Техническая документация

Определение показателей надежности прокатных валков. Надежность прокатного валка — свойство валка сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, определяющих износо, термостойкость и конструктивную прочность и характеризующих способность осуществлять взаимодействие валка с металлом и (или) валка с валком
в условиях, заданных температурно-деформационными и скоростными режимами изготовления металлопродукции с потребительскими свойствами, соответствующими нормативно-технической документации, а также при техническом обслуживании, ремонте, хранении и транспортировании.
Технология эксплуатации прокатных валков (ТЭПВ) — совокупность приемов и способов обработки, изменения формы и обеспечения стабильности свойств исходного состояния валков в процессе работы и восстановления работоспособности, а также совокупность знаний о вводе, движении по клетям стана, наработки в зависимости от режимов и условий нагружения.
Планы испытаний прокатных валков (даже самые простые) не укладываются в рамки типовых планов статистического контроля, но могут быть интерпретированы как композиции планов [ЛГ, Т], Ш, М, Т], [ЛГ, II, 2], где N — число исследуемых валков; Я — невосстанавливаемые, но заменяемые в случае отказа валки; Т — продолжительность наблюдений; М — восстанавливаемые в случае отказа валки; II — невосстанавливаемые и незаменяемые при испытаниях в случае отказа валки, Ъ = пип (I, т) (^ — наработка до отказа, т — наработка до плановой перевалки). Для проведения исследования эксплуатационной надежности прокатных валков требуется информация о работе от 30 до 240 валков (с учетом видов отказов).
Диагностику прокатных валков, сбор данных, оценку и прогнозирование эксплуатационной надежности осуществляют с использованием автоматизированных систем, которые являются составной частью АС1У ТП.
В качестве показателей эксплуатационной надёжности прокатных валков используют единичные и комплексные показатели.
К единичным показателям относятся показатели:
безотказности — вероятность безотказной работы; наработка на отказ; интенсивность отказов (по причине поломки); параметр потока отказов;
долговечности — технический ресурс прокатного валка; срок службы прокатного валка;
ремонтопригодности — время восстановления работоспособного состояния прокатного валка;
комплексные показатели ремонтопригодности — удельная суммарная оперативная стоимость технических обслуживания прокатного валка; удельная суммарная оперативная продолжительность технических обслуживаний прокатного валка; удельная суммарная оперативная стоимость ремонтов прокатного валка; удельная суммарная оперативная продолжительность ремонтов прокатного валка.
К комплексным показателям относятся:
коэффициент технического использования прокатного валка;
доля перевалок прокатных валков при отказе по причине.
Основными показателями эксплуатационной надежности валков являются вероятность безотказной работы; наработка на отказ; технический ресурс; время восстановления работоспособного состояния и коэффициент технического использования.
Пример 2. Установить закон распределения отказов прокатных валков, если валки отказывают только по причине изнашивания, и определить точечные оценки показателей надежности по данным наблюдений за 100 прокатными валками (наработка в тоннах проката за установку /$), представленным в табл. 9.
В качестве плана наблюдений выбираем план [М, М, Т]. Зададимся доверительной вероятностью V = 0,99 и предельной относительной ошибкой б = 0,05. Анализируем резко выделяющиеся наблюдения х22 = 7461 т, х6в — 4124 т, х73 = 7460 т, *в = 7392 т и исключаем их из рассмотрения. Объем выборки становится равным 96 и достаточен для величин.
Проверим гипотезу о том, что наработки прокатных валков до отказа по изнашиванию, будучи прологарифмированы (по основанию 10), подчинены нормальному закону распределения.
В результате перехода к логарифмам исходных данных, построения вариационного ряда с восемью интервалами и использования критерия %2-Пирсона получаем, что для уровня значимости 0,05 нулевая гипотеза не отвергается, а закон распределения отказов принимает вид
Отсюда вероятность безотказной работы прокатных валков
Р(х)= 1-Р(\$х).
Таким образом, не менее чем 90 % прокатных валков наработают безотказно 4664 т.
