Стальные канаты

Стальной канат представляет собой изделие, свитое из стальных проволок

Стальные канаты – основные грузонесущие элементы большинства грузоподъемных, транспортных, дорожно-строительных, землеройных машин и механизмов. Которые являются одним из наиболее распространенных видов метизов и находят широкое применение в самых различных отраслях промышленности: угольной, горнорудной, нефтегазодобывающей и перерабатывающей, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, строительной индустрии, морском, речном транспорте и т. д.

Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое число типов и конструкций и различаются по форме поперечного сечения, как самого каната, так и его элементов. Классификация, технические требования, методы испытаний, правила приемки, транспортировки, и хранения стальных канатов изложены в ГОСТ 3241-91 «Канаты стальные. Технические условия».

Классификация стальных канатов

По основному конструктивному признаку:

одинарной свивки или спиральные состоят из проволок, свитых по спирали в один или несколько концентрических слоев. Канаты одинарной свивки, свитые только из круглой проволоки, называют обыкновенными спиральными канатами. Спиральные канаты, имеющие в наружном слое фасонные проволоки, называют канатами закрытой конструкции. Канаты одинарной свивки, предназначенные для последующей свивки, называют прядями
двойной свивки состоят из прядей, свитых в один или несколько концентрических слоев. Канаты двойной свивки могут быть однослойные или многослойные. Широкое распространение получили однослойные шестипрядные канаты двойной свивки. Канаты двойной свивки, предназначенные для последующей свивки, называют стренгами.
тройной свивки состоят из стренг, свитых по спирали в один концентрический слой.

По форме поперечного сечения прядей:

круглые
фасоннопрядные (трехграннопрядные, плоскопрядные), имеют значительно большую поверхность прилегания к шкиву, чем круглопрядный.

По типу свивки прядей и канатов одинарной свивки:

ТК с точечным касанием проволок между слоями,
ЛК с линейным касанием проволок между слоями,
ЛК-О с линейным касанием проволок между слоями при одинаковом диаметре проволок по слоям пряди,
ЛК-Р с линейным касанием проволок между слоями при разных диаметрах проволок в наружном слое пряди,
ЛК-З с линейным касанием проволок между слоями пряди и проволоками заполнения,
ЛК-РО с линейным касанием проволок между слоями и имеющих в пряди слои с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинакового диаметра,
ТЛК – с комбинированным точечно-линейным касанием проволок в прядях.

Пряди с точечным касанием проволок изготовляют за несколько технологических операций в зависимости от числа слоев проволок. При этом необходимо применять разные шаги свивки проволок для каждого слоя пряди и повивать следующий слой в противоположном направлении предыдущему. В результате проволоки между слоями перекрещиваются. Такое расположение проволок увеличивает их износ при сдвигах в процессе эксплуатации, создает значительные контактные напряжения, способствующие развитию в проволоках усталостных трещин, и уменьшает коэффициент заполнения сечения каната металлом.
Пряди с линейным касанием проволок изготовляют за один технологический прием; при этом сохраняется постоянство шага свивки, и одинаковое направление свивки проволок для всех слоев пряди, что при правильном подборе диаметров проволоки по слоям, дает получение линейного касания проволок между слоями. В результате значительно снижается износ проволок и резко возрастает работоспособность канатов с линейным касанием проволок в прядях в сравнении с работоспособностью канатов типа ТК.
Пряди точечно-линейного касания применяют при необходимости замены в прядях линейного касания центральной проволоки семипроволочной прядью, когда на однослойную семипроволочную прядь типа ЛК укладывается слой проволок одинакового диаметра с точечным касанием. Пряди могут обладать повышенными некрутящимися свойствами.

По материалу сердечника:

ОС с органическим сердечником – в качестве сердечника в центре каната, а иногда и в центре прядей, используются сердечники из натуральных, синтетических и искусственных материалов из пеньки, манилы, сизали, хлопчатобумажной пряжи, полиэтилена, полипропилена, капрона, лавсана, вискозы, асбеста.
МС с металлическим сердечником – в качестве сердечника, в большинстве конструкций, применяется канат двойной свивки из шести семи проволочных прядей, расположенных вокруг центральной семи проволочной пряди, в канатах по ГОСТ 3066-80, 3067-88,3068-88 в качестве МС применяется прядь той же конструкции, что и в повиве. Их целесообразно применять тогда, когда надо повысить структурную прочность каната, уменьшить конструктивные удлинения каната при растяжении, а также при высокой температуре среды, в которой работает канат.

