Стальные канаты

1.       Конструкции стальных канатов

 

Большое разнообразие конструкций стальных канатов объясняется мно­гообразием условий их применения в качестве подъёмных, тяговых, несущих, армирующих и других элементов машин и сооружений. Классификация и техни­ческие требования к стальным канатам из круглых проволок установлены ГОСТ 3241, а также зарубежными стандартами: германским DIN 3051, английским BS 302, американским RR-W-410, итальянским UNI7291, японским JIS G 3525, французским NF А 47-205, ISO 2408, EN 12385 и др.

Прежде всего, канаты различают порядком свивки: 1) одинарной свивки или спиральные, состоящие из одного или нескольких спиральных слоев про­волок; 2) двойной или тросовой свивки, состоящие из одного или нескольких слоев спиральных канатов - прядей; 3) тройной или кабельтовой свивки, состо­ящие из канатов двойной свивки - стренг. В принципе, порядок свивки можно повышать и далее, однако это оказывается технически нецелесообразным. Наи­большее применение в технике получили канаты двойной свивки.

Основным элементом для построения каната любого порядка свивки яв­ляется спиральный канат-прядь (рис. 1.1).

Если слои проволок имеют разные шаги свивки, то проволоки смеж­ных слоев касаются друг друга в отдельных точках, поэтому такие пряди и канаты имеют обозначение ТК - с точечным касанием проволок между слоя­ми. При свивке слоев проволок с одним шагом свивки образуются канаты типа ЛК - с линейным касанием проволок между слоями.

Если в пряди некоторые слои имеют точечный контакт, а другие - линей­ный, то такой канат обозначают ТЛ К - с комбинированным точечно-линейным касанием проволок.

Пряди ТК имеют одинаковые проволоки в каждом слое, а если число проволок в каждом последующем слое увеличивается на шесть, то они одина­ковы и в разных слоях.

Условие линейного касания слоев проволок требует одинаковых или раз­ных диаметров проволок в зависимости от числа проволок в слое и их располо­жения по отношению к проволокам смежного слоя, поэтому в обозначение ка­натов Л К вводят дополнительные буквы: Л К-0 - с одинаковыми диаметрами проволок по слоям пряди; ЛК-Р - с разными диаметрами проволок в наружном слое пряди; ЛК-3 - с заполняющими проволоками; Л К-РО - с разными и одиг щ-ковыми диаметрами проволок в слоях.

Формула конструкции спирального каната или пряди записывается в ви­де суммы чисел проволок в слоях, начиная с центральной проволоки (в некото­рых зарубежных стандартах, например, германском, наоборот- отсчет ведется от наружного слоя), при этом разные проволоки в слое обозначаются через чер­ту дроби, а наличие заполняющих проволок - через точку с запятой. В литера­туре часто встречаются еще и названия некоторых наиболее типичных прядей: ЛК-О - "Сил" (Seal), конструкция 1+ п+п (1+9+ 9); ЛК-Р - "Варрингтон" (Warrington), конструкция 1 +n+n/n (1 +6+6/6); ЛК-3 - "Филлер" (Filler), конст­рукция 1 +n;n+2n (1 +6;6+12); ЛК-РО - "Варрингтон-Сил" (Warrington-Seal), конструкция l+n+n/n+2n(l+7+7/7+14). Здесь в скобках указаны наиболее рас­пространенные варианты конструкций.

Формула конструкции каната двойной свивки записывается в виде про­изведения числа прядей на число проволок в пряди с расшифровкой её конст­рукции и обозначением сердечника (о.с. - в случае органического сердечника). Например, канат по ГОСТ 2688 обозначается 6x19(1 +6+6/6)+ о.с, двухслой­ный канат по ГОСТ 3088 обозначается 18х 19(1+6+6/6)+ о.с. В случае металли­ческого сердечника, его конструкция также расшифровывается, например, ка­нат по ГОСТ 7669 имеет обозначение 6x36(1 +7+7/7+14)+7х7(1+6).

В зависимости от того, по какой винтовой линии - правой или левой -расположены элементы наружного слоя, говорят, что канат имеет правую или ле­вую свивку. В литературе часто обозначают направления свивки латинскими бук­вами: Z - правая; S - левая свивка. В канатах двойной свивки направления свивки проволок в прядь и прядей в канат могут совпадать - канаты односторонней свив­ки (Zz, Ss), или быть противоположными - канаты крестовой свивки (Zs, Sz).

