Введение к работе
Актуальность темы. Цементная промышленность является базовой в комплексе отраслей, производящих строительные материалы и конструкции. Процесс производства цемента требует объедения в одной линии множества машин и агрегатов. Одним из таких агрегатов является цементная мельница с ее приводом. По состоянию на 2012 г. на территории России действует 51 цементное предприятие, на которых функционирует порядка 700 цементных и сырьевых мельниц, мощностью от 500 до 10000 кВт. Однако основные фонды цементной промышленности России характеризуются высоким прогрессирующим износом, который к началу 2013 г. превышает 70 %. Очевидно, что для поддержания цементного производства на актуальном техническом уровне необходимы ремонт и модернизация многих цементных мельниц и их приводов.
Порядка 90 % эксплуатируемых цементных мельниц имеют горизонтальную компоновку с мелющими телами в форме стальных шаров. Главный привод такой мельницы содержит электродвигатель, редуктор, соединительные муфты. При этом возможно использование различных компоновок приводов в зависимости от расположения компонентов привода относительно цементных мельниц и с различным исполнением редукторов.
Анализ эксплуатации шаровых цементных мельниц показывает, что, несмотря на примерно равный срок службы всех компонентов их приводов, наибольшему износу подвергается редуктор. Замена изношенного редуктора на новый редуктор, точно такого же типа практически невозможна, так как за 30-50 лет эксплуатации мельницы происходят неизбежные изменения в конструкциях редукторов и технологии их изготовления. Если восстановление работоспособности приводного электродвигателя цементное предприятие еще может выполнить собственными силами, то для модернизации привода путем установки нового тяжелого редуктора цементному предприятию необходимо привлекать специализированные проектные и производственные предприятия.
Очевидно, что в сложившихся технико-экономических условиях разработка методики структурно-параметрического синтеза приводов в процессе проведения модернизации цементных мельниц является актуальной научно-технической задачей, имеющей существенное значение для изучения машин, агрегатов и процессов отраслей машиностроения. Решение данной задачи позволит цементным предприятиям повысить эффективность модернизации приводов эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц.
Цель работы заключается в обосновании варианта модернизации привода эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц на основе структурно-параметрического синтеза мельничного привода и интегрированного критерия.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
1) на основе анализа процесса модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц выявить характеристические особенности приводов, определяющие качество проектных решений при модернизации;
-
сформировать банк данных приводов горизонтальных цементных мельниц и определить реализуемые варианты конструктивного исполнения редукторов главного привода цементных мельниц;
-
выявить зависимости между морфологическими признаками приводов цементных мельниц и оптимальными параметрами приводов и разработать методику структурно-параметрического синтеза привода при модернизации цементной мельницы с учетом технических и производственных требований цементного предприятия;
-
разработать программное обеспечение синтеза и обоснования выбора оптимального с точки зрения эффективности модернизации привода эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц и его графического моделирования.
Методы и средства исследования. Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследований: методы теории систем и системного анализа, методы морфологического анализа и синтеза, методы оптимизации, методы многокритериального анализа, методы математической логики, объектно-ориентированного программирования. Для проверки результатов исследований, а также в ходе сбора необходимой информации, использовались методы экспертных оценок.
Объект исследования - горизонтальная цементная мельница.
Предмет исследования - закономерности влияния параметров и морфологических признаков привода цементной мельницы на его технико-экономические и эксплуатационные характеристики.
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:
-
система технических и технологических параметров и морфологических признаков приводов, определяющая качество проектных решений при модернизации цементных мельниц;
-
классификация приводов цементных мельниц и банк данных приводов цементных мельниц, используемые в процедурах оценки эффективности модернизируемых приводов цементных мельниц;
-
методика структурно-параметрического синтеза привода цементной мельницы с учетом фактора использования существующей производственной площадки.
Научная новизна результатов исследования заключается в выявлении и раскрытии взаимосвязей между морфологическими признаками и параметрами привода цементной мельницы и вариантами модернизации, учитывающие существующие производственные условия цементного предприятия.
Теоретическое значение результатов работы заключается в том, что разработанная методика структурно-параметрического синтеза привода в соответствии с техническими условиями цементного предприятия с точки зрения модернизации может использоваться с соответствующими небольшими изменениями и дополнениями и для иных приводов тяжелых машин (например, приводов сталепрокатных станов, компрессорных установок, вращающихся печей, мельниц измельчения и самоизмельчения и др.).
Практическое значение результатов работы заключается в создании программно-методического обеспечения, предназначенного для автоматизированного структурно-параметрического синтеза привода цементной мельницы с учетом технических и производственных требований цементного предприятия. Разработанное программное обеспечение нашло применение в деятельности фирмы ООО «Свента-Машпром» (г. Москва) при подготовке технических и коммерческих предложений по модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц предприятий Российской Федерации и стран СНГ.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором опубликовано 15 научных работ (7 - в соавторстве, остальные - единолично), в том числе 8 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК России.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета в 2011-2013 гг., на международной научной конференции «Моделирование-2010» (г. Киев), на Всероссийской научно-технической конференции «Студенческая весна 2011: Машиностроительные технологии» (г. Москва, 2011 г.), на Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (г.Москва, 2011-2012 гг.), на международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР-16)» (г. Тула, 2011 г.). Научно-исследовательская работа «Автоматизированная система выбора оптимального варианта модернизации привода цементной мельницы», содержащая основные положения диссертации стала лауреатом Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в 2012 г. (г. Санкт-Петербург).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложенных на 201 странице машинописного текста. Содержит 10 таблиц, 47 рисунков, библиографический список из 102 наименований и трех приложений на 20 страницах.
