автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Электромагнитный метод и средства неразрушающего контроля дефектов стальных канатов

Введение.

1. Анализ научно-технической литературы по вопросам производства и эксплуатации стальных проволочных канатов.

1.1. Конструктивные особенности стальных канатов.

1.2. Область применения стальных проволочных канатов.

1.2.1. Шахтные стальные канаты.

1.2.2. Канаты используемые в подвесных канатных дорогах.

1.2.3. Канаты применяемые в подъемно-транспортных машинах.

1.3. Причины появления дефектов в стальных проволочных канатах.

1.3.1. Связь технологии изготовления с эксплуатацией проволочных канатов.

1.3.2. Исследование причин возникновения дефектов на работающих 36 проволочных канатах.

1.4 Выбор методов неразрушающего контроля.

1.4.1. Технические возможности методов дефектоскопического контроля.

1.4.2.0сновные факторы, влияющие на выбор методов дефектоскопического контроля.

1.4.3. Рекомендации по выбору методов неразрушающего контроля.

1.4.3.1. Оптический метод.

1.4.3.2 Магнитный неразрушающий контроль.

1.4.3.3. Способы магнитного контроля.

1.4.3.4.Вихретоковый контроль.

1.4.3.5. Акустические методы контроля.

1.4.3.6. Рентгеновский методы контроля.

1.4.3.7. Выбор методов неразрушающего контроля стальных канатов.

1.5. Особенности магнитных характеристик материала канатов и их строение

2. Разработка теоретических основ метода контроля.

2.1. Обзор литературы по теоретическим основам электромагнитного 75 контроля.

2.2. Теоретические основы метода контроля.

3. Экспериментальная проверка применимости электромагнитного контроля для стальных канатов.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Прибор для осуществления контроля.

3.3. Планирования эксперимента. ф 3.4. Установка для осуществления эксперимента.

3.5. Образцы для проведения эксперимента.

3.6. Результаты эксперимента и их обработки.

4. Повышение безопасности и экономическая эффективность использования средств контроля канатов.

Обеспечение надежной и безопасной работы технических систем требует обязательного высокоэффективного оперативного контроля за их состоянием в целях предотвращения их выхода из строя, в том числе и катастрофического. Кроме того, процедура контроля позволяет своевременно выявить и заменить дефектные узлы и элементы и получить информацию о фактическом состоянии контролируемого объекта.

Особенно актуально проблема контроля встает в сложных и дорогостоящих системах и в случаях, если от надежности ее работы зависит безопасность людей.

К подобным системам относятся, в частности, лифтовое и подъемно-транспортное оборудование, оснащенное гибкими стальными канатами в качестве грузонесущего элемента. Стальные канаты являются неотъемлемой составляющей грузовых и пассажирских лифтов, шахтных подъемников, подъемных кранов различных конструкций, подвесных канатных дорог и т.д.

В целях обеспечения безопасности работы подобного оборудования и систем существуют регламентированные сроки замены стальных канатов [1], что в ряде случаев неоправданно ввиду вполне работоспособного их состояния. Это приводит к затратам денежных средств и рабочего времени. Но зачастую в результате перегрузок и агрессивных условий работы статическое состояние канатов требует их замены до истечения регламентного срока.

Регулярно проводимый визуальный осмотр позволяет выявить крупные повреждения на поверхности каната. В отношении мелких дефектов достоверность визуального контроля резко падает. Выявление внутренних дефектов визуальным методом практически невозможно. Кроме того, для визуального контроля очень трудно ввести количественные оценки степени повреждений каната. Отрицательным фактором является так же субъективность результатов контроля и сильная зависимость их от внешних факторов (освещенность, пространственное положение, скорость движения каната и т.д.) и от степени утомления контролера.

Существуют и приборные методы контроля качества канатов. Так, состояние шахтных стальных грузоподъемных канатов контролируется прибором ИИСК [2]. Однако, данный прибор в силу ряда причин не позволяет получить высокую степень достоверности и точности результатов контроля.

В [3, 4, 5] приводятся описания различных методов контроля протяженных объектов.

Данные методы основаны либо на измерении характеристики полей рассеяния дефектов, либо на измерении параметров отклонения контролируемого объекта от эталонного образца с участка. Однако, как показывает анализ литературных источников указанные способы контроля либо не позволяют обеспечить достаточную точность и достоверность результатов контроля, либо отличаются дороговизной и громоздкостью реализации и не являются широкодоступными.

Таким образом, задача осуществления оперативного и достоверного контроля текущего состояния стальных канатов является важной и актуальной в различных сферах народнохозяйственной деятельности.

Актуальность работы заключается в отыскании и обосновании и его применении к контролю.

Автор выражает благодарность: Президенту НП «Севера-Запад» Г.В.Плотникову; к.т.н., старшему эксперту ЗАО «Ратте» М.М.Попову; авторам изготовителям прибора УДК: С.С. Петрову, A.A. Петрову; и Некоммерческому партнерству экспертных организаций по промышленной безопасности «Север-Запад», за помощь, предоставленные материалы и полезны советы, которые способствовали выполнению работы.

