CC BY
28
МАШИНОСТРОЕНИЕ И ТРАНСПОРТ
УДК 658.511.5:658.588
А.Н. Савельев, С.С. Северьянов, М.И. Тарасов
Сибирский государственный индустриальный университет
ОЦЕНКА РЕЖИМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ «МАШИНА НЕПРЕРЫВНОГО
ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК»
Механическое оборудование таких технологических линий, как «машина непрерывного литья заготовок (ТЛ МНЛЗ)», во время разливки жидкого металла в заготовки испытывает интенсивные как тепловые, так и энергосиловые воздействия, в силу чего очень быстро теряет свою работоспособность. Это приводит к преждевременному выходу некоторых деталей и узлов оборудования из строя и, кроме частых плановых остановок, еще и к аварийным остановкам всей технологической линии. Машина непрерывного литья заготовок реализует непрерывный процесс разливки жидкого металла, при котором длительные непредусмотренные заранее простои просто недопустимы. Отсюда очень важно знать не только показатели эксплуатационной надежности оборудования МНЛЗ, но и на сколько оборудование приспособлено к проведению операций его восстановления. Настоящая работа нацелена на выполнение оценки ремонтопригодности технологических агрегатов непрерывной линии МНЛЗ с точки зрения временных параметров ее восстановления.
Согласно представлениям, изложенным в работах [1, 2], любая техническая периодически восстанавливаемая система в промышленности должна быть приспособлена выполнять три вида функций, а именно: реализовывать технологию получения производимой на данном оборудовании продукции, обеспечивать технологию восстановления ремонтными службами данного оборудования и обеспечивать технологию обслуживания этого оборудования. Сказанное объясняется тем, что реализация вышеперечисленных функций состоит из трех составляющих ее элементов: предмета труда, средств труда и самого труда, т.е. подготовленного персонала, способного реализо-вывать необходимые технологические операции. С этих позиций очевидно, что функциональные особенности подсистем таких технологических линий, как МНЛЗ периодически меняются. Связано это с тем, что при произ-
водстве продукции средствами производства является оборудование технологических линий. При выполнении ремонтных работ, как показано в исследованиях [1, 2], оборудование из разряда средств труда переходит в разряд предмета труда. Аналогичным образом происходит изменение функций и других составляющих производственного процесса (рис. 1). В этом случае меняются и средства труда, и предмет труда, меняется и сам вид труда. В результате в одном цехе при таком рассмотрении процесса функционирования технологических периодически восстанавливаемых линий можно сказать существуют три производства: производство выпуска продукции, производство ремонта технологического оборудования и производство обслуживания оборудования. Для выполнения ремонтных работ очень важно знать: на сколько технологическое оборудование приспособлено выполнять не только функции производства продукции, но и функции реализации его ремонта и обслуживания.
В настоящей работе на статистическом материале продолжительности выполнения ремонтных работ при возникновении на агрегатах технологической линии МНЛЗ аварий проведена оценка приспособленности технологических машин к проведению на них ремонтов. Оценивалась ремонтопригодность оборудования по продолжительности устранения аварий. При анализе характера распределения ремонтопригодности между агрегатами технологической линии МНЛЗ фирмы УЗТМ как сложной технической системы после 26 лет эксплуатации в условиях ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» прежде всего была выполнена декомпозиция ее агрегатов. Согласно теории формирования сложных технических систем [3 - 6], процесс декомпозиции таких систем реализуется путем многократного разложения элементов того или иного уровня сложности системы по качественному параметру на три составляющие этот уровень группы. Для рассматриваемого
о
Рис. 1. Разложение производственного процесса на составляющие
уровня сложности МНЛЗ первая и третья группы агрегатов содержат противоположные по качественному параметру группы элементов, а вторая группа включает агрегаты, которые обладают одновременно свойствами агрегатов и первой, и третьей групп. В результате такого разложения получаются три группы агрегатов, составляющие сложную систему.
Каждая из этих групп элементов сама может являться сложной системой и может быть разложена на три составляющих ее подгруппы. Подобных разложений может быть такое количество, которое приводит к тому уровню сложности, который рассматривается в каждой конкретной ситуации [7].
