линии привода ролика отводящего рольганга. Дальнейшая эксплуатация таких роликов может привести к полному разрушению подшипников, заклиниванию роликов, разрушению их бочек, ухудшению качества поверхности проката и аварийной остановке полосы на отводящем рольганге.
Я
ОС
ОВ
Н
Я
Определение теплового режима работы электродвигателей роликов отводящего рольганга предлагается осуществлять по динамической модели нагрева якоря электродвигателя, показанной на фиг.7. На фиг.7 приняты следующие обозначения: I - эквивалентное значение тока нагрузки электродвигателя за время оборота ролика отводящего рольганга, t - температура окружающей среды, t - температура нагрева обмотки якоря электродвигателя от его обмотки возбуждения, Т - постоянная нагрева электродвигателя отводящего рольганга, t - температура обмотки якоря электродвигателя, К - коэффициент передачи.
ОВ
Н
Значения величин t, Т и К определяются экспериментально из опыта нагрева обмотки якоря электродвигателя ролика отводящего рольганга при неподвижном якоре.
Усилия транспортирования, сообщаемые роликами отводящего рольганга полосе, определяются по выражению:
ТР
Я
XX
СОПР
ДИН
F=(I·сФ-IcФ-M-М)/R,
XX
где I - ток нагрузки холостого хода электродвигателя ролика отводящего рольганга;
сФ - произведение конструктивной постоянной электродвигателя на поток возбуждения;
СОПР
M - момент сопротивления, обусловленный силой тяжести полосы и воздействием ламинарного охлаждения на ролики отводящего рольганга через лист;
ДИН
М - динамический момент электропривода ролика отводящего рольганга;
R - радиус бочки ролика отводящего рольганга.
Определение усилия транспортирования, сообщаемого роликами отводящего рольганга полосе, позволяет оценить качество выполнения отводящим рольгангом предъявляемых к нему технологических требований, определить минимальное усилие, необходимое для надежного транспортирования полосы от последней катающей клети до принимающей
моталки и снизить количество аварийных остановок полосы на отводящем рольганге.
Таким образом, устройство позволяет определять неисправности в линии электропривода роликов в процессе прокатки и подготовиться к ремонту до остановки стана, что значительно сокращает простои стана, связанные с ремонтом.