УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ СОСТОЯНИЯ НЕПРИГОДНОСТИ КАНАТА ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ВОЛОКОН, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ГРУЗОПОДЪЕМНОМ МЕХАНИЗМЕ
DEVICE TO RECOGNISE CONDITION OF UNFITNESS OF ROPE FROM HIGH-STRENGTH FIBRES USED IN WEIGHT-LIFTING MECHANISM

Данное изобретение относится, в целом, к грузоподъемному механизму, например к кранам, которые используют вместо стальных канатов канаты из высокопрочного волокна. В связи с этим, изобретение относится к устройству для распознавания состояния непригодности каната из высокопрочного волокна при применении в таком грузоподъемном механизме, содержащему устройство индикации, по меньшей мере, одного параметра каната, а также содержащему блок для оценки параметра каната и, в зависимости от оценки параметра каната, подачи сигнала о непригодности.
В последнее время были проведены испытания кранов с применением канатов из высокопрочного волокна, изготовленных из синтетических волокон, таких как арамидные волокна (НРМА), смеси из арамидных/углеродных волокон, волокна из высокомодульного полиэтилена (НМРЕ) или поливолокна (п-фенилен-2,6-бензобизоксазол) (РВО), вместо проверенных, применявшихся многие годы, стальных канатов. Достоинством таких канатов из высокопрочных волокон является их низкий вес. Такие канаты из высокопрочных волокон значительно легче соответствующих стальных канатов при одних и тех же диаметрах канатов и имеют ту же, или более высокую прочность на растяжение. В частности, при высоких кранах, с соответственно канатами большой длины, достигается тем самым большая экономия в весе, который входит в статическую нагрузку на кран и приводит соответственно к более высокой полезной грузоподъемности при неизменной конструкции крана.
Однако отрицательным свойством таких канатов из высокопрочных волокон является их поведение при разрыве, или разрушении без существенных более растянутых предварительных признаков. В то время как на стальных канатах износ четко виден, и сигналы разрушения проявляются за более длительный период развития, например, разрывом отдельных стальных проволок и соответствующим расширением, которое легко заметить, канаты из высокопрочных волокон почти не выказывают каких-либо признаков чрезмерного износа, который был бы легко заметным для глаза и который проявлялся бы сам по себе задолго перед действительным разрушением. В связи с этим, для своевременного распознавания аварийного состояния канатов из высокопрочных волокон требуются разумные меры по текущему контролю.
Из DE 19956265 B4 известен аппарат для мониторинга работы подъемных лебедок на кранах, который осуществляет мониторинг усилия грузового каната и плеча рычага грузового каната на канатной лебедке и устанавливает на основании этого приложения нагрузки, действующие на канатной лебедке, которые хранятся в счетчике спектра нагрузки. Данный спектр нагрузки интегрирован в подъемную лебедку, для сохранения истории подъемной лебедки с возможностью повторного восстановления памяти при удалении и повторной установке подъемной лебедки. Счетчик спектра нагрузки известен, кроме того, из ЕР 0749934 А2, который определяет имеющие место изменения нагрузки, определяет усилие в канате, действующее на подъемной лебедке при каждом изменении нагрузки, рассчитывает, на основании этого, спектр нагрузки, подсчитывает и отображает остающийся срок службы подъемной лебедки, при рассмотрении так называемых Wöhler кривых.
Данные меры по текущему контролю подъемной лебедки, тем не менее, могут фактически не установить надежно остающийся срок службы, или состояние непригодности каната из высокопрочных волокон, так как канаты из высокопрочных волокон являются предметом для множества деформаций и повреждений, которые влияют на износ, и которые являются независимыми от деформации лебедки, скажем, например, деформации при выпучивании и изгибе обоймы блоков, внешние удары и точки на канате, загрязнение поверхностей компонентов, контактирующих с канатом и т.д. С другой стороны, жесткие стандарты по сроку службы для канатов из высокопрочных волокон практически несовместимы в смысле экономичного использования фактического срока службы и соблюдения требуемой безопасности, поскольку срок службы и износ каната из высокопрочных волокон могут сильно изменяться, в зависимости от условий применения и внешних влияний на канат из высокопрочных волокон.
Задачей, лежащей в основе изобретения, является обеспечение усовершенствованного аппарата для определения состояния непригодности канатов из высокопрочных волокон, который устраняет недостатки известного уровня техники. Предпочтительно должно быть достигнуто надежное, точное определение состояние непригодности, которое экономно использует остающийся срок службы каната из волокон, не подвергая риску безопасность, и обходится для этой цели простыми устройствами индикации, которые надежно работают в трудных условиях применения строительной техники.
Согласно изобретению, данная задача решена аппаратом в соответствии с п.1 формулы изобретения. Предметом зависимых пунктов формулы являются предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Согласно предпочтительному варианту данного изобретения, предлагается, при определении состояния непригодности, не полагаться на один критерий, но избежать проблем упреждающих признаков, которые лишь с трудом могут быть установлены, в том отношении, что разные существенные параметры каната из волокон отслеживают по изменениям, а состояние непригодности определяют по большему изменению отдельного параметра или по множеству меньших изменений множества параметров. Согласно изобретению, устройство индикации аппарата для распознавания состояния непригодности содержит множество по разному выполненных средств для магнитного, механического, оптического и/или электронного установления множества разных параметров каната, которые могут быть оценены блоком оценки индивидуально, и/или в сочетании с любым другим, для распознавания состояния непригодности. Использование разных параметров каната, таких как упомянутая жесткость на поперечное сжатие и изменение поперечного сечения, или альтернативно, или дополнительно к этому, удлинение каната и магнитные свойства каната, или других механических, оптических и/или электронных параметров каната для определения состояния непригодности, основано на соображении, что в зависимости от деформации и воздействий на канат из волокон, от случая к случаю, это может быть другой параметр, который отображает износ каната, или сигнализирует о состоянии непригодности, или состояние непригодности может также не отображаться, как таковое, фактически большим изменением только одного параметра, но скорее более мелкими изменениями множества параметров.
