Анотація до роботи:

Ручко В.М. Оцінка можливих пошкоджень деталей металургійних машин при конструюванні і технічному обслуговуванні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.08 – Машини для металургійного виробництва. – Донецький національний технічний університет, Донецьк , 2006.

Дисертація присвячена розробці математичної моделі оцінки можливих пошкоджень, що поступово накопичуються в невідновлюваних деталях металургійних машин, які відносятся до допоміжного обладнання, а також удосконалюванню на підставі неї методів забезпечення заданих ресурсів при їхньому конструюванні та обґрунтування дати проведення технічного обслуговування під час експлуатації. Зазначені методи дозволяють більш повно використати ресурс деталі при підтриманні заданого рівня безвідмовності.

Чисельна оцінка ведучого виду пошкодження деталі металургійної машини виконується з урахуванням характеру зміни діючого на неї в рамках одного технологічного циклу навантаження. Характеристики навантаження на деталь представлені даними про виробничу програму, що реалізується на досліджуваній металургійній машині.

Проведено лабораторні дослідження з вивчення процесу накопичення пошкоджень у різних типах деталей лабораторного стенда і зроблена розрахункова оцінка їхнього ведучого виду на підставі розробленої математичної моделі оцінки пошкодження.

Виконано теоретичні дослідження, що дозволили вперше одержати залежності, які дають можливість побудувати теоретичний вид кривої навантаження в рамках одного технологічного циклу ролика задавача металу - нової металургійної машини.

Виконано експериментальні дослідження з оцінки пошкодження втулки великого шатуна механізму різання ножиців з паралельними ножами на підставі даних про реалізовану виробничу програму за заданий період.

У роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, що полягає в підтриманні заданого рівня безвідмовності металургійних машин, що відносяться до допоміжного обладнання, за рахунок розробки математичної моделі оцінки пошкоджень, що поступово накопичуються в невідновлюваних деталях, і вдосконалення методів забезпечення заданого ресурсу при конструюванні і обгрунтування дати технічного обслуговування під час експлуатації.

1. На підставі аналізу методів і підходів, які використовуються при розробці моделей пошкоджень деталей металургійних машин, отримала подальший розвиток класифікація факторів, що впливають на особливості процесу накопичення в них пошкоджень, шляхом її доповнення новою групою, що визначає функціональні особливості деталей, елементи якої враховують характер їх навантаження в рамках технологічного циклу.

2. Розроблена математична модель оцінки пошкоджень, що поступово накопичуються в різних невідновлюваних деталях, металургійних машин, які відносяться до допоміжного обладнання. Запропоновано, разом з конструктивними особливостями, розмірами і механічними властивості матеріалу деталі, враховувати особливості підсумовування пошкоджень і характер зміни навантаження, що діє на деталь та представляється даними про виробничу програму, яка реалізовується на досліджуваній металургійній машині, в рамках технологічного циклу.

3. На підставі математичної моделі оцінки пошкодження вдосконалено метод забезпечення заданого ресурсу деталей при конструюванні металургійної машини за рахунок врахування оцінки можливих пошкоджень. Прийнято, що заданий ресурс деталі визначається з урахуванням вибраного коефіцієнта співвідношення ресурсів k, що приймає значення k = 1/12; 1/6; 1/4; 1/3; 1/2; 1; 2; 4; 5; 10; 20, і коефіцієнта, що враховує запас ресурсу щоб уникнути виникнення аварійної відмови під час експлуатації k_З = 1,15 , та дозволяє підтримувати заданий рівень безвідмовності.

4. На підставі положень розробленої математичної моделі оцінки пошкодження вдосконалено метод обгрунтування дати технічного обслуговування деталей під час експлуатації металургійних машин. Прийнято, що обґрунтована дата технічного обслуговування повинна відповідати значенню оцінки пошкодження, яке міститься в інтервалі 0,90...0,95 . Прийнятий інтервал оцінки пошкодження дозволить більш повно вичерпати ресурс деталі при підтриманні заданого рівня безвідмовності.

5. На лабораторному стенді виконано дослідження процесу накопичення пошкоджень різних деталей (ПКч, ПКв, валів). Проведено порівняння значень теоретичних оцінок пошкоджень досліджених деталей по відношенню до експериментальних оцінок. Встановлено, що відносні помилки в оцінках лежать в інтервалі 3...12 % .

