Исследование условий эксплуатации станины пресса силой 750 МН и разработка мероприятий, обеспечивающих безотказную работу пресса

Мощные гидравлические прессы, осуществляющие процессы обработки давлением, развивают самые большие среди технологических машин усилия. Эти усилия создаются и воспринимаются базовыми деталями (гидравлическими цилиндрами, поперечинами, колоннами, элементами рамных станин). Поэтому базовые детали мощных гидравлических прессов воспринимают весьма высокие уровни удельных нагрузок. Это является причиной того, что наибольшее число отказов мощных гидравлических прессов с наиболее тяжелыми последствиями связано с отказами базовых деталей.

Уникальный гидравлический штамповочный пресс силой 750 МН находится в эксплуатации 50 лет, и, оставаясь самым мощным в мире, становится все более технологически востребованным. Для обеспечения заданных технологических параметров базовые детали пресса силой 750 МН имеют габариты и массы, предельные по условиям изготовления, транспортировки и монтажа. Общая масса базовых деталей такого пресса составляет порядка 25 000 тонн, при этом 8600 тонн приходятся на станину, 4800 тонн на узел подвижной траверсы, 2200 тонн на блоки рабочих цилиндров, 1740 тонн на стол с выталкивателем.

Практика эксплуатации показывает, что наибольшее число отказов мощных гидравлических прессов связано с усталостным разрушением базовых деталей, причем проектные запасы усталостной прочности этих деталей составляли 77 = 1,5 — 2,0. В таблице 1 приведены отказы базовых деталей мощных гидравлических прессов, зафиксированные в 2002 — 2010 гг. В связи с весьма длительным процессом накопления и развития усталостных повреждений разрушения базовых деталей (обычно внезапные) происходят через много лет после начала эксплуатации. В качестве характерного примера отметим произошедшее в сентябре 2008 г. внезапное разрушение основания штамповочного пресса силой 500 МН фирмы «Места». Пресс введен в.

Таблица 1.

Отказы базовых деталей мощных гидравлических прессов, зафиксированные в 2002;2010 гг.

Пресс Срок эксплуатации, лет Узел Дефект.

500 МН (Mesta) 55 основание разрушение.

500 МН (КЗТС) 18 станина трещина длиной 100 мм.

350 МН (КЗТС) 37 колонны периодические разрушения.

300 МН (УЗТМ) 50 колонна трещина, 20% сечения цилиндр трещина в днище 200×50 мм.

200 МН (УЗТМ) 50 колонна трещина, 50% сечения стяжки трещина, 50% сечения траверса трещины длиной до 180 мм.

200 МН (КЗТС) 37 колонны периодические разрушения.

150 МН (УЗТМ) 30 архитрав трещины длиной до 80 мм основание трещины длиной до 330 мм.

100 МН (УЗТМ) 35 основание трещины длиной до 200 мм стяжки трещины до 180×75 мм.

90 МН (SMS-EUMUCO) 5 архитрав трещины длиной до 50 мм.

60 МН (Skoda) 25 цилиндр трещина в днище 560×60 мм.

60 МН (УЗТМ) (4 пресса) 25−50 колонна трещина 180×150 мм траверса трещины длиной до 360 мм архитрав трещины длиной до 200 мм основание трещины длиной до 370 мм действие в 1955 г. на заводе фирмы «ALCOA» в г. Кливленд, США. На восстановление работоспособности пресса потребуется более двух лет.

Наиболее нагруженной многоэлементной конструкцией, определяющей прочностную надежность пресса силой 750 МН, является его станина. Габариты станины 11 700×15 090×30 195 мм, масса станины 8600 тонн. В связи с невозможностью дальнейшего увеличения габаритов и массы, пресс был запущен в эксплуатацию при минимальном запасе прочности элементов станины П = 1,08. Минимальные запасы прочности, весьма длительный срок службы и уникальные технологические возможности пресса силой 750 МН определяют актуальность работы по исследованию условий эксплуатации и обеспечению безотказной работы станины пресса.

Целью данной работы является обеспечение безотказной работы станины пресса силой 750 МН. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать теоретическими методами напряженно — деформированное состояние деталей станины и определить запасы усталостной прочности с учетом реальной геометрии и условий совместной работы базовых деталей.

2. Определить величину упрочнения материала за счет наклепа в наиболее напряженной зоне ригеля действующего пресса и ввести корректировку в величину запаса усталостной прочности.

3. Провести экспериментальное исследование напряженного состояния элементов рамы пресса для оценки совместности работы пластин ригелей и стоек.

4. Разработать технические решения, направленные на контроль напряженного состояния станины и обеспечение ее безотказной работы.

