|
В грузоподъемных машинах в
качестве грузовых элементов применяют стальные канаты.
Стальные канаты изготовляют (ГОСТ 3241—80) из стальной
проволоки (ГОСТ 7372—79), полученной путем многократного холодного волочения
с промежуточными термической и химической обработками. В процессе волочения
сопротивление разрыву проволоки при растяжении увеличивается и имеет высокие
значения (до 2600 МПа).
В грузоподъемных машинах рекомендуется применять проволоку
с временным сопротивлением разрыву авр = 1600 ... 2000 МПа. При овр менее
1600 МПа требуется нежелательное увеличение диаметра каната, а следовательно,
увеличение диаметра барабана и блоков. При авр >2000 МПа повышается
жесткость каната и уменьшается срок его службы вследствие снижения
сопротивления усталости проволок каната.
По механическим свойствам стальную проволоку разделяют на
две марки: высшую В и первую 1. Из проволоки марки В изготовляют грузолюдские
канаты, из марки 1 — грузовые.
Классификация стальных канатов. По конструкции канаты
разделяют на канаты одинарной, двойной и тройной свивки.
Канаты одинарной свивки (спиральные) используют в качестве
оттяжек в грузоподъемных машинах. Закрытые спиральные канаты ( 4.1, е)
применяются в качестве несущих канатов подвесных канатных дорог и кабельных
кранов; канаты двойной свивки ( 4.1, а—д) применяют в грузоподъемных машинах
в качестве грузовых. Они изготовлены из прядей, свитых вокруг сердечника и
состоящих из центральной проволоки, вокруг которой по винтовой линии в
несколько слоев навивается проволока. Канаты тройной свивки ( 4.1, ж) находят
применение в качестве натяжных канатов в подвесных канатных дорогах. Эти
канаты состоят из прядей двойной свивки, свитых вокруг центрального
сердечника.
Сердечники в канатах двойной свивки выполнены
органическими (о. с.) или металлическими (м. е.). Наиболее распространены
пеньковые органические сердечники (см. 4.1, а, в, г, ж), хорошо удерживающие
смазку, благодаря чему уменьшается изнашивание проволок каната и коррозия.
Канаты с пеньковым сердечником являются наиболее гибкими. Канаты с асбестовым
сердечником используют для работы в горячих цехах. Канаты с металлическим
сердечником целесообразно применять при многослойной навивке на барабан и при
резко изменяющейся нагрузке, а также при необходимости повышения разрывного
усилия каната без увеличения его диаметра. В качестве металлического
сердечника можно использовать отдельную прядь или канат двойной свивки (см 4.1,
б, д). Канаты с металлическими сердечниками обладают значительной жесткостью,
поэтому при перегибах на блоках и барабанах они быстрее изнашиваются.
По направлению сетки прядей различают канаты левой к
правой
свивки. Выбор каната по направлению свивки - правое или
левое —
является важным фактором при эксплуатации. Канат при
наматывании на барабан по винтовой линии, кроме деформации изгиба, испытывает
также деформацию кручения. Деформация кручения в зависимости от направления
свивки, от укладки каната на барабан и направления вращения барабана может
увеличивать или уменьшать скручивание каната. Необходимо так подбирать
направление свивки ( 4.2), чтобы при эксплуатации канат дополнительно
подкручивался, что увеличивает его прочность. Правильный выбор направления
свивки каната особенно важен при навивке на гладкий барабан. При подвеске
грейфера на двух и более ветгях обычно используют один канат правой, другой —
левой свивки, благодаря чему удается избежать скручивания отдельных ветвей
каната между собой.
По взаимному направлению свивок проволок в прядях и прядей
в канате различают канаты крестовой, односторонней и комбинированной свивок.
В канатах крестовой свивки проволоки в прядях и пряди в канате имеют разное
направление ( 4.3, а, б). У канатов односторонней свивки (правой или левой)
все проволоки в прядях и пряди в канате расположены в одном и том же
направлении ( 4.3, в, г). В канатах комбинированной свивки направление свивок
рядом лежащих прядей различно — в одних прядях оно совпадает с направлением
свивкк прядей в канате, в других не совпадает ( 4.3, д, ё).
