СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМИТАТОРОВ ПОТЕРИ СЕЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ
METHOD OF MAKING STEEL ROPE CROSS SECTIONAL LOSS SIMULATORS

Изобретение относится к области разработки способов метрологической поверки, настройки и калибровки измерителей износа стальных проволочных канатов, в частности, магнитных дефектоскопов.
Стальные канаты в процессе эксплуатации подвергаются многократным динамическим воздействиям, например, весового, скоростного перемещения канатов или грузов и т.д., приводящим к их износу, установленная норма которого не должна превышать 24% от первоначальной площади поперечного сечения канатов.
Проволочные канаты изготовляются из сталей разных марок, например, 6X19, 6X30, 18X19, имеющих разброс величин амплитудной магнитной проницаемости в диапазоне 30-60 ед. СИ [Марочник сталей и сплавов. Под. ред. В.Г.Сорокина. - М: Машиностроение, 1989 - 640 с.]. Практически в пределах этих величин амплитудной магнитной проницаемости, по неэксплуатируемым отрезкам канатов, и осуществляется стандартная настройка и калибровка магнитных дефектоскопов. Полученные в этих условиях погрешности калибровки дефектоскопа неизбежно возрастают при его эксплуатации за счет суммарных изменений - динамических нагрузок при эксплуатации каната, внешних помех и других факторов, что приводит к снижению точности и достоверности контроля стальных канатов при их 25%, 20%, 15% износа, и даже пропуску 10% износа. Поэтому, не вырабатывая отведенных сроков эксплуатации, канаты заменяются новыми.
Решить эту проблему можно путем изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов с постоянными величинами магнитной проницаемости, меньшими по сравнению с аналогичными для контролируемых канатов. Они существенно повысят требования к характеристикам дефектоскопов, которые после настройки по этим образцам приобретут значительный запас по чувствительности и более стабильный режим работы.
Уровень техники в данной области может быть представлен следующими известными решениями.
Известен способ изготовления контрольного образца, имитатора износа сечения каната, предназначенного для настройки и поверки магнитного дефектоскопа [РД 03-348-00. Методические указания по магнитной дефектоскопии стальных канатов. Раздел 8. Контрольные образцы].
Способ реализуют следующим образом: образец отрезают от нового каната перед его установкой; искусственные дефекты образца, имитирующие потерю площади сечения каната, создают удалением одного или более отрезков наружных проволок каната; длину отрезков создают не менее 800 мм, расстояние между участками с удаленной проволокой - не менее 800 мм, а расстояние от края образца до участка с удаленной проволокой не менее 1 м; торцы перерезанных стальных проволок выполняют плоскими, а плоскости среза - перпендикулярными к оси проволоки; число участков с удаленной проволокой формируют в соответствии с техническим руководством по применению дефектоскопа. При этом относительную потерю площади сечения ΔS (%) участка образца, вызванную удалением стальных проволок, рассчитывают по формуле
2·
H
ΔS=(πdN/4S) 100%,
H
2
где N - число удаленных проволок диаметром d (мм); S - номинальная площадь сечения образца каната до удаления проволок, мм.
Недостатки данного способа связаны с тем, что имитаторы потери сечения стальных канатов изготавливают из отрезков канатов, не подвергнутых эксплуатации, следовательно, снижается точность настройки магнитных дефектоскопов. Относительную потерю площади сечения участка образца, вызванную удалением стальных проволок, рассчитывают по формуле, что может приводить к производственным ошибкам, а также к неточности настройки магнитных дефектоскопов. Кроме того, имитаторы изготавливают для конкретных по материалу и типоразмерам канатов, что приводит к трудоемкости реализации данного способа и существенным производственным затратам.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов, предназначенных для метрологической настройки и поверки магнитного дефектоскопа [Госреестр РФ: №24994-03. Имитаторы потери сечения стальных канатов].
Способ реализуют следующим образом: имитаторы потери сечения стальных канатов изготавливают из набора калиброванных стальных проволок, аналогичных по магнитным свойствам проволокам имитируемых круглых, плоских и резинотросовых канатов, разного диаметра и набора фиксаторов этих проволок, формирующих геометрию сечения имитируемого каната. Затем проволоки собирают с помощью фиксаторов в пучок, аналогичный по форме и площади сечения имитируемому канату, при этом потерю сечения в 25%, 20%, 15% и 10% получают удалением из пучка необходимого числа стальных проволок.
Недостатки данного способа связаны с тем, что имитаторы с разной потерей сечения стальных канатов получают путем удаления из пучка необходимого числа стальных проволок, а это может приводить к производственным ошибкам и, как следствие, к неточности настройки магнитных дефектоскопов. Причем, из-за установления фиксаторов пучка, образцы исследуются в статическом состоянии и в результате не отражают изменения свойств материала канатов в условиях эксплуатации.
