Розвиток теоретичних основ і практика захисту металургійних машин від поломок

Якщо випробовувати ПДЕ до появи пластичності, тобто до сили Р^*, то можна за результатами випробувань підібрати найбільш близькі (за силою Р^*) пари, що зменшить перекіс валків після спрацьовування. Запропонований також варіант простої операції - вирівнювання сил Р^* для відібраної пари ЗП з ПДЕ. Ці два запобіжники встановлюються послідовно й навантажуються одночасно однією й тією ж силою до величини Р^*.

До достоїнств втулкового запобіжника можна віднести широкі можливості щодо вибору матеріалу ПДЕ. Найкращим і найпростішим варіантом матеріалу слід уважати маловуглецеві сталі типу сталь 10 і сталь 20. Механічні характеристики цих матеріалів дозволяють одержати необхідну характеристику запобіжника при осьовому стисканні. Для ЗО з ПДЕ можуть застосовуватися й більш міцні (але не крихкі) стали. У цьому випадку доведеться відступити від схеми осьового стискання й перейти до схеми стискання з вигином.

З факторів, що найбільш суттєво впливають на робочу характеристику втулкового запобіжника, слід назвати тертя на його торцях. Цей вплив проявляється при великих значеннях коефіцієнта форми Ф > 0,25. На практиці такі запобіжники зустрічаються рідко - при дуже великих силах прокатки.

Для дослідження можливостей ЗО із ПДЕ один з простих варіантів запобіжних втулок розрахований методом кінцевих елементів за допомогою програмних комплексів ANSYS Mechanical і ANSYS Designxplorer Module. Розрахована реальна запобіжна втулка з розмірами D = 500 мм; h = 120 мм; . Матеріал - сталь з ідеальною за Прандтлем пластичністю. Задані деформації втулки становлять 0 0,25, що цілком достатньо для запобіжника. При цьому максимальне осідання запобіжника становить

. (20)

У розрахунках прийнято: Е = 200 ГПа; = 0,3; _т = 240 МПа; у зоні пластичності _п = 0,5. У результаті розрахунків отримано робочі характеристики втулкового запобіжника при = 40 мм; 30 мм; 20 мм і коефіцієнті зовнішнього тертя f = 0,45. Придатними для запобіжників виявилися втулки з товщиною стінки ₁ = 40 мм і ₂ = 30 мм. Більш тонка стінка призводить до втрати стійкості з падінням навантаження. Крім того, отримано осьові переміщення всіх перерізів втулки, напружений стан у всьому її об'ємі й нормальні напруги на торцях втулки. Отримані результати дозволяють вибрати для конкретного прокатного стана оптимальні параметри втулкових запобіжників.

Крім втулкових, були розроблені запобіжники на нерухомих посадках (або запобіжники, що складаються з деталей, з'єднаних з натягом). Сила спрацьовування визначається силами тертя на контактній поверхні двох деталей. Такі запобіжники позбавлені втомних ушкоджень, але мають габаритні розміри суттєво більші, ніж втулкові ЗО. Застосування їх рекомендується на допоміжних металургійних машинах, наприклад, на транспортних машинах типу зливковозів. Розрахунковим шляхом отримана сила спрацьовування

, (21)

де q - величина граничного тиску, при якому відбувається спрацьовування; r₁ - внутрішній радіус кільцевої поліуретанової втулки; r₂ - зовнішній радіус кільцевої поліуретанової втулки.

. (22)

Тут параметри a і b дорівнюють відповідно:

. (23)

Розрахунок виконаний при з'єднанні сталевого вала з поліуретановою втулкою: Е_с = Е = 60 МПа; Е_р = 0,2Е; Д - натяг.

Крім того, розглянуто варіанти вдосконалення автоматичних запобіжників пружинного типу, які призначені в основному для безперервних груп прокатних станів. Розглянуто варіанти запобіжників з різним виконанням пружних елементів. Розроблено пружний вал-енергоакумулятор для чорнової кліті НШС 1700 і поліуретанові амортизувальні приробки для подушок робочих валків.

У шостому розділі «Досвід розробки, промислового випробування, впровадження амортизаторів і запобіжників» розглянуті ЗА й ЗО, розробка яких виконана за допомогою викладених вище теоретичних основ захисту металургійних машин від поломок.

Для роликів рольгангів у зв'язку з особливостями їх конструкції й навантаження коефіцієнти динамічності становлять К_д = 40…50. Це означає, що якість їх силових ліній перебуває на рівні К = 0,02…0,03, що зовсім неприпустимо. У цьому варіанті практично все навантаження, що сприймається роликом, є паразитним. Воно має бути суттєво зменшене, для чого потрібно розробити й установити в силову лінію роликів амортизатори. Створення малогабаритних (д = 10…20 мм) амортизаторів можливе у випадку застосування для їх ПЕ високоміцних і енергоємних еластомерів, наприклад, конструкційних поліуретанів. Такі амортизатори у вигляді поліуретанових кілець, установлюваних на зовнішні кільця підшипників, були розроблені, виготовлені й установлені на рольганги НШС 1700 і ТЛС 3000. Для рольгангів НШС 1700 термін служби підшипників підвищився в 3… 4 рази, а для ТЛС 3000 в 10…12 разів. Термін служби самих амортизаторів становив 24…36 місяців. Їх вартість не перевищувала 3…5% від вартості захищуваних підшипників.

