Способ определения упругой отдачи каната в процессе его эксплуатации Советский патент 1992 года по МПК G01B5/30 

Изобретение относится к области технических измерений, а именно к контролю параметров витых объектов, например стальных канатов или тросов, и может быть использовано преимущественно в метизной и других отраслях народного хозяйства, связанных как с изготовлением, так и эксплуатацией указанных изделий.

Известны способы контроля шага свивки составляющих элементов витых объектов, например канатов или тросов.

Известен способ определения величины упругой отдачи шага свивки, возникающей в витых изделиях, обладающих свойствами упругой и остаточной деформаций.

При этом упругая отдача шага свивки проявляется по перемещению разрезанных сечений структурных элементов при нарушении связей между ними при раэреззнии канатов.

Однако известные способы не позволяют с достаточной точностью определить упругую отдачу самого каната и составляющих структурных элементов в процессе его эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности измерения величины упругой отдачи шага свивки каната и составляющих структурных элементов, например проволок, прядей и концентрических слоев, на шаге сливки с распространением результатов измерений на всю контролируемую длину каната.

Эффективность предлагаемого способа проявляется при прогнозировании конструктивного удлинения s процессе работы канатов s упругой области и выравнивании

упругих отдач у одновременно свиваемых структурных элементов в концентрический слой при настройке машины на свивку рав- нонапряженных канатов по предварительно вырезанному образцу из каната в начальный период его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что на контролируемом объекте отмечают метками образец, равный одн6му шэгу свивки, замеряют фактическую длину отрезанного образца или длину любого элемента в указанном образце, по разности между отмеченной и измеренной длинами определяют величину упругой отдачи шага свивки каната или любого элемента и полученные результаты измерений распространяют на полную длину каната.

Образец каната с длиной шага свивки выбран потому, что после вырезки его из каната в нем происходит полный переход упругосжатых или упругорастянутых элементов в недеформированные, что и приводит к увеличению или укорочению длины вырезанного образца на величину ± 2 АI за счет перемещений разрезанных сечений образца, так как свивочные микронапряжения ±о сжатия или растяжения структурных элементов по объему любого каната взаимно уравновешены смежными объемами одного порядка с размерами участков канатов, равными шагу свивки, за исключением концевых сечений каната, в которых указанная связь всегда нарушена.

При этом Л1 представляет собой величину перемещения разрезанного сечения в вырезанном образце, которая связана с упругой деформацией сжатия или растяжения элементов по сечению ненагруженного каната следующей зависимостью:

, (1)

где Д1 - осевая величина перемещения разрезанного сечения структурного элемента, концентрического слоя или каната в целом:

Д| -упругая деформация сжатия или растяжения структурных элементов по сечению каната.

Из анализа выражения (1) вытекает, что длина вырезанного образца будет увеличиваться только при наличии в канате упруго- сжатых структурных элементов. Поэтому при оазрезании равнонапряжённого каната, например, выполненного из элементов одинаковой длины и-с одинаковыми свивоч- ными микронапряжениями сжатия, торцевые поверхности всех элементов и концентрических слоев получают одинаковую величину перемещения + Д I, что и приведет к совмещению торцевых поверхностей всех элементов и концентрических слоев с плоскостью сечения разрезанного

каната. Одинаковая величина перемещений сечений всех структурных элементов, например, при растяжении равнонапряжен- ного каната силой Р станет возможной только при условии одинаковых общих упругих напряжений всех структурных элементов, действующий по сечению каната.

Для такого каната общее упругое напряжение будет равно

15

-Р + S+ a/ dFcr J , FF

(2)

где Р - усилие растяжения каната;

S - одинэковая величина усилия сжатия каждого элемента по сечению каната;

а - макронапряжение каната, освобожденного от микронапряжений сжатия структурных элементов;

а - микронапряжение сжатия струк- тУрных элементов по сечению каната;

F - площадь поперечного сечения каната.

После интегрирования и простейшего преобразования выражение (2)запишется в следующем виде;

а

а + а

(3)

где о - обще упругое напряжение каната. 35 В выражении(З) каждому виду напряжений будет соответствовать и своя упругая деформация, а именно:

Д | Д + Д|

(4)

где Д I - общая упругая деформация каната;

Д I - упругая деформация каната, освобожденного от микронапряжений сжатия элементов;

Д | - упругая деформация сжатия структурных элементов по сечению равно- напряженного каната.

Из анализа выражений (3) и (4) вытекает

вывод о том. что в любом равнонапряжен- ном канате, выполненном, например, из упругосжатых структурных элементов, алгебраическая сумма макро- и микронапряжений, а также алгебраическая сумма упру их деформаций от макро- и микронапряжений есть величины постоянные для каждого элемента. Поэтому в любом равнонапряженном канате все структурные элементы имеют одинаковую величину упругой отдачи, что и приводит к равномерному распределению приложенного усилия по сечению каната.