Пример 3. Предположим, что технический ресурс прокатного валка Тц измеряется величиной календарного времени эксплуатации и составляет в среднем 4320 ч. Считаем также, что суммарное время восстановления прокатного валка Т2в составляет 100 ч, а среднее суммарное время обслуживания прокатного валка Т2о равно 1000 ч. Коэффициент технического использования кТф и партии прокатных валков.
Прогнозирование эксплуатационной надежности прокатных валков. При
решении задач прогнозирования эксплуатационной надежности прокатных валков учитывают как разнообразие причин отказов, так и характер их проявления. По времени проявления отказы прокатных валков подразделяют на накапливающиеся (изнашивание, циклическая усталость) и мгновенные (поломка бочки валка, трефа и т. п.). Причем для определенного стана, группы клетей стана, условий и режимов эксплуатации совокупность причин отказов обычно стабильна.
При решении задачи прогнозирования вероятности безотказной работы прокатных валков Р (#) в случае на капливающихся повреждений т. пользуют гамма-распределение.
Прогнозирование долговечности прокатных валков осуществляют по показателям технического ресурса Тц и срока службы Тпсп- Для этого используют модели регрессионного анализа, в которых оценкам распределения величин Гд, Твсп ставят в соответствие изменение таких характеристик прокатных валков, как диаметр, толщина рабочего слоя, твердость поверхности валка, механические свойства и др. Строится регрессионная модель вида, где Тц — средний ресурс, т; й — диаметр прокатного валка, мм; Н — толщина рабочего слоя, мм; НВ — твердость поверхности валка (по Бри-неллю); N — число циклов нагружения, об; ат> ав— механические характеристики материала валков, МПа; р — усилие нагружения, МН.
Результаты прогнозирования долговечности прокатных валков важны для проектирования новых конструкций валков.
Прогнозирование ремонтопригодности прокатных валков осуществляют по показателю времени восстановления работоспособного состояния прокатного валка и комплексным показателям ремонтопригодности статистическими методами с привлечением технико-экономической информации.
Одним из важнейших прогнозируемых показателей надежности прокатного валка, определяющих качество проката, является показатель изнашивания.
Изнашивание прокатного валка — это результат изменения размеров, формы и состояния поверхности валка вследствие разрушения (изнашивания) микрообъемов поверхностного слоя в процессе трения, при котором не обеспечивается изготовление металлопродукции заданных размеров, формы и качества поверхности. Изнашивание рабочих валков есть результат воздействия сил трения в очаге деформации при контакте с полосой и в области контактов с опорным валком. Опорные валки изнашиваются при контакте с рабочими. Различают макро- и микро-износ. К первому виду относят собственно истирание материала валка. Предположим, что повреждения прокатного валка носят износовый характер, а износ измеряется показателями выработки профиля бочки валка. Введем функцию, характеризующую выработку профиля бочки валка по радиусу в точке, отстоящей от геометрического центра валка вдоль оси вращения на расстоянии х. Исходный профиль валка длиной I и диаметром X) (до начала его эксплуатации) может быть цилиндрическим радиуса г (х) или иметь более сложную форму, например, параболическую г(х) = г* — ах2 (рис. 2,6). Функция А г (х) = г (х) — гв (х) есть величина выработки профиля бочки валка. Пусть А — минимальный допуск на износ прокатного валка, определяемый допустимой поперечной разнотолщинностью полосы и жесткостью клети. В качестве параметра изнашивания прокатного валка принимают площадь поперечного сечения следа изнашивания валка 5С. Величина 5С связана с выработкой профиля.
Принятые обозначения: — номер уровня иерархии; Ко — комплексный показатель качества металлопродукции; К — показатель качества металлопродукции по геометрическим свойствам; К — показатель качества металлопродукции по механическим свойствам; /С13 — показатель качества металлопродукции по свойствам поверхности; К211,      К21711 —геометрические единичные показатели качества металлопродукции; К221,       К22П2                — единичные показатели механических свойств металлопродукции; К2пС2зп3 — единичные показатели качества поверхности металлопродукции.
