Гольберт Артур Ефимович,
горный инженер-электромеханик
Способ измерения нагрузки на канат*
Известные нам способы измерения нагрузки на канат основаны на силовом воздействии каната на датчик. Такое устройство требует перегиба каната, а также дополнительных механических приспособлений для передачи усилия на датчик прибора. Такой прибор - ограничитель грузоподъёмности крана (ОГК) предотвращает аварии: обрыв каната с грузом и опрокидывание крана. Кроме того, прибор ОГК служит для защиты грузоподъёмного оборудования от повреждений, в частности для защиты грузоподъемного механизма от перегрузок. Приведем описание принципа действия ещё одного прибора из руководства по его эксплуатации. Ограничитель натяжения канатов проходческих лебедок ОНК-1М (ЗАО «Сибтензоприбор» Кемеровская область, г. Топки) предназначен для контроля натяжения канатов и автоматического отключения проходческих лебедок. Принцип работы: ОНК-1М состоит из преобразователя усилия натяжения канатов в пропорциональный электрический сигнал и пульта управления. Для преобразования величины натяжения каната в пропорциональное ему и меньшее по величине измеряемое усилие использована плавно регулируемая рычажно-роликовая система, состоящая из трех роликов, между которыми контролируемый канат располагается с небольшим перегибом на среднем ролике, и двух кулис, передающих усилие с роликов на датчик… Для преобразования механических усилий в электрический сигнал применен тензорезисторный силоизмерительный датчик.
Известно из опыта эксплуатации прибора ОНК-1М, что датчики, воспринимающие усилия, плохо работают в динамических режимах. А весьма резкое приложение нагрузки способно моментально вывести их из строя. Этот недостаток присущ и аналогам описанного прибора. Таким образом, поиск нового оригинального способа измерения постоянно изменяющейся нагрузки на канат актуален. Практическая ценность создания относительно простого и надежного образца такого прибора для специалистов очевидна.
Рассмотрим известные способы измерения износа каната. Они предусматривает контроль так называемой «потери сечения» – потери металла, т.е. уменьшение площади сечения каната.
Приведем выдержку из руководства по эксплуатации предприятия – изготовителя прибора ИИСК-5 (Электромеханический завод "Красный металлист", г. Конотоп, Украина). Измеритель износа стальных канатов ИИСК-5 предназначен для определения потери сечения металла от коррозии и механического износа в процессе эксплуатации круглых стальных канатов из светлой или оцинкованной проволоки с органическим или металлическим сердечником. Измеритель ИИСК-5 состоит из прибора измерительного ПРИ-3- для преобразования потери сечения в пропорциональный электрический сигнал и измерительного преобразователя ИПР-2, являющегося плечом измерительного моста переменного тока, индуктивность которого зависит от потери сечения контролируемого стального каната.
Приведем выдержку из технического описания прибора, составленного компанией – изготовителем «Интрон плюс», г. Москва, РФ. Измеритель износа стальных канатов (дефектоскоп) ИНТРОС предназначен для неразрушающего контроля (НК) канатов любой конструкции, изготовленных из стальной ферромагнитной проволоки, в процессе их производства или эксплуатации. Дефектоскоп одновременно измеряет относительную потерю сечения (ПС) каната по металлу и выявляет наружные и внутренние локальные дефекты (ЛД), например, обрывы проволок и прядей, пятна коррозии, места сварки проволок. Дефектоскоп ИНТРОС реализует магнитный вид контроля (по ГОСТ 18353-79). Канат намагничивается до состояния близкого к магнитному насыщению. Изменение площади поперечного сечения или появление локального дефекта каната вызывает перераспределение магнитного потока вокруг каната. Это перераспределение регистрируется магниточувствительными датчиками - преобразователями Холла.
Тут остановимся и попробуем разобраться в относительно простых вещах.
Стальные канаты при приложении к ним нагрузки растягиваются. В зависимости от типа и конструкции каната это удлинение может быть разным. Для большой части стальных канатов оно не превышает 1% от их длины. При растяжении, количество металла в канате целиком остается прежним, но оно распределяется на большую погонную длину. Канат при этом становится несколько тоньше – площадь контролируемого сечения уменьшается, т.е. уменьшается количество металла в контролируемом объёме. И сам этот контрольный объем – меньше, потому что произошло утонение и контрольное сечение уменьшило свою площадь. Таким образом, при растяжении, как и при износе, имеют место так называемые «потери сечения» - «потери металла в сечении каната». Из этого следует, что по текущим, изменяющимся «on-lain», значениям «потерь сечения», точнее по «потерям металла» в исследуемом объеме, можно судить о величинах мгновенных значений усилия растяжения, (о изменяющейся во времени нагрузке на канат). Наверное, это нелинейная зависимость. Может быть, она близка к линейной. В природе, как известно, линейных зависимостей не существует. Следует в перспективе исследовать обозначенную зависимость и получить инженерную (упрощенную) её формулу.
Таким образом, мы претендуем на то, что сделали изобретение «на применение». Ориентировочная его формула: «Способ измерения износа каната» применить, как «Способ измерения нагрузки на канат».
Существующие аппараты измерения износа по «потере сечения» не удовлетворят требованиям, обычно предъявляемым к приборам измерения нагрузки на канат, по чувствительности, точности, надежности и некоторым другим свойствам. Действительно, канаты не слишком сильно подвержены растяжениям, особенно при относительно малых нагрузках. Чувствительность и точность таких приборов должны быть, как минимум, выше на один - два порядка с тем, чтобы удовлетворять требованиям промышленного использования предложенного способа. Однако в некоторых условиях их использование возможно без существенной модернизации. Речь идет о резком и весьма значительном (аварийном) приращении нагрузки на канат**.
И последнее. Предложенный нами способ измерения не является достаточно апробированным на практике, и реальная оценка его пригодности будет поставлена, наверное, позже выхода настоящей публикации. Однако, с нашей точки зрения, это не умоляет его (способа) ценности.
___________
* См. эту же статью автора на бумажном носителе: Гольберт, А. Е. (горный инженер-электромеханик). Способ измерения нагрузки на канат / Гольберт А. Е. // Изобретатели - машиностроению. - 2013. - № 2. - С. 13-14
** Применение, вероятно, возможно вместо ОНК для защиты от ложного срабатывания ловителя парашюта для условий приведенных в статье автора "ЗАЩИТА ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ОТ НАПУСКА КАНАТА", журнал Уголь Украины №5 за 1991г. (См. А. Е. Гольберт. Защита ШПУ. Ч.1)