Стальной канат и его эксплуатация

Общая информация

 В грузоподъемных машинах в качестве гибких элементов применяют стальные канаты, а также сварные и пластинчатые цепи.

Стальные канаты служат для передачи тяговых усилий грузовому крюку и стреле при их подъёме или опусканию. Кроме того, стальные канаты на грузоподъёмных кранах применяют для расчалок и управления работай грейфера в стяжных устройствах, а также для изготовления строп.

Применяют в грузоподъемных машинах преимущественно канаты двойной свивки, проволоки свивают в пряди вокруг центральной проволоки, а затем пряди свивают в канат вокруг сердечника. Число проволок в пряди и число прядей в канате может быть различно. В грузоподъемных машинах применяют главным образом шестипрядные канаты с числом проволок в пряди 19 и 37. При этом получается наиболее рациональное соотношение диаметра прядей и диаметра центрального сердечника и хорошо используется поперечное сечение каната при достаточной его гибкости. Восьмипрядные канаты используют в кранах и подъемниках, если применяются шкивы трения и барабаны малого диаметра.

Из чего делают стальные канаты и их прочность

  Канаты изготовляют из стальной светлой или оцинкованной проволоки марок В, или I или II диаметром от 0,2 до 3 мм; высокий предел прочности проволоки при растяжении QB ? 2600 МПа достигают многократным холодным волочением с промежуточной термической и химической обработкой. Однако в грузоподъемных машинах наибольшее применение находят прочность стальные канаты с пределом 1600+2000 МПа. Использование проволоки с более низким пределом прочности приводит к увеличению диаметра каната, а с более высоким пределом прочности— к снижению срока службы из-за большей жесткости проволок. Проволоку марки В, применяют в особо ответственных случаях, например в устройствах для подъёма людей. Для специальных целей канаты изготавливают из проволок нержавеющей стали.

Преимущества и недостатки стальных канатов

Преимущество стальных канатов на грузоподъёмных кранах

  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 и провести браковку стального каната), относительно малая масса. Значительная упругость стальных канатов существенно снижает динамические нагрузки в процессе пуска и торможения благодаря демпфированию толчков, воспринимаемых металлической конструкцией грузоподъемной машины и механизмом подъема.

Недостатки стальных канатов

 В процессе работы каната, являющегося сложным телом, его отдельные проволоки испытывают различные напряжения – смятия, растяжения, изгиба и кручения. При огибании блока распределение напряжений значительно усложняется. При каждом огибании в канате появляются дополнительные контактные напряжения смятия в местах соприкосновения наружных проволок с поверхностью ручья. В результате пульсирующего характера этих дополнительных напряжений после некоторого числа изгибов происходит усталостное разрушение сначала наружных, а затем и внутренних проволок. Кроме того, при сгибании и разгибании каната на блоках и барабане пряди каната сдвигаются одна относительно другой, что приводит к истиранию проволок в местах контакта прядей. Особенно интенсивно процесс истирания проходит при наличии в окружающей среде абразивной пыли или примесей, способствующих коррозии проволок. Необходимо также иметь в виду, что перегибы каната в различном направлении вызывают появление знакопеременных напряжений и резкое увеличение усталости металла, что существенно отражается на долговечности каната (примерно в два раза).

 Для увеличения долговечности следует уменьшать число направляющих блоков и по возможности избегать перегибов каната в противоположных направлениях. С увеличением диаметра блока изгибающие и контактные напряжения и сдвиг прядей уменьшаются, а это приводит к снижению контактных напряжений и силы трения между прядями.

Типы стальных канатов

По типу сердечника

 В зависимости от материала сердечника стальные канаты бывают с органическим сердечником или металлическим сердечником.

  1). Органический сердечник делают из лубяных (пенька) или из синтетических (нейлон, капрон и т. п.) волокон, а при работе в условиях повышенных температур или химически агрессивной среды – из асбестовых волокон.

