CN1446136A - 监测支承在金属且尤其是钢的连铸设备中的连铸支承辊的转动轴承且特别是滚动轴承的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
通过就近设置的传感器监测位于两端和/或中心地支承在金属且尤其是钢的连铸设备的一个支承辊座(1)中的转动轴承(3)且尤其是滚动轴承(3a)的方法和装置能够使转动轴承(3)的更换不取决于出现的有害结果，而是要如此获得经济性和有利的维修时刻，即为了确定滚动轴承和/或滑动轴承(3a)的剩余使用寿命，连续测量和存储在一个或多个转动轴承(3)或选定的转动轴承(3)组或一个影响转动轴承(3)的部件上的机械负荷和/或热负荷(负荷集合)，在一个数据分析存储单元(5，6)中处理数字测量结果，并且从所有负荷总数中计算出负荷集合的比值并且计算出各转动轴承(3a，3)的极限负载能力。
Description
技术领域
本发明涉及通过就近设置的传感器监测位于两端和或中心地支承在金属且尤其是钢的连铸设备中的连铸支承辊的转动轴承且特别是滚动轴承的方法和装置。
背景技术
在用于板坯横截面、薄坯、初轧坯和或型材坯(工字梁坯)的连铸设备中，铸坯从连铸结晶器中一直至少到完全凝固区域地被支承在弧形辊道中并受到引导，在继续凝固的过程中，铸坯也被弯曲。所出现的力通过连铸支承辊而由滚动轴承或滑动轴承来承受并且被继续传递给辊座。在经常要多天或多周不间断进行的作业中，出现了各式各样且大小不同的负荷。在构造设备时估算这种负荷只能是近似的并且只能在很粗略地简化随后出现在真正浇注作业中的条件的情况下进行。因此，可能发生这样的事情，即这样的转动轴承因由持续不断的轻微的或一些很高的负荷或这些负荷的综合效果引起的损伤而失效。这种损伤可能也出现在每个负荷情况不会导致损伤时。在浇注作业中出现这样的失效的情况下，由此引起的作业故障和或许所需的维修工作(对后续损伤)导致显著的生产率降低和成本。连铸设备的操作人员经常要通过预防性的定期更换转动轴承来考虑到这样的事情。此外，为了可靠地预防各转动轴承断裂而没有充分利用大量转动轴承的实际使用寿命，这是不可避免的，但又是不经济的。
公开了这样的技术(由FEATURE，“Measurements and Calculationsof the Temperature and Load of the Bear ings in a Continuous CastingMaschine at BOS 2 in Ijumuiden”1999年12月，第25-29页)，通过适当手段来监测转动轴承并且推迟更换，直到马上要出现有效的损害。因此，人们知道了，借助加速度传感器或固体传声传感器来获得一个信号，该信号可以通过适当分析如频带而推断出转动轴承的实际状况。但是，该方法象其它方法那样基于对转动轴承重要性能变化的分析，或者说，只有当变化已经发生时，它才起作用。经验表明，事后进行的维修毕竟太迟了并且仍然造成上述损害。
上述方法允许评估机器部件的使用寿命。这些方法的出发点在于，一个部件的每个负荷都相应分担责任地造成总损伤，直到初次可看到地开裂。在所谓的负荷集合中，所有在观察期间内作用于一个部件上的负荷可以被综合起来。此外，例如可以计算出在什么时间后并在什么负荷曲线下可以按多大概率预计到所观察部件的失效。
这样的评估越切合实际，考虑作用于部件的负荷(根据类型、方向、大小和概率)越精确。目前，对材料性能做出假定所占的错误率很小，以至它们一般只是忽略不计地影响这样的评估的命中率。
还知道了这样的技术(“Leitfaden fur eineBetriebsfestigkeitsberechnung”VDEhVerlag Stahl-Eisen杜塞尔多夫1985，第2版)，即采用测量轴承负荷的方法和装置，例如测压头、专用测量轴承或采用带有相应传感器的轴承或轴承箱。当在连铸设备中存在不利的环境条件时，如存在高温、含化学腐蚀性混合物的水蒸汽、脏物和机械负荷，目前采用这样的测量技术设备是可行的。