Серед об'єктів з низьким значенням К є ще один досить широко розповсюджений - горизонтальна силова лінія робочих клітей прокатних (особливо листових) станів. Ця лінія навантажена тільки силами, що не здійснюють корисної роботи; її К = 0. У той же час, нерідкими є випадки, коли величина цих сил виявляється достатньою для руйнування деталей силової лінії - підшипників, валків, подушок і станин.

Перспективним варіантом амортизації горизонтальних сил, прикладених до подушок робочих валків, може бути заміна сталевої захисної планки поліуретановою. При цьому товщина планки буде перебувати в межах 20 ? д ? 50 мм. Для ТЛС 3000 прогин станини в напрямку прокатки становить 2…3 мм. Поліуретанова приробка дозволяє одержати додаткову деформацію того ж рівня. Таким чином, реально можна збільшити деформацію в напрямку прокатки в 2 рази, а динамічне навантаження зменшити в 1,4 раза. Така планка виконує роль адаптера, суттєво поліпшуючи розподіл напруг у зоні контакту з подушкою. Поліуретанові планки (усього 4 комплекти, 32 шт.) пройшли промислове випробування на чорновій і чистовій клітях ТЛС 3000 протягом шести місяців.

Розроблена також спеціалізована муфта, яка позначена як МЗП - муфта зубчаста пружна. Вона призначена для застосування у важконавантажених приводах, наприклад, у вигляді універсальних шпинделів приводів прокатних станів. Гофрований ПЕ, установлений у вигляді прокладки між двома зубчастими деталями, в основному виконує роль адаптера, усереднюючи контактні напруги в зонах сполучення зубчастих поверхонь. На основі муфт МЗП розроблений, виготовлений і успішно пройшов промислове випробування шпиндель привода клітей стана 1700 ХП. Переданий крутний момент досягав 250 кН·м. Цей шпиндель був установлений замість шпинделя типу МЗП, зуби якого зношуються за 2…4 місяці. Шпиндель з муфтами МЗП пропрацював 17 місяців з перестановками в приводи різних клітей. Зауважень щодо роботи немає. Зношування металевих зубів відсутнє. Змінний ПЕ має залишкову деформацію 5…6% і тріщини по вільній бічній поверхні. Вартість ПЕ становить 3…4% від вартості шпинделя. У цей час виготовляються шпинделі з муфтами МЗП для привода клітей № 5 і № 6 НШС 1700 ГП на момент М_max = 760 кН·м.

Ще один спеціалізований пристрій - пружний вал-енергоакумулятор - за принципом дії являє собою буферний пристрій. Його призначення - амортизувати паразитні навантаження, що виникають у робочій кліті й головній лінії листового прокатного стана при захопленні розкату валками. Цей вал буде встановлений у приводі кліті № 4а замість швидкохідного вала типу МЗП. Він забезпечує кут закручування ц_max ? 180° при М_max = 200 кН·м, що в перерахуванні на валки становить приблизно 25°. Це дозволяє вдвічі зменшити швидкість захоплення. Такий вал є унікальним пристроєм, що не має аналогів у світовій практиці. У цей час виготовляються моделі цього вала в масштабі 1:2 для двох металургійних машин ЛПЦ 1700.

Запропоновано гранично прості, з одним пластично деформованим елементом, запобіжники, які одержали назву втулкових і кільцевих. Втулковий запобіжник складається з однієї деталі - втулки з маловуглецевої сталі (сталь 20 або сталь 30), установлюваної між натискним гвинтом і подушкою опорного валка. Запобіжники спроектовані для чорнових клітей НШС 1700. Осідання запобіжника для кліті №3 становить д_max = 30 мм; висота втулки h = 120 мм. Зусилля початкового спрацьовування (залежно від товщини втулки) становить 10…15 МН. Запобіжники пройшли лабораторні випробування на моделях у масштабі 1:2. При цьому сила спрацьовування становила Р_max = 3,33…5,00 МН. Випробування підтвердили працездатність моделей.