Канаты односторонней свивки по сравнению с канатами
крестовой свивкк обладают следующими преимуществами: более гибкие, имеют
гладкую наружную поверхность, что увеличивает площадь контакта с поверхностью
барабанов и блоков, в результате чего уменьшается износ каната, барабана и
блоков. Между проволоками каната вследствие линейного касания возникают
незначительные напряжения смятия. К недостаткам этих канатов следует отнести
их раскручивание при подвешивании груза на одной ветви, а также раскручивание
оборванной проволоки иа большой длине, что создает неудобства при
эксплуатации.
Канаты крестовой свивки по сравнению с канатами
односторонней свивки имеют повышенные жесткость и напряжения смятия между
проволоками вследствие их точечного касания. Точечное касание проволок с
поверхностью барабана и блоков способствует уменьшению сроков службы канатов
и увеличению износа блоков и барабана.
Таким образом, канаты односторонней свивки имеют
значительные преимущества по сравнению с канатами крестовой свивки. Однако
они не нашли широкого применения, так как раскручиваются, требуют осторожного
обращения при монтаже, при эксплуатации не допускается резкое ослабление
усилия в ветвях. Эти канаты используют, например, в лифтах.
По типу свивки прядей канаты в основном бывают с точечным
(ТК) и линейным (ЛК) касанием проволок между слоями. При точечном касании
углы навивки проволок в разных слоях неодинаковые ( 4.4, б), в результате
создаются повышенные давления между проволоками, что увеличивает их
изнашивание. При линейном касании углы навивки проволок в разных слоях
одинаковые ( 4.4, а). В грузоподъемных машинах широкое применение находят
шести- прядные канаты типа JIK. Эти канаты по сравнению с канатами типа ТК
более гибкие, имеют лучшее заполнение поперечного сечения металлом, и кроме
того, срок службы их значительно выше.
Пряди канатов свивают в один или несколько слоев.
Однослойные пряди получают из проволок одинакового диаметра, которые свивают
вокруг одной центральной проволоки.
Двухслойные пряди могут быть выполнены; с одинаковым
числом и диаметром проволок в каждом слое (JIK-O, линейное касание проволок)
(см. 4.1, д); с различным числом и диаметром проволок в каждом слое (JIK-P,
линейное касание проволок) (см. 4.1, а); с проволоками заполнения между
проволоками в пряди (JIK-3, линейное касание) ( 4.1, б, г).
Пряди типа JIK-P имеют лучшее заполнение сечения, чем
пряди ЛК-О, а в более толстых наружных проволоках прядей типа ЛК-0 быстрее
наступает усталостный излом. Поэтому в грузоподъемных машинах чаще применяют
канаты типа JIK-P.
Канат двойной свивки Л К-РО ( 4.1, б, в) имеет линейное
касание проволок между слоями, в прядях имеются слои с проволоками разных
диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра.
Восьмипрядный канат двойной свивки типа J1K-P (
4.1, а) имеет большую площадь контакта с желобом блока, поэтому он более
долговечен; его применяют, например, в лифтах.
По способу свивки различают раскручивающиеся канаты,
выполненные из проволок и прядей без предварительной деформации и не-
раскручивающиеся с предварительной деформацией. Проволоки и пряди
раскручивающихся канатов имеют внутренние напряжения. Упругие силы, имеющиеся
в них, стремятся возвратить проволоки В пряди в прямолинейное положение. Если
разрубить такой канат, то пряди и проволоки разойдутся веером. Внутренние
напряжения в сумме с рабочим напряжением от действия веса груза уменьшают
несущую способность каната.
Проволоки и пряди нераскручивающихся канатов
подвергаются предварительной деформации с помощью специальных устройств,
называемых преформаторами, устанавливаемыми в прядевьющих и канатовьющих
машинах перед зажимным устройством и придающими проволоке или пряди форму,
принимаемую ими в процессе свивки. Проволоки и пряди нераскручивающихся
канатов не имеют внутренних напряжений, поэтому они при эксплуатации не
изменяют своего положения.
Можно отметить следующие преимущества нераскручивающихся
канатов: гибкость (отсутствие внутренних напряжений в проволоках и прядях);
меньшее стремление к вращению вокруг своей оси при навивке на барабан и
огибании блоков; большую сопротивляемость усталости; равномерное
распределение растягивающих усилий между прядями и внутри прядей — между
проволоками; большую долговечность; при обрыве проволока сохраняет свое
положение в канате, что облегчает условия обслуживания каната и уменьшает
повреждения блоков и барабанов.
