CC BY
41
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 672.72.01
МЕТОД ОЦЕНКИ ПОДЪЕМНЫХ КАНАТОВ
А.А. Короткий, М.Н. Хальфин, Б.Ф. Иванов, Е.В. Харьковский
Рассмотрены критерии браковки подъемных канатов в России, ФРГ, Франции, Канаде и Великобритании. Предложен способ оценки качества подъемного каната, заключающийся в периодическом замере и сравнении деформации кручения участка каната, расположенного вблизи от прицепного устройства, на основе показаний специального измерительного устройства.
Ключевые слова: инструментальный контроль, оценка, подъемный канат, кручение, браковка, дефект.
Контроль состояния подъемных канатов является важнейшим условием обеспечения безопасности их эксплуатации [1, 2]. В мировой практике сложились различные критерии оценки качества подъемного каната, по которым производится его браковка [3, 4].
Ниже приведены основные признаки браковки канатов в различных странах.
1. Россия.
Суммарная площадь проволок, не выдержавщих испытания на разрыв и перегиб, достигает 25 % общей площади поперечного сечения всех проволок каната.
Утончение каната составляет более 10% номинального диаметра.
Износ наружных проволок достигает 40 % площади их номинального диаметра.
Удлинение каната достигает 0,5 % длины, участвовавшей в экс-тренномнагружении.
Число оборванных проволок на шаге свивки достигает 5% их общего числа.
2. ФРГ.
Число оборванных проволок на длине, равной 50 диаметрам каната, достигает 15 % их общей площади.
3. Франция.
Число оборванных проволок на 3 шагах свивки достигает 10% их общего числа.
4. Канада.
Снижение разрывной агрегатной нагрузки испытуемого образца каната более чем на 10 %.
5. Великобритания.
Потеря 20 % прочности каната за счет истирания проволок.
Циклическое либо коррозионное усталостное разрушение проволок, при котором потеря запаса прочности каната превышает 10 %.
Все вышеперечисленные признаки без использования приборного обеспечения не могут дать достоверную оценку качества каната, находящегося в эксплуатации, так как они не учитывают состояние внутренних проволок, их износ, обрывы и коррозию.
В настоящее время контроль состояния канатов, эксплуатирующихся на шахтных подъемных установках, осуществляется системой надзора (ежесуточные, еженедельные и ежемесячные визуальные осмотры канатов, проводимые ответственными специалистами), периодическими испытаниями канатов на КИС (канатно-испытательных станциях) перед навеской и в процессе эксплуатации, а также инструментальным контролем с помощью прибора типа ИИСК (измеритель износа стальных канатов) [5, 6].
Необходимо отметить, что визуальные методы контроля малоэффективны при оценке степени коррозионной усталости наружных проволок, испытания образцов канатов на КИС проводятся не чаще, чем раз в полгода, а для подъемных канатов, используемых на больших глубинах, показания таких приборов, как ИИСК-4 и ИИСК-5, дают значительные погрешности из-за изменения агрегатных коэффициентов жесткости под действием кручения каната.
Для оперативного контроля подъемного каната непосредственно на месте его эксплуатации и повышения безопасности работ, нами предложен способ оценки его качества [7, 8], заключающийся в периодическом замере и сравнении деформаций кручения участка каната, расположенного вблизи от прицепного устройства. Деформации кручения каната можно замерять устройством, описанным в [9].
Способ основан на том, что крутильная жесткость каната в процессе эксплуатации изменяется за счет истирания и обрывов наружных и внутренних проволок и коррозии. Таким образом, у каната в процессе работы под действием одних и тех же нагрузок увеличивается кручение и, соответственно, деформация относительного кручения на шаге свивки. Замеряя и сравнивая величину относительной деформации кручения нового каната и изношенного, можно судить о снижении его прочности.
Увеличение кручения изношенного каната можно определить, используя выражение:
Ф-1
_ "е
6;
е
•100%.
(1)
где фп - процент увеличения кручения контрольного участка каната; 0и -деформация кручения изношенного каната; 0н - деформация кручения нового каната.
