EXPERIMENTAL STUDY OF THE DYNAMICS OF CENTRIFUGAL CASTING MACHINES FOR PRODUCTION OF MILL ROLLS

P. G. Anofriev

Abstract


Purpose. The main purpose of experimental studies is to establish the adequacy of the developed mathematical models of machine fluctuations and the actual parameters of machine vibration. Almost all casting machines for the production of mill rolls have a unique design and performances. The additional aim of this work is to compare the vibration level of the casting machine with the requirements of the current vibration standards for new technological machines. Frequency analysis of the oscillations allows establishing defects in workmanship, errors of rotating parts installation and their influence on the dynamics of the machine. Methodology. Measurement of vibration parameters was performed on the moving parts of roller bearings of the machine. To measure the amplitudes of accelerations in three mutually perpendicular directions piezoelectric sensors with magnetic mount were used. Electrical signals from the sensors were recorded on magnetic tape. Further analysis of the oscillations was carried out and visualized using specialized frequency analyzer. The frequency analyzer implements the algorithm of fast Fourier transformation and/or integration of sensor input signal. After the first integration the data for plotting the vibration velocity spectrogram were obtained and as a result of the second integration there are the data of vibration displacements spectrogram of the machine supports. Findings. The results of experimental studies of centrifugal casting machine vibrations for the production of two-layer rolls were presented. There were obtained and analyzed the spectrograms of accelerations, velocities and displacements of moving parts of the upper and lower roller supports. The work of the machine is associated with the calculated values passing of critical frequencies and the short-term development of resonance oscillations of the rotor and roller bearings. Originality. For the first time the author obtained the frequency spectra of vibration of an industrial sample of a casting machine. The oscillations with frequencies that differ from the basic rotor frequency were detected. Practical value. Based on the results of the experiment, the actual vibration parameters of the machine in steady state when testing without die-casting the metal were determined. The adequacy of mathematical models of the dynamics of the machine and its industrial model was established. Using the method of one tone the coefficients of vibration velocity distortion of the rotor harmonic, indicating the nonlinear transformations in the system "rotor - bearings" were obtained. It was experimentally established that the vibration parameters of the machine are within the acceptable ranges, regulated by standards for vibroactive machines. 


Keywords


centrifugal casting machine; production of double-layer mill rolls; experimental studies of fluctuations; vibration parameters

References


Anofriev, P. G., & Smirnov, G. F. (2008). Issledovaniye perekhodnykh rezhimov dvizheniya tsentrobezhnoy mashiny dlya litya valkov. Hebezeuge und Fördermittel, 1, 22-31.

Anofriev, P. G., & Smirnov, G. F. (2006). Razrabotka i issledovaniye matematicheskoy modeli dinamiki vertikalnoy liteynoy mashiny s individualnoy uprugoy podveskoy rolikoopor. Hebezeuge und Fördermittel, 3, 54-64.

Anofriev, P. G., & Smirnov, G. F. (2006). Razrabotka i issledovaniye matematicheskoy modeli dinamiki vynuzhdennykh kolebaniy vertikalnoy liteynoy mashiny s individualnoy podveskoy rolikoopor. Hebezeuge und Fördermittel, 4, 34-44.

Barkov, A. V., & Barkova, N. A. (2004). Vibratsionnaya diagnostika mashin i oborudovaniya. Analiz vibratsii. St. Petersburg: GMTU.

Chelomey, V. N. (Ed.). (1981). Izmereniya i ispytaniya (Vol. 5). In Vibratsii v tekhnike: spravochnik (Vol. 1-6). Moscow: Mashinostroenie.

Vibration. Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts. Part 3. Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and 15000 r/min, ISO 10816-3:1998 (2007).

Zryumov, P. A., & Seleznyova, Y. V. (2014). State-of-the-art review of methods of vibration measurements. Polzunovsky vestnik, 1, 185-187.

Profos, P. (Ed.). (1990). Sposoby izmereniya i apparatura (Vol. 2). In Izmereniya v promyshlennosti: spravochnik (Vol. 1-3). (2nd ed.). Moscow: Metallurgiya.

Izmereniye i analiz mekhanicheskikh kolebaniy. (1995). Glostrup: Larsen and Son.

Kostromin, M. A., Titov, A. A., & Garipov, V. K. (2015). A Heterodyne-based Method for Measuring Object Movement Speed and Vibration Parameters. Science and Education: Scientific Publication of BMSTU, 12, 110-118. doi: 10.7463/1215.0828437

Levshina, Y. S., & Novitskiy, P. V. (1983). Elektricheskiye izmereniya fizicheskikh velichin (izmeritelnyye preobrazovateli). Leningrad: Energoatomizdat.

Maksimov, V. P., Yegorov, I. V., & Karasev, V. A. (1987). Izmereniye, obrabotka i analiz bystroperemennykh protsessov v mashinakh. Moscow: Mashinostroeniye.

Malov, V. V. (1989). Pezorezonansnyye datchiki. (2nd ed.). Moscow: Energoatomizdat.

Safarbakov, A. M., Lukyanov, A. V., & Pakhomov, S. V. (2006). Osnovy tekhnicheskoy diagnostiki. Irkutsk: IrGUPS.

Serridzh, M., & Likht, T. R. (1987). Spravochnik po pezoelektricheskim akselerometram i predusilitelyam. Glostrup: Larsen and Son.