Як розвиток втулкового запобіжника був спроектований і пройшов промислове випробування запобіжник для робочої кліті пілігримового стана 6ч12?. ЗО встановлюється між натискним гвинтом і подушкою прокатного валка. Він має спрацьовувати у виняткових випадках, коли відбувається обрив поршня подавального апарата. Це трапляється 2… 3 рази на рік. При цьому подача збільшується з 20 мм до 200…1000 мм, що неминуче призводить до заклинювання й поломки. Запобіжник допускає осідання 120…140 мм при силі 4500…5000 кН, що повністю виключає можливі поломки при зазначених вище обставинах. При дуже великих силах прокатки (наприклад, при силі 70 МН, характерній для ТЛС 3000) практично можливий тільки один варіант запобіжника - кільцевий ЗО. Такий запобіжник був випробуваний у чорновій кліті ТЛС 3000. Він має ВЕ у вигляді кільця з конічними торцевими поверхнями. Кільце може працювати на осьовий стиск, на стиск із радіальним стиском або розтяганням, і пластично деформується при силі 35…40 МН. Запобіжник простий і має високу надійність.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішено актуальну науково-технічну проблему розвитку теоретичних основ захисту металургійних машин від поломок, що базуються на: уведених нових поняттях, що визначають тип захисту; створеній класифікації якісного складу навантажень; розроблених методах проектування й випробування нових класів захисних пристроїв, і на цій основі підвищення надійності й ресурсу металургійного обладнання шляхом упровадження у виробництво ефективних захисних пристроїв.

1. Аналіз літературних джерел і практики експлуатації металургійного обладнання показав, що, незважаючи на успіхи у вирішенні окремих питань, у цілому стан захисту від поломок відстає від вимог практики. Виробництво зазнає мільйонних збитків від поломок машин. Основна причина такого становища ? недостатній розвиток теоретичних основ захисту металургійних машин від поломок, що не дозволяє розв'язати питання про ефективний захист системно. Тому актуальними є такі дослідження: вивчення закономірностей появи в машинах перевантажень і поломок; визначення характеристик машини, що найбільшою мірою впливають на виникнення в ній навантажень; розробка теорії амортизації навантажень, що виникають, і конструкцій амортизаторів; розробка теорії обмеження навантажень, що виникають, за допомогою запобіжників і створення ефективних конструкцій запобіжних пристроїв.

2. Навантаження силових ліній машин (пружних систем) має розглядатися як процес виникнення навантажень усередині самої пружної системи внаслідок впливів на неї ззовні. Зв'язок між зовнішніми впливами і силами, що виникають у машинах, залежить від робочих характеристик машин як пружних систем, тобто від характеристик їх жорсткості. У силових лініях машин є деталі, які впливають на рівень навантажень, що виникають, а отже, і на міцність самих машин. Від цих деталей найбільшою мірою залежить робоча характеристика машини. Такі деталі є амортизаторами. Саме їх потрібно вводити в силові лінії машин для захисту від поломок.

3. Серед навантажень у металургійних машинах є як технологічні, так і паразитні. Міцність металургійних машин у більшості випадків визначається саме рівнем паразитних навантажень. У цьому зв'язку введено поняття «якість силової лінії машини». Це безрозмірна величина К, що являє собою відношення технологічного навантаження до загального (сумарного) навантаження. Для різних металургійних машин (а також для різних силових ліній однієї й тієї самої машини) якість може змінюватися в межах від нуля до одиниці. Від якості силової лінії машини має залежати спосіб її захисту від поломок. При малих значеннях якості К ? 0,3 ефективним буде захист за допомогою запобіжників-амортизаторів. При більших значеннях якості К ? 0,8 ефективним буде захист за допомогою запобіжників-обмежувачів. При середніх значеннях якості 0,3 ? К ? 0,8 ефективним буде одночасне застосування обох видів запобіжників.

4. Уведено поняття «функціональна міцність». Це здатність даної деталі в даній машині виконувати свої функції, не руйнуючись. Числовою характеристикою функціональної міцності запропоновано вважати фактичний запас міцності деталі n_ф = Р^*/Р_max, де параметри Р^* і Р_max - відповідно, руйнівне для деталі й максимальне діюче на деталь навантаження ? є змінними величинами. Р^* залежить від параметрів самої деталі; Р_max залежить як від зовнішніх впливів, так і від робочої характеристики машини як пружної системи. Р_max може суттєво змінюватися при незмінних технологічних режимах і навантаженнях. Установка амортизатора в силову лінію машини при незмінному зовнішньому впливі зменшує навантаження, що виникають у даній лінії; функціональна міцність усіх деталей збільшується, що підтверджується результатами впровадження у виробництво.

5. Одержала розвиток теорія й практика амортизації паразитних навантажень. Ефективність амортизації потенційно тим більша, чим вищий рівень паразитних навантажень, тобто чим менша якість К силової лінії машини. При амортизації паразитних навантажень збільшується частка корисного навантаження й зменшується загальне навантаження. Амортизатори класифіковані не за конструктивною, а за функціональною ознакою, залежно від типу впливу на машину (буферні пристрої, компенсатори й демпфери, адаптери). Основним параметром, спільним для всіх типів амортизаторів, є енергоємність (при фіксованому рівні допустимих навантажень). За параметром «енергоємність» найбільш перспективними матеріалами визнані поліуретанові еластомери (u_v = 2,7 МПа; u_p = 245 м), що знаходяться на одному рівні з найкращими пружинними сталями (u_v = 6,4 МПа; u_p = 82 м). Усі розрахунки підтверджені лабораторними експериментами.

