ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РУЛОНОВ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ Российский патент 2011 года по МПК H01F7/20 B66C1/06 

Настоящее изобретение касается подъемных устройств, предназначенных для транспортировки рулонов горячекатаной стали, а более точно, к электромагнитному подъемному устройству, содержащему блокировочное устройство.

Известно, что рулоны горячекатаной стали представляют собой намотанную по спирали электромагнитную полосу длиной до 3000-3500 метров и весом в диапазоне от 15-45 тонн, причем спирально намотанный рулон для сохранения формы обвязывают. В связи с чем такой рулон подобен большой пружине, которая при раскручивании проявляет сильные динамические свойства, присущие пружинным системам, поэтому такой рулон нельзя рассматривать как монолитный блок.

Эти динамические свойства накапливаются в намотанной полосе под действием высокой температуры (500-600°С и более) и впоследствии, когда рулон кладется на основание для охлаждения. Находясь в таком состоянии, полоса становится короче, ее толщина становится меньше, и последние витки накручиваются с энергией, которая стремится раскрутить полосу обратно. Это происходит по причине естественной усадочной деформации, которая не завершается полностью, так как рулон обвязывают, сильно стягивая витки, и кладут на основание или в стопорное устройство с горизонтальным положением оси, когда рулон все еще горячий.

Совокупность этих факторов вызывает в рулоне ослабление витков и физическую деформацию, сконцентрированную в верхних слоях, и эта деформируемая область совпадает с областью захвата подъемным устройством при перемещении рулона. По этой причине в подъемных устройствах для транспортировки рулонов используют захваты, главным образом, механического типа, гарантируя безопасность подъема рулона независимо от деформаций в области захвата и динамических изменений спиральной структуры. Однако было бы желательно использовать электромагнитные подъемные устройства, характеризующиеся большей эффективностью и быстродействием, чем механические подъемные устройства, которые все еще применяются из-за специфических свойств рулонов горячекатаного стального проката.

Фактически стандартные электромагнитные подъемные устройства подходят для этой цели до тех пор, пока в рулонах не происходят механико-динамические изменения, которые могут вызвать резкие изменения магнитодинамических свойств, ведущие к снижению силы сцепления и падению груза в процессе транспортировки, но это явление невозможно предвидеть и с обычными подъемными устройствами.

Вначале под действием намагничивания электромагнит может уплотнить ослабленные витки рулона в области полюсов даже просто за счет собственного веса. Далее, магнитный поток, проходящий через электромагнит и рулон, достигает такого значения, при котором сила сцепления, удерживающая рулон, превышает более чем в два раза его вес, что является необходимым условием в соответствии со стандартом EN 13155. Прибор для измерения магнитного потока (флюксметр) располагают как можно ближе к полюсам электромагнита для периодического измерения магнитного потока и с помощью измеренного значения магнитной индукции оценивают соответствие требованиям стандарта.

Проблемой электромагнитного подъемного устройства является измерение на начальном этапе подъема пружинящих витков, которые влияют на магнитное поле. Фактически механико-динамические изменения могут вызвать более или менее заметное отделение внешних витков, что действительно приводит к уменьшению магнитной индукции в поперечном сечении, с последующим квадратичным уменьшением силы сцепления электромагнита, которая пропорциональна квадрату индукции. Этот усредненный механико-магнитный эффект, возникающий между рулоном и электромагнитом, для простоты назван здесь и далее "магнитный динамизм".

