УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОСЕВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
DEVICE FOR RESOURCE TESTING OF STEEL ROPES UNDER ACTION OF AXIAL DYNAMIC LOAD

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к стендам для испытания стальных канатов на выносливость.
Известно устройство для испытания канатов на выносливость (патент RU №2444718, G01N 3/08, 10.03.2012), содержащее горизонтальную опорную раму, гидроцилиндр с насосной станцией, сменный блок, ведущий барабан, соединенный с электродвигателем, вилку. Дополнительно стенд содержит несколько сменных блоков, систему управления, связанную с датчиком силы.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью исследовать выносливость образцов под воздействием динамической нагрузки.
Известно устройство для испытания канатов на выносливость (патент RU №2416083, G01N 3/20, 30.10.2009), содержащее раму, барабан с зажимами для крепления концов испытуемых канатов, привод вращения барабана, испытуемые канаты, сменные и грузовые блоки, счетчик циклов, каретку, подвижную в вертикальной плоскости, на которой смонтирован барабан с приводом вращения, привод вращения сменных блоков.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность конструкции,
- невозможность исследовать выносливость образцов под воздействием динамической нагрузки.
Известно устройство для испытания канатов на выносливость (патент RU №2640319, G01N 3/08, 02.06.2016). Способ, заключающийся в том, что испытание образца осуществляют по числу перегибов при соответствующем заданном статическом нагружении до полного или частичного его разрушения при заданной температуре и влажности. Машина, включающая климатическую камеру для проведения испытаний, ведущий барабан с зажимами и приводом кривошипно-шатунного типа, сменные и грузовой ролики, счетчик числа изгибов на 90° и разгибаний образца, груз, емкость с жидкостью.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью исследовать выносливость образцов под воздействием динамической нагрузки, связанной с периодическим изменением осевой нагрузки приложенной на испытуемый образец.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для испытания стальных канатов на выносливость (см. ГОСТ 2387-80 Канаты стальные. Метод испытания на выносливость, с. 2, черт. 1), выбранное в качестве прототипа. Устройство состоит из ведущего барабана, зажимов для крепления концов каната к барабану, сменных и грузовых роликов, счетчика циклов для учета числа изгибов.
Недостатками устройства - прототипа является невозможность исследовать выносливость образцов под воздействием периодической динамической нагрузки.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и приближение условий испытания к реальным условиям эксплуатации канатов.
Технический результат - проведение испытаний образцов стального каната под воздействием периодической динамической нагрузки.
Указанный технический результат обеспечивается за счет добавления дополнительного ролика и поводка, проходящего через дополнительный ролик и соединяющего ведущий барабан с грузовым роликом.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что машина для испытания стальных канатов на выносливость, содержащая ведущий барабан, с возможностью осуществления возвратно - поступательного перемещения образца стального каната на заданную длину, сменные ролики определенного диаметра, обеспечивающие изгиб образца на 90°, грузовой ролик с грузом, свободно лежащий на образце и обеспечивающий определенное, в зависимости от диаметра образца натяжение ветви каната, согласно изобретению оснащена разгружающим устройством, состоящим из дополнительного ролика и поводка, проходящего через дополнительный ролик, один конец которого закреплен на ведущем барабане, а второй - на оси грузового ролика.
Первый и второй сменные ролики устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить угол изгиба образца в 90 °. Диаметр сменных роликов выбирается в зависимости от диаметра испытуемого образца.
Существенными признаками заявленного устройства, отличительными от ближайшего аналога, являются:
-  дополнительный ролик
-  поводок, соединяющий барабан и грузовой ролик
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство, представляющее собой машину для испытания канатов на выносливость при периодическом воздействии динамической нагрузки.
Машина для испытания канатов на выносливость при периодическом воздействии динамической нагрузки состоит из ведущего барабана 1, осуществляющего колебательные движения с заданной скоростью и обеспечивающего возвратно-поступательные перемещения образца каната на длине около 350 мм, зажимов 2 для крепления концов образца каната 3 к барабану, сменных роликов 4 определенного диаметра (в зависимости от диаметра испытуемого образца), обеспечивающих изгиб образца каната на 90°, грузового ролика с грузом 5, создающего определенное натяжение ветви образца каната и свободно лежащего на образце каната, поводка 6, проходящего через дополнительный ролик 7, расположенный над грузовым роликом и соединяющего грузовой ролик и ведущий барабан, обеспечивающего периодическое вертикальное перемещение грузового ролика с грузом.