Таким образом, вышеуказанные недостатки способа изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов не позволяют в полной мере решить проблему повышения достоверности и точности настройки и калибровки магнитных дефектоскопов.
В основу изобретения положена задача повышения достоверности и точности калибровки магнитных дефектоскопов, за счет изготовления универсальных имитаторов потери сечения стальных канатов с малой амплитудной магнитной проницаемостью, получаемой специальным режимом их термической обработки, а также имитации основных типов стальных канатов в широком диапазоне их износа.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов, включающем выполнение комплекта имитаторов для контроля износа стальных канатов, в котором каждый имитатор состоит из пучка, набранного из стальных калиброванных проволок, скрепленных между собой, разных по диаметру, и соответствует 0; 10; 15; 20 и 25% износу сечения стальных канатов, согласно изобретению, каждый имитатор изготавливают из инструментальной стали У8, предварительно подвергнутой термообработке, до получения амплитудной магнитной проницаемости 19-21 ед. СИ, при этом его стальные проволоки изготавливают диаметром 1 мм и 5 мм, длиной не менее 1 м, на их поверхность наносят слой диэлектрического покрытия, толщиной не менее 0,1 мм.
При этом термообработку осуществляют помещением имитаторов в печь, нагретую до температуры 750°С, с выдержкой при этой температуре в течение 10 минут и их охлаждением в воде при комнатной температуре.
Нанесение слоя диэлектрического покрытия осуществляют открытым напылением.
Скрепление проволок между собой осуществляют эпоксидной смолой.
Изготовление имитаторов потери сечения стальных канатов в виде комплекта образцов, имитирующих износ стальных канатов, каждый из которых состоит из пучка стальных проволок, набранных из инструментальной стали У8 с магнитной проницаемостью 19-21 ед. СИ, обеспечивает возможность воспроизведения диапазона дефектов стальных канатов, связанных с их процентным износом.
Изготовление имитаторов, предназначенных для калибровки магнитных дефектоскопов, в виде комплекта образцов с постоянными величинами магнитной проницаемости, меньшими по сравнению с аналогичными для контролируемых канатов, позволяющими воспроизводить диапазон дефектов стальных канатов, связанных с их процентным износом, обеспечивает повышение достоверности и точности калибровки магнитных дефектоскопов.
Кроме того, заявляемый способ изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов, за счет своих конструктивных особенностей, повышает достоверность калибровки дефектоскопов, а именно: изготовления образцов без применения металлических фиксаторов пучка стальных проволок, позволяет проводить калибровку в условиях, приближаемых к динамическим, путем пропускания образцов в дефектоскопе со скоростью 0,5-1 м/с, соответствующей условиям реального контроля канатов.
Поэтому использование заявляемого способа изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов существенно снижает погрешность калибровки дефектоскопов, которые после настройки по этим образцам приобретут оптимальный вариант чувствительности, за счет выполнения комплекта образцов из стали с малой магнитной проницаемостью, что обеспечит более стабильный режим работы дефектоскопов в эксплуатационных условиях.
Таким образом, данный способ изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов с магнитной проницаемостью 19-21 ед. СИ позволяет оптимизировать настроечные параметры магнитных дефектоскопов, и тем самым повысить достоверность контроля разных типов канатов, и практически исключить влияние разных марок сталей канатов на контроль их износа и разных условий их эксплуатации.
а)
а
а
а
a
Способ изготовления имитаторов потери сечения стальных канатов может быть использован для выполнения трех разных комплектов имитаторов, предназначенных для контроля износа круглых, плоских, а также резинотросовых стальных канатов. Комплект содержит пять имитаторов, в котором каждый имитатор состоит из пучка, набранного из стальных калиброванных проволок, скрепленных между собой, разных по диаметру, и соответствует 0; 10; 15; 20 и 25% износу сечения стальных канатов. Имитаторы изготавливают из инструментальной стали У8, которую предварительно подвергают термообработке, до получения амплитудной магнитной проницаемости (µ 19-21 ед. СИ. Снижение µ имитаторов по отношению к µ канатов позволяет получить запас по точности при условии определения нормированных погрешностей дефектоскопа. Для этого необходимо получить оптимизированное значение µ, обеспечивающего надежную регистрацию выходного сигнала дефектоскопа. Расчетно-экспериментальным путем было установлено, что оптимальные значения µ составляют около 20 ед. СИ.
c
Площадь среднего поперечного сечения пучков образца определяют по формуле S=n·s, где n - число стальных проволок в пучке; s - площадь среднего поперечного сечения проволоки.