但是，当使用相应的测量技术设备(测压头、专用测量轴承、带传感器的转动轴承)时，要注意在连铸设备中存在不利的环境条件如高温、含化学腐蚀性混合物的水蒸汽、脏物和机械负荷。
发明内容
本发明的任务是要使转动轴承的更换与所出现的损伤事件无关，而是要在连铸作业经济的意义上，力求在经济上最有利的维修时刻的转动轴承使用寿命的尽可能利用。
所提出的任务基于这样的基本构思，即不是测量在转动轴承的变化，而是测量由这些变化引起的对转动轴承的外部作用，并且就分摊造成的损伤对所述外部作用进行评估。
根据本发明，如此完成所提出的任务，即为了确定滚动轴承和/或滑动轴承的剩余使用寿命，在一个或多个转动轴承或选定的转动轴承组或一个影响转动轴承的部件上，连续测量并存储机械负荷和/或热负荷(负荷集合)，在一个数据分析-存储单元中处理数字测量结果，并且根据所有负荷的总数计算出负荷集合的比值并且计算出各转动轴承的极限负载能力。这样一来，可以减少或甚至避免造成转动失效的不可预见的工作故障。还有利的是，可以完全省掉转动轴承的预防性更换，并且只在更换实际快来临时，才进行养护。因此，转动轴承总是一直快被用到其计算极限使用寿命的尽头。根据本发明，可以长期汇集有关连铸设备磨损历程的经验，因此，一方面可以使连铸设备的工作方式最佳化，另一方面，可以使其尺寸和设计最佳化。可以在时间上并根据过程来排列其它过载状况，以便在或许寻找排除故障时提供帮助。可以有利地确定在可重现过程(负荷图形)中的变化并且通过与原先测定的原始状态做比较来分析或帮助分析设备结构的变化。同时，可以识别出加工错误、安装错误和调节错误。所有优点基于各时间特性曲线的大量小负荷以及少量大负荷的总负荷的累积，其中包括从连续静态的或近似静态的负荷(例如由支承结构自重引起的)经增大的或交替的负荷(例如由波动工作负荷引起的)到高动态的冲击负荷。
根据一个实施方式，考虑到数据测量的多层次，以下措施是有利的，即该测量数据的测量是按照一规定的扫描速率进行的。在这种情况下，一方面力求比较高频地如以50赫兹扫描速率进行数据获取，但另一方面，这要经过很长时间如多年地来进行。
由此得到了其它措施，即测得的测量数据按照统计方法进行处理。这样一来，可以将存储-数据分析单元的设备成本保持在允许极限内。此后不需要马上存储原数据。
根据另一个措施而建议，按照负荷的类型、方向、大小和持续时间来分类并存储测得的测量数据。
根据其它特征而提议，从测量数据中计算出各滚动轴承的容许的合计总负荷并将其压缩成一个特征数，这个特征数代表在滚动轴承的实际测量时刻前的累积总负荷。总负荷与极限负荷进行比较。比较结果表明了预期的剩余使用寿命。这个方法也简化了预期使用使用的不断累积，因为在一些分类大小范围内，可以与迄今算出的值相比地权重一个测量结果。除了经过较长时间的上述统计数据分析外，实际的负荷测量可以有利地被用于直接评估。快速的评估尤其可以被用在这样的工作条件下，即出现的转动轴承负荷意味着已达到或超过了静态允许的负荷极限，例如当在浇注中断后重新起动时，或者在拉出已变冷的铸坯时。
此外，遵循基本构思地，以下措施是有利的，即要评价的轴承的负荷集合不是从独立的各次测量中得到的，而是其承受相同负荷的轴承被组合成组，并且分别将一次有代表性的测量用于评价整组的实际负荷。
还有利的是，这些组和/或在这些组内的负荷分布差值根据这些组的数字模型来形成。为了数字模型化，例如考虑采用有限元法。
根据其它特征，也可以在转动轴承外进行测量。为此规定了，可以由一个在部件上测得的值和由一个数学模型算出的负荷分布来确定分摊于一个转动轴承上的轴承负荷。
按照其它措施规定，将实际的累积负荷特征数与一个原先确定的容许负荷特征数进行比较并由此确定出剩余使用寿命。这样一来，可以以实际的期望剩余使用寿命的形式并通过对在目前工作中已出现的负荷进行统计的方式来分析将来所预期的其它负荷。