6. Виконано теоретичні дослідження способів примусового завдання металу у валки і характеристик процесу динамічного захоплення металу валками, на підставі яких отримано аналітичні залежності, що характеризують особливості взаємодії заготівки при завданні її у валки прокатної кліті з елементами сконструйованої металургійної машини - задавача металу. Ці залежності дозволяють визначити: силу притиснення N₂ ролика задавача до заготівки; коефіцієнт тертя кочення k₂ між роликом задавача і гарячою заготівкою; коефіцієнт динамічності k_дин системи «ролик–пружинні амортизатори». За умови максимальної критичної сили, що виникає в перетині заготівки при можливому її подовжньо-поперечному вигині, отримана поліноміальна залежність для визначення відстаней L₁ та L₂ розташування роликів задавача щодо валків прокатної кліті і робочого рольганга. Уточнені рівняння, що описують переміщення і швидкість центру мас ролика задавача в моменти його зіткнення із заготівкою. Перераховані вище залежності і рівняння дозволили побудувати теоретичну криву зміни навантаження, що діє на ролик задавача у момент задавання заготівки у валки прокатної кліті. Указані параметри, стосовно умов БЗС 850-610-550 ВАТ «Єнакіївський металургійний завод», склали: N₂ = 12 кН ; k₂ = 0,522 мм ; k_дин = 2,5 ; L₁ = 2,3 м і L₂ = 1,2 м .

7. Виконана розробка нової металургійної машини – задавача, відповідно до прийнятої схеми міжремонтних періодів його деталей (4: 4: 1: 1), з використанням вдосконаленого методу забезпечення їх заданого ресурсу при конструюванні. Отримано розрахункові значення ресурсів деталей задавача: підшипники опор ролика (деталь-еталон) t_підш = 4,6 року, ролики t_рол = 4,1 року, зовнішньої t_зпруж = 1,1 року і внутрішньої t_{в пруж} = 1,1 року пружини секцій опор ролика. Відхилення розрахункових значень заданих ресурсів деталей задавача від прийнятої схеми міжремонтних періодів склав від 1,1 до 10,3 %.

8. Проведений аналіз особливостей експлуатації, видів і причин відмов, даних про дати ремонтів механізму різання ножиць №1 для гарячого різання металу обтискового стана 950/900 ЗАТ «ММЗ «ІСТІЛ (Україна)», на підставі якого вибраний об'єкт дослідження – втулка шатуна механізму різання. Отримано фактичне значення середнього ресурсу = 1197 діб. З використанням даних про виробничу програму, що реалізовується на ножицях № 1, виконана параметризація розробленої математичної моделі оцінки пошкодження на умови експлуатації втулки шатуна. Отримано розрахункове значення середнього ресурсу t_ср = 1073 доби. Значення відносної помилки між фактичним і розрахунковим значеннями середнього ресурсу склало _{t ср} = 10,45 %.

9. На підставі вдосконаленого методу обгрунтування дати технічного обслуговування під час експлуатації отримано значення оцінки пошкодження втулки шатуна _{вт шт} = 0,52 . Розрахунок виконано на підставі даних про реалізовану на ножицях № 1 виробничу програму (за період 1995-1998 р.). Отрримане значення _{вт шт} дозволяє стверджувати, що ресурс втулки шатуна, з урахуванням відносної помилки моделі _{t ср} = 10,45 %, був витрачений на рівні 52-62%, що підтверджується літературними даними про припустимий знос втулки - 5 мм та реальний знос 2,5-3 мм, які отримані на виробництві. Таким чином, дата технічного обслуговування механізму різання ножиць № 1, щодо оцінки пошкодження втулки шатуна не дозволила більш повно вичерпати її ресурс.

10. Розроблені і реалізовані у вигляді програмного забезпечення вдосконалені методи забезпечення заданого ресурсу при конструюванні і обгрунтуванні дати технічного обслуговування під час експлуатації деталей металургійних машин. Програмне забезпечення може бути основою для побудови автоматизованих систем конструювання нових і вдосконалення існуючих металургійних машин на машинобудівних підприємствах і створення автоматизованих робочих місць по організації і плануванню технічного обслуговування і ремонтів в ремонтних службах металургійних заводів. Дані результати передані до впровадження і використання на ЗАТ «Ново-Краматорський машинобудівний завод» (м. Краматорськ), ЗАТ «ММЗ «ІСТІЛ (Україна)» (м. Донецьк) і в Донецькому національному технічному університеті. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи склав: при конструюванні задавача - 46 965 грн., при технічному обслуговуванні ножиць гарячого різання металу - 79 579 грн. Частка здобувача склала, відповідно, 23 482 грн. і 39 789 грн.

