Стальные канаты

Содержание:

1. Конструкция
2. Назначение
3. ГОСТы, технические условия
4. Характеристики
   • Грузоподъемность
   • Длина
   • Вес
   • Диаметр
   • Натяжение
   • Запас прочности
5. Конструкционное растяжение
6. Классификация
   • По конструкции
   • По материалу сердечника
   • По типу плетения
   • По виду навивки
   • По раскручиваемости
   • По точности изготовления
   • По форме поперечного сечения
   • По механическим качествам проволоки
   • По уравновешенности
   • По вращаемости
7. Производство
8. Упаковка
9. Перевозка и хранение
10. Маркировка канатов
11. Рекомендации по использованию
12. Выбраковка
13. Критерии выбора

Стальные канаты представляют собой сложные и ответственные инженерные изделия. Они производятся из высококачественной канатной проволоки.

Различаются по диаметру, форме поперечного сечения, материалу сердечника и другим физико-механическим и эксплуатационным свойствам.

Конструкция

Канаты изготавливаются путем свивки отдельных металлических проволок различных диаметров.

Внутри каната располагается сердечник, служащий опорой и амортизатором для внешних слоев. Это важнейший элемент, увеличивающий прочность, гибкость, износостойкость, снижающий деформации и продлевающий срок эксплуатации.

Сердечники бывают металлическими или органическими.

• Органические сердечники изготавливают из природных или синтетических материалов: хлопчатобумажных нитей, пеньки, сизаля, лавсана, полипропилена, капрона, вискозы. Материалы пропитывают составами, предотвращающими коррозию и гниение.
• В качестве стального сердечника обычно используется металлический трос двойной свивки. Преимущества канатов с металлическим сердечником — в высокой структурной прочности, минимальном удлинении при растяжении, стойкости к повышенным температурам.

Внешние пряди принимают на себя основные нагрузки, обеспечивая механическую прочность и малую изгибную жесткость.

Канаты изготавливаются из прядей одинарной, двойной и тройной свивки. Форма сечения прядей может быть круглой или фасонной.

Навивка бывает параллельной и крестовой. При параллельной навивке проволоки располагаются в том же направлении, что и пряди. При крестовой — в противоположных.

Канаты с параллельной навивкой прядей стойки к усталостным напряжениям и абразивному воздействию, а с крестовой — к деформациям при механических нагрузках.

Конструктивная схема изделия.

Назначение

Стальные канаты используются в различных областях благодаря высокой несущей способности, долговечности, износостойкости, механической прочности.

По назначению они подразделяются на грузолюдские — для перемещения грузов и людей, и грузовые — для транспортировки и подъема только грузов.

Изделия относятся к важнейшим элементам грузоподъемных машин, оборудования и механизмов:

• землеройных устройств;
• подвесных канатных дорог;
• подъемных кранов и лебедок;
• грузовых и пассажирских лифтов.

Металлические тросы используются при устройстве растяжек, траловых и буксировочных приспособлений, при прокладке высоковольтных линий, в качестве несущих элементов строительных конструкций.

Изделия применяют в горнодобывающих отраслях, угольной промышленности, газо- и нефтедобыче, сельском хозяйстве, машиностроении.

Если канат используется в качестве стропа, он оснащается дополнительными элементами. На его конце, в петле троса, устанавливается круглая или овальная каплевидная металлическая петля – коуш, защищающая изделие от излома. Для фиксации петли используются тросовые зажимы.

В каждом конкретном случае используются стальные канаты, оптимизированные под определенные цели.

ГОСТы, технические условия

Производство металлических канатов регламентируется государственными стандартами.

Канаты, произведенные по разным стандартам, имеют различные технические характеристики и назначение, например:

• ГОСТ 2688-80 — такими канатами снабжаются лифты, подъемники, горное оборудование, землеройные машины;
• ГОСТ 7667-80 — для дорожного и строительного подъемного оборудования, шахтоподъемников, металлургических кранов;
• ГОСТ 7669-80 — ванты и несущие канаты для мостов и канатных дорог, металлургических кранов;
• ГОСТ 3062-80 — для устройства вант, растяжек грозоотводов, ограждений;
• ГОСТ 16853-88 — талевые канаты для буровых газовых и нефтяных скважин.