По способу свивки:

Нераскручивающихся канатах – Н пряди и проволоки сохраняют заданное положение после снятия вязок с конца каната или легко укладываются в ручную при незначительном раскручивании, что достигается предварительной деформацией проволок и прядей при свивке проволок в прядь и прядей в канат.
Раскручивающихся канатах – проволоки и пряди предварительно не деформированы или недостаточно деформированы перед их свивкой в пряди и в канат. Поэтому пряди в канате и проволоки в прядях не сохраняют своего положения после снятия вязок с конца каната.

По степени уравновешенности:

Рихтованный канат – Р не теряет своей прямолинейности (в пределах допустимого отклонения) в свободном подвешенном состоянии или на горизонтальной плоскости, т.к. после свивки прядей и шпата соответственно напряжения от деформации проволок и прядей сняты рихтовкой.
Нерихтованный канат не обладает таким свойством, свободный конец нерихтованного каната стремится образовать кольцо, за счет напряжений деформации проволок и прядей полученных в процессе изготовления каната.

По направлению свивки каната:

Правой свивки – не обозначается
Левой свивки – Л
Направление свивки каната определяется:

направлением свивки проволок наружного слоя – для канатах одинарной свивки
направлением свивки прядей наружного слоя – для канатов двойной свивки
направлением свивки стренг в канат – для канатов тройной свивки

По сочетанию направлений свивки каната и его элементов:

Крестовой свивки – направление свивки прядей и стренг противоположны направлению свивки каната.
Односторонней свивки – О направление свивки прядей в канат и проволоки в прядях одинаковы.
Комбинированной свивки – К с одновременным использованием в канате прядей правого и левого направления свивки.

По степени крутимости

Крутящиеся – с одинаковым направлением свивки всех прядей по слоям каната (шести – и восьмипрядные канаты с органическим и металлическим сердечником)
Малокрутящиеся – (МК) с противоположным направлением свивки элементов каната по слоям (многослойные, многопрядные канаты и канаты одинарной свивки). В некрутящихся канатах благодаря подбору направлений свивки отдельных слоев проволок (в спиральных канатах) или прядей (в многослойных канатах двойной свивки) устраняется вращение каната вокруг своей оси при свободном подвешивании груза.

По механическим свойствам проволоки

Марка ВК – высокого качества
Марка В – повышенного качества
Марка 1 – нормального качества

По виду покрытия поверхности проволок в канате:

Из проволок без покрытия
Из оцинкованной проволоки в зависимости от поверхностной плотности цинка:
группа С – для средних агрессивных условий работы
группа Ж – для жестких агрессивных условий работы
группа ОЖ – особо жестких агрессивных условий работы
П – канат или пряди покрыты полимерными материалами

По назначению каната

Грузолюдские – ГЛ для подъема и транспортировки людей и грузов
Грузовые – Г для подъема и транспортировки и грузов

По точности изготовления

Нормальной точности – не обозначается
Повышенной точности – Т– ужесточенными предельными отклонениями по диаметру каната

По прочностным характеристикам

Маркировочных групп временного сопротивления разрыву Н/мм2 (кгс/ мм2) – 1370 (140), 1470 (150), 1570 (160), 1670 (170), 1770 (180), 1860 (190), 1960 (200), 2060 (210), 2160 (220)

Примеры условного обозначения стальных канатов

Канат 16,5 – Г – I – Н – Р – Т – 1960 ГОСТ 2688 80
Канат диаметром 16,5 мм, грузового назначения, первой марки, из проволоки без покрытия, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, рихтованный, повышенной точности, маркировочной группы 1960 Н/мм2 (200 кгс/мм2), по ГОСТ 2688 – 80
Канат 12 – ГЛ – ВК – Л – О – Н – 1770 ГОСТ 2688 – 80
Канат диаметром 12,0 мм, грузолюдского назначения, марки ВК, из проволоки без покрытия, левой односторонней свивки, нераскручивающийся, нерихтованный, нормальной точности, маркировочной группы 1770 Н/мм2 (180 кгс/мм2), по ГОСТ 2688-80
Канат 25,5 – Г – ВК – С – Н – Р – Т – 1670 ГОСТ 7668 80
Канат диаметром 25,5 мм, грузового назначения, марки ВК, оцинкованный по группе С, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, рихтованный, повышенной точности, маркировочной группы 1670 Н/мм2 (170 кгс/мм2), по ГОСТ 7668 – 80
Канат 5,6 – Г – В – Ж – Н – МК – Р – 1670 ГОСТ 3063 – 80