Для стационарного подъемника, когда груз движется в направляющих, деформацию кручения, с достаточной для инженерных расчетов точностью, можно определить по формуле [10]
6 = ^ • p •( L - X )• R
(2)
где А 2 и А - соответственно определители второго и третьего порядка; p - погонный вес каната; L - глубина подъема; X - координата расположения подъемного сосуда; Rв - радиус волнистости каната,
m . — • A14 2 14 m m ^ 4 m -2 • Л44
А = Л11 Л12 Л14
Л12 Л22 Л24
; Ао =
4i A12
A14 A24
(3)
где m - количество проволок в слое каната; Лц, A12, A14, A22, A24 и A44 - агрегатные коэффициенты жесткости, определяемые по формулам
о О Ъ Ъ
Л11 = a • cos3 p + 2---cos3 p • sin3 p;
rr
r\
Л12 = a • Rr • cos p- sin2 p + 2 • с • cos4 p- sin p
,•2
4
Л14 = a • Rr • cos p + c • cos p^ sin p^ sin p
go H
An
22 = a • Rr • cos3 p • sinp + с • (1 + tg4p) • cos5 p;
r
(4)
A
24
a• R2 • cos2p^sinp + c• Rr • cos5p-sin2p^cosp^go
V H
Л44 = a• R¡2 • cos3p-c• sinp^cos2p^(cos2p-go
V H,
Здесь a и c - коэффициенты жесткости пряди каната, определяемые из [11]; Rr и p - соответственно радиус и угол свивки каната,
a = E • F • cos3 a;
c = E • F • r • sin a • cos3 a, 430
где Е - модуль упругости I рода; р - суммарная площадь поперечного сечения всех проволок в пряди каната; а и г - соответственно угол и радиус свивки пряди каната.
При условии, что замер деформации кручения каната производят при нижнем положении подъемного сосуда, выражение (2) примет вид
До 1
е = • р• ь • Яв =— М. (6)
Д и в Р
Используя выражения (3)-(6), определим деформации кручения для нового и изношенного каната соответственно:
Д2н ~ 1
ен =• р • ь= —• Мн;
н Д р
Д н н (7)
еи =Д2и. р. ь=_!_. ми.
И д ^ р и
и и
Подставляя (7) в (1) и пренебрегая изменениями угла свивки Ь вследствие их малости, имеем М н = М и и соответственно
е р
Фп = — = —. (8)
ен Ри ^
Согласно [5, 6] замену каната производят в случае потери внутреннего сечения его проволок на 20 % от первоначального.
Определим допустимую величину кручения каната:
е р Р
ии = н =__£ 1 25
е р Р - 02 • р _ ' '
н и н н
Таким образом, при увеличении деформации кручения на 25 % канат необходимо отбраковывать как непригодный для дальнейшей эксплуатации.
Проверка предложенного способа проводилась на одной из угольных шахт ПО «Ростовуголь». Контролю подвергался канат конструкции ЛК-РО 6x36+7x7 по ГОСТ 7669-80, диаметром 61,5 мм, навешенный на скиповом подъеме.
Техническая характеристика подъема:
- глубина ствола 650 м;
- статическая нагрузка 390 кН;
- высота копра 55 м;
- скорость подъема 9,5 м/с;
- диаметр копрового шкива 4 м;
- тип подъемной машины БЦК 5x8.
Для замера величины деформации кручения применялось устройство, представленное на рисунке.
Замер деформации кручения каната с периодичностью раз в два месяца производился на одном и том же месте за цикл подъема при порожнем скипе. Результаты замеров на контролируемом участке каната длиной 0,7 м приведены в таблице.
Устройство для измерения кручения каната: 1 - измерительное звено; 2 - регистрирующее устройство
Величина деформации кручения каната на контролируемом участке
№ замера Величина деформации кручения контролируемого участка, град/700 мм
1 2°10'
2 2°30'
3 2°50'
4 3°00'
5 3°20'
Анализ полученных данных свидетельствует об изменении деформации кручения шахтного подъемного каната в период его эксплуатации. При превышении деформации кручения на 25 % относительно начального периода эксплуатации канат необходимо заменить.