ГОСТ 3241-80 «Канаты стальные. Технические условия» регламентирует требования к конструктивным и физико-механическим качествам, методам испытаний металлических канатов.

Характеристики

Основные параметры металлических тросов указываются в сопроводительной документации и ГОСТах на конкретные изделия.

Грузоподъемность

Показатель зависит от допустимых нагрузок и расчетных усилий на разрыв и определяется в ньютонах.

Допустимая нагрузка, которой может подвергаться канат, должна быть в 2-9 раз меньше его грузоподъемности.

Таблица 1. Допустимые показатели нагрузок и разрывных усилий для тросов различной толщины.

Длина

Канаты поставляются длиной 50, 100, 200, 300… до 1000 метров. По требованию заказчика длина может быть произвольной.

Вес

Для каждого типа изделий в ГОСТ имеется таблица весов, по которой легко определить расчетную массу каната.

На ярлыке товара обычно указывается чистый вес (нетто) и масса изделия с тарой и упаковкой (брутто).

Вес стальных канатов зависит от материалов, конструкции, сечения и других параметров.

Изделия одинакового диаметра с металлическим сердечником тяжелее тросов с органическим сердечником на 10-15%.

Диаметр

Согласно российским стандартам, канаты выпускаются следующих диаметров:

ГОСТ 2688-80 – от 3,6 до 56,0 мм;

ГОСТ 7669-80 – от 5,9 до 72,0 мм;

ГОСТ 3090-73 – от 30,5 до 35,5 мм;

ГОСТ 3077-80 – от 4,6 до 46,0 мм;

ГОСТ 7668-80 – от 6,3 до 72,0 мм.

Для замера номинального диаметра троса используют штангенциркуль с длиной губок, превышающей ¾ диаметра троса. Измерения выполняются в двух местах, на расстоянии не менее одного метра друг от друга. Диаметр замеряется два раза во взаимно перпендикулярных направлениях. Измерения производятся по максимальному расстоянию между точками.

Правильным диаметром каната считается параметр окружности, включающей все пряди изделия.

Измерение диаметра каната.

Натяжение

Превышение максимально допустимых нагрузок на канате может привести к преждевременному разрушению каната.

В процессе эксплуатации стального троса или строп следует контролировать их натяжение, чтобы не превысить допустимую нагрузку.

Запас прочности

Показатель, учитывающий минимальное усилие на разрыв, — основной параметр каната, обеспечивающий безопасность его эксплуатации.

Максимальная нагрузка на канат должна быть меньше разрывной в несколько раз.

Коэффициент прочностного запаса должен составлять не менее:

• 2,5-3 — для талевых канатов, тросов для буксировки автомобилей и однонаправленных лебедок в горизонтальном положении;
• 6-7 — для канатных строп и шкивов механизмов, предназначенных для транспортировки грузов;
• 9 — механизмы для перемещения людей.

Значения запаса прочности указываются в инструкциях по эксплуатации оборудования, паспортах и других регламентирующих документах.

При выборе грузоподъемности каната следует коэффициент запаса умножить на расчетную нагрузку груза.

Фактическая разрывная прочность может отличаться от номинальной прочности, обозначенной производителем.

Канаты подвергаются агрессивным влияниям: воздействию ультрафиолета, влажности, пыли, песка, перепадам температур, снижающим фактическую прочность.

Конструкционное растяжение

При запуске в эксплуатацию новые канаты способны удлиняться. Это связано с упругой деформацией металла. Кроме того, при первом натяжении пряди и проволоки вытягиваются, оптимально располагаясь вокруг сердечника и относительно друг друга.

Удлинение может составлять до одного процента общей длины изделия.

Чтобы предотвратить растяжение, канаты могут быть вытянуты на заводе по требованию заказчика.

Классификация

Чтобы легче ориентироваться в массе модификаций, канаты классифицируются по различным признакам, в зависимости от характеристик.

