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设备功能精度检测设备功能精度检测张拥军张拥军陈晓东陈晓东#宝钢工业技术服务宝钢工业技术服务#金艺检测技术金艺检测技术#1. 评价设备状态完好的标准评价设备状态完好的标准功能功能可靠性可靠性精度精度 效率效率只有良好的设备状态功能、精度、可靠只有良好的设备状态功能、精度、可靠性、效率性、效率,才能生产好的产品才能生产好的产品.了解设备状态如何了解设备状态如何,要有科学的管理体系要有科学的管理体系,也必需先进的检测手段与检测工具也必需先进的检测手段与检测工具.2. 设备功能精度检测原理设备功能精度检测原理R2层流冷却系统488 27524 0006 x 5 500 = 33 000F1 F2 F3 F4 F5 F6除鳞 1122 000103 3609 000149 060F7加热炉 大立辊卷取机 1卷取机 236 545151 215R1 定宽压力机切头剪边部加热器除鳞 2精轧机卷取机 33. 轧钢设备产线特点轧钢设备产线特点u 高速化、连续化高速化、连续化u 机组串联式排布机组串联式排布,产线较长产线较长u 设备关联性强设备关联性强u 生产工艺复杂生产工艺复杂u 设备安装精度位置精度要求高设备安装精度位置精度要求高4. 轧钢设备运行精度所带来的主要问题轧钢设备运行精度所带来的主要问题Y 跑偏跑偏Y 板型不良板型不良Y 振动值偏高振动值偏高Y 卷取塔形卷取塔形Y 轧制轴向力轧制轴向力Y 设备异常磨损设备异常磨损Y 产能下降产能下降5. 设备功能精度检测设备功能精度检测做什么？做什么？Y 产线产线Y 设备设备Y 部件部件Y 零件零件产线产线 每台设备的空间位置必须符每台设备的空间位置必须符合工艺要求合工艺要求设备设备 每台设备的安装位置满足设每台设备的安装位置满足设计要求计要求,运行轨迹必须符合工艺要运行轨迹必须符合工艺要求求.轧机轧机 轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别润滑轴向力轧机窗口对称两片牌坊高差轧辊轴承座装配供油不足油品不良轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别轧辊交叉轧辊交叉轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别牌坊 对称度 高差轧辊轴承烧损事故判别轧辊轴承烧损事故判别AAL开 档L平面度对称度轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查外径千分尺轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查固定座固定座激光传感器激光传感器测量臂测量臂轴承座轴承座轴承座轴承座固定测量座固定测量座方案工作原理图方案工作原理图轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查宝钢类似的设备宝钢类似的设备固定测量座固定测量座测测量量臂臂缺点：缺点：不不能进行带辊测量能进行带辊测量需要专用场地需要专用场地需要起重机配合需要起重机配合轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查轴承座轴承座 激光跟踪仪测量激光跟踪仪测量 方案工作原理图方案工作原理图激光跟踪仪激光跟踪仪轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查宝钢类似的工作宝钢类似的工作优点：优点：可带辊测量可带辊测量不需要固定场地不需要固定场地便携、精度高便携、精度高缺点：缺点：环境对测量的影响大环境对测量的影响大投资较大投资较大200万万检测时间较长检测时间较长人员素质要求高人员素质要求高轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查轴承座轴承座 摄影测量摄影测量 方案工作原理图方案工作原理图专用相机专用相机标志点标志点轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查 