Yurin A. I., Zlodeev, G. Y. (2016). Izmeritelnaya sistema dlya kontrolya parametrov vibratsii. In S. U. Uvaysov (Ed.), Proceedings of the XIII International Conference on Innovatsionnye, informatsionnye i kommunikatsionnye tekhnologii, October, 1-10, 2016, Sochi. 245-247. Moscow: Assotsiatsiya vypusknikov i sotrudnikov VVIA imeni professora N. Ye. Zhukovskogo. Retrieved from https://www.hse.ru/mirror/pubs/lib/data/access/ram/ticket/29/1496311497de864d668186654dfb7120626feb2266/INFO2016_Yurin.pdf

Jayaswal, P., Wadhwani, A. K., & Mulchandani, K. B. (2008). Machine Fault Signature Analysis. International Journal of Rotating Machinery, 2008, 1-10. doi: 10.1155/2008/583982

Suteu, M., Indrie, L., & Prichici, M. A. (2015). Systems proposed for measuring, monitoring and analysis vibration of machines from textile industry. Economics Management Information Technology, 4 (2), 34-41.


GOST Style Citations


  1. Анофриев, П. Г. Исследование переходных режимов движения центробежной машины для литья валков / П. Г. Анофриев, Г. Ф. Смирнов // Подъёмно-транспортная техника. - 2008. - № 1. - С. 22-31.
  2. Анофриев, П. Г. Разработка и исследование математической модели динамики вертикальной литейной машины с индивидуальной упругой подвеской роликоопор / П. Г. Анофриев, Г. Ф. Смирнов // Подъёмно-транспортная техника. - 2006. - № 3. - С. 54–64.
  3. Анофриев, П. Г. Разработка и исследование математической модели динамики вынужденных колебаний вертикальной литейной машины с индивидуальной подвеской роликоопор / П. Г. Анофриев, Г. Ф. Смирнов // Подъёмно-транспортная техника. - 2006. - № 4. - С. 34–44.
  4. Барков, А. В. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации : учеб. пособие / А. В. Барков, Н. А. Баркова. - Санкт-Петербу́рг : ГМТУ, 2004. - 156 с.
  5. Вибрации в технике : справочник : в 6 т. / под. ред. В. Н. Челомей [и др.]. – Москва : Машиностроение, 1981. – Т. 5 : Измерения и испытания. – 496 с.
  6. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях : ГОСТ ИСО 10816-3-2002. – Введ. 2007–11–01. – Москва : Стандартинформ. 2007. – Ч. 3 : Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт и  номинальной скоростью от 120 до 15000 мин-1. – 16 с.
  7. Зрюмов, П. А. Аналитический обзор методов измерения вибрации / П. А. Зрюмов, Ю. В. Селезнёва // Ползуновский альманах. - 2014. - № 1. – С. 185-187.
  8. Измерения в промышленности : справочник : в 3 т. : [пер. с нем.] / под ред. П. Профоса. – 2 изд., перераб. и доп. – Москва : Металлургия, 1990. – Т. 2 : Способы измерения и аппаратура. – 384 с.
  9. Измерение и анализ механических колебаний. – Глоструп, Дания : Ларсен и сын, 1995. – 40 c.
  10. Костромин, М. А. Измерение скорости движения и параметров вибрации объектов гетеродинным методом [Электронный ресурс] / М. А. Костромин, А. А. Титов, В. К. Гарипов // Наука и Образование, МГТУ им. Н. Э. Баумана : электрон. журн. - 2015. - № 12. – С. 110-118. – Режим доступа: http://technomag.edu.ru/jour/article/view/87. – Загл. с экрана. – Проверено : 31.05.2017.
  11. Левшина, Е. С. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи) : учеб. пособие для вузов / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. – Ленинград : Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1983. – 320 с.
  12. Максимов, В. П. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах / В. П. Максимов, И. В. Егоров, В. А. Карасев. – Москва : Машиностроение. 1987. – 208 с.
  13. Малов, В. В. Пьезорезонансные датчики / В. В. Малов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Энергоатомиздат, 1989. – 272 с.
  14. Сафарбаков, А. М. Основы технической диагностики . учеб. пособие / А. М. Сафарбаков, А. В. Лукьянов, С. В. Пахомов. – Иркутск : ИрГУПС, 2006. - 216 с.
  15. Серридж, М. Справочник по пьезоэлектрическим акселерометрам и предусилителям / М. Серридж, Р. Лихт. - Глоструп, Дания : Ларсен и сын, 1987. – 187 с.
  16. Юрин, А. И. Измерительная система для контроля параметров вибрации / А. И. Юрин, Г. Ю. Злодеев // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2016. - № 1. – С. 245-247.
  17. Jayaswal, P. Machine Fault Signature Analysis / P. Jayaswal, A. K. Wadhwani, K. B. Mulchandani // Intern. J. of Rotating Machinery. - 2008. – Vol. 2008. – Р. 1–10. doi: 10.1155/2008/583982.
  18. Suteu, M. Systems proposed for measuring, monitoring and analysis vibration of machines from textile industry / M. Suteu, L. Indrie, M. A. Prichici // Economics Management Information Technology. - 2015. – Vol. 4, No. 2. - P. 34-41.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/104555

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)