Техническая информация по стальным канатам



Канат стальной определение, состав

Канат стальной - это основной грузонесущий элемент большинства грузоподъемных, транспортных, дорожно-строительных, землеройных машин и механизмов. Правильный выбор типа,
конструкции и свойств элементов, исходя из конкретных условий эксплуатации, во многом определяет долговечность самого стального каната и нормальную работу грузоподъёмных машин.
Стальной канат представляет собой механически сложное сочетание отдельных
элементов, передающих усилие и движение в осевом направлении через концевые соединения и с помощью отклонения на роликах, шкивах, оснастке и т.д.
Проволока является основным элементом стального каната и производится
посредством протягивания катанки через волоки. В процессе волочения диаметр заготовки постепенно уменьшается до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые размерные и механические характеристики.
Прядь изготавливается из некоторого количества проволок, свитых по спирали вокруг центральной проволоки.
Канат изготавливается из нескольких прядей, свитых по спирали вокруг органического или металлического сердечника. Перед свивкой пряди подлежат преформации для придания им спиральной формы, которую они
будут иметь после формирования каната.

Основные характеристики проволочных канатов:

  • диаметр и допуски;
  • конструкция и количество проволок;
  • свивка;
  • разрывное усилие;
  • площадь металлического сечения;
  • вес на метр;
  • защитные покрытия.

Диаметр и допуски

Фактическим диаметром каната является диаметр поперечного сечения каната.
Измерять диаметр следует следующим образом.
Замеры выполняют в двух точках, расстояние между которыми не менее 1 м. В каждой точке
диаметр замеряют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Среднеарифметическое
значение четырех замеров принимается за фактический диаметр.

Данные замеры, как правило, проводятся на ровном отрезке каната в ненагруженном состоянии.
Когда требуется выполнить измерения высокой точности, фактический диаметр измеряется
на канате, находящемся под натяжением в размере 5% от минимального гарантированного
разрывного усилия.

Конструкция каната

Обычно в заказе на канат указывается следующая информация:
a) количество прядей в канате;
b) количество проволок в каждой пряди;
c) тип сердечника.

Канаты различаются конструктивно по типу свивки прядей:

1. с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по
слоям пряди – ЛК-О (для канатов по DIN, EN – “S” (Seal);
Пример условного обозначения: 6х19S (ГОСТ 3077, ГОСТ 3081, DIN 3058)
2. с линейным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди – ЛК-Р (для канатов по DIN, EN – “W” (Warrington );
Пример условного обозначения: 6х19W (ГОСТ 2688, ГОСТ 14954, DIN 3059)
3. с линейным касанием проволок между слоями и проволоками заполнения – ЛК-З (для
канатов по DIN, EN – “F” (Filler);
Пример условного обозначения: 6х19F (ГОСТ 7667, ГОСТ 7665 DIN 3057)
4. линейным касанием проволок между слоями и имеющих в пряди слои с проволоками
разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра – ЛК-РО (для канатов по
DIN, EN – “WS” (Warrington-Seal);

Направление свивки

В соответствии со стандартом EN 12385
для обозначения направления свивки
канатов используются буквы различных
регистров. Первая строчная буква указывает направление свивки наружных
проволок пряди. Вторая заглавная буква
указывает на направление свивки прядей каната.
S- левая свивка
Z- правая свивка

Защитные покрытия

Оцинкованная проволока
При агрессивном воздействии внешней среды, а также при неблагоприятных погодных условиях зачастую используют канаты из оцинкованной проволоки, которая обладает высокими
антикоррозийными свойствами. Проволока может быть оцинкована после последнего волочения (оцинкование на готовом размере) или до волочения. В соответствии со стандартом
ISO 2232, толщина покрытия выражается отношением массы цинка к единице поверхности
проволоки в г/м².
Обозначения цинкового покрытия:

  • С - для средних агрессивных условий среды работы,
  • Ж - для жёстких условий,
  • ОЖ - для особо жёстких условий.