В дополнительном варианте осуществления изобретения упомянутый бок оценки выполнен так, что сигнал о непригодности подается, когда, по меньшей мере, один из установленных параметров каната или его изменение превышает соответствующее предельное значение/падает ниже него, а также когда дополнительный параметр каната, или его изменение, полученный из всех установленных параметров каната, или из подгруппы определенных параметров, превышает соответствующее предельное значение/падает ниже него.
В дополнительном варианте осуществления изобретения упомянутый блок оценки выполнен так, что не только множество параметров каната, как таковых, устанавливают и проверяют на соответствующие изменения, или сравнивают с предельными значениями, но также принимают во внимание зависимости между множеством параметров каната. Например, допустимые изменения и/или допустимые предельные значения для параметра каната могут быть изменены или заменены, когда другой параметр каната подвергся заранее установленному изменению. В частности, таким образом может быть распознано более сложное явление износа или повреждения и состояние непригодности. Если, например, предполагается, что повышение жесткости на поперечное сжатие вызвано снижением диаметра каната, то предельное значение для диаметра каната может быть блоком оценки снижено и/или может быть уменьшен желательный диапазон допустимого диаметра каната при индикации повышенной жесткости на поперечное сжатие. Если затем измерение определяет, что диаметр каната падает ниже сниженного предельного значения диаметра каната и/или выпадает из уменьшенного желательного диапазона, то может быть выдан сигнал о непригодности. Подобным образом, альтернативно, или дополнительно к этому, блоком оценки могут быть приняты в расчет дополнительные зависимости между наиболее измененными параметрами каната, например, вышеупомянутая зависимость между жесткостью каната и удлинением каната, к примеру, так что при более высокой жесткости на изгиб ожидается увеличенная длина каната, и принимается во внимание соответствующими предельными значениями.
В связи с этим, в варианте осуществления изобретения могут быть использованы разные параметры каната. Согласно дополнительному объекту данного изобретения, предлагается осуществлять мониторинг изменения жесткости на поперечное сжатие, или поперечного сечения каната и использовать это в качестве индикатора состояния непригодности. Устройство для индикации изменений каната может, в частности, иметь средство определения жесткости на поперечное сжатие и/или средство определения поперечного сечения каната, при этом блок оценки отслеживает жесткость на поперечное сжатие или определенное поперечное сечение каната на изменения, и, при необходимости, обеспечивает сигнал о непригодности.
При долговременных испытаниях канатов из высокопрочных волокон может быть показано, что как деформация, так и число циклов изгиба растет, жесткость на поперечное сжатие изменяется характерным образом, в частности показывает увеличение. Таким образом, степень изменения жесткости на поперечное сжатие может быть также использована предпочтительным образом для фиксирования времени непригодности. В связи с этим увеличение жесткости на поперечное сжатие может сопровождаться снижением диаметра каната. Канату может быть придана более высокая жесткость на изгиб и/или может иметь место постоянное, измеряемое удлинение каната. Зависимость изменения жесткости на поперечное сжатие от изменения диаметра каната может быть, в частности, установлена при этом, в частности, в зависимости от уменьшения диаметра по размеру, может быть установлено повышение жесткости на поперечное сжатие. Альтернативно, или дополнительно, может быть определена зависимость изменения жесткости каната от изменения длины каната, при этом, в частности, может быть определено повышение жесткости каната в зависимости от увеличения длины каната. Выдача сигнала о непригодности может, при этом, происходить, в общем, в зависимости от отслеженной жесткости на поперечное сжатие, или от поперечного сечения каната. Однако, более точное определение состояния непригодности можно предпочтительно осуществить, принимая во внимание разные параметры каната.
При этом жесткость на поперечное сжатие каната может быть, в общем, определена разными способами. В предпочтительном дополнительном усовершенствовании изобретения расчетные данные из диаметра барабана, диаметра каната, спецификации каната и усилия растяжения могут быть использованы в качестве основы для измерения, или процесс измерений может управляться, в зависимости от упомянутых расчетных данных из диаметра барабана, диаметра каната, спецификации каната и усилия растяжения, и могут быть установлены соответствующие параметры измерения. Жесткость на поперечное сжатие, в частности, может быть выполнена во время воздействия на канат с заранее установленной нагрузкой растяжения, при этом заранее установленная нагрузка растяжения может быть предпочтительно выбрана в диапазоне имеющихся фактических нагрузок растяжения при работе подъемного механизма, в соответствии с его целевым назначением. Явление повреждения или износа может быть лучше установлено определением жесткости на поперечное сжатие под растягивающей нагрузкой каната.