  2). Стальные канаты с металлическим сердечником где в качестве сердечника используется также проволочный канат двойной свивки. Данный тип стальных канатов применяют при многослойной навивки на барабан, поскольку этот канат не теряет формы под действием нагрузки от вышележащих витков, а также от резкоменяющейся нагрузки и при работе в условиях высоких температур, исключающих применения типов стальных канатов с органическим сердечником.

  Канат со стальным сердечником, хотя и имеет более высокий коэффициент заполнения поперечного сечения металлом, из-за различных условий прядей сердечника и прядей самого каната практически не становится более прочным чем канат с органическим сердечником.

 Тип стального каната с органическим сердечником более гибок, чем канаты с металлическим сердечником, и лучше удерживают смазку, так как смазка к проволокам поступает не только с наружи (в процессе работы канаты регулярно смазываются), но и из сердечника, пропитанного смазкой.

Типы стальных канатов по роду свивки

 По роду с в и в к и проволок в прядях различают канаты типа ТК (рис. а) с точечным контактом отдельных проволок между слоями прядей и типа ЛК с линейным касанием проволок в пряди.

 1). Канаты типа ЛК имеют несколько разновидностей:

- ЛК-О (рис. б), где проволоки отдельных слоев пряди имеют одинаковый диаметр;

- ЛК-Р (рис. в), у которых проволоки в верхнем слое пряди имеют разные диаметры;

- ЛК-РО (рис. г)— в прядях имеются слои, составленные из проволок одинакового диаметра и из проволок разного диаметра;

- ЛК-З (рис. Д)— между двумя слоями проволок размещаются заполняющие проволоки меньшего диаметра.

 Кроме того, изготовляются канаты типа ТЛК-О и ТЛК-Р с комбинированным точечно-линейным контактом между проволоками в пряди (рис. е).

 2). Стальные канаты типа ТК с точечным касанием проволок применяются только для ненапряженных режимов работы, когда длительность срока службы определяется в основном не качеством каната, а условиями его использования.

 Канаты с линейным касанием (ЛК) имеют лучшее заполнение сечения, они более гибки и износостойки. Их срок службы на 30—100% выше, чем срок службы канатов типа ТК. Вследствие лучшего заполнения сечения они при той же разрывной нагрузке имеют несколько меньший диаметр.

Типы стальных канатов по виду свивки

 

 По виду свивки канаты подразделяют на обыкновенные или раскручивающиеся (в этих канатах проволоки и пряди после снятия перевязок концов стремятся выпрямиться) и нераскручивающиеся, свиваемые из заранее деформированных проволок и прядей: их форма соответствует положению в канате.

 Проволоки нераскручивающихся канатов в ненагруженном состоянии не испытывают внутренних напряжений, эти канаты имеют значительно более долгий срок службы. Растягивающая нагрузка в них более равномерно распределяется между прядями и между проволоками в прядях, они обладают большей сопротивляемостью переменным изгибам. Оборванные проволоки в них сохраняют свое прежнее положение и не выходят из каната— это облегчает его обслуживание и уменьшает износ поверхности барабана и блока лопнувшими проволоками.

 Бывают также некрутящиеся канаты— это многослойные канаты, которые имеют противоположное направление свивки прядей по отдельным слоям. Однако отдельные слои при огибании блока легко сдвигаются относительно друг друга, что приводит иногда к выпучиванию прядей и преждевременному выходу каната ИЗ строя.

Типы по направлению свивки прядей

 Канаты изготовляют с различным направлением свивки прядей — с правым и левым. При правом направлении пряди идут слева — вверх— направо, при левом направлении наоборот: справа— вверх— налево.

Tипы по сочетанию направлений свивки проволок и прядей каната

  По сочетанию направлений свивки проволок в прядях и прядей в канатах различают канаты односторонней и крестовой свивки.

 В канатах односторонней свивки направления навивки проволок в наружном слое прядей и прядей в канате одно и то же.

 В канатах крестовой свивки эти направления противоположны.