Смазка
Применение качественных смазок существенно улучшает работу каната. Канаты из проволоки без покрытия и оцинкованной смазываются согласно нормативно-технической документации. По требованию потребителя допускается нанесение других видов смазки, а также
изготовление каната несмазанным полностью или с несмазанной наружной поверхностью.
1. Смазка КСУ – консервационная смазка, используемая по умолчанию. Основное назначение – защита каната от коррозии. При низких температурах (с -15°С и ниже) затвердевает и
растрескивается, при высоких температурах в жаркое время года (свыше +25°С) - вытекает
и налипает на ролики и ручьи блоков, что в итоге затрудняет нормальную эксплуатацию, а
иногда приводит к простоям оборудования (для очистки блоков от забившегося смазочного
материала).
2. Смазка Nyrosten T55 имеет рабочий диапазон температур от +80°С до -40°С и является
эксплуатационной, т.к. исключает недостатки смазки КСУ в работе и обеспечивает не только
антикоррозионную защиту, но и снижение абразивного износа во время эксплуатации.
3. Смазка Nyrosten А19/200 имеет рабочий диапазон температур от +100°С до -55°С и является эксплуатационной. Основное ее преимущество – широкий диапазон рабочих температур,
что наиболее ценно в условиях низкого температурного режима.
В случае заинтересованности потребителя в смазке определенного качества ее нужно обозначить во время заказа канатов.

Пластическое обжатие прядей

Одним из эффективных способов продления срока службы канатов является замена обычных
прядей на пластически обжатые при производстве. Перед свивкой в канаты пряди подвергаются радиальному обжатию, в результате чего их структура уплотняется за счет деформации
проволок и плотного заполнения ими сечения пряди. В процессе обжатия уменьшается наружный диаметр пряди, увеличивается площадь металлического сечения, поскольку пустоты
между проволоками внутри пряди заполняются. Поверхность пряди становится более гладкая.

Преимущества канатов из обжатых прядей:

  • Канат из пластически обжатых прядей имеет более высокие разрывные усилия для любого диаметра по сравнению с обычным канатом.
  • Проволоки в пластически обжатых прядях лучше контактируют между собой по сравнению
  • с круглыми проволоками внутри обычной пряди.
  • Гладкая поверхность пластически обжатых прядей обеспечивает лучший контакт с поверхностью желоба шкива и барабана, снижая удельное давление в желобе, что повышает эксплуатационный ресурс как каната, так и оборудования.
  • Канаты с пластически обжатыми прядями отличаются повышенной стойкостью к истиранию и к усталости при изгибе.
  • Межпрядевый контакт и контакт между соседними слоями каната на барабане гораздо
  • лучше, чем у обычных круглопрядных канатов.

Увеличение количества прядей в канате

8-прядные и 9-прядные канаты

От стандартных 6-прядных канатов 8- и 9-прядные канаты отличаются:
1. Увеличенным количеством наружных прядей, что предопределяет снижение контактных
напряжений (примерно в 1,ЗЗ раза) в зонах взаимодействия каната с блоками за счет увеличения числа точек контакта на шаге свивки.
2. Увеличенным количеством составляющих канат проволок, что приводит к повышению выносливости этих канатов при работе на блоке.
3. Большей эластичностью и повышенной демпфирующей способностью, что улучшает результаты их работы в условиях жесткого динамического воздействия.

Многорядные малокрутящиеся канаты

Малокрутящиеся канаты имеют металлический сердечник в виде каната с противоположным направлением свивки относительно внешних прядей. Такие канаты состоят из 15 и более прядей. Кручение наружных прядей компенсируется за счет кручения сердечника в противоположном направлении, таким образом создается эффект уравновешенности

Органический заполнитель межпрядного пространства

Органические заполнители (каболки) располагаются между наружным прядями каната и металлическим сердечником и являются
дополнительным источником смазки в течение всего срока эксплуатации каната. Готовые изделия обладают повышенной коррозионной стойкостью.

Пластиковый заполнитель межпрядного пространства

(сердечник с пластиковым покрытием)
Стальные канаты с металлическим сердечником, покрытым пластиком, состоят из слоя прядей, навитых вокруг металлического сердечника, на который методом экструдирования нанесена оболочка из пластика. Пластиковый заполнитель значительно сокращает возможное скольжение между различными компонентами и предотвращает геометрические изменения канатов.
Нанесение пластиковой оболочки преследует следующие цели:
создание механического соединения, которое фиксирует положение соответствующих компонентов сталепроволочного каната, вместе с тем обеспечивая их необходимое смещение; снижение внутренней коррозии, вызванной загрязняющими веществами, достигающейся благодаря увеличенной герметичности каната; заполнение свободного пространства между наружными прядями и сердечником для предотвращения износа. Используемый материал особого типа обеспечивает непрерывную работу каната в температурном диапазоне от -35°С до +90°С без изменений размеров или разрывов. Стабилизирующий эффект от пластиковых покрытий особенно очевиден, когда канат подвергается: воздействию поперечных давлений; кручению, вызванному широким углом бокового отклонения на шкивах или лебедках; воздействию ударных нагрузок.