Для исключения влияния скин-эффекта при намагничивании имитатора переменным магнитным полем в датчике дефектоскопа, его стальные проволоки изготавливают диаметром 1 мм и 5 мм, длиной не менее 1 м. На их поверхность наносят слой диэлектрического покрытия, толщиной не менее 0,1 мм. При этом термообработку осуществляют помещением имитаторов в печь, нагретую до температуры 750°С, с выдержкой при этой температуре в течение 10 минут и их охлаждением в воде при комнатной температуре. Нанесение слоя диэлектрического покрытия осуществляют открытым напылением. Скрепление отдельных участков проволок между собой осуществляют эпоксидной смолой, что позволяет проводить калибровку дефектоскопа в скоростном режиме перемещения имитатора.
В таблице 1 представлены параметры имитаторов потери сечения круглых, плоских и резинотросовых стальных канатов.
Абсолютная погрешность имитаторов потери сечения стальных канатов составляет менее 0,3%.
В основу функционирования имитаторов потери сечения стальных канатов положен принцип эквивалентности воздействия каната и пучка стальных проволок, обладающего тем же сечением металла, что и канат, на магнитный дефектоскоп.
В таблице 2 представлены физические параметры имитаторов потери сечения стальных канатов.
Таблица 1
Тип канатов
Обозначение комплектов имитаторов
Число прутков в имитаторе
Σ площадь поперечного сечения имитаторов мм<sup>2</sup>
Уменьшение сечения имитаторов (износ), %
d=5 мм
d=1 мм
Круглые
И 1-1
20
-
392,8
1
И 1-2
18
1
354,2
0,902
И 1-3
17
1
334,6
0,852
И 1-4
16
1
315,0
0,802
И 1-5
15
-
294,5
0,750
Плоские
И 2-1
38
-
746,1
1
И 2-2
34
-
667,6
0,895
И 2-3
32
-
628,3
0,842
И 2-4
30
-
589,1
0,790
И 2-5
28
-
559,6
0,736
Резинотросовые
И 3-1
52
-
1021,0
1
И 3-2
47
-
922,8
0,904
И 3-3
44
-
863,9
0,846
И 3-4
42
-
824,7
0,808
И 3-5
39
-
765,7
0,750
Таблица 2
Обозначение комплектов имитаторов
Средние значения параметров намагничивающего поля
Средние значения U*,mB
Амплитуда магнитного потока Ф, мкВб
Отношения амплитуд образцов Ф*/Ф относит. ед.
50 А/м
160 А/м
Н<sub>а</sub>, А/м
f,Гц
Н<sub>а</sub>, А/М
f,Гц
И 1-1
-
-
160,2
200,2
68,8
77,5
1,0
И 1-2
160,0
199,8
61,7
69,5
0,897
И 1-3
159,8
200,0
58,5
66,0
0,851
И 1-4
160,1
200,3
54,7
61,6
0,795
И 1-5
159,9
200,0
51,2
57,7
0,744
И 2-1
50,2
199,9
-
-
40,3
45,3
1,0
И 2-2
50,3
200,2
35,8
40,2
0,889
И 2-3
49,9
200,0
33,7
37,9
0,837
И 2-4
50,0
198,8
31,8
35,6
0,788
И 2-5
50,1
200,1
29,8
33,4
0,739
И 3-1
49,8
200,1
-
-
55,1
62,0
1,0
И 3-2
50,1
200,0
49,6
55,8
0,900
И 3-3
50,0
200,2
46,6
52,4
0.845
И 3-4
50,2
200,1
44,5
50,0
0,807
И 3-5
49,9
199,8
41,4
46,6
0,751
При калибровке магнитного дефектоскопа, например, типа УДК-3 (диапазон измерения износа канатов 0-24%, абсолютная погрешность измерения ±1% при доверительной вероятности 0,95), путем пропускания со скоростью 0,5-1 м/с, соответствующей условиям реального контроля канатов,через намагничивающую и измерительную катушки датчика дефектоскопа, данных комплектов имитаторов, были получены на рабочих режимах при амплитудах напряженности переменного магнитного поля 50 А/м для плоских и резинотросовых канатов, 160 А/м для круглых стальных канатов и частоте 200 Гц, амплитуды магнитной проницаемости образцов в 1,5-2 раза меньше по сравнению с таковыми для контролируемых канатов. В результате чего обеспечивается запас по чувствительности УДК-3 более чем в 1,5 раза. Полученные данные представлены в таблице 2.
Эффективность применения способа была подтверждена испытанием дефектоскопов УДК-3 в практических условиях эксплуатации канатов в составе шахтного оборудования.
Таким образом, заявляемый способ изготовления универсальных имитаторов потери сечения стальных канатов с малой амплитудной магнитной проницаемостью, за счет имитации основных типов стальных канатов в широком диапазоне их износа и применения специального режима их термической обработки, обеспечивает повышение достоверности и точности калибровки магнитных дефектоскопов, что в свою очередь повысит надежность эксплуатации стальных канатов при увеличении срока их эксплуатации.