  Канаты односторонней свивки имеют более ровную поверхность, площадь сечения в них заполнена лучше, они более гибки и долговечны вследствие увеличенной поверхности соприкосновения проволок с поверхностью блока или барабана. Их срок службы на 26—60 % больше срока службы канатов крестовой свивки.

 В канатах крестовой свивки наружные проволоки смежных прядей соприкасаются отдельным точкам, что увеличивает контактные напряжения, повышает износ и снижает долговечность каната.

 Из-за стремления к раскручиванию под действием растягивающей нагрузки канаты односторонней свивки непригодны к использованию в тех случаях, когда груз свободно подвешивают на одной ветви. В этих случаях применяют канаты крестовой свивки, а канаты односторонней свивки используют при движении груза в направляющих или при применении подвижных блоков, препятствующих раскручиванию каната.

  Благодаря большей структурной прочности, т. е. лучшему сохранению формы под воздействием внешней радиальной нагрузки от вышерасположенных слоев, канаты крестовой свивки применяются не только при однослойной, но и при многослойной навивке на барабан.

Тип стального каната из радиально обжатых прядей

 Для грузоподъёмных машин производят стальные канаты из радиально обжатых прядей.

 При изготовлении таких канатов прядь, свитую и проволоки круглого сечения, пропускают через волоку, в результате чего проволоки пряди, пластически деформируются, теряют круглую форму и линейный контакт между ними становится контактом по поверхности, увеличиваются опорная поверхность пряди и степень заполнения её поперечного сечения. Эти канаты по сравнению с традиционной конструкцией отличаются высокой плотностью и однородностью, повышенным сопротивлением износу проволок, повышенной на 12 – 15% прочностью на разрыв и увеличенной на 30 – 50% долговечностью.

Выбор канатов для применения на грузоподъёмных механизмах

  Многочисленные исследования позволили выявить основные факторы, определяющие предельное число перегибов каната до разрушения проволок. Этими факторами являются максимальное натяжение каната и отношение Диаметра блока и барабана к Диаметру каната. В зависимости от этих факторов и установленных норм для подбора каната. По этим нормам размер каната выбирается из соотношения
Smax n ≤ Sраз р

где Smax — максимальная рабочая сила ветви каната, определяемая при подъеме номинального груза с учетом потерь на блоках полиспастов и на обводных блоках, но без учета динамической нагрузки; п— коэффициент запаса прочности, т. е. отношение минимальной разрушающей нагрузки каната к максимальной рабочей нагрузке на канат, принимаемый по нормам в зависимости от назначения каната и группы режима работы механизма (табл. 11) [20] (для лифтов значения коэффициента приведены в табл. 12 [21]); — разрывная нагрузка каната в целом. Эта величина стандартизована для различных конструкций каната, диаметров и пределов прочности материала проволок.

Отметим, что вследствие сложного характера распределения напряжений в проволоках каната общая разрывная нагрузка Sразр (агрегатная прочность) всегда меньше суммарной прочности входящих в него проволок. Обычно Sраз р = 0,82+0,85 суммарной прочности проволок.

 С целью ограничения в канате напряжений от изгиба при его выборе должно быть соблюдено заданное правилами Госгортехнадзора соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блока и барабана: D ≥ 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 (табл. 13).

 Диаметр D барабана и блока, измеренный по дну канавки или ручья блока, следует принимать по нормальному ряду размеров:
160, 200, 250, 320, 400, 450, 560, 630, 710, 800, 900 и 1000 мм.

 При больших значениях коэффициента е. резко увеличивается срок службы каната (увеличивается допускаемое число перегибов) Поэтому рекомендуется принимать максимально возможные по конструктивным соображениям значения диаметров блоков и барабана. При больших высотах подъема диаметр барабана иногда увеличивают для уменьшения его длины при сохранении канатоемкости барабана.

Эксплуатация стальных канатов

  Правильная эксплуатация стального каната способствует увеличению срока его службы и предотвращает аварии.