Если этот магнитный динамизм превышает критическое пороговое значение, велика вероятность того, что ослабление стальных витков рулона вызовет дальнейшее уменьшение магнитной индукции. Это в свою очередь может вызвать цепную реакцию с дальнейшим отделением витков и уменьшением магнитной индукции до создания ситуации, при которой подъем становится опасным и не соответствующим требованию стандарта EN 13155, с реальным риском потери груза в процессе транспортировки. Проблема может возникнуть, даже если магнитный динамизм происходит только на одном из полюсов, в данном случае другой полюс, который создает генерируя большую силу тяги, производит также эффект рычага относительно области с более низкой индукцией. Это может вызвать ускоренное ослабление витков с той стороны, которая уже ослаблена магнитным динамизмом, значительно увеличивая вероятность падения рулона.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание электромагнитного подъемного устройства, которое не содержит упомянутых недостатков. Эта цель достигается за счет электромагнитного подъемного устройства, содержащего устройство безопасности, предназначенного для проверки в начале подъема магнитного динамизма на каждом полюсе, а также полного магнитного динамизма подъемного устройства, перед получением разрешения на транспортировку. Другие преимущества предлагаемого подъемного устройства раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Основное преимущество предлагаемого подъемного устройства заключается в том, что оно может осуществлять транспортировку рулонов горячекатаного проката при условии абсолютной безопасности, таким образом объединяя практичность электромагнитных подъемных устройств и безопасность механических подъемных устройств.

Второе существенное преимущество заключается в том, что безопасность достигается за счет использования простого, недорогого и надежного устройства.

Другие преимущества и характеристики подъемного устройства в соответствии с предложенным изобретением будут понятны специалисту из следующего детального описания варианта выполнения этого устройства со ссылкой на чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичное сечение вида спереди подъемного устройства согласно изобретению;

фиг.2 - вид, аналогичный предыдущему, который схематично показывает действие подъемного устройства;

фиг.3 - вид, аналогичный предыдущему, который показывает систему сил, действующих при подъеме груза;

фиг.4 - вид, аналогичный предыдущему, который схематично показывает действие системы сил в условии асимметричного магнитного динамизма, и

фиг.5 - вид, подобный виду, представленному на фиг.2, который схематически показывает действие подъемного устройства в случае симметричного магнитного динамизма.

Осуществление изобретения

Обратимся сначала к фиг.1-3, на которых видно, что электромагнитное подъемное устройство в соответствии с настоящим изобретением обычно включает два полюса 2, 3 определенной формы, приспособленной для транспортировки рулонов 4, с горизонтальной осью и соединенных через ферромагнитный участок 5, и два сердечника 6, 7. Два соленоида 8, 9 соответственно, смонтированных вокруг указанных сердечников 6, 7, создают магнитодвижущую силу, которая позволяет поднимать рулон 4. Следует отметить, что, хотя описанный здесь электромагнит 1, предпочтительно, является биполярным, указанный выбор не является ограничивающим, поскольку магниты с различным числом полюсов, предназначенные для требуемых устройств, могут быть изготовлены по тому принципу. Новым аспектом настоящего подъемного устройства является наличие двух измерительных катушек 10, 11, предпочтительно из эмалированной меди, размещенных соответственно вокруг сердечников 6, 7 вблизи полюсов 2, 3. Упомянутые катушки 10, 11 желательно защитить соответствующими пластинами 12, 13 от воздействия тепла, передающегося от рулона 4, который в некоторых случаях транспортируется еще горячим.

Катушки 10, 11 могут измерять магнитный динамизм в начале подъема груза, так как их пересекают силовые линии магнитного потока, генерируемого соленоидами 8, 9 и связанного с рулоном 4, и катушки способны измерить уменьшение магнитной индукции связанного магнитного потока (отрицательный магнитный динамизм), вызванное механическим динамизмом витков рулона 4 при подъеме. Эта информация передается на два соответствующих АЦП (аналого-цифровых) преобразователя 14, 15, которые передают данные в цифровом формате в блок управления 16, предназначенный для выдачи сигнала, разрешающего или не разрешающего производить транспортировку груза.

Управление настоящим подъемным устройством довольно простое, эффективное и понятное: полюса 2, 3 вводят в контакт с рулоном 4, который должен быть поднят, после чего приводят в действие соленоиды 8 и 9, магнитный поток пересекает рулон 4, как показано на фиг.2. В начале подъема при отсутствии магнитного динамизма условие баланса показано с помощью системы сил на фиг.3.