По конструкции

Различают модели:

• спиральные одинарной свивки, состоящие из одного, двух или трех проволочных слоев, свитых по спирали;
• двойной свивки — из прядей, свитых в один или несколько концентрических слоев;
• тройной свивки — из канатов двойной свивки (стренг), свитых в один концентрический слой.

Разновидности канатов.

По материалу сердечника

Внутренние сердечники бывают двух видов:

1. Органический (ОС). Изготавливается из льняного волокна, пеньки и других натуральных материалов.
2. Металлический (МС). Стальной или оцинкованный сердечник из проволочного каната.

От материала сердечника зависит прочность, долговечность и надежность тросов.

Канат с органическим сердечником.

По типу плетения

Свивка прядей может выполняться разными способами:

• ЛК — с линейным касанием проволок между слоями;
• ТК — с точечным касанием проволок между слоями;
• ЛК-О — с линейным касанием при одинаковом диаметре проволок в слоях пряди;
• ЛК-РО — линейное касание прядей, имеющих слои с проволоками разных и одинаковых диаметров;
• ЛК-3 — линейное касание проволок заполнения с межслойными проволоками;
• ЛК-Р — линейное касание при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди;
• ТЛК — комбинированное точечно-линейное касание проволок.

Пряди с линейным касанием производятся в течение одной технологической операции. Все слои проволоки наматываются в одном направлении с одинаковым шагом свивки.

Преимущества канатов с линейным касанием прядей заключается в высоком ресурсе и пониженном износе.

Сложность изготовления прядей с точечным касанием — в необходимости навивки каждого слоя пряди в противоположном направлении предыдущему. В результате такой навивки проволоки между собой перекрещиваются.

По виду навивки

Навивка канатов может быть:

• односторонней, когда и отдельные проволоки, и целые пряди скручиваются в одном направлении;
• крестовой — отдельные пряди и само изделие навиваются в разных направлениях;
• комбинированной — пряди попеременно плетутся в левом и правом направлениях.

Направление свивки бывает левым или правым. Тросы левой свивки маркируются буквой «Л». Правой — не маркируются.

По раскручиваемости

Тросы бывают раскручивающимися и нераскручивающимися.

• нераскручивающиеся — не меняют положение проволок после снятия вязок и удаления заварки торцов;
• раскручивающиеся изделия не сохраняют свою форму после снятия вязок.

Нераскручивающиеся канаты более долговечны благодаря меньшему стремлению к кручению, образованию петель и узлов.

По точности изготовления

• нормальной — не маркируются;
• повышенной точности — маркируются буквой «Т».

Канаты повышенной точности имеют более строгие требования к предельным отклонениям по диаметру изделия.

По форме поперечного сечения

Бывают круглыми и фасонными.

Фасонные делятся на трехграннопрядные и плоскопрядные. Их преимущество в более плотном прилегании к шкиву.

По механическим качествам проволок в канате

• Марка 1 — нормальное качество;
• Марка ВК — высокое качество;
• Марка В — повышенное качество.

По уравновешенности

Канаты производятся с различной степенью уравновешенности:

• рихтованные отличаются прямолинейностью за счет прохождения через рихтовочный механизм, где их выправляют путем снятия технологических напряжений;
• нерихтованные — менее уравновешенные изделия. За счет напряженной деформации проволок свободный конец троса загибается, стремясь свернуться в кольцо.

По вращаемости

Устойчивые к вращению канаты изготавливаются с противоспиральной свивкой, уменьшающей крутящий момент.

Производство

Для изготовления канатов используется высокопрочная канатная проволока диаметром от 0,4 до 8 мм. Промышленное производство осуществляется на автоматизированных станках:

• сначала отдельные проволоки скручиваются в пряди;
• готовые пряди пропускаются через специальные прави́льные станки, снимающие внутреннее напряжение и выпрямляющие изделия;
• затем пряди переплетают вокруг центрального сердечника на канатовьющих машинах. Сердечник добавляет канату прочности;
• готовый трос проходит калибровку и выравнивание по всей длине четырьмя роликами, расположенными горизонтально и вертикально.