Общие выводы по результатам работы.

1. На основе анализа литературных источников, условий работы канатов были определены основные причины возникновения дефектов в стальных канатах и дана их классификация.

2. Проведенный анализ различных методов неразрушающего контроля стальных канатов позволил выявить наиболее рациональный по различным критериям интервал. Таким методом является вихретоковый метод контроля с помощью переменного магнитного поля. Метод контроля стальных канатов переменным магнитным полем позволяет производить контроль в широком диапазоне скоростей движения работающего каната, имеет малые энергозатраты, портативен и при этом почти отсутствуют остаточная намагниченность канатов, кроме всего метод прост с точки зрения дешифровки результатов контроля.

3. На основании построенной теоретической модели процесса контроля стальных канатов вихретоковым методом были определены основные факторы, влияющие на ЭДС, индуцированную во вторичной обмотке, к которым в первую очередь относятся: коэффициент заполнения датчика, магнитные свойства материала контролируемого каната, вид дефекта, скорость движения контролируемого каната.

4. Получена эмпирическая зависимость величины действующего напряжения разностного сигнала от площади поперечного сечения каната, скорости движения каната, скорости изменения (гридлента) площади сечения по длине каната, эксцентриситета оси каната относительно оси датчика, угла между продольными осями каната и датчика. Эта зависимость получена на основании многофакторного плана эксперимента и на основании регрессионного анализа экспериментальных данных.

5. Разработана конструкция датчика для осуществления процедуры контроля, позволяющая осуществлять его установку на канатах различных диаметров без снятия их с работающего механизма.

6. Разработана методика контроля стальных канатов, которая прошла проверку на изготовленной экспериментальной установке и в производственных условиях.

7. Произведена оценка экономического эффекта от внедрения предлагаемого метода и методики контроля. Ориентировочно расчетный экономический эффект составит 11 млн. руб. в год по Северо-Западному региону РФ.

1. Канаты стальные контроль и нормы браковки РД РОСЭК 012-972

2. Основы конструирования шахтных подземных канатов. Нестеров П.П., М.: Углетехиздат, 1979,243 с.

3. Методы капилярной дефектоскопии. Под ред. Филимонова Е.А. Саратов, изд. Саратовского политехнического ин-та, 1970, 152 с.

4. Неразрушающий контроль. Справочник. Кн. 2. Акустический контроль/ И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов/ М.: Высшая школа, 1991.

5. Неразрушающий контроль. Справочник. Кн. 3. Магнитный контроль, электрический, вихретоковый контроль./ А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов; Под ред. В.В. Сухорукова, М.: Высшая школа, 1991.

6. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромангитная дефектоскопия. -М.: Машиностроение, 1980, 232 с.

7. В.Д. Королев, И.И. Боков, Л.Е. Кандауров, Л.Г. Утяганов. Основы технологии, расчеты и механическое оборудование для производства стальных канатов. Учебное пособие. Магнитогорск: МГМА, 1997, 171 с.

8. Машины и механизмы для путевого хозяйства. Под ред. канд. техн. наук М.А. Плохоцкого. Москва, "Транспорт", 1978, 2-ое издание, 392 с.

9. Справочник по техническому обслуживанию, ремонту и диагностированию грузоподъемных кранов. Том 1, 1996.

10. Выбор, навеска. Белый В.Д., Лесин К.К., Самарский А.Ф., М.: "Недра", 1967, 228 с.

11. Подвесные канатные дороги и кабельные краны. Дукельский А.И.: Учебник для вузов, 4-е изд., перераб. и доп. - М.-Л.: Машиностроение, 1966, 482 с.

12. Сергеев С.Т. Надежность и долговечность подъемных канатов. Киев, "Texnika", 1968.

13. Колчин A.M. Стальные канаты.М.: Машингиз, 1950.

14. Малиновский В.А. Расчет прочности стальных канатов // М.: Машиностроение, 1989.

15. Коваленко Н.И. Проволчные канаты в эксплуатации. Днепропетровск: Днепроиздат, 1957, 165с.

16. Ковальский Б.С. Расчет крановых канатов по сроку службы// Стальные канаты. Киев: Техника, 1965, вып. 2, с. 73-86.

17. Динамика и надежность погрузочных и грузоподъемных машин. Под ред. Копченкова В.Г. Новочеркасск. 1982.

18. Житков Д.Г., Поспехов И.Т. Стальные канаты для подъемно-транспортных машин. М.: Металлургиздат, 1963, 255 с.

19. Иванов БФ., Веселовский В. А., Алаквердов Р.Б. Результаты исследования физико-механических свойств канатной проволоки// Грузоподъемные и погрузочные машины/ НПИ. Новочеркасск, 1985.

20. Ускоренные испытания стальной проволоки на выносливость/ Хальфин М.К., Коробов И.А., Федоров В.И.//Сталь, 1975, № 4.

21. Букштейн М.А. Производство стальных канатов. М.: Металлургия, 1972, 332 с.