В серийных канатах, если их разрезать и осмотреть разрезанное сечение, то относительно указанного сечения торцевые поверхности структурных элементов и концентрических слоев будут разбросаны относительно друг друга на различную величину, так как по сечению в указанных канатах структурные элементы находятся с неоднородными свивочными микронапряжениями сжатия или растяжения, что и приводит к различной величине перемещений Л разрезанных торцевых поверхностей элементов и концентрических слоев. Из-за указанного недостатка по объему в серийных канатах структурные элементы и концентрические слои находятся с различными упругими отдачами и имеют различную длину.

В связи с этим короткие элементы или элементы с наименьшей упругой отдачей в работающем канате всегда находятся в перегруженном, а элементы с наибольшей длиной или наибольшей упругой отдачей - в недогруженном состояниях, т. е. по сечению серийных канатов элементы нагружены неравномерно.

Чтобы определить упругую отдачу рав- нонапряженного каната или любого элемента в серийном канате в виде конструктивного удлинения, которое составляет 0,2-4% от длины используемого каната, доходя к концу работы до 6% и более, и образуется в упругой области при эксплуатации канатов, необходимо заданную длину каната расчленить на объемы длиной, равной одному шагу свивки, замерить длину каната по вырезанным объемам и по разнице в длинах расчлененного и нерасчлененного канатов определить упругую отдачу каната или любого элемента по формуле

UHH,

где I., - длина каната, расчлененного на самостоятельные объемы длиной, равной одному шагу свивки;

I - длина каната, не расчлененного на самостоятельные объемы.

При вырезке из каната объема длиной, равной одному шагу свивки, происходит полная аннигиляция, например, осевых микронапряжений сжатия, которые в структурных элементах полностью исчезают, а именно

,

санные, вызывая перемещение разрезанных сечений образца и увеличение его длины за счет перехода упругих деформаций от микронапряжений сжатия в конструктивное удлинение вырезанного образца

Д|

д

Поэтому, зная приращение длины выре- занного образца с расчетной длиной, равной одному шагу свивки, и количество шагов свивки на заданной длине каната, нетрудно рассчитать и упругую отдачу равнонапря- женного каната или любого структурного элемента в серийном канате по формуле

ls п Д I,

(5)

где п - количество шагов свивки в заданной длине каната:

Д I - разница между длинами вырезанного и невырезанного образцов, длиной, равной одному шагу свивки

На чертеже показана схема, поясняю- щая способ

Двухслойный равнонапряженный канат

1выполнен из двух концентрических слоев

2и 3, из него вырезан образец 4 длиной. равной длине одному шагу свивки t, и имеется образец 5 из аналогичного но серийного каната

Для наглядного сравнения длин невырезанного и вырезанных образцов4 и5лг и- на невырезанного образца t заключена на

схеме между плоскостями СС.

Способ определения упругой отдачи равнонапряженного каната и концентрических слоев, например в серийном канате рассмотрим на примерах двухслойного равненапряженного (образец 4) и неравнонап- ряженного серийного (образец 5) канатов конструкции 18 «19 (1+ 6+ 6/6}+ 1 диаметром 20 мм, длиной 400 м. шагом свивки наружного слоя, равным 200 мм.

Указанный канат выполнен из двух самостоятельных концентрических слоев 2 и 3, каждый из которых соответственно состоит из шести и двенадцати одинаковых прядей конструкции 1+6+6/6. навитых вокруг

центрального органического сердечника (не изображен).

Количество шагов свивки, содержащихся в заданной длине каната, определяем по формуле

, {

п .

Изобретение относится к области механических измерений и может быть использовано в отраслях народного хозяйства. связанных как с изготовлением так и с эксплуатацией стальных канатов. Цель изобретения - повышение точности определения упругой отдачи каната в процессе его эксплуатации, что достигается тем, что на контролируемом канате отмечают метками образец, равный одному шагу свивки, измеряют фактическую длину отрезанного образца или длину любого элемента в вырезанном образце, по разнице между отмеченной и измеренной длинами определяют величину упругой отдачи шага свивки каната или любого элемента каната и полученные результаты измерений распространяют на полную длину каната. Способ позволяет прогнозировать реальную величину удлинения канатов. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

и приводят к полному переходу упругосжа- тых структурных элементов в недеформироПосле этого на канате 1 метками отмечается образец t длиной, равной одному шагу свивки (длина указанного образца ограничена плоскостями СС).

