3.2. Канаты из растительных и синтетических волокнистых материалов

В грузоподъемных машинах в качестве чалочных канатов и в промышленном рыболовстве для постройки орудий лова наиболее часто применяются пеньковые, хлопчатобумажные, сизальские и манильские канаты. Все шире используются капроновые и другие синтетические канаты и веревки. Современные веревочно- канатные изделия из синтетических волокнистых материалов применяются главным образом в промышленном рыболовстве для постройки сетей, пелагических тралов, кошельковых неводов и для изготовления гарпунных линей и китобойных канатов.

В иностранном рыболовстве веревочно-канатные изделия из синтетических волокнистых материалов находят еще более широкое применение как для постройки орудий лова, так и в качестве чалочных канатов при погрузочно-разгрузочных работах.

Канаты из искусственного волокна изготовляются из капрона и других волокон (например, куралон). Эти канаты, при равной прочности с пеньковыми, имеют меньшее сечение и вес. Так, например, канат из куралона при одинаковой прочности с манильским канатом имеет диаметр на 10–20%, а вес на 40% меньше. Канаты из искусственных волокон идут на изготовление сеток и стропов.

В Украине капроновые канаты изготовляются по ГОСТ 10293–67 диаметрами от 7,9 до 63,7 мм. Прочность канатов составляет: от 1180 до 59200 кгс для канатов повышенной прочности и от 1010 до 51000 кгс для канатов нормальной прочности.

Коэффициенты запаса прочности в зависимости от назначения и условий эксплуатации каната принимают такими же, как для стальных канатов.

В процессе эксплуатации канаты из растительных и синтетических, волокнистых материалов постепенно теряют свою прочность. Практически износ каната, как правило, определяется по степени повреждения прядей и состоянию поверхности каната.

В случае обрыва грузового каната запрещается сращивать его концы с целью дальнейшего использования каната для подъема груза.

Современной промышленностью вырабатываются капроновые канаты нормальные и повышенного качества. Из растительных и синтетических волокнистых материалов применяются обычно канаты трехпрядные (тросовой работы).

Выбор типа гибкого органа для того или иного грузоподъемного механизма зависит от следующих условий: назначения механизма, режима работы, условий эксплуатации, основных параметров и т. п.

3.3. Стальные проволочные канаты

Стальные проволочные канаты изготовляют из стальной светлой или оцинкованной проволоки. В рыболовстве и для подъемно-транспортных машин, работающих во влажной атмосфере, применяют канаты из оцинкованной проволоки. В заказе на канаты из оцинкованной проволоки в зависимости от усло­вий работы – легких, средних, жестких (по терминологии ГОСТа) – указывается группа покрытия (ЛС, СС, ЖС). Если характер оцинковки не оговорить в заказе, то канаты будут изготовлены с покрытием проволок по группе ЛС.

Канаты изготовляют из проволоки диаметром от 0,2 до 4,5 мм, но чаще находят применение канаты из проволок диаметром от 0,5 до 2 мм.

Канатная проволока может иметь в соответствии с ГОСТом предел прочности от 100 до 260 кгс/мм2 или в системе СИ с погрешностью менее 2%, которая в этих случаях не имеет значения, от 1000 до 2600 Мн/м2 (меганьютон на квадратный метр).

Для изготовления грузовых и тяговых канатов используют материал с пределом прочности от 1600 до 1800 Мн/м². Вырабатывают проволоку трех марок: В (высшая), I и II. Для подъема и спуска людей, постройки орудий лова и в особо ответственных устройствах применяют канаты из проволоки марки В.

Наиболее жесткими являются канаты одинарной свивки, самые простые по структуре, изготовляемые путем навивания проволок концентрическими слоями вокруг проволочного сердечника. Из-за малой гибкости такие канаты при постройке орудий лова не используют. В качестве чалочных, грузовых и тяговых канатов и для постройки орудий лова применяют, как правило, канаты двойной свивки (тросы). В этих канатах проволоки сначала свивают в пряди, а полученные пряди – в канат (трос) вокруг центрального органического, асбестового или проволочного сердечника.

В соответствии с ГОСТ 3241–80 стальные канаты классифицируют по конструкции, форме поперечного селения, типу свивки и другим признакам.

По конструкции канаты могут быть одинарной, двойной и тройной свивки. Канаты одинарной свивки состоят из проволок, свитых по спирали в один или несколько концентрических слоев. У канатов двойной свивки пряди свиты в один или несколько концентрических слоев. Канаты тройной свивки состоят из свитых канатов двойной свивки.

По форме поперечного сечения прядей канаты делят на кругло-прядные и фасонно-прядные (у последних поперечное сечение прядей отличается от круглого).

