Одной из основных проблем связанных с эксплуатацией рольгангов является большое разнообразие их конструкций, каждая из которых обладает своими преимуществами и недостатками, что сказывается на ремонтопригодности, частоте и своевременном проведении технического обслуживания и ремонта рольганга. Для количественной оценки эксплуатационной надежности необходимы показатели, с помощью которых можно решать вопросы совершенствования рабочих рольгангов.
Металлургические рольганги относятся к восстанавливаемым изделиям длительного использования с последовательным соединением элементов.
Для получения достоверных оценок надежности узлов и деталей рабочих рольгангов необходимы статистические данные по их отказам, зарегистрированные в реальных условиях эксплуатации.
В общем случае рольганги состоят из ЭД – электродвигателя, ПР – понижающего редуктора, РР – раздаточного редуктора, РА – рамы с подшипниковой опорой, ТВ – трансмиссионного вала, РО – ролика. В соответствии с этим структурная модель рольганга имеет следующий вид [1]:
ЭД + ПР + РР + РА + ТВ + РО.
Известно, что количество структурных элементов в любой машине определяет её работоспособность с точки зрения безотказности и ремонтопригодности в процессе эксплуатации. Применительно к рольгангам НШС ГП [2] структурные модели, определённые количеством и типами составляющих элементов, следующие:
черновые рольганги между клетями
ЭД + ПР + РР + РА + ТВ + РО; (1)
рольганг промежуточный
ЭД + РО + ТВ + РА; (2)
рольганг печной
ЭД + ПР + ТВ + РО + РА. (3)
Можно предположить, что рольганг со структурной схемой (2), с минимальным количеством элементов, более ремонтопригоден. В работе [1] предложена методика оценки ремонтопригодности с использованием комплексных показателей Рк.уд. Приняв комплексный показатель со структурной схемой (2) Рк = 1, значения Рк.уд. рассчитываются следующим образом:
Рк.уд.i = Рк / ni,
где Рк.уд.i – комплексный удельный показатель ремонтопригодности i-го рольганга, ni – количество элементов в структурной схеме i-го рольганга.
В соответствии с данным подходом получены значения Рк.уд. для рольгангов НШС ГП, величины которых приведены в таблице. Анализ по величине Рк.уд. показывает, что большей ремонтопригодностью обладает промежуточный рольганг, а меньшей – рольганги между черновыми клетями. Однако, проведенный структурный анализ в соответствии с принципом, изложенным в работе [1], не позволяет учесть особенности эксплуатации оборудования рольгангов (энергосиловые, температурные, скоростные и др. режимы работы). С целью анализа влияния данных факторов на показатели работоспособности проведена комплексная оценка видов и количества отказов оборудования рассматриваемых рольгангов. Для этого был проведен пассивный эксперимент с наблюдением за частотой отказов элементов рольгангов по различным причинам (рисунок).
Сравнительный анализ отказов рольгангов
Пользуясь полученными данными о количестве отказов рольгангов, произведен расчет относительных коэффициентов отказов i:
i = ni / n,
где i – относительный коэффициент отказов, ni – количество отказов на i-ом рольганге, n – общее количество отказов.
Так, для печного рольганга величина составила 0,28, промежуточного рольганга – 0,64 и рольганга между черновыми клетями – 0,08 (таблица).
Количественные характеристики рольгангов
|
Название рольганга |
Структурные составляющие |
Общее число элементов |
Общее кол-во отказов |
Комплексный удельный показатель надежности Рк.уд i |
Относительный коэффициент отказов i |
|
Черновые рольганги между клетями |
ЭД + ПР + РР + + РА + ТВ + РО |
6 |
109 |
0,16 |
0,08 |
|
Рольганг промежуточный, |
ЭД + РО + + ТВ + РА |
4 |
869 |
0,25 |
0,64 |
|
Рольганг печной |
ЭД + ПР + ТВ + + РО + РА |
5 |
377 |
0,20 |
0,28 |
Достаточно значительная величина относительного коэффициента отказов для роликов промежуточного рольганга (см. таблицу) связана с условиями эксплуатации. Необходимо отметить, что промежуточные рольганги в составе непрерывных широкополосных станов горячей прокатки обеспечивают транспортирование подката в чистовую группу клетей и для обеспечения сохранения температуры полосы оборудуются теплоизоляционными (теплоаккумулирующими) экранами [2]. Существенно важным является применение рациональной системы охлаждения роликов в условиях воздействия повышенных температур раската, использование соответствующих типов подшипников и их смазок.
В условиях эксплуатации промежуточных рольгангов охлаждение опор ролика и бочки ролика (изнутри) осуществляется при помощи охлаждающей водопроводящей трубки, установленной в осевом канале ролика. Вода подается с неприводной стороны, проходит через трубку, попадает в осевой канал ролика и вытекает через колпак со стороны подачи. После прохождения цикла охлаждения ролика вода на выходе нагрета от температуры раската. Вследствие этого внутренняя поверхность трубки охлаждения испытывает экзотермическое сжатие, а внешняя поверхность – экзотермическое расширение. В зоне максимального градиента температуры возникают напряжения растяжения-сжатия, что может привести к разрушению трубки охлаждения. Данный процесс аналогичен применительно к охлаждению роликов УНРС [3].
Также в условиях высоких температур на конце трубки откладывается накипь, из-за чего охлаждение опоры ролика со стороны привода не происходит в нужной степени. Это приводит к выгоранию смазки с последующим выходом из строя подшипников, что может привести к заклиниванию роликов и их замене (см. рисунок).
Вследствие неравномерного износа бочки ролика, а также из-за недостаточной балансировки, возникающий дебаланс также может являться причиной заклинивания. Выход из строя муфт привода происходит в результате износа и поломки зубьев, а также ослабления крепежа. Ослабление крепежа подушек опорных конструкций роликов обусловлено износом и возможной перетяжкой резьбовых соединений.
Итак, для роликов промежуточного рольганга НШС ГП наблюдаются следующие виды отказов и наиболее вероятные причины их появления: заклинивание роликов вследствие разрушения подшипников, забивание трубки охлаждения, дебаланс, отсутствие смазки в опорах роликов; выход из строя муфт привода вследствие износа зубьев, поломка зубьев, ослабление крепежа; ослабление крепежа подушек вследствие износа резьбы, перетяжка резьбового соединения; износ бочки ролика вследствие трения поверхности бочек и прокатываемой полосы [4]. Наиболее значительным по количеству и степени влияния на эксплуатационные показатели является заклинивание роликов.
В процессе транспортирования полосы, нагретой до 1000-1100 °С происходит отрицательное воздействие на подшипниковые опоры роликов рольганга. Это связано с постепенным ухудшением свойств уплотнительных устройств, а также загрязнением и ухудшением свойств смазки в процессе эксплуатации. В результате возникают нарушения работоспособности подшипников качения, что может привести к аварийной остановке роликовой секции.
Сочетание вышеперечисленных эксплуатационных факторов обуславливает повышенную частоту замен роликов и подшипников применительно к промежуточному рольгангу.
Необходимо отметить, что для печных рольгангов и рольгангов между черновыми клетями также наблюдаются отказы, обусловленные заменой роликов, подшипников, муфт, однако частота этих замен существенно ниже по сравнению с промрольгангом. Это связано с различием в условиях эксплуатации.
Сравнительный анализ методов оценки надежности с использованием структурного и эксплуатационного подходов свидетельствует о необходимости учета различных факторов: состава оборудования приводов рольгангов, условий эксплуатации, индивидуальных особенностей, присущих элементам различных рольгангов, что влияет на появление отказов, свойственных тому или иному типу рольганга.