Канат диаметром 5,6 мм, грузового назначения, марки В, оцинкованный по группе Ж, правой свивки, нераскручивающийся, малокрутящийся, рихтованный, маркировочной группы 1670 Н/мм2 (170 кгс/мм2), по ГОСТ 3063 – 80

Краткие рекомендации по применению различных конструкций канатов

Каждая конструкция каната имеет преимущества и недостатки, которые необходимо правильно учитывать при выборе канатов для конкретных условий эксплуатации. При выборе следует сохранять необходимые соотношения между диаметрами органов навивки и диаметрами канатов и их наружных проволок, а также необходимый запас прочности, обеспечивающий безаварийную работу.

Канаты одинарной свивки из круглых проволок обыкновенные спиральные (ГОСТ 3062-80; 3063-80; 3064-80) обладают повышенной жесткостью, поэтому их рекомендуется применять там, где преобладают растягивающие нагрузки на канат (грозозащитные тросы высоковольтных линий электропередач, ограждения, растяжки и т.п.)

Канаты двойной свивки с линейным касанием проволок в прядях при простоте изготовления обладают сравнительно большой работоспособностью и имеют достаточное число разнообразных конструкций Последнее позволяет выбрать канаты для работы при больших концевых нагрузках, при значительном абразивном износе, в различных агрессивных средах, при минимально допустимых отношениях диаметра органа навивки и диаметра каната.

Канаты типа ЛК-Р (ГОСТ 2688-80, 14954-80) следует применять тогда, когда в процессе эксплуатации канаты подвергаются воздействию агрессивных сред, интенсивному знакопеременному изгибу и работают на открытом воздухе. Большая структурная прочность этих канатов позволяет использовать их во многих весьма напряженных условиях работы крановых механизмов.

Канаты типа ЛК-О (ГОСТ 3077-80, 3081-80; 3066-80; 3069-80; 3083-80) устойчиво работают в условиях сильного истирания благодаря наличию в верхнем слое проволок увеличенного диаметра. Эти канаты получили широкое распространение, но для их нормальной эксплуатации требуется несколько повышенный диаметр блоков и барабанов.

Канаты типа ЛК-З (ГОСТ 7665-80, 7667-80) применяют тогда, когда требуется гибкость при условии, что канат не подвергается воздействию агрессивной среды. Применять эти канаты в агрессивной среде не рекомендуется из-за тонких проволок заполнения в прядях, легко поддающихся корродированию.

Канаты типа ЛК-РО (ГОСТ 7668-80, 7669-80, 16853-80) отличаются сравнительно большим числом проволок в прядях и поэтому обладают повышенной гибкостью. Наличие в наружном слое этих канатов относительно толстых проволок позволяет успешно применять их в условиях абразивного износа и агрессивных сред. Вследствие такого сочетания свойств канат конструкции типа ЛК-РО является универсальным.

Канаты двойной свивки с точечно-линейным касанием проволок в прядях типа ТЛК – О (ГОСТ 3079-80) следует применять тогда, когда использование канатов линейным касанием проволок в прядях невозможно из-за нарушения установочных минимально допустимых соотношений между диаметрами органов навивки и диаметрами проволок каната или при невозможности обеспечения рекомендуемого запаса прочности.

Канаты двойной свивки с точечным касанием проволок в прядях типа ТК (ГОСТ 3067-88; 3068-88; 3070-88; 3071-88) не рекомендуются для ответственных и интенсивно работающих установок. Эти канаты можно применять лишь для не напряженных условий эксплуатации, где знакопеременные изгибы и пульсирующие нагрузки не значительны или отсутствуют (стропы, расчалочные канаты, временные лесосплавные крепления поддерживающие и тормозные канаты и т. п.)

Многопрядные канаты двойной свивки (ГОСТ 3088-80; 7681-80) в зависимости от принятых направлений свивки прядей по отдельным слоям изготовляют обыкновенными и некрутящимися. Последние обеспечивают надежную и устойчивую эксплуатацию на механизмах со свободным подвешиванием груза, а большая опорная поверхность и меньшие удельные давления на внешние проволоки позволяют достигать сравнительно большой работоспособности каната. Недостатками многопрядных канатов являются сложность изготовления (особенно предварительной деформации), склонность к расслоению, сложность наблюдения за состоянием внутренних слоев прядей.