Рассмотренный способ контроля качества канатов также может использоваться при оценке состояния подъемных канатов строительных подъемников и лифтов.
Список литературы
1. Анцев В.Ю., Сероштан В.И., Витчук П.В. Многовариантный подход к определению параметров канатно-блочной системы лифта // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 10. С. 71-79.
2. Анцев В.Ю., Игнатенко Е.Ю., Панфёрова Т. А. Совершенствование процесса технической эксплуатации подъемно-транспортных машин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 2. Ч. 1. С. 187-192.
3. Бережинский В.И. Контроль несущей способности шахтных канатов и нормирование их предельного состояния: дис. ... д-ра техн. наук. Макеевка, 1987. 416 с.
4. Бережинский В.И., Ярошенко А.Н., Одарюк А.И. К вопросу повышения надежности неразрушающего контроля шахтных канатов // Стальные канаты: сб. науч. тр. Одесса: Астропринт, 2003. Вып. 3. С. 192197.
5. Инструкция по эксплуатации стальных канатов в шахтных стволах: РД 03-439-02 (утв. приказ.Госгортехнадзора России от 12.04.2002 №19). М., 2002. 160 с.
6. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах». Сер. 05. Вып. 40. М.: ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2014. 200 с. (с изм.От 11.09.2017).
7. Способ браковки рудничных подъемных канатова.с. 1097553 СССР. М.Н. Хальфин, А.А. Короткий, Г.П. Ксюнин, Н.Е. Исаев. Опубл. 15.06.1984. Бюл. №22.
8. Короткий А.А. Исследование стойкости шахтных канатов с металлическим сердечником и разработка мероприятий по её увеличению: дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1984. 227 с.
9. Дефектоскоп для рудничных подъемных канатова.с. 1204536 СССР. М.Н. Хальфин, А.А. Короткий, А.Б. Гуревич, Н.Е. Исаев, Г.Х. Чаер. Опубл. 15.01.1986. Бюл. №2.
10. Хальфин М.Н. Расчет стальных канатов с учетом различия геометрических параметров и механических свойств // Известия вузов Сев.-Кавк. региона. Технические науки: Безопасность подъемно-транспортных и технологических машин. 2005. Спец. выпуск. С. 5-13.
11. Глушко М.Ф. Стальные подъемные канаты. Киев: Техника, 1966. 328 с.
Короткий Анатолий Аркадьевич, д-р техн. наук, профессор, korot@novoch.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Хальфин Марат Нурмухамедович, д-р техн. наук, профессор, xalfinmn@,mail.ru, Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова,
Иванов Борис Федорович, канд. техн. наук, профессор, ivanov@ikc-mysl.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Харьковский Евгений Викторович, студент, kharkovskii.96@,mail.ru, Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова
ESTIMATION METHOD OF HOISTING ROPES A.A. Korotkiy, M.N. Khalfin, B.F. Ivanov, E.V. Kharkovskiy
Considered the criteria of rejection for hoisting ropes in Russia, Germany, France, Canada and UK. Proposed a methodfor evaluating the lifting rope quality, which consists in periodically measuring and comparing the torsion deformation of rope section, located near attachable device, based on the special measuring device using.
Key words: instrumental monitoring, evaluation, hoisting rope, torsion, rejection,
defect.
KorotkiyAnatoliyArkad'yevich, doctor of technical sciences, professor, ko-rot@novoch.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Khalfin Marat Nurmuhamedovich, doctor of technical sciences, professor, xal-finmn@,mail.ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named of M.I. Platov,
Ivanov Boris Fedorovich, candidate of technical sciences, professor, iva-nov@,ikcmysl.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
KharkovskiyEvgeniyVictorovich, student, kharkovskii.96@,mail.ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named of M.I. Platov