В упомянутой системе Fa обозначает силу сцепления полюса a (N полюс, показанный на фиг.2); Fb обозначает силу сцепления полюса b (S полюс на фиг.2); Fsa и Fsb обозначают вертикальные составляющие сил сцепления; L1 и L2 обозначают плечи рычага, измеренные как расстояние между барицентрической осью груза (Р) и вертикальными составляющими Fsa и Fsb, каждая из которых удерживает половину груза (Р/2).

На фиг.4 показана подобная система сил при условии асимметричного магнитного динамизма, например большего на полюсе b. В этом случае Fa>Fb, поэтому Fsa>Fsb и Fsa·L1>Fsb·L2, вследствие чего эффект рычага относительно полюса b может вызвать ускоренное ослабление витков на той же самой стороне, значительно увеличивая вероятность падения груза.

Во время начала подъема блок управления 16 выполняет сравнение магнитного динамизма, возникающего на каждом отдельном полюсе, на основании данных, полученных от измерительных катушек 10, 11 через преобразователи 14, 15. Если разность между двумя значениями, измеренными с помощью катушек 10, 11, превышает заданное пороговое значение в диапазоне от 3% до 10%, например 5%, то подается сигнал на остановку подъема и возвращение груза на основание.

И, наоборот, уменьшение связанного магнитного потока, которое сохраняется ниже аварийного порогового значения, не вызывает дальнейшего отделения витков рулона и блокирует магнитный динамизм, поддерживая силу сцепления на таком уровне, что транспортировка может быть безопасно осуществлена в соответствии с нормами стандарта EN 13155.

Если два сигнала, измеренные катушками 10, 11, почти эквивалентны, как это показано на фиг.5, блок управления 16 незамедлительно приступает к следующей стадии - проверке того, что полный магнитный динамизм системы остается ниже порогового значения, чтобы разрешить транспортировку, и в этом случае показания находятся в диапазоне от 3% до 10%. Действительно, если первоначальное ослабление витков остается в пределах указанных параметров, то это явление прекращается, благодаря чему полное уменьшение связанного магнитного потока менее чем, например, 5% позволяет безопасно осуществить транспортировку. Следует отметить, что учитываемые безопасность и коэффициенты магнитного динамизма могут быть изменены в соответствии с требованиями для рассматриваемого случая.

Способ управления электромагнитным подъемным устройством в соответствии с настоящим изобретением может быть определен следующими этапами:

a) включение намагничивающих соленоидов 8, 9;

b) проверка того, что магнитный поток, связанный с транспортируемым рулоном 4, достаточный для создания грузоподъемной силы, более чем в два раза превышающей вес рулона 4;

c) начальный подъем рулона 4 и одновременное сравнение магнитного динамизма, возникающего на отдельных полосах, для проверки того, что разность между значениями, измеренными с помощью катушек 10, 11, ниже заданного порогового значения;

d) в случае отрицательного результата проверки подача сигнала на остановку подъема и возвращение груза на основание, а в случае положительного результата проверки выполнение второй проверки того, что полный магнитный динамизм системы ниже второго заданного порогового значения;

e) в случае отрицательного результата второй проверки подача сигнала на остановку подъема и возвращения груза на основание, а в случае положительного результата проверки подача сигнала, разрешающего транспортировку рулона 4.

Понятно, что вышеописанный и проиллюстрированный вариант реализации подъемного устройства в соответствии с изобретением является лишь примером, допускающим различные модификации.

