АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОКАТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ

      Интенсификация производственных процессов прокатки повышает нагрузки на механическое оборудование. Циклическое воздействие напряжений приводит к появлению дефектов в сопрягаемых элементах. Зазоры в зубчатых передачах и подшипниках - одна из основных причин повышения вибраций и появления динамических нагрузок, приводящих к разрушению деталей. Первоочередной задачей при эксплуатации механизмов является обнаружение зарождающихся дефектов на ранней стадии возникновения с исcпользованием средств технической диагностики.

      Целью данной работы является разработка методических основ контроля состояния металлургического оборудования с использованием вибро-анализатора VIBROPORT - 30. Для определения особенностей диагностирования и развития повреждений металлургических машин рассмотрена характеристика развития аварийной ситуации редуктора привода прокатной клети № 9 стана 150 одного из металлургических заводов Донбасса.

      Проволочный стан 150 имеет черновую группу горизонтальных клетей дуо в состав которой входит клеть № 9 с диаметром валков 500 мм. Привод клети включает двигатель, мощностью 1200 кВт и шестеренную клеть, комбинированную с цилиндрическим редуктором, передаточное отношение i=28.4. Редуктор состоит из сварного корпуса с горизонтальными разъемами, трех понижающих передач и одной шестеренной передачи. Валы установлены на подшипниках качения. Выходы валов выполнены с бесконтактными уплотнениями. Все зубчатые колеса цементированы и шлифованы. Смазка и охлаждение зубчатых зацеплений и подшипников качения осуществляется системой циркуляционной жидкой смазки. Крутящий момент подается на приводной вал, понижающие и шестеренную передачи, где распределяется на два выходных вала и через универсальные шпиндели передается в рабочую клеть (рисунок 1). Редуктор изготовлен фирмой СКЭТ.

      Стан был запущен в эксплуатацию в июне 1994 г. В сентябре 1995 г. на редукторе привода 9-й прокатной клети была проведена замена подшипника входного вала. Причина замены - разрыв сепаратора и разворот одного из роликов вдоль беговой дорожки. Дефект был обнаружен по ратковременному (3...4 часа) повышению температуры до 60 °С, изменению характера шума и путем визуального осмотра. Летом 1996 г. начат периодический плановый контроль параметров вибрации приводов клетей черновой группы.

      В качестве диагностического пpибоpа использовался вибpоанализатоp VIBROPORT-30. Контpолиpовались паpаметpы: вибpоскоpость в частотном диапазоне 10...1000 Гц; вибpоускоpение, сpеднеквадpатичное и пиковое значения в частотных диапазонах 10...1000 Гц и 2...5000 Гц; частотные хаpактеpистики составляющих вибpации. Точка измеpения – подшипник входного вала, опpеделена как наиболее инфоpмативная после вибpационного обследования pедуктоpа. Напpавление измеpения - гоpизонтальное. Опpеделены инфоpмативные частоты дефектов: валов (1-й вал - 12 Гц; 2-й вал - 3.12 Гц; 3-й вал - 1.12 Гц; 4-е валы - 0.42 Гц); зубчатых пеpедач (1-я - 240 Гц; 2-я - 81 Гц; 3-я - 30 Гц; 4-я - 10 Гц); подшипников FAG23232.EAS.M.C3 входного вала (дефект наружного кольца - 102.7 Гц; дефект внутреннего кольца - 136.7 Гц; дефекты тел качения - 91.6 Гц; дефект сепаратора - 5.7 Гц). Возможны отклонения фактических частот от расчетных из-за регулирования частоты вращения двигателя при прокатке. Измерения, проведенные в июне 1996 г., показали низкие значения виброускорений (aскз=2,3 м/c2; aпик=4,8 м/c2), в обоих частотных диапазонах. Виброскорость составляла 0,7 мм/с при холостом и 1,0 мм/с на рабочем ходу. Спектральный анализ (рисунок 2), проведенный при работе под нагрузкой, показал низкий уровень составляющих вибрации (регистрировались значения превышающие 0,4 м/с2), в целом не превышающих 0,8 м/с2. Отмеченные четыре пика на частотах: 787,4 Гц - 2,8 м/с2; 812,7 Гц - 4,6 м/с2; 857,1 Гц - 1,2 м/с2; 894,2 Гц - 1,1 м/с²; определены как возможные резонансы элементов механизма. Замеченный дефект проявлялся лишь при рабочем режиме. Состояние редуктора определено как удовлетворительное.