摄影测量摄影测量 方案工作原理图方案工作原理图宝钢内实施的方案宝钢内实施的方案优点：优点：可带辊测量可带辊测量不需要固定场地不需要固定场地便携、精度高便携、精度高环境因素影响小环境因素影响小轧辊轴承座的检查轧辊轴承座的检查X1X2X3X4X5Y1-0.10 -0.15 -0.20 -0.18 -0.13 Y2-0.12 -0.16 -0.22 -0.16 -0.11 Y1-0.14 -0.18 -0.22 -0.16 -0.11 Y2-0.13 -0.17 -0.21 -0.15 -0.10 Y1-0.10 -0.15 -0.19 -0.17 -0.10 几何精度、空间位置测量目目的的：利利用用常常规规几几何何量量具具和和专专用用测测量量设设备备,对对设设备备、备备件件的的关关键键尺尺寸寸和和空空间间位位置置进进行行检检查查和和测测量量,保保证证零零部部件件的的互互换换性性、零零部部件件安安装装的的准准确确性性和和机机组组设设备备之之间间空空间间位位置置的的统统一一,从从而而使使设设备备管管理理方方能能够够有有效效的的控控制制设设备备维维修修的的时时间间、把把握握维维修修质质量量,保保证证设设备备和和生生产产线线按按设设计计要要求正常运行求正常运行,能够有效地控制产品质量能够有效地控制产品质量.常用的设备精度检测手段常用的设备精度检测手段主要手段几何量具多功能测量仪电子水平仪轴孔对中仪激光跟踪仪全站仪工作原理全站仪、跟踪仪 L 测量精度测量精度 静态：静态：2 ppm 2 ppm 动态：动态：10ppm10ppm角度分辨率：角度分辨率：0.140.14秒秒长度分辨率：长度分辨率： 1 m 1 m 最大跟踪速度：最大跟踪速度：5m/s5m/s最大跟踪加速度：最大跟踪加速度：2g2g摄影测量仪工作原理摄影测量多点交汇测量高精度：相对精度1/1200000.0012mm/m非接触测量测量速度快可以在不稳定的环境中测量温度,震动特别适合狭小空间的测量数据率高,可以方便获取大量数据适应性好被测物尺寸从几十公分到几十米便携性好 #年#月中旬,某厂更换轧机工作辊时,发生轧辊无法从辊套拉出的事故,虽经2个多小时的努力,轧辊最终从辊套中拉出,但造成非正常停机2小时.事后经测量：辊套孔实际尺寸为290.30mm；轧辊扁头轴厚度实际尺寸为290.00mm,均符合要求.应用案例应用案例1 1290.30 388.30290.30 388.30 290.00 388145.50144.50h1h2失效分析、综合评估目目的的：分分析析已已经经失失效效零零部部件件的的失失效效原原因因,找找出出在在设设备备制制造造、设设备备安安装装、生生产产使使用用、维维护护修修理理等等各各方方面面可可能能产产生生的的问问题题,从从而而制制定定有有效效的的防防范范措措施施,避避免免类类似似失失效效再再次次发发生生.同时同时,促进制造和维修工艺的改进、完善促进制造和维修工艺的改进、完善. 通通过过各各种种测测试试和和模模拟拟运运行行等等手手段段,对对设设备备的的综综合合性性能能使使用用寿寿命命、安安全全性性等等进进行行评评估估,使使设设备备的的综综合合效益达到最佳效益达到最佳主要手段硬度计显微镜、电镜金属材料成份检验材料试验机应力仪计算机拟合应用案例应用案例情况介绍：情况介绍： 某设备传动轴在某设备传动轴在长期使用后断裂长期使用后断裂, ,新备件新备件更换后使用仅更换后使用仅8 8小时又发小时又发生断裂事故生断裂事故. .两次失效轴两次失效轴的断口如图的断口如图, ,断裂处直径断裂处直径 155mm. 155mm.旧轴断口形貌新轴断口形貌图1图2u新轴化学成分的分析表明新轴化学成分的分析表明,材料的成分符合原轴图样设计为材料的成分符合原轴图样设计为45#钢钢的要求的要求.u新轴断口的初步观察认定断口较平直新轴断口的初步观察认定断口较平直,断面较粗糙断面较粗糙,具有大面积脆具有大面积脆性断口的特征性断口的特征.u进一步对新轴断口取样进行观察进一步对新轴断口取样进行观察,见图见图3,4.