Затем отмеченный образец вырезается из каната 1 и по разнице в длинах отмеченного и вырезанного образцов определяется максимальная упругая отдача образца, которая является следствием перехода упру- госжатых прядей в недеформированные в вырезанном образце 4.

При этом по сечению в вырезанном образце 4 равнонапряженного каната 1 разрезанные сечения обоих концентрических слоев 2 и 3 получили одинаковую величину осевых перемещений, равную Л12 А 1з. а это, в свою очередь, привело к одинаковой длине обоих концентрических слоев 2 и 3 в вырезанном образце 4

Тогда разница в длинах вырезанного и невырезанного образца и определит упругую отдачу вырезанного образца, которая будет равна, например. 8 мм, а именно:

мм.

Тогда с учетом выражения (5) упругая отдача равнонапряженного каната в процессе его эксплуатации будет равна м.

Указанную упругую отдачу в процессе эксплуатации каната будут иметь м оба концентрических слоя 2 и 3.

В серийных канатах структурные элементы находятся с различными упругими отдачами, что и приводит к сдвигу по сечению каната, например, между концентрическими слоями 2 и 3 в вырезанном образце 5, величина которого будет равна

А А 12- А 1з.

где А 12,з - перемещения разрезанных торцевых поверхностей концентрических слоев 2 и 3 по сечению в вырезанном образце 5.

Неодинаковая величина перемещений разрезанных сечений концентрических слоев 2 и 3 привела к различной длине и самих концентрических слоев 2 и 3 в вырезанном образце 5, а именно: 2 з

Предположим, что длины концентрических слоев 2 и 3 в вырезанном образце оказались равными: мм, 1з 204 мм.

Тогда упругие отдачи концентрических слоев 2 и 3 на шаге свивки каната будут равны : мм,

Jtj в 4 ММ.

С учетом указанных данных упругие отдачи концентрических слоев 2 и 3 на длине каната 400 м будут равны: м, 13.,8 м. При упругой отдаче такого каната в процессе эксплуатации, например, на 16 м элементы в концентрическом слое 3 перейдут из упругосжатого состояния в упругорастя- нутое, тогда как элементы в концентрическом слое 2 из упругосжатого перейдут

0 только в недеформированное состояние и в процессе работы каната будут находиться в области упругих деформаций А I от макронапряжений растяжения

В элементах концентрического слоя 3

5 возникнут дополните пьные микронапряжения растяжения, которые, суммируясь с приложенным к канату напряжением растяжения, вызовут их преждевременное разрушениепосравнениюс

0 недеформироеаиными элементами концентрического слоя 2 Поэтому различная упругая отдача структурных элементов приводит к неодновременному переходу упругосжа- тых структурных элементов в менее сжатые,

5 недеформированные или в упругорастяну- тые. что и является основной причиной неоднородного распределения нагрузки на структурные элементы при эксплуатации серийных канатов.

0 При этом упругорастянутые элементы находятся в канате в наиболее натянутом и перегруженном состоянии, а упругосжатые элементы при переходе их в менее сжатые оказываются в ослабленном и недогружен5 ном состоянии и являются причиной образования на канатах различных дефектов в виде петель, жучков, фонарей и т. д.

Упругая отдача серийных канатов будет представлять собой среднеарифметическое

0 значение упругих отдач всех структурных элементов.

Эффективность предложенного способа, помимо прогнозирования упругой отдачи каната и структурных элементов в

5 процессе его эксплуатации, может также проявляться и при корректировке, например, усилий натяжений и знакопеременного изгиба элементов при настройке канатной машины на свивку равнонапряженного ка0 ната по разрезанному сечению или вырезанному образцу в начальный момент изготовления каната с последующей подрегулировкой усилий натяжений или величины прогиба соответствующих элементов до

5 обеспечения совмещения всех из торцевых поверхностей с плоскостью сечения изготавливаемого каната.

При изготовлении и эксплуатации каната с одинаковой длиной вырезанного и невырезанного образцов упругая отдача от

свивочных микронапряжений сжатия в канате будет равна нулю.

Формула изобретения 1. Способ определения упругой отдачи каната в процессе его эксплуатации, заключающийся в том, что на канате отмечают границы участка расчетной длины, устанавливают зажимы по концам участка, вырезают участок каната с установленными на нем зажимами, освобождают зажимы и измеряют приращение длины участка каната, по которому определяют упругую отдачу на полной длине каната, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, в

С

0

качестве расчетной длины участка выбирают шаг свивки по наружному диаметру каната.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения упругой отдачи в серийных канатах, изготовленных с различной упругой отдачей элементов, упругую отдачу определяют для каждого элемента и концентрического слоя и по разнице между упругими отдачами судят о фактической величине сдвига между упругими отдачами элементов и концентрическими слоями в однослойных и многослойных канатах.