Способ контроля технического состояния подъёмного каната

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий при определении их механических свойств и предназначено для контроля технического состояния канатов шахтных подъемных установок.

Известен способ измерения износа стальных проволочных канатов грузоподъемных машин, включающий в себя продольное намагничивание участков навески контролируемого каната до состояния, близкого к насыщению, измерение текущих параметров магнитного поля в межполюсном пространстве у поверхности контролируемого каната с помощью датчиков контроля магнитного поля, сопоставление текущих значений сигналов датчиков контроля магнитного поля с эталонными значениями сигналов датчиков контроля магнитного поля. После навешивания каната дополнительно измеряют величину его линейного удлинения L и сравнивают ее с расчетной величиной упругого удлинения L_p каната. О величине износа судят по достижению соотношения 0,98≤L/L_p≤1,02 (см. патент России: RU 2281489 С2, МПК G01N 27/82, G01В 7/12).

Недостатком известного способа является сложность и трудоемкость при определении характеристик подъемного каната (далее каната), связанные с применением специализированного оборудования для намагничивания участков каната и измерения текущих параметров магнитного поля. Кроме того, при определении удлинения L_p каната не учитываются его фактические упругие свойства и площадь сечения, что приводит к погрешности при расчете. Также отсутствует возможность постоянного контроля технического состояния каната.

Известен способ оценки степени износа каната по фактическому значению его упругих свойств, характеризующихся модулем упругости каната Е. Способ заключается в возбуждении упругой волны в канате, когда подъемный сосуд, свободно подвешенный на канате, находится у нижней приемной площадки. Замеряется скорость распространения упругой волны в канате, и рассчитывается модуль упругости в соответствии с зависимостью:

где a - скорость распространения упругой волны в канате, м/с;

F - поперечная площадь сечения всех проволок в канате, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

q - вес 1 м каната, Н/м.

Величина модуля упругости и его изменение в процессе эксплуатации каната служит критерием оценки его упругих свойств и характеризует степень износа каната (см. Белый В.Д., Лесин К.К., Самарский А.Ф. Выбор, навеска, эксплуатация и контроль состояния шахтных канатов. - М.: Недра, 1967. - 228 с.). По степени износа каната возможно судить о его техническом состоянии. Данный способ контроля технического состояния каната принят за прототип.

Недостатком данного способа является необходимость применения специализированной аппаратуры и пьезодатчиков для определения скорости распространения упругой волны. Отсутствует возможность постоянного контроля технического состояния каната.

Признак прототипа, являющийся общим с заявленным способом, - контроль технического состояния каната по фактическому значению его характеристики упругих свойств, определяемой, когда подъемный сосуд свободно подвешен на канате.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение постоянного контроля параметров каната, характеризующих его техническое состояние с применением оборудования и аппаратуры комплексного назначения, применяемых на подъемных установках шахт и рудников.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе определяется жесткость каната на растяжение путем измерения частоты свободных колебаний подъемного сосуда, подвешенного на канате. Жесткость каната на растяжение представляет собой произведение его площади поперечного сечения F и модуля упругости Е.

Работа подъемной установки сопровождается колебательным движением подъемного сосуда на канате в вертикальном направлении (см. статью Трифанов Г.Д., Зверев В.Ю., Стрелков М.А. Экспериментальные исследования влияния режима работы шахтных подъемных установок на динамические нагрузки в канате // Горное оборудование и электромеханика - 2015. - №6. - С. 21-25), при этом, когда подъемная машина заторможена, а процессы разгрузки и загрузки окончены, подъемный сосуд совершает свободные колебания на канате. Частота свободных колебаний подъемного сосуда пропорциональна жесткости каната на растяжение и определяется по формуле (см. Степанов А.Г. Динамика машин. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. - 392 с.):

где c_к - продольная жесткость каната, кг/с², ;

EF - жесткость каната на растяжение, Па⋅м²;

Н - длина каната от точки схода каната с барабана подъемной машины до подъемного сосуда, м;

m_у - эквивалентная масса концевого груза, кг,;

m - масса подъемного сосуда с прицепным устройством и грузом, кг;

m_ку - масса каната, кг, m_ку=рН;

p - масса 1 м каната, кг/м.

Масса подъемного сосуда с прицепным устройством и грузом m определяется одним из известных методов, например по величине тока двигателя подъемной машины или с помощью весоизмерительной тензометрической системы, установленной на подвесном устройстве подъемного сосуда.

Значение частоты свободных колебаний определяется аппаратурой систем непрерывного мониторинга параметров и исследования работы подъемной установки, позволяющих контролировать плавность движения подъемного сосуда (например, см. статью Ильин С.Р., Трифанов Г.Д., Воробель С.В. Повышение безопасности эксплуатации шахтных стволов путем динамического мониторинга систем "сосуд-армировка" портативными измерительными станциями // Горное оборудование и электромеханика - 2013. - №3. - С. 2-8) или величину усилия в канате (например, см. статью Трифанов Г.Д., Князев А.А., Трифанов М.Г. Аппаратура контроля натяжения канатов шахтной подъемной установки "Тулым" // Горное оборудование и электромеханика - 2012. - №11. - С. 39-40).

При подстановке уравнения продольной жесткости каната и эквивалентной массы концевого груза в формулу (2) выводится зависимость частоты свободных колебаний подъемного сосуда от жесткости каната на растяжение:

Жесткость каната на растяжение выражается из формулы (3):

По величине жесткости каната на растяжение судят о техническом состоянии каната и его изменении во времени.

При определении частоты колебаний системами непрерывного мониторинга параметров и исследования работы подъемной установки, измерение параметров и расчет жесткости каната возможно проводить постоянно, при каждом цикле подъема и спуска подъемного сосуда.

Преимущества заявленного способа заключаются в том, что способ позволяет контролировать техническое состояние каната по фактическому значению его жесткости на растяжение. Необходимая для осуществления способа аппаратура применяется для комплексного мониторинга и исследования подъемных установок и может быть использована для постоянного контроля технического состояния каната.