 Правильная эксплуатация включат соблюдение режима навески использования стальных канатов, соответствующих данным эксплуатационной документации крана, соблюдением правил надзора за работай каната и его состоянием.

Правила по эксплуатации стальных канатов

  На кранах эксплуатируют стальные канаты с органическим сердечником, который в процессе работы подвергается растягивающим нагрузкам и изнашиванию. Соблюдение машинистом крана правил эксплуатации стальных канатов, а также порядок их технического обслуживания, снижает износ и увеличивает их срок службы.

 При ежесменном осмотре канатов проверяют их форму, целостность, проволок, степень их износа и коррозии, места крепления также смазочный материал.

 Для повышения долговечности и надежности, при эксплуатации стальных канатов должны быть исключены возможности:

• спадания их с блоков и барабанов;
• смещение за установленные габариты;
• перетирание их вследствие соприкосновения с элементами конструкции или с другими стальными канатами.

  Также во время работы крана канат не должен подвергаться внешним повреждениям и не соприкасаться с частями зданий и сооружений.

  Стальные канаты эксплуатирующиеся на грузоподъемных машинах, транспортирующих расплавленный металл, необходимо защищать от непосредственного воздействия теплоты и брызг металла, устанавливая ограждающие кожухи.

  При электросварочных работах стальной канат защищают от искр и частиц расплавленного металла.

Причины быстрого износа каната вовремя его эксплуатации

 Преждевременный износу при эксплуатации стального каната и его повреждения могут происходить в результате:

• неправильного выбора типа и направления свивки;
• неправильной навивки на барабан;
• неправильного выбора соотношения диаметров каната и барабана или блока;
• неправильного профиля и размера ручья блока и канавок барабана;
• перегрузки во время работы;
• при чрезмерных динамических воздействиях на канат;
• абразивного износа и коррозии;
• неправильного выбора конструкции каната.

  При выборе каната надо иметь в виду, что если он свит из толстых проволок, то имеет повышенную жесткость, но хорошо сопротивляется абразивному износу. С уменьшением диаметра проволок увеличивается гибкость каната, но одновременно возрастает износ проволок, уменьшается его структурная прочность (особенно при многослойной навивке), сокращается срок службы.

Техническое обслуживание стальных канатов

  Техническое обслуживание стальных канатов проводят для определения их состояния, работоспособности и замены.

 Для уменьшить износа каната и предохранения его от повреждений, при хранении и эксплуатации канаты покрывают защитной смазкой.

 При техническом обслуживании стальные канаты смазывают через одно плановое техническое обслуживания.

 Перед смазыванием стальной канат очищают от грязи, засохшего смазочного материала и протирают ветошью, смоченной в керосине или дизельном топливе.

 Через каждые шесть месяцев канаты (если они не подлежат замене) распасовывают, очищают, сматывают в бухты и на 12 – 15часов укладывают в подогретую канатную мазь.

 При отсутствии ёмкости для смазки канатов большого диаметра, смазку канатов проводят вручную, нанося смазку сплошным слоем без пропусков во избежание появления местной коррозии проволок.

 Обычно в качестве смазочного материала применяют канатные смазки 39у и торсиол 35, а для канатов особо ответственных механизмов— торсиол 55. Эти виды смазок обладают хорошей адгезией, не снимаются при эксплуатации, проникают к центру каната и прядей, обладают способностью покрывать поверхность каната тонкой пленкой и быстро застывать, не испаряются и не затвердевают со временем, не содержат щелочей, кислот и других элементов, вызывающих коррозию.

Хранение стального каната

  Залогом безопасной эксплуатации стального каната это его хранения перед этой самой эксплуатацией. При нарушении технологии хранения каната, стальной канат раньше выводиться из эксплуатации и баз должного технического обслуживания может привести к аварии.

 На базах механизации для предохранения стальных канатов от коррозии, а пенькового сердечника от разрушения их хранят в закрытом помещении смазанными и намотанными на барабан или уложенными в бухту.