6. Сформульовано умови підвищення ефективності запобіжного пристрою. Головним критерієм ефективності запобіжника є стабільність його робочої характеристики (стабільність вимикального навантаження), яка залежить від властивостей матеріалів ВЕ й ПЕ, умов їх навантаження, напруженого стану. Для запобіжників з ВЕ основним джерелом нестабільності робочої характеристики є зменшення величини вимикального навантаження згодом через нагромадження втомних ушкоджень. Умова підвищення ефективності такого запобіжника - це виключення втомного руйнування. Воно може бути забезпечене як усіма традиційними способами підвищення втомної міцності, так і вибором виду деформацій і граничних характеристик ВЕ. Ця умова може бути записана у вигляді Р_r/Р^* ? 1,0, де Р_r ? сила втомного руйнування при коефіцієнті асиметрії циклу r.

7. Запропоновані теоретичні основи захисту машин від поломок підтверджені практикою. Із застосуванням методу кінцевих елементів знайдено робочі характеристики й міцнісні параметри втулкових запобіжників. Спроектовано втулкові запобіжники для чорнових клітей НШС 1700, а також для чорнової і чистової клітей ТЛС 3000 на силу спрацьовування 36 МН і осідання 20 мм і для пільгерстана 6ч12? на силу спрацьовування 4,5 МН і осідання 140 мм. Створено пружні вали для приводів чорнових клітей НШС 1680 і 1700 з максимальним крутним моментом 250 кН·м і кутом закручування до 180°; зубчасті пружні шпинделі для всіх клітей НШС 1700 ХП з максимальним крутним моментом 300 кН·м; пружні муфти МУПД для заміни всієї лінійки муфт МУВП, МЗ, МЗП.

8. Розроблені теоретичні основи захисту металургійних машин, запропоновані принципи проектування запобіжних і амортизаційних пристроїв, створені нові конструкції запобіжників і амортизаторів дозволяють стверджувати, що на сьогоднішній день будь-яка металургійна машина може бути надійно захищена від аварійних поломок.

Отриманий у роботі фактичний економічний ефект склав 3,513 млн. грн., частка автора 50%, тобто 1,756 млн. грн. Очікуваний економічний ефект становить 9,771 млн. грн., частка автора 50%, тобто 4,886 млн. грн. Економічний ефект отриманий за рахунок істотного збільшення ресурсу захищуваних деталей металургійних машин.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Артюх В. Г. Нагрузки и перегрузки в металлургических машинах: Монография / В. Г. Артюх. Мариуполь: ПГТУ, 2008. 246 с.

2. Артюх В. Г. Точность предохранителей для металлургических машин: Монография / В. Г. Артюх. Мариуполь: ПГТУ, 2000. 177 с.

3. Артюх В. Г. Перспективы защиты прокатных станов Украины от аварийных поломок / В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, В. З. Мазай // Металл и литье Украины. 2000. № 3-4. С. 45-46.

4. Артюх Г. В. Инженерные проблемы прочности металлургических машин / Г. В. Артюх, В. Г. Артюх // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2003. Вип. 7. С. 85-95.

5. Артюх В. Г. Кольцевые предохранители с продольными прорезями / В. Г. Артюх // Защита металлургических машин от поломок. Мариуполь, 1999. Вып. 4. С. 132-144.

6. Артюх В. Г. Выбор материала лицевых планок для подушек прокатных клетей / В. Г. Артюх // Металл и литье Украины. 2005. № 7-8. С. 63-66.

7. Артюх В. Г. Предохранители с предварительно напряженными элементами / В. Г. Артюх // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематичний збірник наукових праць. Краматорськ - Слов'янськ, 2000. С. 391-395.

8. Артюх Г. В. Малогабаритные упругие элементы для металлургических машин / Г. В. Артюх, В. Г. Артюх, А. Н. Беляев // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2002. Вип. 6. С. 137-140.

9. Артюх Г. В. Функциональная прочность машин / Г. В. Артюх, В. Г. Артюх // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2005. Вип. 8. С. 61-66.

10. Артюх В. Г. Проблеми захисту важких машин від поломок / В. Г. Артюх // Машинознавство. Львів, 2003. № 12. С. 24-28.

11. Артюх В. Г. Качество металлургической машины / В. Г. Артюх // Захист металургійних машин від поломок.- Маріуполь, 2009.- Вип. 11.- С. 23-28.

12. Артюх В. Г. Выбор типа защиты для листовых станов трио / В. Г. Артюх // Защита металлургических машин от поломок. Мариуполь, 1998. Вып. 3. С. 18-24.

13. Артюх В. Г. О профилактике повреждений подушек листовых прокатных станов / В. Г. Артюх, А. Н. Беляев, Г. В. Артюх, В. О. Мазур // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2006. Вип. 9. С. 80-82.

14. Артюх В. Г. Основные направления защиты металлургических машин от поломок / В. Г. Артюх // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: зб. наук. праць. Маріуполь, 2000. Вип. 9. С. 122-125.

15. Артюх В. Г. Анализ состояния защиты от поломок основных механизмов стрипперных кранов / В. Г. Артюх // Теория и практика металлургии. 1999. № 1. С. 55-57.