Канаты тройной свивки (ГОСТ 3089-80) применяют тогда, когда основными эксплуатационными требованиями являются максимальная гибкость и упругость каната, а его прочность и опорная поверхность не имеют решающего значения. Органические сердечники в стренгах целесообразны тогда, когда канат предназначен для буксировки и швартовки, где требуются повышенные упругие свойства каната. Благодаря использованию проволок малых диаметров по сравнению с проволоками канатов двойной свивки канаты тройной свивки для нормальной эксплуатации требуют шкивы значительно меньших диаметров.

Трехграннопрядные канаты (ГОСТ3085-80) отличаются повышенной структурной устойчивостью, очень большим коэффициентом заполнения и большой опорной поверхностью. Применение этих канатов особенно целесообразно при больших концевых нагрузках и сильном абразивном износе. Рекомендуется использовать эти канаты как на установках со шкивами трения, так и при многослойной навивке на барабаны Недостатком трехграннопрядных канатов являются острые перегибы проволок на гранях прядей, повышенная жесткость каната, трудоемкость изготовления прядей.

Плоские канаты (ГОСТ 3091-80; 3092-80) находят применение в качестве уравновешивающих на шахтных подъемных установках. К достоинствам этих канатов следует отнести их не крутимость. Однако ручные операции, применяемые при сшивке канатов, и относительно быстрое разрушение ушивальника при эксплуатации ограничивают объем использования этих канатов в промышленности.

Канаты закрытой конструкции (ГОСТ 3090-73; 7675-73; 7676-73) применяют в качестве несущих для подвесных канатных дорог и в качестве подъемных на шахтных подъемных установках. Большой коэффициент заполнения, не крутимость под нагрузкой, максимальная опорная поверхность каната, минимальные упругие и остаточные удлинения при эксплуатации, способность фасонных проволок сохранять свое положение при обрыве все это обусловливает применение этих канатов на ответственных и тяжело нагруженных установках, работающих в агрессивной среде с большой частотой рабочих операций.

Материалы для изготовления канатов

Проволока для производства канатов изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 7372-79 из углеродистой канатной катанки сталь марки 45 75. Проволока из стали марки 80, 85 используется для изготовления арматурных канатов.

Расчетный вес и разрывные усилия стальных канатов

В приведенных ниже таблицах указаны расчетный вес и разрывные усилия стальных канатов для маркировочной группы 1770 Н/мм2 (180 кгс/мм2) по основным ГОСТам и диаметрам.

Разрывные усилия указанны в Н (Ньютонах), Для перевода в кгс. необходимо разделить значения разрывных усилий на коэффициент 9,8.

Хранение, размотка и эксплуатация стальных канатов.

Хранение канатов должно соответствовать условиям 5 ГОСТ 15150. Канаты надлежит хранить в сухом помещении, обеспечивающем его сохранность от коррозии. При перегрузке транспортировке канатов не допускается нарушения целостности деревянных барабанов, смазки и механического повреждения канатов. После транспортировки и разгрузки канаты подлежат осмотру и смазке оголенных участков.

Перематывание или отмотка каната должна вестись с барабана, установленного на горизонтальном валу. Для избегания образования петель, заломов, «фонарей», «жучков» отмотку и навеску канатов необходимо осуществлять под натяжением.

Канат с верхней части одного барабана необходимо наматывать на верхнюю часть другого барабана.

Разматывать бухту можно только раскатывая ее по земле, сматывать канат с барабана можно только при его вращении на горизонтальной оси.

Резка каната производится после наложения на канат, по обеим сторонам от места резки, прочных вязок из мягкой проволоки.

В процессе эксплуатации для увеличения срока службы каната должна осуществляться регулярная смазка его поверхности. Размеры шкивов, блоков, барабанов должны соответствовать диаметру каната.

Для радиуса канавки барабана, с учетом предельных отклонений диаметра каната и его уменьшения при вытяжке, рекомендовано следующее соотношение с диаметром каната:

Глубина желоба блока

R канавки = (0,52 – 0,53) D каната
Н блока = (1.6 – 2.0) D каната

При навешивании и запасовке каната необходимо принять все меры, исключающие неравномерную работу прядей каната и вытягивание отдельных из них, в противном случае произойдет обрыв таких прядей и самого каната.

Минимальная партия от 5 метров.