При производстве выполняется смазка всех элементов изделия для увеличения эластичности и повышения срока службы канатов.

Упаковка

Готовые канаты наматываются на деревянные, металлические или специальные  возвратные барабаны.

При этом шейка барабана составляет не менее 15 диаметров каната. Борта укомплектованной катушки должны выступать за пределы намотки не менее чем на 50 мм.

Наружные концы каната обвязываются проволокой, органическим сердечником, лентой и закрепляются на внутренней грани щеки барабана.

Допускается намотка на один барабан нескольких отрезков троса одного типоразмера.

Укомплектованные катушки обшивают досками, оборачивают пленкой или водонепроницаемой бумагой.

В некоторых случаях материал поставляется потребителю в бухтах:

• весом до 400 кг;
• высотой не более 800 мм;
• внешним диаметром, не превышающим 1200 мм;
• внутренним диаметром не менее 15 диаметров каната.

Смотанный в бухты канат крепко перевязывается проволокой, прядью каната или лентой минимум в четырех равномерно расположенных местах.

Перевозка и хранение

Упакованные канаты в барабанах или бухтах могут перевозиться любыми видами автомобильного, железнодорожного или водного транспорта.

Хранят тросы под крышей или водонепроницаемым покрытием, вдалеке от источников тепла. При хранении ось катушки должна располагаться параллельно полу.

Следует избегать попадания на изделия воды, коррозийно-активных веществ и паров.

Изделия при поступлении на склад проходят входной контроль. Оголенные при транспортировке участки обрабатываются канатной смазкой.

В случае длительного хранения канаты должны не реже чем через каждые шесть месяцев осматриваться и обрабатываться по наружному слою антикоррозийной смазкой.

Тросы можно отрезать при помощи электросварки или дисковой пилы с обязательной проваркой торцов.

Выведенные из эксплуатации канаты, которые можно использовать, должны быть очищены, смазаны и намотаны на барабан.

Маркировка на канатах

Готовые канаты маркируются путем закрепления на каждую партию бирки.

Маркировка содержит всю информацию об изделии:

• наименование производителя;
• номер партии;
• условное обозначение;
• длину;
• массу в килограммах;
• дату производства.

Пример расшифровки маркировки стального каната.

В условных обозначениях зашифрованы все технические характеристики:

1. Назначение:

• Г — грузовой;
• ГЛ — грузолюдской.

2. Механические качества проволок:

• ВК — высокое качество;
• Н — нормальное качество;
• В — повышенное качество.

3. Направленность свивок прядей:

• «–» — правая не обозначается.
• Л — левая.

4. Покрытие проволоки:

• «–» — без покрытия;
• С — с цинковым покрытием;
• Ж — с усиленным цинковым покрытием для эксплуатации в жестких условиях;
• ОЖ — с усиленным цинковым покрытием для эксплуатации в особо агрессивных условиях.

5. Направление свивок:

• К — крестообразная;
• О — односторонняя.

6. Раскручиваемость канатов при резке:

• Н — нераскручивающиеся;
• «–» — раскручивающиеся.

7. Точность производства:

• «–» — нормальная;
• Т — повышенная.

8. Материал сердечника;

• ОС — органический;
• МС — металлический.

9. Сопротивление разрыву:

• 1370 — 140 кгс/кв.мм;
• 1470 — 150 кгс/кв.мм;
• 1570 — 160 кгс/кв.мм;
• 1670 — 170 кгс/кв.мм;
• 1770 — 180 кгс/кв.мм;
• 1860 — 190 кгс/кв.мм;
• 1960 — 200 кгс/кв.мм;
• 2060 — 210 кгс/кв.мм;
• 2160 — 220 кгс/кв.мм.

Популярные изделия маркировочной группы — от 140 до 180 кгс/кв.мм.

Маркировка может содержать информацию о стремлении к кручению: МК— малокрутящиеся канаты.

Рекомендации по использованию

Каждый тип металлических канатов имеет свои эксплуатационные особенности, которые учитывают при выборе.