根据本发明，通过就近设置的传感器监测位于两端和/或中心地支承在金属且尤其是钢的连铸设备的一个辊座中的转动轴承且尤其是滚动轴承的装置如此完成所提出的任务，即在一个借助滚动轴承和/或滑动轴承支承的连铸支承辊的一个或多个选定的转动轴承上，或者在一个影响转动轴承的部件上，分别设置一个用于机械负荷和/或热负荷的测量件，测量件与一个数据分析单元和/或一个存储单元连接。此外，测量件可以由电阻应变片或温度测量片构成。
为了提供受保护的结构并且不受热和水分的影响，测量件分别设置在支承辊座的一个容纳或支承滚动轴承或滑动轴承的部件上。这样一来，测量件可以安置在支承辊座的另一个远离要评估转动轴承的部位上，例如安置在支承转动轴承的导辊扇形段或导辊扇形段支架的横梁的背面上。
根据其它特征，也可以在转动轴承外进行测量。为此规定了，可以由一个在部件上测得的值和由一个数学模型算出的负荷分布来确定分摊在一个转动轴承上的轴承负荷。
为了避免混淆，在安装在接纳导辊的支架上的载体中进行数据存储。由以下措施得到一个有利的布置结构，即测量件与设置在连铸坯支承辊附近的电子存储器件连接。这样的存储器件例如是存储芯片，它们可以被安置在相应的保护罩中。
附图说明
在附图中示出了测量方法的一个实施例，以下对该实施例进行详细说明，其中：
图1是表示测量件的布置结构和连接情况的线路框图，所述测量件配备有一数据分析单元和一存储单元；
图2表示负荷-时间图；
图3从一个支承辊段的视角示出了传感器安置在一个在转动轴承外的部件上的情况。
具体实施形式
在支承辊座1中(图1)，连铸支承辊2转动支承在所属的轴承部件1a中并为此设有滚动轴承3a或滑动轴承3a，其中在此主要采用成滚柱轴承形式的滚动轴承3a。连铸支承辊2可以在两端上配备有这样的滚动轴承3a，或者分段地在两个连铸支承辊2之间配备有滚动轴承3a。在每个转动轴承3的区域内，设置成传感器或电阻应变片形式的测量件4。从此刻起，如此执行所述的监测转动轴承3的方法，即为了确定滚动轴承和/或滑动轴承3a的剩余使用寿命，在至少一个或多个转动轴承3上进行连续的机械负荷和/或热负荷的测量和存储，此外，数字测量结果在一个数据分析单元5和一存储单元6中进行处理，由大量高的增大负荷或冲击负荷计算出各转动轴承3的极限使用寿命。随后，可以确定出必须更换一个或多个转动轴承3的时刻。在转动轴承3上的测量数据的测量按照一规定的扫描速率进行。但为了不必存储所有测量数据，测得的测量数据按照统计方法进行处理。此外，测得的测量数据按照负荷的类型、方向、大小和持续时间来分类并随后被存储起来。
根据测量数据的测量结果，在数据分析单元5中，由这些测量数据计算出各滚动轴承3a的容许的合计总负荷并且将其压缩成一个特征数，该特征数代表在滚动轴承实际测量时刻前的累积总负荷。在一个支承辊座1中的负荷分布是通过许多组和/或通过在这些组内的差值并基于这些组的数字模型来表示的。实际的累积负荷特征数与一个原先确定的容许的负荷特征数进行比较并由此确定出剩余使用寿命。
测量件4也可被分别安置在支承辊座1的一个容纳或支承滚动轴承或滑动轴承3a的部件1a上。还规定了，测量件4与设置在连铸支承辊2附近的电子存储器件7如存储芯片连接，后者存储由连铸设备控制器8调用的测量数据。
在图2中，在负荷-时间图中，作为测量曲线地示出了测量负荷集合。根据许多按较短时间间隔确定的点，可以通过做出一条切线快速计算出累积总负荷的一条线性曲线10。与一作为负荷极限区13下限的负荷极限12相交的各交点11a、11b表明达到了有关转动轴承3的可允许的剩余使用寿命。
如图1所示，测量件4不一定紧邻设置在各转动轴承3上，其中这样的测量轴承是比较昂贵的，而是也可以安置在另一个位置上，例如一个受保护位置上。图3示出了这样的布置结构。根据图3，在一个连铸设备支承辊座1的被保持在底座15a、15b内的分段辊架14中，测量件4安置在底侧16上并且它测量分段辊架14的弯曲。这种弯曲例如可以借助一个电阻应变片来测量。此外，这种弯曲是因连铸坯重力和在连铸坯内的压力而产生的，这种压力静态地表示为所谓的拉伸负荷17a。在这里，拉伸负荷17a通过连铸支承辊2作用在转动轴承3上。这样一来，例如可以根据测量件4上的应变并由数学模型和已知的工作条件而作为在各转动轴承3内的负荷地确定出负荷分布。