В дополнительном варианте осуществления изобретения, для определения жесткости на поперечное сжатие один участок или множество участков каната могут быть подвергнуты воздействию соответствующего заранее установленного поперечного усилия, в частности, могут быть сжаты, при этом устанавливается/устанавливаются, или определяется/определяются изменение диаметра и/или изменение поперечного сечения каната, который/которые находится/находятся под действием поперечного усилия. При этом при заранее установленном поперечном усилии изменение поперечного сечения или диаметра, который выбран, может быть измерен и/или, альтернативно, может быть измерено поперечное усилие, необходимое для достижения заранее установленного изменения поперечного сечения и/или диаметра. Альтернативно, или дополнительно, могут быть приложены изменяющиеся поперечные усилия, и может быть определено изменение поперечного сечения или диаметра, выбранное в зависимости от изменяющегося поперечного усилия, и/или альтернативно могут быть измерены поперечные усилия, необходимые для достижения разных изменений поперечного сечения или диаметра.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения может быть введен канат для определения его жесткости на поперечное сжатие, между расположенными напротив друг друга двумя зажимными губками, которые, каждая, могут предпочтительно иметь канавку под канат, и могут быть сжаты зажимными губками, чтобы они передвигались одна к другой соответствующим регулировочным устройством.
При этом поперечное сечение каната может быть, в общем, установлено разными способами. Упомянутое средство определения поперечного сечения каната может предпочтительно содержать средство индикации диаметра для индикации диаметра каната, по меньшей мере, в двух разных плоскостях и определять площадь поперечного сечения из упомянутых двух определенных диаметров. Данная индикация участка каната или множества участков каната во множестве поперечных плоскостей может быть также обеспечена при вышеупомянутом определении жесткости на поперечное сжатие, например, так, что соответствующий участок каната сжимают одновременно или последовательно множеством пар зажимных губок, которые располагают связанными одна с другой в разных плоскостях. По общему признанию, в общем, было бы возможным определение, или получение площади поперечного сечения только по одному диаметру каната, который определен в одной плоскости. Тем не менее, поперечное сечение каната, или площадь поперечного сечения каната, определяют предпочтительно по двум диаметрам каната, которые были определены в разных плоскостях, находящихся перпендикулярно одна другой, поскольку, при этом, изменения и/или деформации в поперечном сечении, безвредные для прочности каната из волокон, могут быть приняты во внимание, и предположений о преждевременном износе можно избежать. Канаты из высокопрочных волокон показывают изменения поперечного сечения в виде овализации при поперечных нагрузках, например, которые могут происходить в канатных роликах или в канатной лебедке, т.е. поперечное сечение, которое является круглым, само по себе, в изначальном состоянии, изменяется в сжатое уплощенное сечение, которое, само по себе, не вредно для долговечности или прочности каната из волокон. Однако, если поперечное сечение каната изменяется так, что уменьшается площадь поперечного сечения, это преимущественно рассматривается как признак начинающегося износа. Блок оценки может, в частности, обеспечить сигнал о непригодности, когда поперечное сечение каната показывает заранее установленное сужение на конус, или если снижение площади поперечного сечения каната по размеру превышает заранее установленный размер.
При этом определение диаметра может осуществляться разными способами. Например, для индикации зауженной ширины могла бы быть обеспечена оптическая выборка световым излучением и соответствующим датчиком. Однако в дополнительном предпочтительном усовершенствовании изобретения, для определения диаметра каната, имеет место механическая выборка с противоположно расположенных сторон. Предпочтительно может быть обеспечена, по меньшей мере, одна пара упруго, предварительно нагружаемого зажимного средства, предпочтительно в виде канатных роликов, которые могут быть прижаты к канату зажимными губками, имеющими канавки под канат, с которыми связано устройство измерения расстояния зажимного средства, одно от другого, в прижатом к канату состоянии.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения определение жесткости на поперечное сжатие и определение поперечного сечения каната или определение диаметра может быть выполнено той же самой парой зажимного средства, или теми же самыми парами зажимного средства, так что может быть сэкономлено время измерений и могут быть исключены другие зажимы. Например, чистое определение диаметра, или поперечного сечения, может проходить при достаточно небольших поперечно сжимающих усилиях, которые затем для выполнения измерения жесткости на поперечное сжатие могут быть увеличены.
Чтобы не ухудшить определение диаметра при провисании каната, упомянутое средство выборки может быть подвешено подвижно, так что оно может участвовать в перемещениях каната, в частности, поперечных перемещениях каната, в задействованном с канатом состоянии. Упомянутое предварительно нагружаемое зажимное средство в виде канатных роликов может быть, в частности, с одной стороны, подвижным относительно друг друга, а, с другой стороны, поперечным и/или параллельным, вместе, продольной длине каната, чтобы точно определять диаметр каната даже при нежелательных провисаниях каната.
Измерение каната предпочтительно осуществляется, по меньшей мере, в двух плоскостях, чтобы исключить отклонения поперечного сечения каната от круглой формы при определении площади поперечного сечения. С этой целью, например, могут быть обеспечены две пары канатных роликов, или зажимных губок, которые установлены в перпендикулярных одна другой плоскостях, и могут, каждая, быть зажаты упруго одна напротив другой.