В последнее время выпускают канаты из круглых
радиально-обжатых прядей. Прядь после прядевьющей машины протаскивается
через шаблон, диаметр ее уменьшается, проволоки приобретают фасонную форму,
вследствие чего линейный контакт между ними заменяется контактом по
поверхности, увеличивается степень заполнения металлического сечения каната.
Такие канаты имеют несущую способность на 15—18 % и долговечность на 30—50 %
больше, чем канаты, изготовленные обычным способом.
По виду покрытий поверхности проволок различают канаты из
проволок без покрытия и из оцинкованных проволок. Канаты из оцинкованной
проволоки являются коррозионно-стойкими. Цинковое покрытие повышает срок
службы канатов. Недостатком цинкового покрытия является малая
сопротивляемость действию кислот. Для грузоподъемных машин, работающих в
закрытых помещениях, используют канаты из проволок без коррозионно-стойкого
покрытия. Для канатов, работающих в помещениях с агрессивной средой,
применяют проволоку из коррозионно-стойкой стали.
Кроме канатов с прядями круглого сечения, которые находят
преимущественное применение в грузоподъемных машинах, иногда (например, в
шахтных подъемах) используют канаты с фасонными прядями, у которых опорная
поверхность при навивке на барабан или огибании блока значительно больше, чем
у круглопрядных канатов, вследствие чего уменьшается давление и увеличивается
срок службы канатов. К недостаткам фасоннопрядных канатов относится сложность
изготовления и повышенная стоимость.
С учетом приведенной выше классификации стальных канатов и
по данным руководящего технического материала (РТМ 24.090.59—80 «Краны
грузоподъемные мостовые и козловые. Канаты подъемные. Номенклатура») можно
представить следующие рекомендации по выбору канатов для грузоподъемных
кранов.
Подъемные канаты для кранов должны быть выполнены крестовой
свивки и из светлой проволоки марок В и I с временным сопротивлением разрыву
1800 МПа; для кранов, работающих на открытом воздухе и в помещениях с
повышенной влажностью, рекомендуются канаты из оцинкованной проволоки.
При однослойной навивке на барабан (исключение составляют
краны, работающие с расплавленным или с раскаленным металлом и жидким шлаком)
применяют канаты с органическим (пеньковым) сердечником типа ЛК-РО
конструкции 6x36 [1 + 7 +7/7 -}- 14] + -}- 1 о. с. (ГОСТ 7668—80). При
диаметрах каната не более 15 мм допускается применение канатов двойной свивки
типа ЛК-Р конструкции 6x19 [1+6 +6/6] +1 о. с. (ГОСТ 2688—80).
При многослойной навивке каната на барабан для кранов,
работающих с расплавленным или раскаленным металлом и жидким шлаком, рекомендуются
канаты с металлическим сердечником двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6x36
(1+7 +7/7 +14) + + 7x7 (1 +6) (ГОСТ 7669—80).
Причины разрушения и долговечность канатов. В условиях
работы в грузоподъемных машинах стальные канаты подвергаются растяжению и
изгибу. Отдельные проволоки, представляющие собой винтовые спирали,
испытывают изгиб, кручение, растяжение и смятие. В процессе работы на канат
действуют частые знакопеременные нагрузки, что вызывает усталость материала
проволок и является одной из причин разрушения стальных канатов при их
длительной эксплуатации в грузоподъемных кранах. К усталостным явлениям
добавляется изнашивание проволок каната вследствие их взаимного трения в
местах касания и дополнительное изнашивание внешних проволок каната, соприкасающихся
с поверхностью ручья блока и барабана.
Под долговечностью любого объекта (каната) понимают
свойство его сохранять работоспособное состояние до наступления предельного
состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Существенное влияние на долговечность каната оказывают
эксплуатационные и технологические факторы. К эксплуатационным факторам можно
отнести следующие: наличие абразивной пыли при эксплуатации, приводящей к
повышенному изнашиванию проволок; наличие паров кислот и щелочей в химических
цехах и действие морской воды, увеличивающих коррозию проволок; высокую
темпера- туру (металлургические краны), ухудшающую условия смазывания и
способствующую повышенному изнашиванию проволок; раскачивание груза при работе
крана, вызывающее дополнительное трение каната о реборды блока и трение
каната о канат.