Рис. 2. Последовательность расположения агрегатов в технологической линии МНЛЗ
Опираясь на такое представление о структуре одного из уровней сложной технической системы и выделив качество, в результате которого тот или иной вид оборудования используется в данной технологической линии, выполнена декомпозиция технологической линии МНЛЗ. Особенностью этой технологической линии является то, что ее агрегаты работают с металлом, который в процессе движения по МНЛЗ находится в различных физических состояниях. В связи с этим тот или иной агрегат линии должен быть приспособлен выполнять свои функции в различных технологических условиях. Соответственно конструктивные особенности и характеристики эксплуатации и восстановления агрегатов будут различными, со своими особенностями в зависимости от того, к какой группе они принадлежат. Так, первая группа включает агрегаты, работающие с жидким металлом (рис. 2). Все входящие в эту группу агрегаты обладают качеством обеспечивать технологические операции в температурных условиях, соответствующих температуре жидкого металла, обеспечивать перемещение жидкой среды и в силу этого имеют свои конструктивные особенности, определяющие и вид, и методы реализации восстановительных работ. Третья группа агрегатов работает уже с твердым металлом, испытывает воздействие твердой среды и должна в связи с этим обладать соответствующим набором технических параметров ремонта данного вида оборудования. Показатели ремонтопригодности второй группы агрегатов, группы, которая работает с затвердевающим металлом, должны включать ряд параметров, соответствующих как первой, так и третьей группам агрегатов. Исходя из вышесказанного, к первой группе относятся следующие агрегаты: подъемно-поворотный стенд и промежуточный ковш (рис. 2). Вторая группа будет состоять из агрегатов, формирующих твердую заготовку. В эту группу войдут кристаллизатор с механизмом его качания, секции вторичного охлаждения, установка четырехвалковых клетей, секция поддерживающих роликов и установка клетей. Третья группа агрегатов работает уже с твердой заготовкой и включает секцию правильно-тянущих клетей, рольганг до машины газовой резки заготовки, машину газовой резки, рольганг после машины газовой резки, спаренный рольганг и ряд других агрегатов, расположенных за спаренным рольгангом. Выполненная таким образом декомпозиция позволяет не только определить показатели ремонтопригодности входящих в ту или иную группу агрегатов, но и сравнить между собой эксплуатаци-
онные показатели входящих в группу агрегатов, а также сравнить показатели ремонтопригодности каждой из групп.
Для определения количественных характеристик показателей ремонтопригодности агрегатов был собран статистический материал, характеризующий особенность их эксплуатации. Статистические данные собирались с целью построить вероятностные кривые продолжительности ремонтов агрегатов при аварийном выходе их из строя, найти их математическое ожидание и дисперсию продолжительности осуществления ремонтов. Для этого, обрабатывая цеховую документацию об отказах технологической линии МНЛЗ и продолжительности ее простоя по механическим причинам, была сформирована выборка продолжительности ремонтов агрегатов от их остановки до начала следующего этапа работы. Временной период статистического материала о продолжительности ремонтных работ на агрегатах охватывает 15 лет, начиная с 2001 г. и заканчивая 2015 г. эксплуатации данного оборудования. При анализе статистического материала, касающегося продолжительности проведения восстановительных работ на каждом из агрегатов технологической линии, получены распределения частоты встречаемости продолжительности ремонтов; плотность вероятности продолжительности ремонтов каждого из агрегатов; математическое ожидание продолжительности ремонтов и дисперсия продолжительности ремонтов рассматриваемых агрегатов. Статистические и вероятностные данные по каждому из агрегатов технологической линии приведены на рис. 3.
При оценке ремонтопригодности агрегатов МНЛЗ прежде всего была оценена интенсивность отказов каждого из агрегатов технологической линии. Для этого определили долю количества отказов за последние десять лет, начиная с 2005 по 2015 гг., приходящуюся на каждый из агрегатов. Результаты оценки величины отказов каждого из агрегатов показаны на рис. 4, а, из которого видно, что доля отказов у всех агрегатов укладывается в зону от 0,06 до 0,11 относительных единиц и все они с практически одинаковой интенсивностью выходят из строя. Ремонтопригодность агрегатов, оцениваемая по продолжительности восстановительных работ, также у всех агрегатов примерно одинаковая. Математическое ожидание временного периода восстановления поломок у агрегатов лежит в пределах 2,5 - 4,5 ч (рис. 4, б), а дисперсия, или среднеквадратиче-ское отклонение от математического ожидания, у агрегатов разное (рис. 4, в). У основной
Подъемно-поворотный стенд
Тележка промежуточного
а (г) = 2,4
М = 3,06
#
5
•Г' '
. . . . .
1,0 1,7 2,4 3,1 3,8 4,5 5,2 5,9 6,6 7,3 г, ч
а (г) = 2,0
т М = 2,5
\ \
Кристаллизатор с механизмом качания
1 2 3 4 5 6 7 1, ч Секция вторичного охлаждения Секция поддерживающих роликов Тянуще-правильный механизм
26
а (г) = 2,7 М = 2,8
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
64
2
0
а (г) = 12,4 М = 5,3
1УИ
2 3 4 5 6 78
МГР
9101112г, ч
35
30
25
20
15
10 •
5
0
а (г) = 6,45 М = 3,9
о га. г-1 гч—
1,0 2,1 3,2 4,3 5,4 6,5 7,6 8,7 9,8 г, ч
Рольганг после МГР
§
2,1 3,2 4,3 5,
Спаренны
7,6 8,7 9,8 10,9 г, ч рольганг
а (г) = 2,8 М =2,49
_а_□
Я
л
а (г) = 3,6 М = 3,65
__
1,01,62,2 2,8 3,44,0 4,6 5,2 5,8 6,4 г, ч
Ручей 1
40 353025 20 15 10 5 0
а (г) = 1,5 М = 2,89
_
л.