В дополнительном варианте осуществления изобретения, альтернативно, или дополнительно к упомянутой жесткости на поперечное сжатие, или площади поперечного сечения, или формы поперечного сечения могут быть использованы другие параметры каната. Согласно дополнительному объекту данного изобретения, осуществляют мониторинг изменения участка индикации, который вдавлен с фиксацией в канат из волокон и который содержит отличный от волокон каната материал при этом предпочтительным способом. Изменение в волокнах, или деформации волокон самого каната из волокон, которые могут быть установлены исключительно нелегко, могут быть обойдены посредством данного участка индикации, который может быть вдавлен с фиксацией в центральную часть пряди, или который может быть также установлен между прядями волокон каната, в частности, когда участок индикации выбирают в связи с его конфигурацией и/или в связи его материалом, так что участок индикации показывает изменения быстрее, чем пряди волокон каната, и/или данные изменения могут быть установлены более просто. Мониторинг данного участка индикации в канате из волокон может дать при этом особые преимущества только сам по себе, без мониторинга дополнительных параметров.
Участок индикации может, в частности, содержать материал, предпочтительно, металлическое непрерывное сечение, который оказывает влияние на магнитное поле и/или является магнитопроводящим и/или поддающимся намагничиванию. При этом средство индикации предпочтительно выполнено для работы на принципе магнита, причем, в частности, может быть обеспечен датчик магнитного поля, посредством которого могут быть определены магнитные свойства упомянутого участка индикации. В частности, магнитные свойства участка индикации изменяются при разрушении участка индикации, так что соответствующее изменение магнитного потока, или магнитного поля может быть легко установлено и может быть использовано в качестве индикатора износа. Если происходит разрушение магнитопроводящего участка индикации, оно может быть распознано мониторингом магнитной индукции, или может быть установлено соответствующим прерыванием магнитного поля.
Альтернативно, или дополнительно к конфигурации данного, работающего на принципе магнита, участка индикации и связанного средства индикации, могут также, по-разному, быть отслежены изменения, и могут быть также использованы другие принципы мониторинга. Например, участок индикации может быть выполнен как электропроводящий, и, применяя соответственно выполненное средство индикации, может быть осуществлен мониторинг удельной электропроводности каната из волокон, или обеспеченного в нем участка индикации. Альтернативно, или дополнительно, могла бы также отслеживаться удельная теплопроводность упомянутого участка индикации, при этом участок индикации предпочтительно выполнен из материала, имеющего хорошую удельную теплопроводность, например, из серебряной проволоки.
Упомянутый участок индикации, который вдавлен с фиксацией в канат из волокон и который содержит материал, отличный от материала волокон каната, предпочтительно выполнен более слабым, чем канат из волокон, в смысле его способности сопротивления деформациям каната, вытягиванию, растяжению, изгибу, кручению, ультрафиолетовому облучению, влагопоглощению и/или температуре, так что участок индикации выходит из строя значительно быстрее каната из волокон, до наступления отказа каната из волокон. Растрескивание упомянутого участка индикации даже не оказывает какого-либо реального воздействия на прочность самого каната из волокон, но может быть легко определено и может быть вовремя, установлено, до наступления отказа каната.
В дополнительном варианте осуществления изобретения, устройство индикации осуществляет мониторинг участка каната, в котором происходит изменение каната, которое используют для определения состояния непригодности, пригодное для идентификации изношенного или поврежденного участка каната, и оптимально, пригодного для продолжения к использованию остающегося каната, например, при удаленной поврежденной части. В дополнительном усовершенствовании изобретения, с вышеупомянутым средством индикации может быть связано средство индикации пути и/или положения каната, которое определяет путь покрытого каната, или положение участка каната, отслеживаемого на изменения. Упомянутое средство индикаций пути каната и/или положения каната может, в частности, устанавливать положение канатной лебедки, которая присутствует, когда участок каната, подлежащий проверке на изменение, находится на участке соответствующего устройства индикации и фактически осуществляет мониторинг изменений. Тогда это дает возможность в блоке оценки рассчитывать назад от упомянутого положения канатной лебедки, какой участок поврежден или изношен.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, альтернативно, или дополнительно к упомянутому магнитоиндукционному мониторингу вдавленного с фиксацией участка индикации, может также отслеживаться и использоваться для определения состояния непригодности, удлинение каната из волокон. Мониторинг удлинения каната исходит из положения, что повышенный износ, или повреждение каната из волокон, или приближение к состоянию непригодности, сопровождается удлинением каната из волокон относительно его исходного состояния, так что мониторинг удлинения каната из волокон может быть использован в качестве индикатора состояния непригодности. С этой целью, устройство индикации может иметь средство для определения удлинения каната из волокон, при этом блок оценки сравнивает определенное удлинение с максимальным допустимым удлинением. Как только удлинение превышает заранее установленное значение, может быть установлено состояние непригодности.
В отношении определения удлинения могут быть последовательно осуществлены различные процедуры. В первом рабочем состоянии удлинение каната, или участка каната, по существу, полностью нагруженного, может, в частности, быть определено и отслежено. Альтернативно, или дополнительно, во втором рабочем состоянии удлинение каната из волокон может быть проэкзаменовано участками - будут ли, и в какой степени, удлиняться заранее установленные участки каната из волокон.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, средство для определения удлинения может иметь датчик положения для установления положения заранее установленного участка, а также датчик положения канатной лебедки для индикации положения лебедки, принятого на пути перемещения к заранее установленному положению каната. Упомянутый датчик положения может, например, устанавливать, когда достигнута верхняя точка отключения для грузового крюка и/или когда сигнализатор, используемый на канате, например, в виде маркировочного знака достигнет заранее установленного места на пути каната. Датчик положения лебедки устанавливает положение канатной лебедки, присутствующей в данный момент, или по достижении упомянутого положения, так что блок оценки может определить удлинение каната от изменения принятого положения лебедки. Если положение лебедки отклоняется слишком далеко от желательного положения по достижении заранее установленного положения, то может быть доказанным состояние непригодности, или может быть выдан сигнал о непригодности.
