Programový modul BuR Fatigue pro monitorování a optimalizaci využití opěrných válců výbrusu válců na rovinnost pásu

Síly působící na opěrný válec způsobují degradaci jeho povrchové vrstvy, což může vést ke vzniku trhlin, odprýskávání a odloupávání částí povrchu válce zvláště na krajích těla válce a v konečném důsledku k jeho vyřazení z provozu. Programový modul BuR Fatigue byl vytvořen, aby zabránil takovým neočekávaným situacím tím, že umožní identifikovat nejvíce namáhanou část povrchu opěrného válce, spočítá příspěvek akumulovaného porušení od každého odválcovaného pásu na základě měřené válcovací síly, protiohybové síly, šířky pásu a dalších parametrů, predikuje délku kampaně opěrného válce a počítá optimální hloubku jeho broušení. Tímto způsobem je možné zvýšit provozní využití opěrného válce a omezit nebezpečí jeho náhlého porušení.

Ukázky porušení velkých opěrných válců:

Broušení opěrných válců

Broušením opěrných válců dochází k odstraňování poškozené povrchové vrstvy. Po broušení dojde k přerozdělení zbytkové napjatosti, ale porušená vrstva materiálu nemusí být odstraněna a následné válcování pak dále zvýší její poškození. Čím je broušení hlubší, tím více poškozené vrstvy je odstraněno a tím může být kampaň pracovního válce delší. Příliš intenzivní broušení však v konečném důsledku rovněž může vést ke zkrácení kampaně válce.

Výpočet akumulace porušení povrchové vrstvy

Nejzávažnější způsoby zatížení opěrného válce jsou následující:

• Hertzovo kontaktní zatížení mezi opěrným a pracovním válcem,
• zbytková napjatost ve válci způsobená během procesu jeho výroby,
• zatížení od ohybových sil.

Ze všech složek napjatosti se nejprve spočítá maximum a minimum efektivního HMH napětí pro každé otočení válce. Výsledné cyklické zatížení je pak transformováno na symetrický cyklus zatížení pomocí Smithova diagramu a na základě materiálových vlastností válce je vytvořena křivka únavového porušení. Minerovo pravidlo pak umožňuje stanovit akumulované únavové poškození pro různá zatížení:

Vypočítané akumulované poškození povrchové vrstvy válce po odválcování několika pásů je patrné z následujícího obrázku. Maximální hodnoty poškození lze pozorovat na začátku zkosení opěrného válce.

Stanovení hloubky broušení

Hloubka výbrusu a délka kampaně opěrného válce jsou ve vzájemném vztahu. Perioda výměny opěrného válce je ve většině provozů fixní, nezávislá na jeho skutečném provozním zatížení. Jestliže je úroveň zatížení opěrného válce z jakýchkoliv důvodů nižší (nižší využití trati, neočekávaný výpadek produkce apod.) může být hloubka výbrusu menší. Naopak při nadměrném využití trati může být požadovaná hloubka broušení vyšší než obvykle a délka kampaně válce tak může být kratší.

Implementace modulu BuR Fatique

• monitorování opěrných válců jako modul řídicího systému (Level2)
  Modul BuR Fatigue je částí řídicího systému trati (Level2) a komunikuje přímo s jeho databází. Program kontroluje úroveň akumulovaného poškození válce ve stolici, a pokud je dosaženo přednastavené hladiny poškození, objeví se varovný signál na monitoru operátora. Po ukončení kampaně opěrného válce je spočítána doporučená hloubka jeho broušení za předpokladu stejně dlouhé následující kampaně se stejným zatížením válce.
• monitorování opěrných válců jako modul řízení skladu válců
  Modul BuR Fatigue je částí řídicího systému skladu válců a komunikuje s jeho databází. Řídicí systém sbírá a ukládá historii zatížení, broušení a akumulovaného poškození každého opěrného válce ve skladu. Modul BuR Fatigue kontroluje úroveň akumulovaného poškození a počítá hloubku broušení po každém ukončení kampaně opěrného válce.
• off-line implementace BuRFatigue modulu
  Modul BuRFatigue je implementován do programu RollFlex a všechna data potřebná ke svým výpočtům bere z výsledků jeho off-line výpočtů.

Přínosy

Hlavní přínosy plynovucí z implementace modulu BuR Fatique jsou následující:

• Optimalizace délky kampaně opěrného válce
  Monitorování zatížení a stanovení poškození akumulovaného v povrchové vrstvě opěrného válce může prodloužit jeho kampaň. Drahé opěrné válce pak mohou být využívány déle, než bylo plánováno. Využití každého opěrného válce bude záviset na historii jeho skutečného zatížení, což může někdy vést i ke zkrácení kampaně a k zabránění problémům, které mohou vzniknout při neočekávaném porušení válce během jeho provozu.
• Řízené broušení opěrného válce
  Stanovení aktuální hloubky porušené vrstvy umožní odbrousit pouze její nezbytnou hloubku, takže provozní doba válce může být prodloužena. Hloubka broušení opěrného válce se tak stává závislou na způsobu jeho využívání!

Reference:

• BackUpRoll Supervisor (LIBERTY Ostrava a. s., Ostrava, ČR)

• Analýza a optimalizace výbrusu bandážovaných válců (Springfield Machine & Tool, Inc., Battle Creek, MI, USA, 2018)