16. Артюх В. Г. Совершенствование защиты металлургических машин от перегрузок и поломок / В. Г. Артюх // Сталь. 2003. № 3. С. 54-56.

17. Артюх В. Г. Защита от поломок рабочих клетей прокатных станов / В. Г. Артюх, А. Н. Беляев // Металл и литье Украины.- 2007.- № 1-2.- С. 64-66.

18. Кирильченко П. Н. Система защиты оборудования от аварийных поломок / П. Н. Кирильченко, В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, А. Н. Беляев // Сталь.- 2007.- № 1. С. 65-66.

19. Артюх В. Г. Теоретические основы защиты металлургических машин от поломок / В. Г. Артюх // Обработка материалов давлением: сборник научных трудов. Краматорск: ДГМА, 2010. № 2(23). С. 221-226.

20. Артюх В. Г. Влияние времени захвата раската рабочими валками на динамические нагрузки в листовых прокатных клетях / В. Г. Артюх, С. В. Казанцев, В. О. Мазур // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2010. Вип. 12. С. 163-171.

21. Артюх В. Г. Усовершенствование конструкции предохранительной коробки прокатной клети / В. Г. Артюх // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: зб. наук. праць. Маріуполь, 2000. Вип. 10. С. 157-160.

22. Артюх В. Г. Увеличение усталостной прочности расходуемых элементов предохранительных устройств металлургических машин / В. Г. Артюх // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематичний збірник наукових праць.- Краматорськ, 2001.- С.56-60.

23. Артюх Г. В. Борьба с усталостными и косыми поломками брехшпинделей / Г. В. Артюх, В. Г. Артюх // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії та машинобудуванні: тематичний збірник наукових праць. Краматорськ ; Хмельницький, 2002. С. 445-450.

24. Артюх В. Г. Выбор предохранителя для рабочих клетей непрерывных групп / В. Г. Артюх // теория и практика металлургии.- 2002.- №5-6.- С.83-88.

25. Артюх В. Г. Принципы проектирования предохранителей для рабочих клетей прокатных станов / В. Г. Артюх // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії та машинобудуванні: тематичний збірник наукових праць. Краматорськ, 2003. С. 499-503.

26. Артюх В. Г. Комплекс предохранительных и амортизирующих устройств для защиты металлургических машин от поломок / В. Г. Артюх, А. Н. Беляев // Металлургические процессы и оборудование. Донецк, 2005. Вып. 2. С. 43-47.

27. Артюх В. Г. Устройство для испытания предварительно напряжённых срезных пальцев / В. Г. Артюх // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та. Мариуполь, 1999. Вып. 8. С. 101-105.

28. Артюх В. Г. О выключающих нагрузках предохранительных устройств / В. Г. Артюх // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: зб. наук. пр. / ПДТУ. Маріуполь, 2001. Вип. 11. С. 144-148.

29. Сушев В. В. К расчёту буферных устройств, имеющих соединения с натягом / В. В. Сушев, В. Г. Артюх // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2000. Вып. 5. С. 150-155.

30. Артюх В. Г. Возможность горячей прокатки стального листового проката большей массы / В. Г. Артюх, В. О. Мазур // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2011. Вип. 13. С. 148-153.

31. Артюх В. Г. Горизонтальные силы при прокатке / В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, В. О. Мазур // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: зб. наук. пр. / ПДТУ. Маріуполь, 2009. Вип. 19. С. 128-132.

32. Артюх В. Г. Целесообразность использования устройств горизонтального распора рабочих клетей / В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, Н. В. Ломакина, В. О. Мазур // Вісник Приазовського державного технічного університету. Маріуполь: ДВНЗ «ПДТУ», 2010. Вип. 21. С. 95-100. (Серія: Технічні науки).

33. Беляев А. Н. Опыт эксплуатации шпинделя упругого высокомоментного / А. Н. Беляев, В. Г. Артюх, Т. В. Корчагина // Захист металургійних машин від поломок. Маріуполь, 2008. Вип. 10. С. 164-166.

34. Артюх В. Г. Полиуретановые эластомеры в машиностроении / В. Г. Артюх // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. Краматорськ, 2004. С. 127-133.

35. Артюх В. Г. Конструктивные меры уменьшения горизонтальных сил в клетях прокатных станов / В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, О. В. Мазур, В. О. Мазур // Сталь. ? 2011. ? № 7. ? С. 64?66.

36. Артюх В. Г. Адаптеры для металлургического оборудования / В. Г. Артюх, Г. В. Артюх, В. О. Мазур // Металлургические процессы и оборудование. ? Донецк, 2011. ? Вып. 4. ? С. 9?13.

37. Current views on the detailed design of heavily loaded components for rolling mills / V. Mazur, V. Artyukh, G. Artyukh, M. Takadzhi // Engineering Designer. 2012. V. 37, № 1. P. 26-29.

38. Choice of elastomeric material for buffer devices of metallurgical equipment / Firas M. F. Al-Quran, M. E. Matarneh, V. G. Artukh // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2012. № 4(11). P. 1585-1589.