 Правильная эксплуатация включат соблюдение режима навески использования стальных канатов, соответствующих данным эксплуатационной документации крана, соблюдением правил надзора за работай каната и его состоянием.

  При складировании канатов, намотанных на барабан, барабаны устанавливают на диски, а не кладут плашмя.

 Канаты в бухтах хранят подвешенными на штырях, перекладинах. Если это невозможно, бухты укладывают на подкладки.

 При временном хранении стальных канатов на открытом воздухе канаты закрывают толем, рубероидом тем самым предохраняя от попадания в смазку каната песка и грязи.

 При длительном хранении канатов, смазку их поверхности необходимо периодически обновлять, для чего не реже чем один раз в 6 месяцев канаты перематывают и осматривают по всей длине.

Правила по запасовке стальных канатов

  При запасовке нового стального каната, канат должен быть снабжён сертификатом (свидетельством) завода – изготовителя об их испытании. При получении каната без сертификата, его испытывают в соответствии с ГОСТ 3241 – 80.

  Канаты без свидетельства об их испытании к эксплуатации на грузоподъёмных кранах не допускаются.

Подготовка стального каната к запасовке

  Работать со стальными канатами необходима в рукавицах для предохранения рук от прокола концами лопнувших проволок.

 При разматывании каната с катушки её следует установить на козелки и вращать вокруг горизонтальной оси, натягивать сматываемый конец каната.

 Для разматывания каната с бухты её необходимо перекатывать в сторону, противолежащую от разматываемого конца стального каната, или надеть на инвентарную катушку.

 Снимать канат витками нельзя. Так как при этом образуются петли, а выправлении их ведёт к расслоению прядей и сердечника и образованию заломов.

  Случайно образовавшиеся петли должны быть немедленно выправлены путём постепенного разматывания свободного конца каната.

  При разматывании стального каната проверяют, нет ли на нём пороков изготовления. Канаты с дефектами применять на кране нельзя.

  Наиболее часто встречающиеся дефекты:

• Не круглое сечения каната (канат сплющен или срезан);
• Не равномерное натяжения прядей – одна из прядей низкая (перетянута)или высокая (не натянута);
• Западание или выпячивание проволок в прядях из-за смещения проволок при изготовлении каната;
• Ржавчина на поверхности проволок из-за неправильного хранения или отсутствия смазки.

  Так как канаты выпускают длинной 250, 500 и 1000 метров то перед запасовкой их рубят на отрезки необходимой длинны.

 Чтобы предотвратить раскручивание стального каната после рубки, место предполагаемой рубки обвязывают мягкой проволокой. Причём не раскручивающийся канат перевязывают в 2х местах, если диаметр его более 15мм. Канат меньшего диаметра можно не перевязывать.

 Раскручивающиеся канаты перевязывают в 2-4х местах с каждой стороны от предполагаемого места рубки.

 Чем туже будет перевязка, тем лучше будет она держатся, следовательно, конец каната не расплетётся.

 Рубить канат можно зубилом на наковальне, резать ножовкой по металлу или с помощью болгарки.

Запасовка стальных канатов

  Срок службы каната во многом зависит от правильной его запасовки.

 При использовании каната в системе полиспаста канат должен изгибаться на блоках в одном направлении (рис. а). Если направления противоположны (рис. б),

то долговечность каната уменьшается.

 При намотке каната на барабан необходимо учитывать, что канат подвергается изгибу и кручению. В зависимости от направления свивки каната и направления его намотки на барабан деформация кручения в канате может уменьшаться или увеличиваться. Необходимо подбирать канат таким образом, чтобы в процессе намотки канат дополнительно подкручивался. При этом условии плотность свивки и связанный с ней срок службы каната увеличивается.

  Рекомендуемое направление свивки каната в зависимости от условий намотки на барабан дано в таблице ниже.