Машина для испытания канатов на выносливость при периодическом воздействии динамической нагрузки работает следующим образом.
Подготавливают образцы каната, представляющие собой отрезки каната определенного диаметра и длины. Концы образца каната во избежание произвольного расплетения перед навеской на машину должны быть обвязаны мягкой проволокой или заварены.
На машину устанавливают сменные ролики 4, один конец образца каната 3 закрепляют в зажиме 2, расположенном в части ведущего барабана 1 диаметром 400 мм, обращенной в противоположную от сменного ролика сторону. Второй конец образца каната пропускают через первый сменный ролик, ненагруженный грузовой ролик 5 диаметром 300 мм и второй сменный ролик и закрепляют в зажиме, расположенном в той же части ведущего барабана. Затем грузовой ролик соединяется с ведущим барабаном при помощи поводка 6, проходящего через дополнительный ролик 7.
5
К грузовому ролику подвешивают груз. Сумма массы груза и грузового ролика определяется необходимой силой натяжения ветви каната, в зависимости от диаметра испытуемого образца.
Испытание должно проводиться без перерыва. При одновременном испытании на машине нескольких образцов канатов допускается остановка машины для снятия или замены образца каната, испытание которого закончено. В зависимости от требований стандартов на металлопродукцию испытание проводят:
-  до обрыва первой проволоки (завершения) образца каната;
-  до заданного числа обрывов проволок на длине одного шага свивки образца каната;
-  до заданного числа изгибов образца вокруг сменного ролика;
-  до полного разрушения образца каната.
Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности и приблизить условия испытания к реальным условиям эксплуатации канатов посредством применения к образцу каната периодического воздействия динамической нагрузки.
Пример конкретной реализации проведения испытаний при периодическом воздействии динамической нагрузки.
Для проведения испытаний выбран канат диаметром 5,6 мм марки 5,6-Г-I-Н-Р-1770, изготовленный по ГОСТ 2688-80. При его изготовлении пряди, сердечник, межпрядные и межпроволочные пространства не смазывались и не пропитывались смазочным материалом. Часть образцов испытывалась без нанесения смазочного материала, другая часть образцов пропитывалась смазочным материалом методом окунания, при температуре на 20°С выше температуры каплепадения смазочного материала в течение двух часов с последующей выдержкой на воздухе при температуре (20±5°С) не менее 24 часов.
Испытания каната на выносливость проводились при скорости вращения барабана 120 колебаний в минуту, обеспечивающий возвратно-поступательные перемещения образца на длине 350 мм. Нагрузка на одну ветвь каната составляла 245 Н. Сменные ролики диаметром 55 мм обеспечивали изгиб образца на 90°. Поводок, пропущенный через дополнительный ролик диаметром 125 мм обеспечивал переменное нагружение ветви каната, от нулевого значения до максимального, равного нагрузки на одну ветвь каната. Диаметр сменных роликов и нагрузка на одну ветвь каната выбирались в зависимости от диаметра каната по ГОСТ 2172-80 «Канаты стальные авиационные. Технические условия».
Выносливость стального каната при воздействии динамической нагрузки, оценивалась по количеству перегибов образца каната до его полного разрушения. В таблице 1 представлены сравнительные результаты испытаний каната на выносливость при воздействии динамической и статической нагрузок.
Периодическое уменьшение осевой нагрузки на ветвь каната до нуля, с последующим увеличением этой нагрузки до заданной, предусмотренной ГОСТ 2387-80 «Канаты стальные. Метод испытания на выносливость», может привести к существенному (до 42, 82%), как видно из таблицы, снижению выносливости каната.
Учитывая, что эксплуатация практически всех канатов производится с периодическими изменениями осевой нагрузки, можно сделать вывод, что предложенный способ испытаний канатов на выносливость, повышает точность инженерных расчетов при прогнозировании ресурса каната.
Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности и приблизить условия испытания к реальным условиям эксплуатации канатов посредством применения к образцу каната периодического воздействия динамической нагрузки.