СТАЛЬНОЙ КАНАТ

Изобретение относится к канатному производству, а именно к конструкциям стальных канатов, работающим в составе систем для которых необходимо записывать, хранить, передавать и считывать информации с неподвижного или движущегося стального каната.
Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое число типов, конструкций и различаются по форме поперечного сечения, как самого каната, так и его элементов, а также по физико-механическим характеристикам проволок и сердечников.
Известна конструкция проволочного каната (SU 1137126 А, от 30.01.85, бюл №4), содержащая навитые в несколько слоев на сердечник проволок покрытых антифрикционным полимерным материалом вровень с выступами неровностей микрорельефа их поверхности.
Данная конструкция каната с проволоками, покрытыми антифрикционным полимерным материалом вровень с выступами неровностей микрорельефа их поверхности имеет повышенные характеристики по долговечности, но не предназначена для записывания, хранения, передачи и считывания информации с неподвижного или движущегося каната.
Известны конструкции волоконно-оптических кабелей, изготавливаемые многими фирмами, например: Самарская оптическая кабельная компания, Россия; Перспективные технологии Плюс, Санкт-Петербург; Alcatel, Франция; Fujikura, Япония; General Cable Company, США; Mohawk/CDT, США; MOI Elektronik, Германия; Nokia, Финляндия; Pirelli, Испания; Samsung, Ю. Корея; SEL, Германия.
Центральным элементом оптоволоконного кабеля является внутренний сердечник из стекла или пластика. Диаметр и чистота стекловолокна определяют количество передаваемого им света.
Для оптоволоконного кабеля характерны следующие особенности:
- наличие центрального силового элемента;
- размещение в полимерной трубке - модуле;
- количество оптических волокон в одном модуле - от 1 до 12;
- заполнение пространства между модулями упрочняющими элементами-корделями из стеклонитей или нитей из кевлара и гидрофобным гелем;
- покрытие всех этих элементов и модулей промежуточной полимерной оболочкой;
- внешняя защита оболочки из полиэтилена или металла; возможно наличие двух защитных оболочек - металлической и полиэтиленовой.
Оптические кабели различных фирм могут иметь дополнительные скрепляющие ленты, антикоррозийные и водозащитные обмотки, гофрированные металлические оболочки и т.д.
Волоконно-оптические кабели дифференцируются по размеру несущего волокна и оболочки - слоя стекла, отражающего свет. Кроме того, различают по режиму передачи: одномодовые и многомодовые кабели, а также по используемой длине волны (850-1550 не) и применяемым источникам света (лазеры или светодиоды - LED).
Оптоволокно - это обычное стекло, передающее электромагнитную энергию в виде света инфракрасного диапазона.
Конструкции волоконно-оптических кабелей предназначены для передачи сигнала с помощью модулированного света, который распространяется по сердечнику оптического волокна. Сигнал, проходящий по такому кабелю, не порождает излучений и электромагнитных полей. Благодаря низкому уровню затухания, посредством оптоволоконных кабелей, возможно осуществлять передачу сигналов на большие расстояния (превышающие 100 км) без использования промежуточных станций.
Однако, обладая многими положительными свойствами, они не предназначены для передачи тягового усилия, плохо переносят внешние сосредоточенные и знакопеременные нагрузки, не обеспечивают запись, хранение и считывание информации внешним источником при неподвижном или движущемся кабеле.
Известен способ измерения глубины каротажа и устройство для его осуществления (Патент RU №2060382, Е21В 47/00, опуб. 20.05.1996). Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин (в частности к способам и устройствам для измерения глубины каротажа) и предназначено для измерения глубины каротажа. Сущность изобретения: измерение глубины каротажа осуществляют путем подсчета импульсов квантования по глубине и их коррекции, которую осуществляют, периодически подавляя импульсы квантования, кратные величине п.Устройство для осуществления способа содержит счетчик глубины с декадами, датчик глубины, блок коррекции и формирователь интервала коррекции.
Недостатками устройства являются сложность конструкции и низкая точность измерения.
Известно устройство по способу определения глубины погружения скважинного прибора (Патент RU №2398106, Е21В 47/04, опуб. 27.08.2010). Изобретение относится к области геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для измерения глубины погружения скважинных приборов. Для этого предварительно промеряют геофизический кабель и на броню кабеля через одинаковые отрезки наносят магнитные метки. Одновременно подсчитывают наружные повивы брони кабеля и запоминают их количество от места соединения кабеля со скважинным прибором и далее до каждой последующей магнитной метки. В процессе геофизических исследований при спуске-подъеме кабеля обнаруживают и подсчитывают магнитные метки. Одновременно подсчитывают наружные повивы брони кабеля и сравнивают их количество с соответствующими запомненными значениями. Используют полученные данные для определения глубины погружения скважинного прибора и нанесения магнитных меток на бронь кабеля.
Недостатками устройства являются низкая точность измерения глубины погружения прибора в скважину, сложность конструкции, наличие магнитных помех в скважине.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция стального каната фирмы «Pfaifer» (http://pfeifer-rossia.ru) с полимерным сердечником (DRAKO 8х19- SFC) и с полимерным материалом между слоями прядей (DIEPA D1315 CZP, DIEPA P825, DIEPA PZ 371).
Полимерный сердечник и полимерный материал между слоями прядей используется для повышения качества и сохранения стабильными во времени технических характеристик стального каната.
Данные конструкции, так же как и предыдущие не предназначены для записывания, хранения, передачи и считывания информации с неподвижного или движущегося каната.
Изобретение направлено на создание конструкции стального каната, обеспечивающего хранение и считывание информации с неподвижного или движущегося каната при эксплуатации, одновременно сохраняя стабильные технические характеристики по прочности, предусмотренные ГОСТ 3241 «Канаты стальные. Технические условия».
Информация хранящаяся, переносимая и считываемая с каната необходима для ее передачи на расстояние с последующим использованием при эксплуатации в системах управления с целью повышения безопасности на подвесных канатных дорогах, кабель-кранах, шагающих экскаваторах, при строительстве различных инженерно-технических сооружений, для глубокого бурения нефтяных и газовых скважин, кранов, шахтных установок, талей, скриптовых подъемников, судовых подъемных устройств в качестве несущих, тяговых и вантов.
Это достигается тем, стальной канат, имеющий навитые на органический сердечник пряди из стальных проволок содержит дискретно интегрированные в структуру органического сердечника постоянные магниты.
На фиг.1 показан стальной канат, содержащий навитые пряди 1, свитые из стальных проволок 2, имеющего органический сердечник 3, с интегрированными постоянными магнитами 4 в структуру органического сердечника.
На фиг.2 сечение A-А стального каната с интегрированным в органический сердечник 3 постоянным магнитом 4.
Конструкция стального каната содержит навитые вокруг органический сердечник 3 пряди 1. В структуру органического сердечника 3 интегрированы постоянные магниты 4. Размер поперечного сечения постоянных магнитов 4 не превышает половины диаметра органического сердечник 3. Этот параметр носит рекомендательный характер и конструктивно связан с возможностью интегрирования постоянного магнита 4 в тело органического сердечника 3. Материал постоянных магнитов 4 - магнитопласты. Магнитопласты - это постоянные магниты, состоящие из смеси магнитного порошка (около 95%) и полимерного связующего наполнителя (около 5% по массе). В качестве магнитной основы чаще всего используют сплав Nd-Fe-B, в качестве полимерного наполнителя -термопласты (например, полиэтилен, эпоксидная смола, резина и пр.). Постоянные магниты 4, изготовленные из магнитопластов, интегрированные в органический сердечник 3, не влияют на гибкость стального каната при изгибе его на блоках (барабанах, шкивах и т.д.) в процессе эксплуатации на различных установках.
Основные характеристики магнитопластов: высокая технологичность производства; отсутствие хрупкости; высокие магнитные характеристики; возможность изготовления любых вообразимых форм.
Изготовление стального каната предложенной конструкции происходит следующим образом. На первом этапе из стальных проволок 2 свивают пряди 1. Затем изготавливают органический сердечник 3 необходимого диаметра. При изготовлении органического сердечника 3 в него, не нарушая структуру, с определенным шагом (по требованию заказчика) интегрируют постоянные магниты 4. После изготовления органический сердечник 3 должен иметь постоянный по своей длине диаметр в пределах допуска. Завершающим этапом при изготовлении стального каната предложенной конструкции является свивка прядей 1 вокруг органического сердечника 3, с интегрированными постоянными магнитами по его длине.
Следует отметить, что поперечное сечение и длина постоянных магнитов 4 может быть разнообразная. Сами постоянные магниты 4 могут быть интегрированы в органический сердечник 3 с различными шагами по длине каната. Эту особенность можно использовать при программировании на этапе изготовления и при считывании информации с каната во время его эксплуатации.
Таким образом, предложенная конструкция стального каната обеспечивает стабильные технические характеристики по прочности, гибкости и одновременно хранение, передачу, а также возможность считывания информации с неподвижного или движущегося каната в процессе эксплуатации.
Использование информации хранящейся, переносимой и считываемой со стального каната предложенной конструкции и ее передача на расстояние при эксплуатации в качестве несущих, тяговых и вантов в подвесных канатных дорог, кабель-кранах, шагающих экскаваторах, строительстве различных инженерно-технических сооружений, для глубокого бурения нефтяных и газовых скважин, кранов, лифтов, шахтных установок, талей, скриптовых подъемников, судовых подъемных устройств позволяет создавать системы управления с новыми потребительскими свойствами, в том числе значительно повышает безопасность вышеперечисленных установок.
Так, например, применение стального каната предложенной конструкции в системах управления вышеперечисленных машин позволяет контролировать провесы в пролетах, фиксировать местоположение образовавшихся дефектов в самом канате, контролировать шаг установки отцепляемого подвижного состава, определять положение подвижного состава на трассе (в стволе, шахте лифта), глубину проходки скважин, расстояние до крюковой подвески, положение на блоках (шкивах) и прочие характеристики.
Предложенная конструкция стального каната открывает новые возможности применения этого изделия в еще не освоенных областях техники и технологии, а именно позволяет нести информацию об объекте, его свойствах, качестве, а также его положению в пространстве и времени.
Для проверки работоспособности предложенной конструкция стального каната был проведен компьютерный эксперимент путем моделирования методом конечных элементов стального каната с органическим сердечником, в который интегрирован постоянный магнит, изготовленный из магнитопласта. Результаты моделирования приведены в приложении 1.
На основе проведенных компьютерных экспериментов, установлено, что постоянный магнит, интегрированный в органический сердечник стального каната, излучает магнитный поток, который может считываться датчиком, расположенным на достаточном расстоянии от поверхности прядей каната.
Для проверки физической работоспособности предложенной конструкция стального каната был проведен эксперимент со стальным канатом ГОСТ 2688 диаметром 16,5 мм, длинной 3 метра. Стального каната был расплетен, органический сердечник удален. Для целей эксперимента специально изготовлен органический сердечник необходимого диаметра, в который с шагом 0,3 м, интегрированы постоянные магниты, изготовленные из магнитопласта. Наполнителем магнитопласта был порошок феррита. Связующим материалом - резина. Физический эксперимент подтвердил поставленные цели в части считывания магнитной информации от постоянных магнитов на поверхности стального каната.
На основании вышеизложенного и с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый нами «Стальной канат» может быть признан изобретением и защищен патентом.