附图标记一览表1-支承辊座；1a-部件；2-连铸支承辊；3-转动轴承；3a-滚动轴承，滑动轴承；4-测量件；5-数据分析单元；6-存储单元；7-电子存储器；8-连铸设备控制器；9-测量曲线(负荷集合)；10-线性曲线；11a-交点；11b-交点；12-负荷极限；13-负荷极限区；14-导辊扇形段支架；15a-底座；15b-底座；16-底侧；17-连铸坯；17a-拉伸负荷；
Claims (13)
1、通过就近设置的传感器监测位于两端和/或中心地支承在金属且尤其是钢的连铸设备的一个辊座中的转动轴承且尤其是滚动轴承的方法，其特征在于，为了确定滚动轴承和/或滑动轴承的剩余使用寿命，在一个或多个转动轴承或选定的转动轴承组或一个影响转动轴承的部件上，连续测量并存储机械负荷和/或热负荷(负荷集合)，在一个数据分析-存储单元中处理数字测量结果，并且根据所有负荷的总数计算出负荷集合的比值并且计算出各转动轴承的极限负载能力。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该测量数据的测量是按照一规定的扫描速率进行的。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测得的测量数据按照统计方法进行处理。
4、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，按照负荷的类型、方向、大小和持续时间来分类并存储测得的测量数据。
5、如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，从测量数据中计算出各滚动轴承的容许的合计总负荷并将其压缩成一个特征数，这个特征数代表在滚动轴承的实际测量时刻前的累积总负荷。
6、如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，要评价的轴承的负荷集合不是从独立的各次测量中得到的，而是其承受相同负荷的轴承被组合成组，并且分别将一次有代表性的测量用于评价整组的实际负荷。
7、如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述组和/或在这些组内的负荷分布差值根据这些组的数字模型来形成。
8、如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，可以由一个在部件(1a)上测得的值和由一个数学模型算出的负荷分布来确定分摊于一个转动轴承上的轴承负荷。
9、如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，将实际的累积负荷特征数与一个原先确定的容许负荷特征数进行比较并由此确定出剩余使用寿命。
10、通过就近设置的传感器监测位于两端和/或中心地支承在金属且尤其是钢的连铸设备的一个辊座中的转动轴承且尤其是滚动轴承的装置，其特征在于，在一个借助滚动轴承和/或滑动轴承(3a)支承的连铸支承辊(2)的一个或多个选定的转动轴承(3)上，或者在一个影响转动轴承(3)的部件(1a)上，分别设置一个用于机械负荷和/或热负荷的测量件(4)，测量件(4)与一个数据分析单元(5)和/或一个存储单元(6)连接。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，测量件(4)分别设置在支承辊座(1)的一个容纳或支承滚动轴承或滑动轴承(3a)的部件(1a)上。
12、如权利要求10所述的装置，其特征在于，可以由一个在部件(1a)上测得的值和由一个数学模型算出的负荷分布来确定分摊在一个转动轴承(3)上的轴承负荷。
13、如权利要求10-12之一所述的装置，其特征在于，测量件(4)与设置在连铸坯支承辊(2)附近的电子存储器件(7)连接。
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