22. Скалацкий Б.К., Емельянов В.Г. Повышение технического уровня канатов из пластически обжатых прядей// Стальные канаты. Киев: Техника, 1972, Вып. 9.

23. Мальнар В.Г., Владимиров Ю.В. Технические основы стальных канатов. Киев: Техника, 1968, 240 с.

24. Оптимизация параметров свивки стальных канатов и возможность интенсификации их производства// Сталь, 1973, № 6.

25. Жданов Г.П. Изгибные напряжения в стальных проволочных канатах спиральной и двойной свивки// Научные труды Харьковского Горного ин-та, 1958.

26. Шкаругин Б.Е., Кононенко Л.А. К расчету геометрических параметров линейного касания // Прочность и долговечность подъемных канатов. Киев:Техника, 1975.

27. Жданов Г.П. Влияние сил трения между проволоками стальных канатов на изгибные напряжения при пробеге канатов на шкиве// Научные труды Харьковского Горного ин-та, 1958.

28. Неразрушающий контроль материалов и изделий. М.: Машиностроение, 1976.

29. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник в 2-х кн. Кн. 2 /Под ред. В.В. Ключева, М.: Машиностроение, 1986. 352 с.

30. Методы неразрушающих испытаний/Под ред. Р.Шарпа.-М.: Мир, 1972.- 494 с.31 .Неразрушающий контроль: Справочник. Кн. 3. Магнитный контроль. Электрический, вихретоковый контроль/ А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов. Под ред. В.В. Сухорукова М.: Высшая школа, 1991.

31. А.Л.Дорофеев, Ю.Г. Казаманов. Электромагнитная дефектоскопия. -М.: Машиностроение, 1980. 232 с.

32. Неразрушающий контроль: Справочник. Кн. 2. Акустический контроль/ А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов. Под ред. В.В. Сухорукова.-М.: Высшая школа, 1991.

33. Описание по универсальные вихре токовые дефектоскоп «УДК-4».

34. Кавецкий 3., Стахурский Я. Магнитная дефектоскопия стальных канатов. М.: Недра, 1974, 175 с.

35. Испытания магнитных материалов и систем// Под ред. А.Я. Шихина. -М.: Энергоатомиздат, 1984, 376 с.

36. Современные методы контроля материалов без резрушения. Под ред. С.Т.Назарова, М.: Машгиз, 1961, 286 с.

37. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий. Сб. статей, М., ОНТИПРИБОР, 1964, 516 с.

38. Денель А.К. Дефектоскопия металлов. М.: Металлургия, 1972, 303 с.

39. Измеритель износа стальных канатов ЦИСК-1. М.: Внешторгиздат, 1963, 12 с.

40. Дрошек А.Д. Токовихревой контроль качества деталей машин. Киев: Наукова думка. 1976.

41. Шульц Е.Ф. Индуктивные приборы контроля размеров в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974.

42. Стальной канат. В.Д. Казменко, Ленинград 1983, 70 с.

43. А.М. Ильин и др. Дефектоскопия стальных канатов шахтных подъемов. Журнал "Безопасность труда в промышленности", № 2, 2000.

44. Сапожников А.Б. Теоретические основы электромагнитной дефектоскопии металлических тел. Томск: ТГУ, 1980, 308 с.

45. Гаврилин В.В., Григулис Ю.К., Поринып В.М. Электромагнитные радиоволновые приборы для контроля слоев полупроводниковых и металлических структур. Рига: Знание, 1982г., 162 с.

46. Новицкий П.В., Зограф И.Я. Оценка погрешностей результатов измерений, Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1991г. -304стр.

47. Бурдун Г.Д., Мараков Б.Н. Основы метрологии М.'Издательство стандаров, 1985г., 256 с

48. Петров С. С. Патент РФ № 2025723 от 17.03.92 г. (прибор УДК-4). технические характеристики прибора «УДК-4»

49. Отчет «Оценка метрологических параметров и возможностей прибора УДК для дефектоскопии стальных канатов грузоподъемных машин».Исполнитель Попов М. М. Некоммерческое партнерство экспертных организаций по промышленной безопасности «Север-Запад».

50. Дефектоскопия стальных канатов шахтных подъемов. Журнал "Безопасность труда в промышлоености № 10,1995,37с.

51. Иоффе Е.Я. О безопасных ускорениях кабины лифта при срабатывании ловителей, Москва, 1973, -207с.

52. Игметов Б.А., Цемошевич П.М., Анализ работоспособности шахтных подъемных канатов В М.: Металургия, 1974 №4

53. Аварии на шахтах. Журнал "Безопасность труда в промышленности", № 10, 1995.

54. Филипьев A.A. Повышение срока службы стальных канатов М.: Стройиздат,1981, -128с.

55. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М.: ИПО ОБТ, 1999, -192с.

56. Мархель И.И. Крановые канаты, Москва, 1983,-126с.

57. Павлов Н.Г. Лифты и подъемники, Москва, 1965,-203с.

58. Авария на грузовом лифте. Журнал "Безопасность труда в промышленности", № 7, 1991.

59. Иоффе Е.Я. Высокоскоростные лифты, Москва, 1984, 207 с.