Разработка цифрового наблюдателя углового зазора в шпиндельных соединениях главной линии прокатной клети

Разработка цифрового наблюдателя углового зазора в шпиндельных соединениях главной линии прокатной клети

Автор: Гасияров Вадим Рашитович, Басков Сергей Николаевич, Гасиярова Ольга Андреевна, Логинов Борис Михайлович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Электромеханические системы

Статья в выпуске: 3 т.20, 2020 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Прокатная клеть, электропривод, шпиндель, износ, угловой зазор, косвенное измерение, наблюдатель, разработка, имитационная модель, исследование, техническое исполнение, рекомендации

Короткий адрес: https://sciup.org/147234061

IDR: 147234061   |   DOI: 10.14529/power200314

Список литературы Разработка цифрового наблюдателя углового зазора в шпиндельных соединениях главной линии прокатной клети

  • Predictive maintenance (PdM) analysis matrix: A tool to determine technical specifications for PdM ready-equipment. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019, vol. 700, 012033. DOI: 10.1088/1757-899X/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: https://www.researchgate.net/publication/337971929_A_Survey_of_Predictive_Maintenance_Systems_Purposes_and_ Approaches.
  • Кирсанов А.Ф., Кузерман В.Ф., Виноградов Б.Н. и др. Анализ причин аварий оборудования листопрокатных станов и меры по их предупреждению. Обзор. информ. Инта «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. № 25-26. С. 9-14. [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/ 202044159_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: 10.33 90/machines7040076
  • Крот П.В. Методы и аппаратура измерения износа в линиях привода прокатных станов. Металлургические 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 6th 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 InsrumentEngineering (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 электрического 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 A.S., Khramshin V.R. Information and Measurement System for Control of Technical State of Asynchronous Electric Motors with Group Supply from Frequency Converter. 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Insrument Engineering (АPEIE-2014). Novosibirsk, 2014, 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, 2014, 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 наблюдателями нагрузки: моногр. Иваново: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2016. 340 с. [Lebedev S.K., Kolganov A.R., Gnezdov N.E. Electromecha-tronic 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: 10.1109/41.744407
  • 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 математической модели взаимосвязанных электротехнических систем клети толстолистового прокатного стана. Известия 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.)]
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp