Классификация стальных канатов

Стальной канат состоит из определенного количества проволок1 (рисунок4.1), как правило, круглых, диаметром 0,1…2,0 мм, получаемыхволочением из высокоуглеродистой канатной стали марок 60, 80 поГОСТ 1050-74, перевитых между собой и образующих элемент каната прядь 2.

Рисунок4.1 – Стальные проволочные канаты

Несколько прядей, также перевитых между собой и расположенных на центральном сердечнике 3, образуют собственно канат.Специальная обработка канатной проволоки обеспечивает ее высокие механические свойства. Так, маркировочная группа (временноесопротивление разрыву) проволок изменяется в широком диапазоне1372…2352 МПа. На практике применяют значения 1568…1862 МПа.

В зависимости от количества проволок в пряди, прядей в канате, ихконструкции и формы, сочетаний направлений свивки элементовканата, наличия и типа сердечника и других факторов возможнысамые различные конструктивные формы стальных проволочныхканатов.

Основные технические требования к стальным проволочнымканатам регламентирует ГОСТ 3241-80, предусматривающий выпуск различных типов стальных канатов:

1. По форме поперечного сечения:круглые и плоские (плоские канаты не предназначены для работы в полиспастах, поэтому вгрузоподъемных кранах их не применяют).

2. По конструкции(круглые канаты): одинарной, двойной итройной свивки. Канаты одинарной спиральной свивки (рисунок4.1, а)представляют собой перевитую по спирали в один или несколькоконцентрических слоев проволоку. При изготовлении канатовдвойной свивки сначала из проволок свивают канат одинарнойсвивки, называемый в данном случае прядью, а затем из прядейсвивают сам канат. Пряди в канатах двойной свивки расположенытакже по спирали в один (несколько) концентрический слой вокругцентральногоформирующего сердечника (рисунок4.1, б, в, г, д). В своюочередь, канаты двойной свивки бывают одно-, двух-, (рисунок4.1, ж) итрехслойные; два последних называют многослойными (многопрядными).

3. По форме поперечного сечения прядей:круглопрядные ифасоннопрядные (трехгранной, овальной или другой формы).

4. По типу свивки прядейи канатов одинарной свивки: типаЛК с линейным касанием проволок между слоями (рисунок4.2, а), типаТК с точечным касанием проволок между слоями (рисунок4.2, б), типаТЛК (ЛТК) с комбинированным точечно-линейным (линейно-точечным) касанием проволок между слоями.

Рисунок4.2 – Касание проволок между слоями пряди: а – типа ЛК; б – типа ТК

Пряди типа ТК состоят из проволок одного диаметра, которыесвивают за несколько технологических операций (по числу слоевпроволок в пряди),тогда как пряди типа ЛК состоят из проволокразного диаметра и их свивают за одну технологическую операцию,что является существенным преимуществом.

Канаты с проволоками одинакового диаметра в слое обозначают ЛК-О, ТЛК-О (см. рисунок4.1, б); с проволоками различного диаметра в слое – ЛК-Р (см. рисунок4.1, в); с проволоками одинакового диаметра по слоям и проволоками заполнения между слоями обозначают ЛК-ОЗ (см. рисунок4.1, г); канаты со слоями проволок одинакового диаметра и слоями разного диаметра обозначают ЛК-РО, ТЛК-РО (см. рисунок4.1, д).

Пряди типа ПК получают методом пластической деформацииобычных прядей в специальных обжимных плашках (волоках), врезультате чего линейный контакт проволок в прядях преобразуетсяв полосовой, что обусловливает уменьшение внутренних контактных напряжений, повышает прочность и благоприятно сказываетсяна работоспособности стальных канатов (см. рисунок4.1, е).

5. По материалу сердечника:с крученым сердечником израстительных волокон (пенька, джут, кенаф, манила сизаль и др.,см. рисунок4.1, б…ж) – органический сердечник (о.с.), с витым сердечником из канатных проволок – металлический сердечник (м.с.) и ссердечником из искусственных синтетических волокон (и.с.).

Органический сердечник пропитывается специальной канатной смазкой для уменьшения износа каната.

6. По способу свивки: раскручивающиеся (Р) и нераскручивающиеся (Н). Проволоки и пряди в канатах типа Н сохраняют после разрезания свое первоначальное положение в канате, а в канатахтипа Р – не сохраняют, концы их раскручиваются, образуя “метелки”.

7. По направлению свивки:правого (П) и левого (Л). Направление свивки определяют по направлению свивки прядей наружногослоя канатов двойной свивки. У канатов правой свивки элементырасполагаются справа вниз налево (см. рисунок4.1, з…к), а у канатов левойсвивки наоборот – слева вниз направо. Отечественная промышленность выпускает преимущественно канаты правой свивки.

8. По сочетанию направлений свивки элементов каната:односторонней свивки (О) с одинаковым направлением свивки проволок в наружном слое прядей и прядей в канате (см. рисунок4.1, з), крестовой – с противоположными направлениями свивки (см. рисунок4.1, и),комбинированной (К) – с сочетанием указанных направлений свивки (см. рисунок4.1, к).