Сочетание направлений свивки элементов канатов существенно влияет на значения упругих констант и механические свойства, поэтому в случае необ­ходимости (в основном, в научно-технической литературе) в формуле конст­рукции указывают и направления свивки слоев элементов знаками плюс или минус. В работе [6] введено следующее правило: направление свивки наружно­го слоя каната принимается положительным, а остальным элементам присваи­вается знак плюс или минус в зависимости от того, в каком направлении они свиты по отношению к выбранному положительному. Центральной проволоке условно всегда присваивают положительное направление. Например, канат од­носторонней свивки 6x19(1 + 6 + 6/6) + о.с, а тот же канат крестовой свивки 6x19(1 - 6-6/6) + о.с. Спиральный канат ТК можно обозначить при одинако­вом направлении свивки всех слоев 1+6+12+18, а при противоположном направлении свивки наружного слоя по отношению к внутренним 1- 6 -12 + 18. Двухслойный канат с противоположным направлением свивки слоев пря­дей, крестовой свивки наружного слоя и односторонней свивки внутреннего слоя прядей записываем так: 12x19(1- 6 - 6/6) - 6x19(1- 6 - 6/6) + о.с. В стан­дартных обозначениях канатов это правило знаков не применяется.

Канаты двойной свивки состоят из одного или нескольких слоев прядей, причем пряди могут иметь круглую или фасонную форму поперечного сече­ния (рис. 1.3).

Если слои винтовых элементов (прядей или проволок) имеют противо­положные направления свивки, то канат называется малокрутящимся (МК), хотя само по себе такое геометрическое определение далеко не отражает физичес­кую способность каната не крутиться под действием свободно подвешенного груза. В отечественных стандартах отсутствуют некрутящиеся канаты, что яв­ляется их существенным недостатком. Подробнее вопрос о некрутящихся кана­тах рассматривается в гл. VI, п. 1.

Благодаря предварительной винтовой деформации элементов в процес­се свивки пряди в канате двойной свивки или проволоки в спиральном канате могут сохранять свое положение в канате (не расплетаться) после снятия с кон­ца каната перевязок или других ограничений. В этом случае канат называется нераскручивающимся (Н), в противном - раскручивающимся (Р).

ГОСТ 3241 устанавливает назначение каната: для подъёма грузов и лю­дей - грузолюдского назначения (ГЛ), для подъёма только грузов - грузового назначения (Г).

Стальные канаты изготовляют из стальной канатной проволоки по ГОСТ 7372 в светлом (без покрытия) или оцинкованном исполнении с временным со­противлением разрыву О = 108СН-2350НЛим2ивыше(поспециальнойдокумен-тации). По механическим свойствам проволока делится на марки: высшую - В или первую -1. Оцинкованная проволока в зависимости от поверхностной плотности цинка относится к трем группам: ОЖ - для особо жёстких условий работы; Ж -для жёстких условий работы; С-для средних условий работы.

Стандартами предусмотрено условное обозначение каната, в котором содержатся основные сведения о конструкции, технических параметрах и осо­бенностях изготовления. Например, канат диаметром 12,0 мм по ГОСТ 2688, грузолюдского назначения, из проволоки без покрытия, марки В, левой одно­сторонней свивки, нераскручивающийся, повышенной точности, маркировоч­ной группы 1770 Н/мм2 (180 кгс/мм2) обозначается так: канат 12-ГЛ-В-Л-О-Н-Т-1770 ГОСТ 2688-80.

Такой же канат грузового назначения, марки I, из оцинкованной проволоки по группе ОЖ, правой крестовой свивки, нормальной точности: канат 12-Г-1-ОЖ-Н-1770 ГОСТ 2688-80.

Особую группу составляют спиральные канаты, содержащие фасонные проволоки в наружном слое - закрытые или полузакрытые канаты (рис. 1.4). Они имеют гладкую опорную поверхность, большое заполнение сечения металлом и, следовательно - высокую прочность, продольную и поперечную жёсткости.

Однако большая изгибная жёсткость существенно сужает область'их при­менения. В основном, эти канаты применяют в качестве шахтных подъёмных, несущих канатов подвесных канатных дорог и кабельных кранов, вантовых канатов мостов и других инженерных сооружений.

Технические параметры закрытых и полузакрытых канатов содержатся в ГОСТ 3090, ГОСТ 18902, ГОСТ 18900.

2. Свивка стальных канатов

Элемент каната (проволока или прядь) расположен по винтовой линии, параметры которой приведены на рис. 1.5: d- диаметр каната; г,а,Н~ радиус, угол, и шаг свивки; L = H/cosCl=2nr/sin(X - длина винтового элемента на шаге свивки каната. Обобщенным параметром, отвечающим принципу геометричес­кого подобия, является кратность свивки k — H/d.

В соответствии с ГОСТ 3241 к < 9 для прядей Л К; к < 11 для прядей ТК, трехгранных прядей и однопрядных металлических сердечников, канатов оди­нарной свивки и прядей 1 + 6; к < 6,5 для 3-6-прядных канатов; к < 7 для канатов с числом прядей более шести и канатов тройной свивки; к < 7,5 для фасоннопрядных канатов; к < 16 для стренг и прядей плоского каната.

Формирование прямой проволоки или пряди в винтовой элемент каната сопровождается изгибом и кручением, поэтому её напряженное состояние и качество свивки в значительной мере зависят от способа установки зарядной шпули в смысле её вращения относительно оси свиваемого элемента.