Альтернативно, или дополнительно, канат из волокон может быть снабжен множеством распределенных по его длине сигнализаторов, например, в виде маркировочных знаков, транспондеров, отражателей сигналов или подобного и таким образом может быть разделен на множество участков длины. Средство для определения удлинения каната определяет расстояние между двумя соответствующими сигнализаторами, по которому блок оценки может определить длину соответствующих участков каната и может отследить его изменения. Если имеет место явление удлинения в одном или более участках каната, которое индивидуально, или рассмотренное в сумме, выходит за соответствующее предельное значение для допустимого удлинения, то блок оценки может выдать сигнал о непригодности.
В дополнительном варианте осуществления изобретения, упомянутое устройство индикации может быть при этом выполнено так, что измерительное устройство, например электронное измерительное устройство, устанавливает прохождение, или появление упомянутого сигнализатора в конкретной точке вдоль пути каната, и измеряет длину расстояния до следующего сигнализатора предпочтительно при постоянной скорости каната. Таким образом, длина каната может быть разбита, или разделена на любое желательное число замерных точек и любые желательные участки каната, так что направление вытягивания каната может быть определено по всей длине каната и в блоке оценки может быть оценено, на каком участке каната было достигнуто предельное значение, и должен ли канат быть признан непригодным, или, если возможно, должен быть укорочен на непригодный участок, т.е. чрезмерно вытянутый участок.
Проверку на удлинения предпочтительно выполняют при заранее установленных условиях, в частности заранее установленной нагрузке, подключением тестовой нагрузки, чтобы устранить любую вариацию результатов испытаний из-за изменения условий.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, для определения состояния непригодности каната из волокон может быть использован спектр нагрузки, оказывающей воздействие на канат, в частности, действующие на канат растягивающая нагрузка и циклы изгиба. Для данной цели может быть обеспечен счетчик спектра нагрузки, который устанавливает, по меньшей мере, напряжение растяжения каната и число циклов изгиба, при воздействии на канат спектра нагрузки. Определение и оценка упомянутых результатов измерений возможна соответствующим средством определения, или средством индикации, или датчиками, данные измерения которых обрабатываются и оцениваются в блоке оценки. Датчик нагрузки может, в частности, устанавливать текущую деформацию каната во время работы каната. Для определения числа циклов изгиба, вращающийся датчик на барабане канатной лебедки может определять длину каната, который деформирован. Данные нагрузки и данные по пути каната и по циклам изгиба могут быть связаны друг с другом в блоке оценки для определения спектра нагрузки, который может быть сравнен с заранее установленным спектром максимально допустимой нагрузки. Если значение спектра максимально допустимой нагрузки достигнуто, то блок оценки может выдать соответствующий сигнал о непригодности.
Обычно возможно применение разных аналитических подходов при расчетном определении воздействующих на канат спектров нагрузки. В этом отношении, рассмотрение устанавливает отправную точку составления заключения о разных степенях повреждения на базе расчетной аккумуляции повреждения при разных спектрах нагрузки и хранения их в системе управления. Тогда, таким образом, при конкретной предварительной установке изменений нагрузки появляется возможность сделать, путем расчета нарастающего таким образом повреждения каната, вывод, в котором может быть зафиксировано предельное значение, которое позволяет сделать оценку состояния непригодности.
Например, при оценке спектров нагрузки, которые присутствуют, может быть применен процесс подсчета, в котором присутствующая амплитуда нагрузок может, к примеру, быть представлена их суммарной частотой. Поскольку в обычном случае канат из волокон не только является объектом для постоянно повторяющейся равной нагрузки с постоянной амплитудой, но также является объектом для нагрузки, которая изменяется по величине, то результирующий спектр нагрузки, на практике, может, например, быть разделен или выполнен ступенчатым на отдельные прямоугольные спектры с параметром цикла соответствующей постоянной нагрузки и частичной нагрузки. Например, в соответствии с известным, по существу, способом линейного накопления повреждений, теперь частичное повреждение может быть подсчитано для каждого частичного спектра, так как параметр цикла частичной нагрузки разделен параметром цикла максимальной нагрузки, которая может быть выдержана. Частичное повреждение всех частичных спектров, которое таким образом получается, может быть суммировано и использовано в качестве установления полного повреждения каната из волокон. Данный подход линейного накопления повреждения может быть также модифицирован в различные виды, в вид, известный, по существу, например, при котором частичные спектры, амплитуды которых являются ниже предела долговременной прочности, не принимаются во внимание, или принимаются во внимание только в ограниченном виде.