 Предварительная вытяжка канатов

В процессе приработки каната, особенно в начальный период эксплуатации, канат подвергается остаточному удлинению. В зависимости от типов и конструкций канатов остаточные удлинения после их навески составляют 0,2-4% от длины используемого каната, достигая 6% к концу работы изделия. Для уменьшения остаточного удлинения каната применяется операцию предварительной вытяжки путем приложения нагрузки до 50% от разрывного усилия. Такая операция обеспечивает равномерное распределение нагрузки
на все элементы каната. В мировой практике существуют два способа предварительной вытяжки канатов, одним из которых является растяжение каната на прямом участке (статический), а вторым - циклическая вытяжка каната (динамический).

Статическая вытяжка каната производится еще до его монтажа путем многократного растяжения усилием, равным 35-55% от разрывного усилия в течение нескольких циклов путём
приложения устойчивой нагрузки в течение определенного времени, а затем разгрузки до
окончательной приработки каната. Осуществляется на прямом горизонтальном стенде при помощи гидравлического домкрата.
Динамическая вытяжка каната производится непосредственно на канатовьющей машине как
последняя операция изготовления каната. Для вытяжки непосредственно на канатовьющей
машине применяются специальные конические шкивы, которые устанавливаются между тяговым шкивом и приемным барабаном канатовьющей машины. Канат подвергается предварительной вытяжке под постепенно увеличивающейся нагрузкой в пределах от 0 до 50% разрывного усилия. При таком способе предварительной вытяжки происходит устранения внутренних
напряжений и остаточного конструктивного удлинения.
По сравнению с обычными изделиями, предварительно вытянутые канаты имеют ряд преимуществ:

  • более высокий модуль упругости (на 20%),
  • гораздо более низкий крутящий момент,
  • уменьшенное остаточное конструктивное удлинение,
  • более экономичны при вводе в эксплуатацию - потребителю не нужно производить первоначальную приработку каната, укорачивать или перетягивать его, благодаря чему исключаются простои оборудования

Транспортировка и хранение канатов 

Канаты поставляются на катушках, крестовинах или бунтах в зависимости от диаметра и длины каната и от условий заказчика. Когда канат поставляется на катушке или крестовине, сквозь центральное отверстие пропускают пруток подходящего диаметра и длины, а по сторонам прикрепляются две подставки. При доставке каната на место хранения или навески барабан должен быть снят с транспортного средства грузоподъемными механизмами таким образом, чтобы не допускать повреждения каната и барабана. Запрещается сбрасывание барабана с канатом с транспортного средства или снятие способами, приводящими к его порче или нарушению слоя консервационной смазки. Поступившие на хранение канаты необходимо осмотреть; оголенные при транспортировании и погрузочно-разгрузочных работах участки каната смазать канатной смазкой. При этом смазка должна быть совместима с типом смазки, наносимой во время изготовления канатов. Хранить канаты нужно в проветриваемых помещениях или под навесом в условиях, исключающих попадание атмосферных осадков, вдали от паров и коррозионной среды. Ось барабана должна быть параллельна полу, на котором установлен барабан. Нельзя укладывать барабаны непосредственно на землю. Они должны быть установлены на специальные настилы, подкладки-брусья или стойки. При длительном хранении канаты должны просматриваться по наружному слою и смазываться не реже, чем через 6 месяцев.

Навеска канатов

Навеска канатов должна производиться бригадой рабочих, ознакомленных с инструкцией по навеске, разработанной и утвержденной в установленном порядке для данного предприятия. При проведении работ по навеске или замене каната необходимо обеспечить меры по предотвращению попадания на поверхность каната абразивных и загрязняющих материалов. Для этого работы рекомендуется проводить на специальном стенде из досок

Выбор направления свивки при наматывании на барабан.
Канат наматывается на барабан по винтовой линии и при этом испытывает деформации изгиба, контакта и кручения, которые приводят к его повороту вокруг своей оси. Необходимо подбирать такое направление свивки, при котором в процессе наматывания канат закручивался бы перед укладкой на барабан; это будет способствовать сохранению плотности свивки.

Навеске нового каната должна предшествовать тщательная проверка состояния ручьев блоков системы и ручьев барабанов соответствующей лебедки. Диаметр ручья должен быть на 5%-7,5% больше номинального диаметра каната. Слишком узкие ручьи блоков защемляют и деформируют канат, нарушая его структурную целостность, что может привести к преждевременному выходу каната из строя. Слишком большие ручьи блоков создают недостаточную опору для каната, что ведет к увеличению контактных давлений и преждевременному разрушению проволок каната.