С учетом плотности р материала прокатного валка получают широко используемый в практике показатель изнашивания И = рV, указывающий количество израсходованного материала. Зачастую И рассматривают и используют как показатель, отнесенный к количеству металла, который прокатал валок в процессе эксплуатации.
Максимальная выработка валка по изнашиванию
Д/1 = шах [г (л) — гв (х) 1*1 <//2
выступает характеристикой локального изнашивания.
Изнашивание валков оценивают векторным параметром
-ГУЛ-
Валок подлежит перевалке, если выполняется по крайней мере одно из условий:
нарушена геометрия проката из-за локальных изменений поверхности валка (выход из поля допуска): общий износ прокатного валка по площади следа изнашивания или по объему (весу) превышает допустимый (нормативный).
Надежность прокатных валков и методы оценки качества проката. Качество проката определяют посредством-иерархической системы показателей, которая отражает установленную стандартами номенклатуру свойств металлопродукции (табл. 10). Используется трехуровневая система показателей качества: качество — свойства проката — единичные показатели качества.
Продукция считается негодной (бракованной), если значение хотя бы одного из показателей П2]П выходит за пределы допуска [Я , Я], где — соответственно нижняя и верхняя границы изменения абсолютного показателя качества продукции.
Для установления зависимостей между комплексным показателем качества /Со и единичными показателями от абсолютных шкал, в которых изменяются П2]п переходят к относительным (безразмерным) шкалам измерения Кгзп- Обычная относительная шкала измерения качества металлопродукции — это интервал [0, 1 ]. Во многих случаях удобнее шкала, где значение показателя качества равное единице, соответствует требованию Я2;п= Пуп (— базовое значение показателя Я2^п). Величина (1 + у) есть предельно возможное значение /С2/п-
Всю совокупность {Я2;п} делят на три группы: показатели, увеличение значений которых повышает уровень качества проката; показатели, увеличение значений которых понижает уровень качества; показатели, выход значений которых за пределы допуска понижает уровень качества. Показатели первого типа называют возрастающими, второго — убывающими и третьего — локальными. Расчет показателей качества проводят по формулам (индексы 2, /, п опущены): для возрастающих
 Наряду с экспертно- аналитическими подходами в практических задачах оценки качества металлопродукции используют статистические методы, которые обеспечивают статистическую связь между качеством проката, технологией его изготовления и надежностью прокатных валков.
Оценка влияния надежности прокатных валков на качество металлопродукции. Для статистической оценки величин П2]п используют параметрические законы распределения зп (Ъ^п, х), где Ь^п— вектор параметров распределения, и решают задачу установления связи величины Ь^п с параметрами технологии прокатного производства г и надежности прокатных валков у.
В простейшем случае вектор у со* стоит из трех компонент: где т — средняя наработка прокатного валка за установку; т — среднее время восстановления прокатного валка; 0 — среднее время обслуживания прокатного валка. Особенность первой компоненты вектора эксплуатационной надежности по сравнению с остальными компонентами в том, что т может измеряться в тоннах проката, миллиметрах рабочего слоя (по радиусу), килограммах прокатного валка, циклах нагружения, единицах выполненной работы, числом установок прокатного валка в клеть.
состоит в нахождении области значений показателей надежности прокатных валков У такой, что при фиксированной технологии (г = сопз1) для каждого у из У выполняется условие.
Для решения задачи используют метод статистического моделирования с применением ЭВМ.
Достаточно наглядным примером непосредственного влияния эксплуатационной надежности прокатных валков на качество проката служит статистическая взаимосвязь геометрических характеристик полосы: разно-толщинности по длине и ширине с износом прокатных валков, определяемым параметром /. Уравнения регрессии имеют вид, где а[у — коэффициенты регрессии; 12 — независимые одинаково распределенные случайные величины с нулевым математическим ожиданием и конечной дисперсией.
Считается, что дисперсия оценивается через коэффициенты сплющивания, прогиба прокатного валка и жесткостей деформируемого металла и клети. Экспериментальные расчеты показывают, что вклад износа прокатных валков (с учетом сплющивания и прогиба) в формирование разнотолщинности составляет до 50 % от общей деформации рабочей клети.