По типу свивки прядей и канатов одинарной свивки различают канаты:

ТК – с точечным касанием проволок между слоями (рис. 3.1., а);

ЛК – с линейным касанием проволок между слоями (пряди могут быть нескольких типов);

ЛК-О – с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по слоям пряди (рис.3.1., б);

ЛК-Р – с линейным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди (рис.3.1., в);

ЛК-РО – с линейным касанием проволок между слоями (в пряди могут быть слои с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра, рис.3.1., г);

ЛК-3 – с линейным касанием проволок между слоями и проволоками заполнения (рис.3.1., д)

ТЛК – с комбинированным точечно-линейным касанием проволок(рис.3.1.,е).

Рисунок 3.1. Конструкции стальных канатов:

а – ТК 6х19+1о.с.,ГОСТ 3070-66; б – ЛК-О 6х19+7х7,ГОСТ 3081-69;в – ЛК-Р 6х19+1о.с.,ГОСТ 2688-69; г – ЛК-РО 6х36+1о.с.,ГОСТ 7663-69; д - ЛК-3 6х25+1о.c,ГОСТ 7665-69; е – ТЛК-О 6х27 + 1о.с.,ГОСТ 3078-69

В зависимости от применяемого материала канаты бывают типа О. С. – с органическим сердечником из натуральных или синтетических материалов, М. С. – с металлическим сердечником.

По виду свивки изготовляют следующие канаты:

обыкновенные (раскручивающиеся) канаты – в этих канатах проволоки и пряди не сохраняют своего положения после снятия перевязок концов, а стремятся выпрямиться;

нераскручивающиеся канаты – это канаты, свиваемые из заранее деформированных проволок и прядей, получающих перед свивкой форму, соответствующую их положению в канате. Проволоки таких канатов в ненагруженном состоянии не испытывают внутренних напряжений, вследствие чего такие канаты не раскручиваются. Эти канаты имеют значительно более высокий срок службы, чем канаты, свитые из недеформируемых проволок. Растягивающее усилие в них более равномерно распределяется между прядями каната и между проволоками в прядях; они обладают большей сопротивляемостью перемен­ным изгибам; оборванные проволоки в них сохраняют свое прежнее положение и не выходят из каната, что облегчает его обслуживание и уменьшает износ поверхности барабана и блока лопнувшими проволоками;

некрутящиеся канаты – это многослойные канаты, которые имеют противоположное направление свивки прядей по отдельным слоям. Однако отдельные слои при проходе каната через блок легко сдвига­ются относительно друг друга, что приводит иногда к выпучиванию прядей и преждевременному выходу каната из строя.

П о н а п р а в л е н и ю с в и в к и п р я д е й канаты изготовляют правого и левого направления. При правом направлении пря­ди идут слева –вверх– направо; при левом направлении наоборот – справа –вверх– налево.

П о н а п р а в л е н и ю с в и в к и п р о в о л о к в п р я д я х канаты выпускают односторонней и крестовой свивки. В канатах односторонней свивки направление навивки проволок в прядях и прядей в канате одно и то же; в канатах крестовой свивки это направление противоположно.

Существуют также канаты комбинированной свивки, в которых половина прядей имеет противоположные направления свивки (рис. 3.4., в). Эти канаты достаточно гибки и долговечны.

Практикой эксплуатации установлены следующие наиболее рациональные конструкции канатов для их использования в кранах в качестве подъемных и тяговых органов.

Канаты с органическим сердечником: ГОСТ 2688-69, ЛК-Р 6 х 19; ГОСТ 3079-69, ТЛК-О 6 х 37; ГОСТ 7668-69, ЛК-РО 6 х 36.

Канат с металлическим сердечником ГОСТ 7669-69, ТЛК-РО 6 х 36 + 7х7.

При наличии абразивной и коррозионно-воздействующей среды предпочтительнее брать канаты, изготовленные из более толстой проволоки (конструкции 6 х 19).

Диаметр каната при четном числе прядей определяют, замеряя штангенциркулем расстояние между двумя противоположными прядями или измеряя длину окружности каната стальной лентой шириной не более 5 мм. При нечетном числе прядей диаметр каната определяют лишь путем измерения длины окружности его.

Минимальное допускаемое отношение диаметра блока к диаметру каната ( ) зависит от конструкции каната, так как для каждого типа каната в зависимости от его гибкости существует предельный диаметр блока, с уменьшением которого особенно резко снижается долговечность каната. Кроме того, величина зависит от режима работы промысловой или подъемно-транспортной машины и минимальное значение ее. назначается по нормам Госгортехнадзора (табл. 4).

Таблица 4. Прочностные коэффициенты каната

Основная величина, по которой подбирают канат, – разрывное усилие, указываемое в ГОСТе на канат и в сертификате завода-изготовителя.