Публікації автора:

1. Ручко В.Н. Моделирование повреждений в деталях и надежность металлургического оборудования // Захист металургійних машин від поломок. - Маріуполь. - Вип. № 7. - 2003. - С. 7-12.

2. Ручко В.Н. Классификация факторов, учитываемых при моделировании повреждений деталей металлургического оборудования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. – Донецк, ДонНТУ, 2004. - Вып. - № 27. – С. 190-195.

3. Ручко В.Н., Ченцов Н.А. Анализ и развитие математических методов решения задачи обеспечения надежности металлургического оборудования при его проектировании и эксплуатации // Сборник научных трудов НГУ, – Днепропетровск.: НГУ. – 2004. - Вып. № 19. - Т.5. - С. 47 – 54.

4. Ручко В.Н., Ченцов Н.А. Особенности приведения нагрузок к деталям металлургического оборудования при моделировании их повреждений // Защита металлургических машин от поломок. Сборник научных трудов. Мариуполь. - 2005. - №8.- С. 8 - 12 .

5. Ручко В.Н., Ошовская Е.В. Автоматизация выбора подшипников качения при решении задачи оптимального проектирования узлов металлургического оборудования // Международный сборник научных трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". - Донецк, ДонНТУ, - 2005. - Вып. № 29. - С. 165 – 171.

6. Ручко В.Н., Нижник А.В. Вывод уравнения критической нагрузки потери устойчивости заготовки, при задаче ее в валки непрерывно-заготовочного стана / Научные труды ДонНТУ. Серия «Металлургия». – Донецк.: ДонНТУ, - 2005. - Вып. №102. - С. 104 – 112.

7. Ручко В.Н., Руденко В.И. Исследование взаимодействия раската с вертикальными роликами задатчика металла в валки прокатной клети. Сборник научных трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". – Донецк.: ДонНТУ, - 2002. - Вып. № 23. - С. 122-126.

8. Ченцов Н.А., Ручко В.Н. Оценка использованной части ресурса деталей металлургического оборудования по усталостной прочности // Защита металлургических машин от поломок. Мариуполь. - 1998. - Вып. № 3. - С. 47-50.

9. Седуш В.Я., Ченцов Н.А., Ручко В.Н. Прогнозирование сроков отказа деталей с учетом производственной программы металлургического предприятия //Теория и практика металлургии. – Днепропетровск. – 1998. - № 2. - С. 43–45.

10. Ручко В.Н., Ченцов Н.А. Математическое моделирование, как способ оценки меры повреждения деталей прокатного оборудования, и метод решения задач планирования в ремонтной службе // Материалы 6-й Международной практической конференции-выставки "Технология ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций", 13-16 апреля 2004 г. - Санкт-Петербург: Из-во СПбГПУ, 2004. – С. 552 – 559.

11. Ручко В.Н., Ченцов Н.А. Использование модели оценки меры повреждения деталей металлургического оборудования при прогнозировании сроков их отказа // Материалы II-й Международной научно-технической конференции "Вибрация машин: Измерение, снижение, защита", 25-26 мая 2004 года. - Донецк: ДонНТУ, 2004. – С. 128 – 134.

12. Патент 9233 Україна, МПК⁷ B 21 B 39/06. Задавач метала в калібри прокатної кліті: Ручко В.М., Руденко В.І. (Україна); ДонНТУ. - № u2005 01843; Заявл. 28.02.2005; Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9 2005 р. . - 3 с.

Особистий внесок здобувача в опублікованих роботах. [3], [10] - аналіз і класифікація методів використання моделей пошкодження при прогнозуванні відмов деталей металургійних машин; [4] - розробка методу приведення навантажень від робочого органу машини до досліджуваної деталі; [5], [12] - розробка конструкції задавача металу у валки прокатної кліті; [6] – розв’язання рівняння критичного навантаження, що викликає втрату стійкості заготівки при задаванні її у валки безперервно-заготівельного стана за допомогою задавача; [7] - дослідження взаємодії металу з елементами задавача металу у валки прокатної кліті, визначення сили притиснення роликів задавача до металу, використання силових параметрів при оцінці пошкодження елементів задавача на стадії конструювання; [8] - розробка моделі оцінки пошкодження деталей металургійних машин по втомній міцності на підставі статистичних даних про виробничу програму; [9], [11] - розробка моделі прогнозування відмов деталей металургійних машин, оцінка пошкодження і залишкового ресурсу деталі, обгрунтування дати проведення технічного обслуговування на підставі даних про міцностні і геометричні параметри деталі, реалізовану виробничу програму.