Каким способом заменить способ?..

Гольберт Артур Ефимович,
горный инженер-электромеханик
      
Каким способом заменить способ?..

                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*.  Приведем пример. В копре, над шахтным стволом,  на тормозные канаты  шахтного парашюта  устанавливаются дополнительные датчики, которые соединяются с электронным прибором. Датчики  и соответственно прибор измеряют нагрузку на канат (усилие натяжения каната). Таким образом, в случае срабатывания парашюта, к весу каждого тормозного каната** прибавляется часть веса клети (с грузом или без него) и часть веса головного каната. На превышение веса тормозного каната и реагируют  датчик и прибор. В данном случае и в соответствии  с предложенным способом,  предлагается попробовать применить дефектоскоп с соответствующим датчиком.  Приращение усилия на тормозной канат при срабатывании парашюта весьма быстрое и значительное. При растяжении тормозного каната, площадь его контролируемого сечения уменьшается, т.е. уменьшается количество металла в контролируемом объёме – происходит срабатывание прибора, подъёмная машина останавливается  предохранительным тормозом, и последствия от срабатывания парашюта, тем более от ложного срабатывания парашюта (когда головной канат остается целым), будут минимальными.

                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.

_____________________
*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.
**При нормальном режиме работы подъёмной установки к весу тормозного каната нередко добавлено усилие предварительного натяжения каната, оно незначительное по сравнению с весом клети – не более 10 кН.

 ***
Статьи автора на ту же тему:

Гольберт, А. Е. (горный инженер-электромеханик). Способ измерения нагрузки на канат  / Гольберт А. Е. // Изобретатели - машиностроению. - 2013. - № 2. - С. 13-14 
БЕЗОПАСЕН ЛИ КАНАТ? ПРОСТОЙ И НАДЕЖНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ
КАНАТОВ / А. Голберт. // ИР. - 2013.- №2. - с.7 (заглавие,  авторский текст и  сама  фамилия  автора  редакцией журнала  искажены, т.е. приведены с ошибками...)