  • Положение в узкой канавке (слева). Желоб шкива слишком узкий. Такое положение влияет на срок эксплуатации стального каната и шкива. Истирание каната существенно меняет характеристики его безопасности и функциональности.
  • Правильное положение (в центре). Желоб шкива правильно поддерживает канат (33% от его окружности)
  • Положение в широкой канавке (справа). Желоб шкива слишком широкий. Такое положение приводит к увеличению контактного давления, которое практически пропорционально превышению размера канавки.

На лебедках с однослойной навивкой на барабан рекомендуется спиральная нарезка. При многослойной навивке необходима параллельная нарезка или одна из типичных систем (например, нарезка Лебуса, т.д.). Во всех случаях соответствующий шаг нарезки, зазор и глубина ручьев имеют основное значение для получения хорошей наработки каната.

Перед размоткой транспортный барабан с канатом должен быть установлен на размоточное
устройство, обеспечивающее горизонтальное расположение оси барабана и оснащенное тормозным устройством для создания необходимого натяжения каната и во избежание образования петель и заломов. Слабина или неравномерность намотки каната приводят к чрезмерному износу, раздавливанию и деформации каната. 

Барабан должен быть таким образом установлен в размоточное устройство, чтобы образование знакопеременных перегибов было исключено, например, для барабана лебедки с верхней
намоткой каната необходимо разматывать канат с транспортировочного барабана сверху.

 

В случае размотки с бухты заранее отрезанного мерного куска каната, ее необходимо установить на поворотный разматыватель и тянуть за наружный конец каната, вращая бухту.
Запрещается разматывать канат с неподвижной бухты, так как это может привести к перекручиванию каната и образованию петель, что при эксплуатации может привести к образованию структурных дефектов на канате и значительному снижению сроков его службы.
При размотке нужно убедиться, что канат не ослаб на катушке. Разматывать нужно таким образом, чтобы моток вращался вокруг своей оси. Если моток небольшого размера, канат можно разматывать посредством фиксации внешнего конца каната на полу, моток при этом необходимо раскручивать параллельно полу в вертикальном положении. 
Размоточное устройство необходимо установить таким образом, чтобы угол девиации не превышал 1,5 градуса в случае применения гладкого барабана и 2,5° при использовании барабана с винтовой нарезкой, для того чтобы обеспечить минимальный боковой износ каната при трении о соседний виток в случае гладкого барабана, и о боковую поверхность нарезанной канавки в случае использования барабана с винтовой нарезкой.

У шкива

Если при вхождении каната в шкив имеется угол девиации, то канат сначала контактирует с фланцем шкива. По мере прохождения через шкив канат опускается вниз по шкиву пока не достигнет дна желоба. Во время этого процесса, даже под натяжением, канат будет вращаться и скользить. В результате вращения канат скручивается, т.е. в канате образуется кручение или кручение выходит из него, укорачивая или удлиняя шаг свивки наружного слоя прядей. С увеличением угла девиации увеличивается объем кручения. Для уменьшения этого объема до приемлемого уровня следует ограничить угол девиации до 2,5°для барабанов с нарезкой и 1,5° для гладких барабанов. При использовании некрутящихся, малокрутящихся канатов и параллельно свитых канатов (т.е. канатов, в которых пряди и сердечник свиваются в канат за одну операцию) угол девиации должен быть ограничен до 1,5°. Тем не менее, для некоторых кранов и подъемных установок из практических соображений не всегда можно соблюсти эти общие рекомендации, влияющие на срок службы каната.
У барабана
Обычно рекомендуется, чтобы при навивке каната на барабан угол девиации составлял от 0,5° до 2,5°. Если угол девиации слишком мал, т.е. менее 0,5°, то канат будет нагромождаться у фланцев барабана, не возвращаясь на барабан. В этой ситуации проблему можно решить, установив «сбрасыватель» или увеличив угол девиации установкой шкива или механизма навивки. Если позволить канату нагромождаться, то в конечном счете он будет откатываться от фланца и создавать ударную нагрузку, как в канате, так и в конструкции механизма, что является нежелательным и небезопасным для эксплуатации. Слишком большие углы девиации будут возвращать канат на барабан преждевременно и создавать зазоры между витками каната вблизи фланцев, а также повышать давление на канат в точках пересечения. Даже там, где имеется спиральная нарезка, большие углы девиации неизбежно приведут к локализованным участкам механического повреждения, поскольку проволоки «цепляются» друг за друга. Это явление часто называют интерференцией, ее объем можно уменьшить выбором каната односторонней свивки, если позволяет запасовка. Эффект интерференции можно также уменьшить, используя канат из пластически обжатых прядей, который имеет намного более гладкую поверхность, чем канаты обычных конструкций. Можно также использовать плавающие шкивы или специально спроектированные компенсирующие устройства для уменьшения воздействия угла девиации.