发现断口的边缘存在许发现断口的边缘存在许多疲劳台阶多疲劳台阶,并且断口圆周方向存在较小的一层疲劳扩展区并且断口圆周方向存在较小的一层疲劳扩展区,瞬断瞬断区域较大区域较大,占整个断面的占整个断面的90左右左右.u从使用的时间上分析从使用的时间上分析,此轴上机架使用较短的时间此轴上机架使用较短的时间8个小时即个小时即发生断裂失效发生断裂失效,说明此轴经过短暂的疲劳扩展过程说明此轴经过短暂的疲劳扩展过程,随即在较大的随即在较大的外力作用下发生一次性脆性断裂外力作用下发生一次性脆性断裂. 图3.动齿条传动轴断口样形貌图4.传动轴断口局部形貌，箭头所指为疲劳扩展区分析对比分析对比：u新旧两件传动轴新旧两件传动轴, ,它们承受的载荷应该在同一水平它们承受的载荷应该在同一水平 . .u旧轴的瞬断区见图旧轴的瞬断区见图1 1中箭头所指部位很小中箭头所指部位很小, ,这说明动齿条传这说明动齿条传动轴的载荷很小动轴的载荷很小 , ,新轴断口却显示新轴断口却显示 瞬断区瞬断区 甚大甚大. . u据了解据了解, ,新轴在使用中并未发生冷床卡死或其它设备异常过载新轴在使用中并未发生冷床卡死或其它设备异常过载情况情况 u甚麽原因？甚麽原因？ 理化检验：理化检验：u新轴的力学性能指标低于新轴的力学性能指标低于45#45#锻钢锻钢, ,接接近于近于45#45#铸钢的标准要求铸钢的标准要求. .u根据图根据图3 3显示的轴断口心部疑似铸造缩显示的轴断口心部疑似铸造缩松缺陷和放射状的断裂特征松缺陷和放射状的断裂特征, ,我们认为我们认为该轴是铸钢材质该轴是铸钢材质, ,并且在断口部位原先并且在断口部位原先存在因铸造缺陷和铸造应力、热处理应存在因铸造缺陷和铸造应力、热处理应力导致的与工件轴线基本垂直的横向内力导致的与工件轴线基本垂直的横向内裂裂, ,亦被称之为蘑菇亦被称之为蘑菇MushroomMushroom型内型内裂缺陷裂缺陷. .u超声波检测确认：旧轴材质为锻钢超声波检测确认：旧轴材质为锻钢, ,新新轴材质为轴材质为45#45#铸钢铸钢. . 新轴心部裂纹形貌结论：结论： 新的传动轴采取了以铸代锻的工艺新的传动轴采取了以铸代锻的工艺, ,用用45#45#钢水铸成了传动轴坯钢水铸成了传动轴坯. .根据传动轴的载荷特性根据传动轴的载荷特性, ,正常情况下正常情况下, ,铸钢传动轴的强度足以满足一铸钢传动轴的强度足以满足一般的使用条件般的使用条件 . . 但该铸件未经工序和成品的无损检测但该铸件未经工序和成品的无损检测NDTNDT, ,未能发现工件内未能发现工件内部的严重铸造缺陷部的严重铸造缺陷Mushroom Flaw.Mushroom Flaw. 该轴使用后该轴使用后, ,在内裂的轴向位置形成应力高度集中在内裂的轴向位置形成应力高度集中. . 工作状态下工作状态下, ,轴的外表面就开始了疲劳发展轴的外表面就开始了疲劳发展, ,形成一种少见的应形成一种少见的应力极度集中的低外力、低周次的疲劳断裂状态力极度集中的低外力、低周次的疲劳断裂状态. .因此因此, ,在使用短短的在使用短短的8 8小时后小时后, ,即发生了传动轴的断裂失效即发生了传动轴的断裂失效. .设备精度检测工作在设备管理中的作用设备精度检测工作在设备管理中的作用1. 1.设备制造加工质量控制设备制造加工质量控制设备制造加工质量控制设备制造加工质量控制2. 2.备件采购质量把关备件采购质量把关备件采购质量把关备件采购质量把关3. 3.产线建设安装质量监检产线建设安装质量监检产线建设安装质量监检产线建设安装质量监检4. 4.预报设备安全隐患预报设备安全隐患预报设备安全隐患预报设备安全隐患, ,把握设备运行状态把握设备运行状态把握设备运行状态把握设备运行状态5. 5.设备维修时机确定与维修质量检验设备维修时机确定与维修质量检验设备维修时机确定与维修质量检验设备维修时机确定与维修质量检验6. 6.设备失效原因分析及整改措施制定设备失效原因分析及整改措施制定设备失效原因分析及整改措施制定设备失效原因分析及整改措施制定7. 7.提供设备报废判定依据提供设备报废判定依据提供设备报废判定依据提供设备报废判定依据8. 8.设备利旧改制技术支持设备利旧改制技术支持设备利旧改制技术支持设备利旧改制技术支持9. 9.支撑科研技改项目实施支撑科研技改项目实施支撑科研技改项目实施支撑科研技改项目实施10.10.协助质量异议及贸易问题的解决协助质量异议及贸易问题的解决协助质量异议及贸易问题。