1,01,6 2,2 2,8 3,4 4,0 4,6 5,2 5,8 6,4 г, ч
7 6 8,7 9,8 10,9 г, ч
1,0 1,5 2,02,53,03,54,04,55,0 г, ч
1
4
Рис. 3. Характер распределения статистических данных и вероятностных законов распределения сроков восстановления
агрегатов ТЛ МНЛЗ
части агрегатов среднеквадратическое отклонение лежит в пределах от 1,3 до 2,0 ч. Однако у таких агрегатов, как кристаллизатор с механизмом его качания, секции поддерживающих роликов и тянуще-правильный агрегат, сред-неквадратическое отклонение изменяется от 2,1 до 3,5 ч. Тем не менее разброс временных параметров выполнения ремонтных работ в пределах 3,5 ч для тяжелого технологического оборудования, каким считаются агрегаты технологической линии МНЛЗ, считается не только приемлемым, но и весьма хорошим. Отсюда следует, что за 26-летний период эксплуатации данной технологической линии обслуживающий персонал и сам приспособился ремонтировать это оборудование, и реконструировал его, сделав достаточно высоко ре-монтнопригодным. Подобного вывода нельзя сделать по поводу режимов организации ре-монтно-восстановительных работ. Более 1100 аварий практически всех агрегатов технологи-
ческой линии за последние 10 лет свидетельствуют о том, что режимы организации ре-монтно-восстановительных работ выбраны не совсем рационально.
Выводы. Оценка статистического материала показала, что все агрегаты технологической линии «машина непрерывного литья заготовок» во время реализации на ней технологического процесса периодически выходят из строя. В результате периодического выхода агрегатов из строя они достаточно хорошо приспособлены для реализации на них ре-монтно-восстановительных работ. Продолжительность таких работ в среднем укладывается во временной период от 2 до 4,5 ч, однако организация ремонтных работ спланирована не совсем рационально, что приводит к возникновению на данной технологической линии более ста аварийных остановок в год.
Й 8
0,12
§
& 0,10
3 0,08
8 ®
; 0,06
; 0,04
§ 0,02
01 2 3 45 67 89 10 11 Агрегаты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Агрегаты
8 §
£
4,0 3,5 « 3,0 § 25 § 2,0 1,5 1,0 0,5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Агрегаты
Рис. 4. Оценка режима выполнения восстановительных работ агрегатов МНЛЗ: а - относительная доля выхода агрегатов из строя в течение последних десяти лет; б - математическое ожидание продолжительности восстановительных работ на агрегатах технологической линии МНЛЗ; в - среднеквадратиче-ское отклонение статистического материала от математического ожидания продолжительности восстановления агрегатов МНЛЗ; агрегаты технологической линии: 1 -подъемно-поворотный стенд; 2 - тележка промежуточного ковша; 3 - кристаллизатор с механизмом качания; 4 -секции вторичного охлаждения; 5 - секция поддерживающих роликов; 6 - тянуще-правильный механизм; 7 -рольганг до машины газовой резки металла (МГР); 8 -МГР; 9 - рольганг после МГР; 10 - спаренный рольганг; 11 - остальное оборудование за спаренным рольгангом
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. С а в е л ь е в А.Н. Проектирование гомео-стазных прокатных комплексов // Изв. вуз. Черная металлургия. 1991. № 12. С. 78 -82.
2. С а в е л ь е в А.Н. Особенности формирования работоспособных технологических систем // Изв. вуз. Черная металлургия. 1998. № 8. С. 69 - 75.
3. С а в е л ь е в А.Н. Структурные особенности устойчиво функционирующей сложной технической системы // Изв. вуз. Черная металлургия. 1996. № 12. С. 53 - 58.
4. С а в е л ь е в А.Н., Т и м о ш е н к о в Ю.Г., Б и ч Т.А. Идентификация модели распределения элементов в сложной технической системе // Изв. вуз. Черная металлургия. 2004. № 6. С. 64 - 67.
5. С а в е л ь е в А.Н. О методологических основах проектирования надежного технологического оборудования // Изв. вуз. Черная металлургия. 1998. № 6. С. 22 - 26.
6. С а в е л ь е в А.Н., Т и м о ш е н к о в Ю.Г., Б и ч Т.А. Оценка показателей безотказности и ремонтопригодности агрегатов устойчиво работающей технологической линии МНЛЗ // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 6. С. 57 - 60.
7. С а в е л ь е в А.Н., Б о с н я к М.Л. Особенности формирования работоспособных прокатных комплексов для выпуска заготовок // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 2. С. 59 - 65.
© 2016 г. А.Н. Савельев, С.С. Северьянов, М.И. Тарасов Поступила 23 декабря 2016 г.
а
в