39. Пат. 2107567 Российская Федерация, МКИ В 21 В 35/14. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети / Артюх В. Г., Артюх Г. В. (Украина). № 96113918/02 ; заявл. 04.07.1996; опубл. 27.03.1998, бюл. № 9. 6 с.

40. Пат. 2103085 Российская Федерация, МКИ В 21 В 35/14. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети / Артюх В. Г., Артюх Г. В. (Украина). № 96103815/02; заявл. 26.02.1996; опубл. 27.01.1998, бюл. № 3. 5с.

41. Пат. 83692 Україна, МПК F 16 D 3/26, F 16 D 3/28. Карданний вал / Корчагін В.О., Артюх Г. В., Корчагіна Т. В., Артюх В. Г. (Україна). № а200605804; заявл. 26.05.06; опубл. 26.11.07, Бюл. № 19. 6 с.

42. Пат. 85962 Україна, МПК В 61 G 9/00. Поглинальний апарат автозчепу залізничного транспортного засобу / Артюх Г. В., Артюх В. Г., Корчагін В.О., Корчагіна Т. В. (Україна). № а200709268; заявл. 14.08.07; опубл. 10.03.09, Бюл. № 5. 6с.

43. Пат. 92188 Україна, МПК F 16 F 3/00. Амортизатор / Корчагіна Т. В., Корчагін В. О., Артюх В. Г., Артюх Г. В., Бєляєв О. М. (Україна). № а200805008; заявл. 18.04.08; опубл. 11.10.10, Бюл. № 19. 6с.

44. Пат. 17608 Україна, МКВ В 21 В 35/14. Запобіжний шпіндель, що не руйнується, приводу прокатної кліті / Артюх Г. В., Артюх В. Г. (Україна). № 95125136. заявл. 05.12.1995; опубл. 29.12.1999, Бюл. № 8. 2 с.

45. Пат. 42815 Україна, МКВ G 01 N 3/24, 3/32. Пристрій для випробування зрізних пальців / Артюх В. Г. (Україна). № 97073561; заявл. 04.07.1997; Опубл. 15.11.2001. Бюл. № 10. 2 с.

46. Пат. 2113923 Российская Федерация, МКИ В 21 В 33/00. Предохранительная коробка прокатной клети / Артюх В. Г., Артюх Г. В. (Украина). № 97108117/02; заявл. 12.05.97; опубл. 27.06.1998, Бюл. № 18. 7с.

47. Пат. 15131 Україна, МКВ В 21 В 33/00. Запобіжно-розвантажувальний пристрій прокатної кліті / Артюх Г. В., Мазай В. З., Артюх В. Г. (Україна). № 93007341; заявл. 22.11.1993; опубл. 30.06.1997. Бюл. № 3. 8с.

48. Пат. 91279 Україна, МПК В 21 В 33/00. Запобіжник прокатної кліті / Корчагіна Т. В., Корчагін В.О., Артюх Г. В., Артюх В. Г. (Україна). № а200813543; заявл. 24.11.08; опубл. 12.07.10, Бюл. № 13. 5 с.

49. Пат. 88985 Україна, МПК В 21 В 33/00, В 21 В 35/14. Запобіжний шпиндель приводу прокатної кліті / Корчагіна Т. В., Корчагін В. О., Артюх В. Г., Артюх Г. В., Карлушин С. Ю. (Україна). № а200805569; заявл. 29.04.08; опубл. 10.12.09, Бюл. № 23. 4с.

50. Пат. на корисну модель 42803 Україна, МПК В 21 В 13/00. Пружна планка подушки валка прокатного стана / Артюх В. Г., Артюх Г. В., Мазур В.О.; власник Приазовський державний технічний університет. № u200900195; заявл. 12.01.09; опубл. 27.07.09, Бюл. № 14. 5с.

51. Пат. на корисну модель 43527 Україна, МПК В 21 В 13/00. Облицювальна планка подушки валка прокатної кліті / Артюх В. Г., Артюх Г. В., Мазур В.О.; власник Приазовський державний технічний університет. № u200901307; заявл. 16.02.09; опубл. 25.08.09, Бюл. № 16. 5с.

52. Пат. 89406 Україна, МПК В 21 В 31/00; В 21 В 31/16. прокатна кліть / Артюх В. Г., Артюх Г. В., Мазур В.О.; власник ВАТ «ММК ім. Ілліча». № u200713778; заявл. 10.12.07; опубл. 25.01.10, Бюл. № 2. 8с.

53. Пат. 92400 Україна, МПК В 21 В 31/00; В 21 В 31/16. Комплект подушок валків прокатної кліті / Артюх В. Г., Артюх Г. В., Мазур В. О. (Україна) // № а200900190; заявл. 12.01.09; опубл. 25.10.10, Бюл. № 20. 7с.

54. Пат. 53938 Україна, МКВ F 16 D 3/28. Пружний шпиндель / Корчагіна Т. В., Артюх В. Г., Артюх Г. В., Корчагін В. А. (Україна). № 2002032240. заявл. 20.03.2002; опубл. 17.02.2003. Бюл. № 2. 2с.