 Направление рекомендуемой свивки каната можно определять по правилу руки. Для этого правая или левая рука должна быть обращена ладонью к барабану. Направление, указываемое большим пальцем руки, отставленным под 90гр. Относительно остальных, должно совпадать с направлением движения к барабану наматываемого каната. Остальные пальцы руки должны указывать направление, в котором прибавляются витки на вращающемся барабане.

 Необходимое направление свивки стального каната будет одноимённым с рукой, пальцы которой совпали с указанными направлениями.

Крепления стальных канатов к лебёдке или к крюку

 Крепления стального каната производят двумя способами первый это с помощью клинового зажима,

второй это при помощи сжимов.

 Крепление свободного конца стального каната клиновым зажимом должно быть выполнено согласно рис. а.

 При креплении свободного конца стального каната сжимами, количество и расстояние между ними и от центра петли принимаются в зависимости от диаметра каната по таблице ниже. На оси крепления должен быть установлен заводской коуш а при отсутствии его, коуш, изготовленный по ГОСТ 2224-93. планки сжимов должны располагаться на рабочей части каната см. рис б.

Приработка стального каната после запасовки

 До начала использования нового каната следует убедиться в том, что все устройства безопасности грузоподъемной машины исправны и правильно функционируют.

 После замены изношенных грузовых, стреловых или других канатов, а также во всех случаях перепасовки канатов должна производиться проверка соответствия схемы запасовки и крепления концов канатов схеме, приведенной в эксплуатационной документации крана, а также обтяжка канатов грузом, соответствующим номинальной грузоподъемности крана с последующим выравниванием длин ветвей канатов (при необходимости).

 Для правильной приработки каната рекомендуется несколько первых циклов работы грузоподъемного механизма выполнять на пониженной скорости и с грузом, на 10% меньшим номинальной грузоподъемности.

Какие стальные канаты применяют на автокранах

  На автокранах применяют стальные канаты двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях типа ЛК-Р из шести прядей с числом проволочек в каждой пряди 19 и с одним органическим сердечником (КОНСТРУКЦИЯ 6 х 19 + 1 ос) Реже используют канаты типа ТЛК-О конструкции 6 Х31 +1 ос, так как такие канаты менее износостойкие и обладают пониженной прочностью по сравнению с канатами типа ЛК-Р. Канаты типа ТК в основном устанавливают в системах управления краном.

Стальные канаты на башенных кранах

  На башенном кране применяют канаты: грузовой, стреловой, монтажные, растяжки.

  Все стальные канаты должны иметь сертификаты (свидетельства) завода изготовителя. При отсутствии сертификата канат испытывают в соответствии с ГОСТ 3241—91 «канаты стальные Технические требования» Канат, не снабженный сертификатом или не испытанный, к установке на кране не допускается.

  В технической документации башенного крана (паспорте, инструкции ТО) должно быть записано условное обозначение каждого каната, установленного на кране. Например, для КБ-160.2 грузовой канат обозначен 24,0-Г-1-Л-О-Н-180, что расшифровывается так:

  диаметр наружный 24 мм Г — грузовой, I — первой марки по механическим свойствам проволоки, из светлой проволоки (не обозначается), Л — левой, О односторонней свивки, Н — нераскручивающийся, 180 кгс/мм2 временное сопротивление разрыву (маркировочная группа).

  Определить возможность применения каната на кране можно проверить по формуле P/S ≥ K, где Р – разрывное усилие каната в целом, принимаемое по сертификату (если в сертификате дано суммарное разрывное усилие проволок, величина Р определяется умножением суммарного разрывного усилия на 0,83 или на соответствующий коэффициент, определенный по Государственному стандарту на канат выбранной конструкции), кгс: S — наибольшее расчетное натяжение ветви каната с учетом КПД полиспаста, указываемое в паспорте (без учета динамических нагрузок), кгс; К — коэффициент запаса прочности.

 Наименьший допускаемый коэффициент запаса прочности канатов приведен в таблице ниже.