      27.07.96 г. при проведении контрольных измерений тока двигателей черновой группы были зарегистрированы значительные (до 40% от Iном) колебания тока электродвигателя 9-й прокатной клети (рисунок 3). Обычно колебания тока двигателей не превышали 5...10 %. Проведенные измерения вибрации подтвердили резкое ухудшение технического состояния. Параметры виброускорения увеличились в несколько раз (аскз=10 м/с2; апик=70 м/с2). Колебания пиковых значений виброускорения (частотный диапазон 2...5000 Гц) регистрировались как на холостом, так и на рабочем ходу (рисунок 4). При частотном анализе отмечено отмечено отсутствие составляющих с частотами до 100 Гц. Присутствие в спектре вибрации высокочастотных составляющих (7...9 кГц), большое число пиков на частотах 1...5 кГц (рисунок 5), указывали на дефект подшипника качения. Под нагрузкой наблюдалось снижение высокочастотных составляющих (рисунок 6) и появление вибраций с частотой 100...1000 Гц. Большое число составляющих имели низкое абсолютное значение 1...3 м/с2. Фактически отсутствовали четко выраженные пиковые значения виброскорости на рассчитанных информативных частотах(рисунок 7).

      Диагноз подтвердился по результатам анализа шумов механизма, проведенного при помощи технического стетоскопа. Одновременно проведена локализация места дефекта, путем регистрации вибраций подшипниковых опор и определения максимального значения. Вибрация в наибольшей степени была присуща опорам подшипников входного вала, там же отмечены шумы характерные для поврежденных подшипников - неровный шум с глухими ударами легкой и средней интенсивности. Отсутствие нормативов вибрации не позволило идентифицировать степень повреждения. Согласно стандартов ИСО 2373, ИСО 3954, VDI 2056 виброскорость 1,8 мм/с определяет, для тяжелых машин, границу между хорошим и допустимым состояниями. Стандарты с использованием параметра виброускорения - отсутствуют.

      С целью определения динамики развития повреждения и своевременной остановки оборудования для ремонта еженедельно измерялись параметры вибрации: виброскорость, виброускорение и рассчитывалось значение пик-фактора для виброускорения в частотном диапазоне 2...5000 Гц (таблица 1). Для оценки состояния подшипников качения использовался параметр BSU по рекомендациям фирмы SCHENCK, который также имел низкие абсолютные значения, отсутствие четких возрастающих тенденций. Подробный анализ тенденций изменения параметров вибрации указывал на нестабильное, но не прогрессирующее развитие дефекта (рисунок 8). Принято решение - продолжать эксплуатацию механизма до проведения капитального ремонта, который планировался на начало октября 1996 г.

      Перед капитальным ремонтом 02.10.96 г. проведены контрольные измерения. Характер спектра виброускорения фактически не изменился (рисунок 9). В спектре виброскорости был зарегистрирован значительный пик - 4,5 мм/с на частоте 6,6 Гц, соответствующий дефекту сепаратора (рисунок 10).

      Редуктор 9-й прокатной клети разобран 07.10.96 г. во время капитального ремонта. При визуальном осмотре выявлены следующие повреждения подшипника входного вала: поперечная трещина внутреннего кольца; разрыв сепаратора; разворот одного из роликов вдоль беговой дорожки; следы проворота и цвета побежалости (коричневато-желтый цвет - соответствует тем пературе до 2550С) на наружном кольце. Поврежденный подшипник заменили. Проведен анализ причин разрушения подшипника. Износ роликов со стороны малых диаметров указывал на большой радиальный зазор, что подтверждалось типом подшипника. Известно, что повышенный радиальный зазор часто приводит к неравномерному распределению нагрузки по телам качения. При малой развалке корпуса, приводящей к деформации наружного кольца, в случае недостатка смазки или низкой вязкости происходит защемление тел качения, разрушение сепаратора и проворачивание наружного кольца. Этому способствовала посадка с чрезмерным натягом подшипника на вал (трещина поперек внутреннего кольца) и ослабленная посадка подшипника в корпусе (неравномерные следы износа и проворота).

      Измерения, проведенные после ремонта, показали снижение параметров вибрации (рисунок 11) как на холостом, так и на рабочем ходу. Это указывает на правильность принятых решений и качественное проведение ремонта.

Выводы:

      1. Проведенные исследования показали возможность использования средств технической диагностики для контроля состояния металлургического оборудования.

      2. Своевременное обнаружение, контроль тенденций развития и ремонт позволили избежать значительных затрат по ликвидации аварийной ситуации.

      3. Обнаружение дефектов металлургических машин необходимо проводить несколькими, взаимодополняющими методами.