55. Пат. 2280790 Российская Федерация, МКИ F 16 D 3/78. Муфта упругая пальцево-дисковая / Корчагина Т. В., Артюх В. Г., Артюх Г. В., Корчагин В. А. (Украина). № 2002135794/11. заявл. 30.12.2002; опубл. 27.07.2006, Бюл. № 21. 5с.

56. Пат. 88072 Україна, МПК F 16 D 3/18. Шпиндель пружний високомоментний / Корчагіна Т. В., Корчагін В. О., Артюх В. Г., Артюх Г. В., Бєляєв О. М. (Україна). № а200712442; заявл. 09.11.07; опубл. 10.09.09, Бюл. № 17. 7с.

57. Пат. 22474 Україна, МКВ В 21 В 33/00. Запобіжник прокатної кліті / Артюх Г. В., Артюх В. Г. (Україна). № 95063006. заявл. 27.06.1995; опубл. 29.12.1999. Бюл. № 8. 2 с.

58. Пат. 22776 Україна, МКВ В 21 В 33/00. Запобіжний шпіндель приводу прокатної кліті / Артюх В. Г., Артюх Г. В. (Україна). № 96062296. заявл. 11.06.1996; опубл. 21.04.1998. 3с.

59. Пат. 2103083 Российская Федерация, МКИ В 21 В 33/00. Предохранитель прокатной клети / Артюх Г. В., Артюх В. Г. (Украина). № 96104524/02 ; заявл. 06.03.1996; опубл. 27.01.1998, бюл. № 3. 6 с.

60. Артюх В. Г. Проблеми захисту важких машин від поломок / В. Г. Артюх // 6-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: тез. докл. Львів, 2003. С. 91.

61. Артюх В. Г. О профилактике повреждений подушек листовых прокатных станов / В. Г. Артюх // Международная науч.-техн. конф. «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов»: тез. докл. Санкт-Петербург, 2007. С. 334337.

Особистий внесок автора в публікаціях, написаних у cпівавторстві.

У роботах [3, 4, 26] автором узагальнено досвід експлуатації захисних і амортизаційних пристроїв, накреслено перспективи їх подальшого вдосконалення. У роботах [8, 38] виконано аналіз конструкційних матеріалів для пружних елементів. У роботі [9] автором введено поняття й виконано аналіз функціональної міцності машин і вузлів. У роботах [13, 17, 29, 30, 32, 46-48, 50-53, 57, 59] автором розроблено теоретичні основі й принципи створення захисних пристроїв робочих клітей прокатних станів. У роботах [18, 39, 41-44] - розроблено основні вимоги й критерії оцінки запобіжних пристроїв. У роботі [20] запропоновано способи захисту від поломок окремих типів металургійних машин. У роботах [23, 40, 49, 58] автору належить розробка теоретичних основ створення запобіжних шпинделів і запобіжних муфт для металургійних машин. У роботах [31, 35] автором виконано теоретичні розрахунки запобіжних елементів і силових ліній машин. У роботах [33, 37, 54-56] - розроблено теоретичні основи створення ефективних пружних муфт і шпинделів. У роботі [36] автором запропоновано методи і програми випробувань адаптерів, виконано аналіз результатів експериментів.

анотація

Артюх В. Г. Розвиток теоретичних основ і практика захисту металургійних машин від поломок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.05.08 - «Машини для металургійного виробництва». - Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2012.

У дисертації вирішено актуальну науково-технічну проблему розвитку теоретичних основ захисту металургійних машин від поломок, що базуються на: введених нових поняттях, які визначають тип захисту; створеній класифікації якісного складу навантажень; розроблених методах проектування і випробування нових класів захисних пристроїв, і на цій основі підвищення надійності і ресурсу металургійного обладнання шляхом упровадження у виробництво ефективних захисних пристроїв.

Результати роботи впроваджено у виробничу практику у вигляді розроблених і випробуваних у лабораторних та промислових умовах запобіжних і амортизаційних пристроїв для захисту металургійних машин від поломок; запропонованої та реалізованої інженерної методики проектування захисних пристроїв для металургійного обладнання, а також у навчальну практику у вигляді нових лекційних і лабораторних курсів для бакалаврів, магістрів і аспірантів.

Ключові слова: металургійна машина, перевантаження, захист від поломок, довговічність, руйнування, амортизатор, запобіжник, пружний елемент, поліуретановий еластомер.

аннотация

Артюх В. Г. Развитие теоретических основ и практика защиты металлургических машин от поломок. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.05.08 - «Машины для металлургического производства». - Государственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный технический университет», Донецк, 2012.

В диссертации решена актуальная научно-техническая проблема развития теоретических основ защиты металлургических машин от поломок, базирующихся на: введенных новых понятиях, определяющих тип защиты; созданной классификации качественного состава нагрузок; разработанных методах проектирования и испытания новых классов защитных устройств, и на этой основе повышения надежности и ресурса металлургического оборудования путем внедрения в производство эффективных защитных устройств.