В дополнительном варианте осуществления изобретения, при сравнении соответственно установленных или определенных параметров с ранее установленными или определенными параметрами, может осуществляться мониторинг вышеупомянутых изменений в канате из волокон, в частности магнитное изменение участка индикации, изменение удлинения каната и/или изменение диаметра каната. Соответствующие номинальные значения для соответствующих параметров, в частности, магнитная проницаемость, или качество участка индикации, исходная длина каната, или площадь поперечного сечения, могут иметь место в номинальном режиме индикации с новым, или еще неповрежденным канатом из волокон, например, в том смысле, что рассмотренные выше процедуры отработаны с использованием тестового веса при пуске в работу крана, и определенные параметры в данном процессе сохранены в памяти номинальных значений. При дальнейшей работе крана, или грузоподъемного механизма, упомянутые параметры затем непрерывно, или циклически отслеживают и сравнивают с изначально сохраненными номинальными значениями для них. Если один или более упомянутый параметр показывает отклонение относительно соответствующего номинального значения, которое превышает допускаемую величину отклонения, то блок оценки может обеспечить сигнал о непригодности. Альтернативно, или дополнительно, упомянутый блок оценки может также обеспечить сигнал о непригодности, когда, впрочем, ни один из упомянутых параметров, индивидуально, не превышает своего допустимого изменения значения, или отклонения значения, но параметры показывают слишком большое отклонение от суммы номинальных значений. Например, если все определенные параметры достигают 90% допустимого отклонения от номинального значения, причем каждое значение еще допустимо индивидуально, тем не менее, может быть установлено состояние непригодности, поскольку, не только один параметр, но скорее, все параметры почти достигли своих допустимых пределов изменения.
Изобретение пояснено более подробно в последующем описании применительно к предпочтительному варианту осуществления и прилагаемым чертежам.
На чертежах показаны
Фиг.1: схематичное представление грузоподъемного механизма, согласно изобретению, в виде поворотного башенного крана в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, подъемный канат которого и/или оттяжка из канатов которого для поднимающейся стрелы могут быть выполнены в виде канатов из волокон;
Фиг.2: схематичное представление поворотного башенного крана, подобного фиг.1, в измененном варианте осуществления, согласно которому подъемный канат проходит не над верхним концом стрелы, а над тележкой, перемещающейся вдоль стрелы;
Фиг.3: схематичное представление средства индикации для магнитоиндукционного мониторинга изменений участка индикации, вдавленного с фиксацией в канат из волокон;
Фиг.4: схематичное представление средства для индикации удлинения каната из волокон; и
Фиг.5: схематичное представление средства для индикации изменения поперечного сечения в канате из волокон.
Фиг.1 представляет пример грузоподъемного механизма, согласно предпочтительному варианту изобретения - поворотный башенный кран 20 с поворотной верхней частью и башней 21, установленной на каретке или стационарной базе. Стрела 23 соединена с башней 21 с возможностью поворота, с изменяемым наклоном стрелы, вокруг горизонтальной оси, известным, по существу, способом, и поддерживается устройством 24 канатных растяжек, изменяемых по длине, натяжной лебедкой 25, так что рабочий угол стрелы может изменяться. С этой целью, канат 26 закреплен на упомянутой лебедке 25. Устройство 24 связано через обоймы 27 блоков с распоркой 50.
Как показано на фиг.2, поворотный башенный кран 20 может быть также снабжен стреловой тележкой. Поворотный башенный кран 20, который подобным образом поворачивается в верней части, и башня 21 которого закреплена к базе 22, снабженной балластом, имеет стрелу 23, которая в рабочем положении является горизонтальной и оттянута через средство натяжения, например, в виде оттягивающих связей 52, к вершине 51 башни, при этом противоположная балка 53 стрелы, снабженная балластом, также оттянута средством 54 натяжения к упомянутой вершине 51 башни. Тележка 55 подвижно закреплена в вышеупомянутой стреле 23 и может перемещаться с помощью тягового каната, например, посредством обоймы блоков.
Кроме того, поворотный башенный кран содержит подъемный канат 28, который в изображенном варианте осуществления, согласно фиг.1, может быть опущен вниз от вершины стрелы, через обойму блоков на головке стрелы, и соединен с крюком 29, или, в варианте осуществления, согласно фиг.2, может проходить через упомянутую подвижную тележку 55 и обойму блоков и может быть соединен с крюком 29. Упомянутый подъемный канат 28 в обоих случаях закреплен на подъемной лебедке 30, которая подобна лебедке 25 по фиг.1 и установлена в районе балластной рамы, или в другой несущей части на противоположной балке 53.
Упомянутый подъемный канат 28 и/или канат 26 растяжки могут быть выполнены в виде каната из волокон, который может содержать синтетические волокна, такие как волокна из арамида, или структура из арамидно/углеродных волокон.
Для установления параметров упомянутого каната из волокон, соответствующих состоянию непригодности, используется устройство 2 индикации, которое может быть установлено на кране и которое, совместно с блоком 3 оценки, который оценивает установленные параметры, может быть соединено с электронным блоком 31 управления краном, или интегрировано в него.
