Dynamische Analyse eines Konverter Kippgetriebes

Abstract

Bei Konverteranlagen zur Herstellung von Edelstählen kommt es beim Einblasen von Prozessgasen, auch Blasevorgang bezeichnet, zu Schwingungen, welche zum einen den Verschleiß des Kippantriebs erhöhen und zum anderen unerwünschte Vibrationen von Nebenanlagen hervorrufen können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine dynamische Simulation zur Analyse dieser Schwingungen und der daraus entstehenden Beanspruchung durchgeführt. Für die Simulation wurde ein Modell der Konverteranlage in der Mehrkörpersystem Software ADAMS erstellt, wobei auch die Badbewegung der Schmelze und der Zahneingriff im Kippgetriebe modelliert wurden. Die Untersuchung des Schwingungsverhaltens des Modells während des Blasevorgangs zeigte, dass es aufgrund der Interaktion von Schwingungen im Schmelzbad mit der Eigenschwingung des mechanischen Systems zu einer periodischen Änderung der Schwingungsamplitude kommt. Dieses Auf- und Abklingen der Amplitude wird als Schwebung bezeichnet und tritt je nach Gefäßgeometrie, Baugröße und Betriebsart unterschiedlich stark auf. Bei der dynamischen Simulation des MKS Modells wurde auch auf ein etwaiges Spiel in der Drehmomentstütze, sowie die Zahnkräfte und Bewegungen im Getriebe genauer eingegangen. Des Weiteren wurde als Maßnahme zur Einschränkung der starken Schwingungen Dämpfer ausgelegt, die Energie dissipieren und somit die Belastung des Systems reduzieren. Um die Verschleißsituation während des Blasevorgangs besser zu verstehen, wurde eine fiktive Verzahnungsrechnung durchgeführt. Die Ergebnisse dieser abgeänderten Verzahnungsrechnung belegen, dass im Lastfall Blasevorgang kein EHD Kontakt vorhanden ist und somit ein tribologisches Kontaktproblem vorliegt, welches nicht mit einer konventionellen Verzahnungssoftware untersucht werden kann. Die Arbeit wird durch Maßnahmen zur Verbesserung der Verschleißsituation im Getriebe abgerundet.<br />

The injection of process gases, also named blowing, causes vibrations at converter equipment for the production of stainless steel, which increase the wear of the tilting drive and may lead to unwanted vibrations of side equipment. In this diploma thesis a dynamic simulation was carried out to investigate this vibrations and the resulting load. For the simulation, a model of the converter equipment was created in the multi body dynamics software ADAMS. Special concern was put on the modeling of the molten steel in the vessel and the meshing of gears in the tilting drive. Investigations of the vibration modes and characteristics of the converter model showed a periodic variation of the load due to the interaction of oscillations in the melting with the natural frequency of the mechanical system. This rising and decay of the amplitude is called "`beat"' and it exists in different degrees depending on the equipment. The dynamic simulation of the build- up MBS model also deals with a possible clearance in the torque arm, as well as the gear forces and the movements in the tilting drive more accurately. Furthermore, to limit severe vibration, dampers were designed and implemented in the model. These dampers dissipate energy and reduce the load on the system. For a better understanding of the wear situation during blowing, a modified gearing calculation was carried out. The results of this modified gearing calculation show that there is no EHD contact in the case of blowing, and thus there is a tribological contact problem, which cannot be studied by a conventional gearing software. This thesis is complemented by measures to improve the wear situation in the tilting drive.