Впервые предложено и научно обосновано рассмотрение нагрузок, действующих в машине, не как сил, приложенных извне (заданных сил), а как возникающих в самой машине при различных на нее воздействиях. Это позволило выделить в составе машины те воздействия и те детали, которые оказывают наиболее существенное влияние на уровень возникающих в машине нагрузок.

Впервые введено и научно обосновано понятие «качество машины», связанное с соотношением между технологической и максимальной нагрузками, присущими данной машине. Предложены и научно обоснованы принципы защиты в зависимости от величины качества машины К. Для машин и их отдельных силовых линий с малым значением качества (К 0,3) предложена защита от поломок в виде энергоемких устройств, которые существенно уменьшают паразитные и суммарные нагрузки, и названы предохранителями-амортизаторами. Для больших значений качества (0,8 К 1,0) защита при помощи амортизаторов не может быть эффективной, так как уменьшить можно только паразитную нагрузку, а она составляет малую часть от общей нагрузки. В этом случае защитить машину от перегрузок и поломок можно только ограничением суммарной нагрузки при помощи предохранителей-ограничителей. Для средних значений качества не исключено применение как амортизаторов, так и предохранителей.

Впервые введено и научно обосновано понятие «функциональная прочность» деталей машины. Она зависит как от фактической прочности, так и от способности машины уменьшать уровень возникающих нагрузок. Показано, что фактический ресурс деталей машины зависит именно от их функциональной прочности.

Получила дальнейшее развитие теория амортизационных и предохранительных устройств. Научно обоснован выбор типа защитного устройства для защиты конкретной машины от перегрузок и поломок. Сформулированы и научно обоснованы требования к рабочим характеристикам амортизационных и предохранительных устройств.

впервые предложена и научно обоснована функциональная классификация амортизационных устройств, которая базируется не на конструктивных особенностях амортизаторов, а на их назначении по отношению к различным вариантам воздействий. Это позволило выбрать оптимальные параметры амортизаторов при всех возможных вариантах воздействий.

впервые был научно обоснован перечень механических характеристик для материалов защитных устройств, необходимых для создания эффективных амортизаторов и предохранителей. Это позволило впервые проверить на пригодность все разработанные полиуретановые эластомеры и запроектировать производство более эффективных новых эластомеров с заданными свойствами. Основными механическими характеристиками материалов амортизаторов предложено считать их удельную энергоемкость, динамический модуль упругости и характеристику внутреннего трения (коэффициент рассеяния энергии).

Впервые введена и научно обоснована концепция эффективности предохранительного устройства и сформулированы условия повышения эффективности. Главным критерием эффективности предохранителя является стабильность его рабочей характеристики (стабильность выключающей нагрузки), которая зависит от свойств материалов расходуемых и упругих элементов, условий их нагружения, напряженного состояния. Разработаны простые и эффективные втулочные предохранители для рабочих клетей прокатных станов. Методом конечных элементов определены рабочие характеристики и прочностные параметры этих предохранителей.

Результаты работы внедрены в производственную практику в виде разработанных, испытанных, прошедших промышленное опробование предохранительных и амортизационных устройств для защиты металлургических машин от поломок; предложенной и реализованной инженерной методики проектирования защитных устройств для металлургического оборудования, а также в учебную практику в виде новых лекционных и лабораторных курсов для бакалавров, магистров и аспирантов.

По результатам диссертационной работы получены 16 патентов Украины и 5 патентов Российской Федерации. Для ускорения внедрения новых разработок в 2006 г. создана в рамках Управления главного механика ПАО «ММК им. Ильича» научная проблемная лаборатория «Защита металлургических машин от поломок».

Ключевые слова: металлургическая машина, перегрузка, защита от поломок, долговечность, разрушение, амортизатор, предохранитель, упругий элемент, полиуретановый эластомер.

Abstract

V. G. Artyukh. Development of theoretical basis and practice of protection of metallurgical machines from breakdown. - Manuscript.

The dissertation submitted for scientific degree of DSc in Engineering, speciality 05.05.08 - «Machines for metallurgical production». - State Higher Education Institution «Donetsk National Technical University», Donetsk, 2012.

The vital scientific-technical problem of protection of metallurgical machines from breakdowns on the basis of classification of qualitative composition of loads, introducing of new concepts and definitions, new classes of safety devices, creating of methods of сalculation and selection of safety devices, materials for their elastic elements has been solved in the dissertation. It allowed to solve a practical problem, i.e. creation of effective protective devices and their implementation.

The results of this work have been implemented into production in the form of worked out and tested in the laboratory safety and shock-absorbed devices, which also underwent industrial testing, for protection of metallurgical machines from breakdown; engineering methods of designing of active devices for metallurgical equipment were suggested and realized for metallurgical equipment and also for teaching practices in the form of new lecture and laboratory courses for bachelor, master and post-graduate students.

Key words: metallurgical machine, overload, protection from break-down, durability, failure, shock-absorber, safety device, elastic element, polyurethane elastomer.

Размещено на Allbest.ru