Как показано на фиг.3-5, упомянутое устройство 2 индикации предпочтительно содержит разные средства индикации для установления разных параметров каната 1 из волокон разными способами. Согласно фиг.3, упомянутое устройство 2 индикации может содержать работающее на основе магнетизма средство 2а индикации, которое устанавливает изменения в участке 4 индикации, который вдавлен с фиксацией в канат 1 из волокон и который выполнен в виде магнитопровода, или в поддающемся намагничиванию элементе, который может быть также встроен в канат. Например, упомянутый участок 4 индикации может быть выполнен в сердцевине пряди волокон или между ними, при этом упомянутый участок 4 индикации может, в общем, сам иметь желаемые формы сечения и может иметь предпочтительно круглое поперечное сечение. Упомянутый участок 4 индикации, в частности, может быть изготовлен из металлического непрерывного материала, такого, как проволока, при этом участок 4 индикации предпочтительно выполнен так, что он является менее устойчивым по отношению к вытягиванию, растяжению, изгибу, кручению, температуре и другим соответствующим параметрам, чем волокна каната 1, так что участок 4 индикации выходит из строя до того, как происходит отказ каната 1 из волокон.
Упомянутое средство 2а магнитной индикации, которое может реагировать на магнитное поле, которое воздействует на упомянутый участок 4 индикации, или создается им. В связи с этим, нарушение упомянутого участка 4 индикации приводит, в частности, к изменениям в упомянутом магнитном поле 32, так что по изменению соответствующей характеристики магнитного поля может быть сделано заключение о разрушении участка 4 индикации, и, в свою очередь, о состоянии непригодности каната 1 из волокон.
Для определения места в канате 1, где происходит нарушение участка 4 индикации, может быть осуществлено измерение пути каната соответствующим средством 5, связанным с устройством 2 индикации, или с его средством 2а магнитной индикации, поскольку датчик 7 угла поворота, связанный с канатной лебедкой (см. фиг.4), регистрирует поворот канатной лебедки, или датчики 6 положения фиксируют маркированные участки каната в конкретном положении, где упомянутое средство 2а магнитной индикации отмечает место дефекта. Блок 3 оценки может точно определять, по известному положению средства 2а индикации, где находится место дефекта. Требуемый период времени до непригодности каната 1 из волокон предпочтительно отображается, например, на мониторе управления крана, на основе все еще сохраняющегося остаточного срока службы каната. Если выход из строя не происходит в установленное время, то блок 31 управления краном может автоматически остановить эксплуатацию крана из соображений безопасности.
Кроме того, как показывает фиг.4, вышеупомянутое устройство 2 индикации предпочтительно содержит средство 2b индикации для определения удлинения каната 1 при работе. Конкретное положение, для каната 1, может быть установлено, например, непосредственным перемещением в верхнюю точку, в которой грузовой крюк 29 достигает самого высокого положения, и которая может быть зафиксирована, например, ограничителем хода, или другим датчиком 6 положения. Если упомянутый датчик 6 положения сообщает средству 2b индикации, что заранее установленное положение каната достигнуто, то датчиком 7 фиксируется поворот канатной лебедки. Данное измерение выполняют при первом пуске крана в работу. Если при последующих измерениях имеет место другой поворот канатной лебедки, то отклонение в повороте канатного барабана при перемещении в ту же точку положения каната, является замером произошедшего удлинения каната 1. Циклы испытаний предпочтительно выполняют, применяя заранее установленную нагрузку на грузовом крюке 29, например применяя известную тестовую нагрузку, так что на точность измерений не оказывают влияние изменение условий.
Необходимо отметить, что в данном способе индикации удлинения каната путем измерения увеличивающегося поворота барабана определяется средняя величина удлинения каната. Вытягивание каната зависит от нагрузки и продолжительности ее действия. Если груз движется, например "поднимается", то участок каната, который не намотан на канатный барабан, всегда имеет полную и наибольшую деформацию, пока нагрузка вновь не переместится. Натяжение каната, и, следовательно, также нагрузка вытягивания, непрерывно снижается в участке каната, который намотан на барабан. Вытягивание каната за пределами канатного барабана будет таким образом продолжаться приблизительно постоянно и всегда иметь максимальную величину. В части каната, которая намотана на барабан, растягивающая нагрузка непрерывно снижается и падает приблизительно до нуля после нескольких витков. Предел допустимого удлинения может быть определен с использованием коэффициента распределения вытягивания по отношению к полной длине каната, чтобы получить достаточную точность для установления состояния непригодности каната 1.
Дополнительный способ испытания по удлинению каната относительно состояния непригодности базируется на сигнализаторах 8, или индикаторах, которые активно или неактивно выдают сигналы. Данные индикаторы внедрены в канат приблизительно через равные интервалы. Измерительное устройство, например, электрическое/электронное измерительное устройство, к примеру, в виде датчика 6 положения устанавливает точку индикатора и измеряет длину расстояния до следующего индикатора при постоянной скорости каната. Таким образом, длина каната может быть разделена на любые желаемые замерные точки, и оценку получают применением данного способа по протяженности вытягивания каната на полной длине каната, а применением измерительного устройства устанавливают участок каната, в котором было достигнуто предельное значение и канат непригоден, или, если это возможно, укорачивают канат на величину непригодного, т.е. слишком вытянутого участка каната.
Измерительное устройство устанавливают при первом пуске в эксплуатацию. Заранее установленное подъемное движение выполняют, применяя, например, режим "испытание каната". При этом перемещение выполняют при постоянной скорости подъема из самого низкого положения грузового крюка 29 до наивысшего положения. При данной процедуре регистрируют и сохраняют длины расстояний упомянутого множества индикаторов 8. Позднее процедуру после соответствующего периода работы повторяют и рассчитывают и отображают отличие длины от первого измерения. Измерительное устройство отправляет значения в блок управления краном и в модуль памяти; дистанционная передача данных возможна с помощью блока управления краном, или оператора крана ставят в известность о состоянии каната на мониторе крана. При достижении недопустимого вытягивания, включается режим безопасности, хотя и незамеченный, после допустимого остающегося периода работы осуществляется предупреждение и отключение системы. По причинам безопасности, система может быть больше не допущена к эксплуатации. Причина остановки также отображается на мониторе и может быть также доступна для дистанционной передачи данных.