По результатам анализа результатов работы сформулированы следующие положения научной новизны:

1. Впервые выявлены наиболее нагруженные элементы пресса, определяющие его долговечность. По результатам исследования напряженно — деформированного состояния станины, проведенного на математических моделях, установлено, что максимальные напряжения во внутренних пластинах верхних ригелей в 1,57 раза больше экспериментально измеренных максимальных напряжений во внешних пластинах. С учетом этой неравномерности запас усталостной прочности станины составляет п = 0,76, что при дальнейшей эксплуатации приведет к возникновению усталостных трещин и разрушению ригелей. Результаты теоретических исследований подтверждаются экспериментальными данными.

2. Впервые выявлено влияние условий сборки и текущего технического состояния базовых деталей пресса на его долговечность.

В результате теоретического анализа напряженно-деформированного состояния станины установлено, что затяжка клиновых сухарей распорного валика, проведенная при сборке пресса, уменьшает амплитудные значения максимальных напряжений пластин ригеля на 14%, что увеличивает коэффициент запаса по усталости станины до п = 0,83.

В результате экспериментальных исследований степени наклепа, проведенного при изготовлении пластины в наиболее нагруженной выкружке, установлено, что существующий наклеп обеспечивает увеличение предела усталости материала в 1,47 раза. С учетом наклепа запас усталостной прочности станины составляет п = 1,22, что обеспечивает неограниченную долговечность ригелей.

3. Разработана Система диагностики базовых деталей станины и параметров технологического процесса пресса силой 750 МН. Система диагностики позволяет в режиме реального времени контролировать состояние элементов станины, своевременно разрабатывать и внедрять технические решения, направленные на предупреждение отказов базовых деталей и расширение технологических возможностей пресса.

ОАО «Корпорация ВСМПО — АВИСМА» приняла решение установить разработанную Систему диагностики на штамповочном прессе силой 750 МН.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Пресс силой 750 МН запущен в эксплуатацию в 1961 г. при запасе усталостной прочности п = 1,08, полученном по результатам экспериментальных измерений деформаций в крайних пластинах ригелей без учета неравномерности распределения нагрузки по пластинам. Минимальные запасы прочности, весьма длительный срок службы и уникальные технологические возможности пресса силой 750 МН определяют актуальность работы по исследованию условий эксплуатации и обеспечению безотказной работы станины пресса.

2. Впервые выявлены наиболее нагруженные элементы пресса, определяющие его долговечность. По результатам исследования напряженно — деформированного состояния станины, проведенного на математических моделях, установлено, что максимальные напряжения во внутренних пластинах верхних ригелей в 1,57 раза больше экспериментально измеренных максимальных напряжений во внешних пластинах. С учетом этой неравномерности запас усталостной прочности станины составляет п = 0,76, что при дальнейшей эксплуатации приведет к возникновению усталостных трещин и разрушению ригелей.

3. Впервые выявлено влияние условий сборки базовых деталей пресса на его долговечность. В результате теоретического анализа напряженно — деформированного состояния станины установлено, что затяжка клиновых сухарей распорного валика, проведенная при сборке пресса, уменьшает амплитудные значения максимальных напряжений пластин ригеля на 14%, что увеличивает коэффициент запаса по усталости станины до п = 0,83.

4. Впервые выявлено влияние текущего технического состояния базовых деталей пресса на его долговечность. В результате экспериментальных исследований степени наклепа, проведенного при изготовлении пластины в наиболее нагруженной выкружке, установлено, что существующий наклеп обеспечивает увеличение предела усталости материала в 1,47 раза. С учетом.

131 наклепа запас усталостной прочности станины составляет п = 1,22, что обеспечивает неограниченную долговечность ригелей.

5. Проведено экспериментальное исследование распределения нагрузки по пластинам ригелей и стоек станины путем измерения деформаций пластин при штатных технологических операциях. Установлено, что максимальная неравномерность распределения нагрузки по пластинам ригелей превышает расчетную на 11,5%, по пластинам стоек на 4,8%. Показано, что для оценки изменения условий взаимодействия пластин в пакетах ригелей и стоек необходим постоянный контроль их напряженного состояния.

6. Разработана Система диагностики базовых деталей станины и параметров технологического процесса пресса силой 750 МН. Система диагностики позволяет в режиме реального времени контролировать состояние элементов станины, своевременно разрабатывать и внедрять технические решения, направленные на предупреждение отказов базовых деталей и расширение технологических возможностей пресса. ОАО «Корпорация ВСМПОАВИСМА» приняла решение установить разработанную Систему диагностики на штамповочном прессе силой 750 МН.