С увеличением напряжения а интенсивно возрастает число
оборванных проволок по длине шага свивки, а следовательно, уменьшается
долговечность каната.
Материал желоба блока также оказывает существенное влияние
на долговечность стальных канатов. Исследования показали, что долговечность
канатов на блоках из серого чугуна в среднем на 15— 30 % выше, чем на блоках
из стали. Долговечность стальных канатов на блоках, футерованных полимерными
материалами, увеличилась в 2—2,5 раза по сравнению со стальными блоками.
К технологическим факторам относятся следующие: качество
проволоки, применяемые смазочные материалы, характер свивки И др.
Канат подвергается смазьшанию в процессе изготовления, при
хранении и эксплуатации. При изготовлении смазываются сердечник и отдельные
проволоки. Сердечник смазывают разогретой консистентной смазкой перед подачей
на канатовьющую машину, а проволоку — в процессе свивки прядей путем подачи
разогретой смазки в конус свивки перед зажимным устройством.
Наружную поверхность каната смазывают перед намоткой на
приемную бухту. В связи с большим разнообразием внешних условий работы стальных
канатов для грузоподъемных машин устанавливают определенную периодичность
смазывания канатов и соответствующие смазочные материалы. При повторном
смазывании необходимо обеспечить сплошной слой из смазочного материала, так
как наличие мест без смазочного материала приводит к точечной коррозии, что
уменьшает долговечность каната. Установлено, что срок службы каната со
смазочным материалом на 20—40 % больше, чем каната без смазочного материала.
Основными причинами постепенного разрушения канатов
являются изнашивание (истирание) и обрыв наружных проволок.
Для безопасности работы грузоподъемной машины необходимо
своевременно обнаружить износ каната и заменить его. Перед началом работы
следует ежедневно производить осмотр каната и результаты записывать в журнал
осмотров. При обнаружении на канате оборванных проволок необходимо произвести
тщательный подсчет этих проволок и сравнить полученные данные с нормами
браковки стальных канатов. Браковка стальных канатов осуществляется согласно
нормам правил Госгортехнадзора по числу обрывов проволок на длине одного шага
свивки
Прочность стальных канатов. Прочность стальных канатов
оценивают по разрывному усилию, которое следует приложить к канату при
испытании, чтобы довести его до разрыва.
Разрывное усилие канатов разделяют на суммарное всех
проволок в канате и каната в целом. Суммарное разрывное усилие Рсум
определяют при испытании на разрыв отдельных проволок расплетенного каната с
последующим суммированием полученных усилий каждой проволоки. Разрывное
усилие канатов в целом Р меньше суммарного, так как при определении Рсум
каждая проволока работает только на растяжение.
Способы соединения концов каната с деталями машин. Для
крепления конца каната к оси широко применяют различные устройства, например
коуши ( 4.6, а), предохраняющие канат от резких перегибов, уменьшающие
напряжение смятия и защищающие его от истирания об ось. Канат укладывают в
желоб коуша и свободный конец соединяют с основной ветвью.
Соединение конца каната может быть осуществлено путем
сращивания — вплетения проволок распущенного конца каната в основную ветвь на
длине (20—25) d с последующей оплеткой стальной проволокой ( 4.6, б). Такое
соединение является весьма трудоемким.
Более распространенным является соединение винтовыми
зажимами с фигурной планкой ( 4.6, в). Для уменьшения деформации изгиба
рабочей ветви каната зажимы в этом случае устанавливают, так, чтобы рабочая
ветвь прижималась к планке.
Шаг между зажимами и длина свободного конца каната от
последнего зажима должна быть равна не менее шести диаметрам каната.
Широко распространено соединение каната с помощью стальных
конических стаканов ( 4.6, д). В этом случае канат протаскивают через узкий
конец втулки на длину, равную двум длинам конуса, при этом канат расплетают,
вырезают органический сердечник, каждую проволоку очищают и сгибают в 2 раза,
затем канат помещают во втулку и заливают легкоплавким металлом.
Надежным и удобным в эксплуатации является клиновой зажим
( 4.6, е), состоящий из конической втулки овального сечения и клина.
|