В частности, преобразователи 14, 15 могут быть объединены в блоке управления 16, а катушки 10, 11 могут быть заменены подобными устройствами, предназначенными для измерения изменения связанного магнитного потока.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для транспортировки рулонов горячекатаной стали. Технический результат состоит в упрощении устройства безопасности. Электромагнитное подъемное устройство (1), содержит по меньшей мере два полюса (2, 3) определенной формы для транспортировки рулона (4) горячекатаной стали с горизонтальным расположением оси, причем указанные полюса (2, 3) соединены через ферромагнитный участок (5), и соответствующие сердечники (6, 7), охваченные двумя намагничивающими соленоидами (8, 9). Устройство дополнительно содержит на каждом из упомянутых сердечников устройство, предназначенное для обнаружения магнитного потока, связанного с рулоном (4) горячекатаной стали, а также устройство управления (16), функционально связанное с этими устройствами обнаружения и предназначенное для сравнения значений, измеренных каждым из них, для разрешения или не разрешения транспортировки. Способ управления включает первую проверку того, что разность между значениями, измеренными с помощью двух измерительных катушек (10, 11), ниже заданного порогового значения; и в случае подтверждения вторую проверку того, что полное уменьшение магнитного потока ниже второго заданного порогового значения. Подача сигнала, разрешающего транспортировку, возможна лишь в случае положительного результата обеих проверок. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электромагнитное подъемное устройство (1), содержащее по меньшей мере два полюса (2, 3) определенной формы для транспортировки рулона (4) горячекатаной стали с горизонтальным расположением оси, причем указанные по меньшей мере два полюса (2, 3) соединены через ферромагнитный участок (5) и соответствующие сердечники (6, 7), охваченные двумя намагничивающими соленоидами (8, 9), отличающееся тем, что дополнительно содержит на каждом из указанных сердечников устройство, предназначенное для обнаружения изменения магнитного потока, связанного с рулоном (4) горячекатаной стали, и устройство управления (16), функционально связанное с указанными устройствами обнаружения и предназначенное для сравнения значений, измеренных каждым из них, для разрешения или не разрешения транспортировки.

2. Электромагнитное подъемное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство, предназначенное для обнаружения изменения связанного магнитного потока, представляет собой измерительную катушку (10, 11), размещенную вблизи соответствующего полюса (2, 3).

3. Электромагнитное подъемное устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительная катушка (10, 11) выполнена из эмалированной меди.

4. Электромагнитное подъемное устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что дополнительно содержит пластины (12, 13) для защиты измерительных катушек (10, 11) от тепла, исходящего от рулона (4) горячекатаной стали.

5. Электромагнитное подъемное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что содержит аналого-цифровые преобразователи (14, 15), размещенные между устройствами, предназначенными для обнаружения изменения связанного магнитного потока, и устройством управления (16).

6. Электромагнитное подъемное устройство по п.4, отличающееся тем, что содержит аналого-цифровые преобразователи (14, 15), размещенные между устройствами, предназначенными для обнаружения изменения связанного магнитного потока, и устройством управления (16).

7. Способ управления электромагнитным подъемным устройством (1) по любому из пп.1-6, включающий следующие этапы:
a) включение намагничивающих соленоидов (8, 9);
b) проверка того, что магнитный поток, связанный с транспортируемым рулоном (4), является достаточным для создания силы сцепления, превышающей более чем в два раза вес рулона (4);
отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы:
c) первоначальный подъем рулона (4) и одновременно проверку того, что разность между значениями, измеренными с помощью устройств, предназначенных для измерения изменения связанного магнитного потока, ниже заданного порогового значения;
d) в зависимости от результата первой проверки выполнение или невыполнение второй проверки по определению того, что полное уменьшение связанного магнитного потока ниже второго заданного порогового значения;
e) в зависимости от результата второй проверки выдача или невыдача сигнала, разрешающего транспортировку.

8. Способ управления по п.7, отличающийся тем, что если в результате первой проверки на этапе с) получен отрицательный результат, то на этапе d) выдают сигнал на остановку подъема и возвращение груза на основание.

9. Способ управления по п.7, отличающийся тем, что если в результате второй проверки на этапе d) получен отрицательный результат, то на этапе е) выдают сигнал на остановку подъема и возвращение груза на основание.

10. Способ управления по п.7, отличающийся тем, что пороговое значение для первой проверки на этапе с) задают в диапазоне от 3 до 10%, предпочтительно 5%.

11. Способ управления по п.7, отличающийся тем, что пороговое значение для второй проверки на этапе d) задают в диапазоне от 3 до 10%, предпочтительно 5%.