Размер каната выбирается из соотношения:

S_махk ≤ S_разр ,

где S_maх – максимальное рабочее усилие ветви каната, определяемое при подъеме номинального груза с учетом потерь на блоках полиспастов и на обводных блоках, но без учета динамической нагрузки;

(3.1)

здесь Q – заданная грузоподъемность крана, кгс;

а – число ветвей каната, которые наматываются на барабан;

m – кратность полиспаста;

– к. п. д. полиспаста;

– к. п. д. направляющего блока;

z – число направляющих блоков.

k – запас прочности, т. е. отношение минимальной разрушающей нагрузки каната к максимальной рабочей нагрузке на канат, принимаемый по нормам Госгортехнадзора в зависимости от назначения каната и группы режима работы механизма;

S_разр – разрывное усилие каната в ц е л о м, принимаемое по таблице соответствующих ГОСТов на канаты в зависимости от типа конструкции каната, его диаметра и предела прочности материала проволок.

Расчеты канатов на растяжение ведутся по Правилам Гортехнадзора исходя из запаса прочности каната k, который установлен этими правилами. Его значения выбираются из табл. 3.1. Определив значение k для заданных условий работы и подсчитав величину Smax можно определить потребное разрывное усилие каната По разрывному усилию выбирается потребный канат. Размеры канатов установлены соответствующим ГОСТ.

Кроме запаса прочности каната необходимо соблюдать заданное правилами Госгортехнадзора соотношение между диаметром выбранного, каната и диаметром блока и барабана, ограничивающее напряжение изгиба каната:

D₂ ≥ ed,

где d – диаметр каната;

D₂ – диаметр блока и барабана, измеренный по средней линии навитого каната;

е – коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора в зависимости от типа грузоподъемной машины и группы режима работы механизма потаблице 4.

Для канатов лифтов запас прочности принимается по таблице 4. Минимальное значение коэффициента е принимается по следующим рекомендациям:

Пассажирские и грузовые лифты с проводником

при скорости более 1.4 м/с …………………………………… 46

То же, при скорости до 1,4 м/с включительно

и больничные лифты …………………………………………….41

Грузовые лифты без проводника

и малые лифты …………………………………………………..31

Увеличение принятого значения коэффициента е приводит к резкому увеличению срока службы каната (увеличивается допускаемое число перегибов). Поэтому для увеличения долговечности каната следует принимать максимально возможные значения диаметров блоков и барабана.

При больших высотах подъема диаметр барабана иногда увеличивают для уменьшения его необходимой длины при сохранении канатоемкости барабана. Диаметры барабана и блоков часто принимают одинаковыми, что не является обоснованным. Надо учитывать, что при проходе через блок канат претерпевает двойной изгиб (сначала он изгибается, затем выпрямляется), а при набегании на барабан канат только изгибается. Поэтому для увеличения долговечности каната диаметр блока следует брать бóльшим, чем диаметр барабана, тем более что размеры блока не оказывают влияния на передаточное число механизма. Если диаметры блоков и барабана различны, то диаметр наименьшего элемента должен быть не менее диаметра, определенного по нормам Госгортехнадзора.

В случае необходимости уменьшения массы и габаритов грузоподъемной машины с учетом того, что долговечность каната будет несколько меньше, правила Госгортехнадзора допускают принимать диаметр барабана на 15% меньше расчетного. Применять канаты диаметром менее 7 мм в лебедках, предназначенных для подъема людей, по правилам Госгортехнадзора не разрешается.

Стальные канаты категорически запрещается связывать узлами, применяемыми для канатов из растительных или синтетических волокнистых материалов. Концы канатов, используемых для подъема людей и грузов, запрещается соединять путем сращивания их. Два отрезка каната соединяют с помощью специальных концевых муфт, в которые заделывают концы канатов; муфты соединяют разъемным цепным звеном.

Конец каната и детали крепят различными способами, чаще – с помощью петли с заделанным в нее коушем – металлической изогнутой пластинкой, защищающей проволоки от перетирания. Концы прядей при образовании петли заплетают внутрь каната или соединяют с канатом с помощью специальных зажимов (не менее трех).

Рисунок 3.2. Схемы крепления свободного конца каната вокруг коуша и с заплеткой проволокой, зажимами, клиновым зажимом, коушем с заливкой

Свободный конец каната может быть прикреплен к грузозахватному органу (крюковой подвеске, грейферу) с помощью коуша (рис. 3.2., а, б), самозатягивающего клинового замка (рис. 3.2., в) и конусной муфты (рис. 3.2., г). Коуши изготовляют штампованными из стали. При креплении конца каната на коуше с помощью за плетки (см. рис. 3.2., а) ее длина должна быть (20÷25) d_K, а прочность 75–90% прочности каната. При креплении конца каната к коушу с помощью винтовых зажимов (см. рис. 3.2., б) их число зависит от диаметра каната (табл. 5).

Таблица 5. Характеристики винтовых зажимов

Преимуществами стальных канатов, обеспечивающими их преобладающее применение в грузоподъемных машинах, являются плавная и бесшумная работа при любых скоростях, гибкость во всех направлениях и надежность в работе (так как по числу лопнувших проволок можно установить степень изношенности каната), относительно малый вес.