9. По степени крутимости:крутящиеся под действием растя-гивающей нагрузки, когда все элементы каната имеют одинаковыенаправления свивки, и малокрутящиеся (МК) – многослойные спротивоположным направлением свивки прядей в канате.

10. По механическим свойствам проволоки каната.

Проволоку для канатов получают путем многократного волочения, в результате чего предел прочности проволоки может достигать 2500 МПа. В стальных канатах используется проволока марок В (высшей марки), I (первой) и II (второй). Разбег предела прочности проволок марки В не должен превышать 15 %, у проволок марки I – 20 %, у проволок марки II – 25 % от общего количества проволок.

11. По назначению:грузолюдские (ГЛ), грузовые (Г) и бензельные (Б). Для подъема людей и опасных грузов типа расплавленного металла применяют только канаты ГЛ, свитые обязательноиз проволок высшей марки В. Канаты типа Б применяют для наложения бензельных обвязок на концы канатов (вместо мягкой отожженной проволоки) перед резкой, закреплением или запасовкой вполиспасты.

12. По виду покрытия поверхности проволок:из светлойпроволоки (без покрытия) для легких условий эксплуатации, изпроволоки с тонким слоем цинкового покрытия (оцинкованные) длясредних условий эксплуатации в агрессивных средах, из проволокис цинковым покрытием средней толщины для жестких условий эксплуатации и из проволоки с толстым слоем покрытия для очень жестких условий эксплуатации.

На рисунке 4.3 показаны образцы стандартных стальных канатов.

а)

б)

Рисунок 4.3 – Образцы промышленных стальных канатов: а – в обойме; б – без обоймы

Условное обозначениеканата должно содержать: диаметр каната, назначение, марку, вид покрытия, направление свивки, степень крутимости, маркировочную группу и номер соответствующего стандарта. Например, условное обозначение: канат 39,5-Г-1-0-Р-1764 (180) ГОСТ 7668-80 – означает канат диаметром 39,5 мм, грузового назначения, из проволоки первой марки, без покрытия, правой односторонней свивки, раскручивающийся, с маркировочнойгруппой проволок 1764 МПа; ГОСТ 7668-80 соответствует конст-рукции каната 6х36+1 о.с. – двойной свивки из 6 прядей по 36 проволок в каждой пряди с одним органическим сердечником.

В механизмах грузоподъемных кранов получили распространение канаты двойной свивки с органическим сердечником следующихконструкций: ЛК-Р0 6х36+1о.с. по ГОСТ 7668-80; ЛК-З 6х25+1о.с. по ГОСТ 7665-80; ТЛК- О 6х37+1о.с. по ГОСТ 3079-80;ЛК-Р6х19+1о.с. по ГОСТ 2688-80.

Подбор стальных канатов

Прочность стальных канатов оценивают по разрывному усилию, которое следует приложить к канату при испытании, чтобыдовести его до разрыва.Разрывное усилие каната разделяют на суммарное всех проволок в канате и каната в целом. Суммарное разрывное усилие Р_измопределяют при испытании на разрыв отдельных проволок расплетенного каната с последующим суммированием полученных усилийкаждой проволоки. Разрывное усилие каната в целом Р меньшесуммарного, так как при определении Р_измкаждая проволока работает только на растяжение. При определении Р каждая проволока,кроме растяжения, испытывает напряжения кручения, изгиба и смятия. Обычно Р= (0,72…0,85) Р_изм.

Расчет стальных канатов производят по методу, изложенному вправилах Госгортехнадзора:

где Р – разрывное усилие каната в целом, по сертификату, а припроектировании – по линии стандарта; если суммарное разрывноеусилие будет известно, то усилие Р определяют умножением суммарного разрывного усилия на 0,83 или на соответствующий коэффициент, определенный по стандарту для данного каната; S_max–максимальное рабочее натяжение ветви каната без учета динамических нагрузок; К – коэффициент запаса прочности, значение которого колеблется от 3,15 до 9,0 в зависимости от группы режима работы и ответственности механизма (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Значения коэффициента запаса прочности каната

Для уменьшения износа и предупреждения повреждений канаты при хранении и эксплуатации покрывают защитным смазочным материалом типа торсиол-55, торсиол-35 по ГОСТ 20458-75.

Срок службы каната зависит от числа его перегибов в процессе эксплуатации. Многократные перегибы при набегании на блокили барабан, выпрямление при сходе с них и особенно изменениенаправления перегибов являются причинами разрыва проволок каната. Эти разрушения наступают вследствие усталости металла.Выход из строя каната определяют по числу оборванных проволок.В зависимости от типа каната по правилам Госгортехнадзора числоэтих проволок не может быть больше 5…10% от общего их числа.Для уменьшения изгиба каната следует определить минимальное соотношение между диаметром выбранного каната и диаметромблока (барабана):

где D_б– диаметр блока или барабана, измеренный по средней линиинавитого каната, мм; d_к– диаметр каната, мм; е – коэффициент,принимаемый в зависимости от группы режима работы механизма итипа грузоподъемной машины (е = 16…30).