Например:

• Для работы в агрессивных условиях нужно обращать внимание на наличие смазки или антикоррозийных покрытий.
• Канаты из круглых проволок одинарной свивки линейного касания обладают повышенной жесткостью и стойкостью к растягивающим нагрузкам. Подходят для устройства молниеотводов, ограждений, растяжек, линий электропередач.
• Тросы типа ЛК-Р отличаются высокой структурной прочностью и жесткостью. Способны напряженно работать во влажных условиях на открытом воздухе. Используются в такелажных устройствах, подъемных кранах, подвесных дорогах, буровых установках.
• Канаты типа ЛК-РО, обладающие повышенной гибкостью, устойчивостью к абразивному износу и химическим воздействиям. Изделия могут работать в условиях агрессивной среды и абразивного воздействия.
• Канаты типа ЛК-О. Благодаря присутствию в наружном слое проволок большего диаметра, чем во внутреннем, имеют повышенную стойкость к истиранию. Применяются в шахтных подъемниках, на подвесных канатных дорогах, в лифтах и на судах.
• Канаты типа ТК с точечным касанием проволок двойной свивки обладают пониженным техническим ресурсом. Не предназначены для работы в условиях интенсивных нагрузок.
• Многопрядные тросы двойной свивки (ГОСТ 3088-80; 7681-80) отличаются большой опорной поверхностью и меньшим давлением на внешние проволоки для большей работоспособности изделия. Недостаток каната в сложности производства и повышенной способности к расслоению.

Тросы тройной свивки следует использовать при повышенных требованиях к гибкости и упругости.

При выборе канатов следует учитывать запас прочности, необходимый для обеспечения безопасной и безаварийной работы.

Выбраковка

При использовании канатов требуется их ежемесячный осмотр для выявления дефектов.

Проверку выполняют ответственные инженерно-технические работники.

Выбраковка проводится при наличии следующих дефектов:

• обрывов проволок у концевых заделок или их выход из замка;
• разрывов или раздавливания прядей;
• уменьшения диаметра канатов;
• корзинообразных деформаций;
• выдавливания сердечника;
• коррозийных изменений;
• большого скопления обрывов проволоки;
• наличия волнистости, заломов, перекручиваний, перегибов.

Обязательной выбраковке также подлежат изделия, подвергшиеся деформациям от действия электрического разряда или повышенных температур.

Причиной образования дефектов могут стать нарушения условий хранения, высокая влажность или агрессивные условия эксплуатации. Часто грузонапряженные канаты выходят из строя из-за превышения допустимых нагрузок или усталости металла.

Примеры выбраковки стальных канатов.

Критерии выбора

При выборе каната учитывают требования к оснастке в паспортах или инструкциях к конкретному оборудованию.

К основным критериям относятся:

• назначение и сфера эксплуатации;
• прочность и тип нагрузок;
• тип свивки и материал сердечника;
• условия эксплуатации;
• стойкость к абразивному износу.

Для максимально длительного использования выбирают канаты, изготовленные из канатной коррозионностойкой проволоки.

При замене изношенного или поврежденного каната выбирается изделие такой же марки, с соответствующими параметрами и характеристиками.

Вопрос эксперту

Вопрос:

Как продлить срок службы стального каната?

Ответ:

Долговечность канатов зависит от грамотного монтажа, правильного ухода и эксплуатации. Продлить ее может:

• правильный монтаж, не допускающий перекручивания отдельных участков и плотная намотка первого слоя, формирующего основание для последующих слоев;
• предварительное врабатывание. Смонтированный канат следует некоторое время проработать без нагрузки, чтобы пряди и отдельные проволоки оптимально расположились относительно сердечника и друг друга;
• периодический осмотр, очистка, обработка антикоррозийными составами, смазка.

Наносимые составы и смазки должны быть легкими и проникаемыми, чтобы достичь каждой прожилки и сердечника каната.

Продлить срок службы троса можно путем обрезки концов каната для смещения точки износа.

Если нет возможности обрезать изношенную часть, временной мерой может стать переворачивание каната, чтобы переместить поврежденную часть в зону с наименее разрушающими условиями.