Проблема:

При использовании подъемных электромагнитов для транспортировки стальных металлических листов и рулонов периодически возникают воздушные зазоры между поверхностью груза и магнитом. Причинами появления таких зазоров служат грязь, посторонние предметы защитные оболочки, крепежные элементы (стяжки, ленты), поверхностные дефекты или прочие объекты, попадающиеся между магнитом и грузом. Поскольку подъёмная сила электромагнита обратно пропорциональна квадрату величины зазора, значительный воздушный промежуток способен приводить к утрате сцепления и последующему падению груза, создавая серьезные риски травм и материальных убытков.

Задача:

Необходимо эффективное средство диагностики и предупреждения возникновения опасных зазоров, позволяющее операторам заблаговременно распознавать рискованные ситуации и принимать превентивные меры без внесения изменений в действующее электромагнитно-подъёмное оборудование.

Темного теории

Известно, что подъёмная сила электромагнита изменяется обратно пропорционально квадрату зазора.

Это связано в первую очередь с тем, что из-за существования внутренних поперечных сил в магнитном поле — линии магнитной индукции стремятся занять возможно больший объем, «выпучиваясь» по краям зазора. Поэтому при зазорах у краев полюсов возникает дополнительный магнитный поток, называемый потоком выпучивания Ф2

Рис. 1. Магнитные потоки.

Наличие магнитного потока выпучивания Ф2 и его величина полностью зависят от величины зазора, что в свою очередь влияет на величину подъёмной силы всей подъёмной магнитной системы.

Таким образом, можно сказать, что магнитный поток выпучивания Ф2 также пропорционален квадрату расстояния в системе “магнит-рулон”.

Известные решения безопасности

Современное подъёмное электромагнитное оборудование в последнее время начинает дооборудоваться простым устройством обнаружения магнитного потока (RDF) для целей обеспечения безопасной работы.

Рис. 2. Измерение магнитного потока внутри сердечника магнита.

Это устройство позволяет путем непосредственного измерения магнитного потока в сердечнике магнита Ф1 определять подъёмную силу самого магнита. Сравнивая эту силу с весом поднимаемого груза, определяется реальный коэффициент безопасности при каждой погрузке или задаёт соответствующий режим электропитания подъёмному магниту.

В конструктивном плане устройства представляют собой:

А) Датчики Холла, который регистрирует изменения в магнитном поле, возникающие в результате уменьшения плотности прилегания груза к магниту.

Недостатки

Не могут точно определить величину воздушного зазора, являющегося главным фактором риска.

Б) Классический простейший Веберметр (другое название – Флюксметр). Это один виток провода поперёк сердечника электромагнита соединён с усилителем и преобразователем. Значение магнитного потока внутри сердечника магнита преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный подъёмной силе электромагнита. На основании этого значения оператор оценивает реальный коэффициент безопасности при каждой погрузочно-разгрузочной операции.

Таким образом, можно рассчитать реальный коэффициент безопасности при каждой погрузочно-разгрузочной операции. Это важно для предотвращения возможных рисков, связанных с нестабильной работой магнита или неправильном расчете массы перемещаемого груза.

Недостатки

Такое устройство не позволяет определять фактическую подъёмную силу магнита с учётом зазоров, вызванных объективными причинами. Готовое решение обнаружения магнитного потока (RDF) определяет подъёмную силу электромагнита в идеальном случае максимально плотного прилегания поверхности стального рулона к сердечникам электромагнита. Связано это в первую очередь с местом измерения магнитного потока в магните, т.е. непосредственно в сердечнике магнита. Измерительный виток системы размещается поперёк сердечника магнита и измеряет действующий магнитный поток, который отражает максимально возможную подъёмную силу.

Устройство не учитывает возможные зазоры в системе “магнит – стальной рулон”, вызванные объективными факторами, например, такими как: установка магнита на замки стяжек, мусор, упаковочный материал и т.п. А такие зазоры как раз и являются аварийными факторами, т.к. подъёмная сила любого электромагнита уменьшается обратно пропорционально квадрату зазора.

Предлагаемое новое решение контроля безопасного перемещения металла

Предлагаемое решение обеспечивает диагностику наличия/отсутствия зазоров, например, в системе “магнит-стальной рулон” в силу объективных факторов (установка магнита на замки стяжек, мусор, упаковочный материал и т.п.).

Предлагаемое решение определяет реальную подъёмную силу, которая прикладывается к каждому грузу с учётом величина зазора между ними.

Решение основывается на непосредственном измерении значения магнитного потока выпучивания Ф2 в системе “магнит-стальной рулон” с последующим пересчётом в значение подъёмной силы, которую может обеспечить электромагнит с учётом определённой величины зазора. Измеренное значение величины магнитного потока выпучивания Ф2 будет являться тем маркером, на основании которого оператор сможет принять решение или продолжит операцию погрузки/выгрузки, или изменит место прилегания магнита к поверхности стального листа.

Технология измерения поток выпучивания Ф2 строится также на основе классического Веберметра (другое название – Флюксметр).

В конструктивном плане расположение витка провода кардинально отличается от готового решения (RDF). В готовом решении устройства (RDF) измерительный виток провода размещён поперёк сердечника магнита.

Рис. 33. Измерение магнитного потока выпучивания.

В предлагаемой системе измерительный виток размещён сбоку по периметру вдоль торцевой части магнита согласно рис. 18.3. Система измерения аналогична выше указанному способу RDF. Измерительный виток подключается к усилителю и преобразователю. Значение магнитного поток выпучивания Ф2 (рис.18.3) в зазоре системы “магнит-рулон” преобразуется в электрический сигнал и преобразуется в значение величины подъёмной силы для конкретной системы “магнит-рулон” с установившимся зазором, вызванным внешними факторами (замок стяжки рулона, посторонние предметы и т.п.).

Заключение

Разработка и внедрение диагностической системы на основе измерения потока выпучивания (Φ2) — это эффективное решение проблемы определения опасных зазоров при транспортировке грузов подъемными электромагнитами. Метод позволяет обеспечить высокий уровень надежности и безопасности, поддерживая работу существующего оборудования без необходимости его модификации.