Показанное на фиг.5 устройство 2 индикации может также содержать средство 2 с индикации для определения изменений в поперечном сечении каната и/или в прочности каната 1 на поперечное сжатие. Упомянутое средство 2 с индикации, для данной цели, устанавливает диаметр каната, или жесткость при поперечном сжатии, по меньшей мере, в двух плоскостях, которые могут располагаться перпендикулярно одна другой, чтобы иметь возможность определения площади поперечного сечения каната из множества диаметров каната с изменениями формы поперечного сечения, не вредными сами по себе. Это объясняется тем, что канаты 1 из высокопрочных волокон имеют тенденцию к овализации поперечного сечения при поперечных нагрузках, так что в обоймах 27 блоков, или в канатных лебедках 25, или 30 упомянутая овализация, сама по себе, еще не способствует на всем протяжении к какому-либо ослаблению прочности каната. Тем не менее, это становится критичным, когда снижается площадь поперечного сечения каната.
С этой целью, в варианте осуществления по фиг.5, диаметры канатов измерены во взаимно перпендикулярных плоскостях с использованием пар зажимных средств в виде канатных роликов 10, которые прижаты к поверхности каната 1 с противоположных сторон, так что зазор между канатными роликами является соответствующим диаметром каната.
Как показано на фиг.5, средство 2 с индикации прижато поперек продольному направлению каната, так что поперечные перемещения каната 1 не оказывают влияния на результат измерения. При этом в изображенном варианте осуществления аппарат является подвешенным посредством шарнирной рамы, или рычажного шарнирного механизма 33.
Измерительное устройство имеет, по меньшей мере, два ролика в передней зоне и два ролика в задней, в одной плоскости, из которых соответствующий нижний ролик просто прижимает канат 1 посредством пружин 34 и таким образом определяет диаметр каната. Один из нижних подпружиненных роликов 10 имеет ось вращения и плечо 35, посредством которого замеренный диаметр каната передается датчику 36 положения. Измерительный блок дополнительно имеет боковые направляющие ролики для каната, так что измерительный блок направляется по канату и возможные вибрации каната не действуют на замеренные значения. Для компенсирования перемещений крана, измерительный блок шарнирно подвешен через рычаг к конструкции. Измерение каната предпочтительно происходит под углом 90°, по меньшей мере, по двум плоскостям, так что диаметр каната устанавливают по четырем участкам. Возможным является дополнительно угловое устройство, например, для шести участков. Измерение по 2-4-6 и т.д. участкам может быть обеспечено конструктивно в измерительном блоке, или устройством множества измерительных блоков.
Дополнительная возможность появляется при применении оптических испытательных блоков, которые распознают и оценивают изменения диаметра каната по окружности. При превышении или падении ниже допустимого отклонения диаметра подается сигнал предупреждения, и положение запоминается с помощью датчика 7 поворота барабана.
Также, для точного определения жесткости на поперечное сжатие, применяя ранее представленный измерительный блок по фиг.5, в качестве последующего развития изобретения с зажимными губками или прижимными роликами 10 может быть связано регулировочное устройство, и с его помощью может быть создана переменная и/или достаточно высокая поперечная силовая нагрузка на канат, т.е. ролики могут быть прижаты поперечно к канату с достаточным усилием. При этом соответствующая приложенная поперечная нагрузка может быть замерена устройством измерения нагрузки. Деформация каната 1 замеряется датчиком 36 положения, при этом первоначально полученные изменения регулировочного усилия и/или поперечной деформации могут быть осуществлены в одном или более циклах измерений.
Если сигнал предупреждения не замечен, предупреждение и отключение системы происходит после разрешенного остаточного времени применения. По соображениям безопасности, система не может быть больше введена в работу, если она была выключена. Причина остановки также выводится на монитор и может быть также доступна по дистанционной передаче данных.
Кроме того, упомянутое устройство 2 индикации может также содержать средство 2d для индикации спектра нагрузки, оказывающего воздействие на канат, и числа циклов изгиба, но предпочтительно также другие параметры, влияющие на долговременную прочность, такие как многослойная навивка, воздействия окружающей среды, температура, поперечные деформации и другие, могут предпочтительно быть определены здесь.
Для определения упомянутых параметров упомянутое средство 2d индикации содержит датчики, сигналы которых поступают в упомянутый блок 3 оценки. Датчик нагрузки может, в частности, определять текущую нагрузку во время эксплуатации каната. Кроме того, вращающийся датчик на соответствующем барабане лебедки может измерять длину каната, которая деформирована. Таким образом, может быть определен спектр нагрузки, например, в виде Wöhler кривой, которая может быть сравнена с заранее установленным спектром максимальной нагрузки для каната 1. Если значение максимально допустимой нагрузки, т.е. конкретное число циклов изгиба при воздействии конкретной нагрузки и/или пиков конкретной нагрузки достигнуто, предупреждение и/или время, за которое замена каната должна произойти, считается определенным.