КАНАТ СТАЛЬНОЙ С МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИМ СЕРДЕЧНИКОМ

Полезная модель относится к канатному производству и может быть использована на грузоподъемном оборудовании.
Известен стальной канат двойной свивки с органическим сердечником конструкции 6×31(1+6+6/6+12)+1 о.с. и с металлическим сердечником конструкции 6×31(1+6+6/6+12)+7×7(1+6). (ГОСТ 16853-88 «Канаты стальные талевые для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Технические условия» Введен - 01.07.89 М.: Государственный комитет СССР по стандартам).
Недостатком каната с органическим сердечником является плохое сопротивление к поперечным деформациям от высоких нагрузок в период эксплуатации каната. Канат теряет круглую форму, неравномерно укладывается в ручьи барабана лебедки, в результате чего происходят преждевременные обрывы проволок. Регламентированный допуск фактического диаметра каната превышает более 5%, что не удовлетворяет размеру ручьев барабана лебедки. Рабочий ресурс каната снижается.
Недостатком каната с металлическим сердечником является конструкция сердечника 7×7(1+6), которая состоит из семи совершенно одинаковых по своим диаметрам прядей, вследствие чего между центральной прядью сердечника и его наружными прядями образуется радиальный зазор и снижается плотность свивки, что приводит к западанию отдельных прядей в местах их тангенциального контакта, нарушению круглой формы поперечного сечения сердечника. Прямая центральная прядь в сердечнике испытывает перегрузку при работе каната: растяжение в сочетании с кручением каната на шкивах грузоподъемного оборудования. Это приводит к обрыву, выходу наружу центральной пряди в межпрядное пространство каната, что влечет за собой снижение безопасности выполняемых грузоподъемных работ и уменьшение технического ресурса каната.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является стальной канат двойной свивки конструкции 6×26(1+5+5/5+10)+3×19(1+6+6/6)+3 о.з. с линейным касанием проволок разного диаметра в наружном слое стальных прядей металлоорганического сердечника (патент РФ на изобретение №2731238, МПК D07B 1/00, Е21В 19/00).
Недостатком данного каната является снижение эксплуатационного ресурса. Это связано с тем, что наружный слой стальных прядей металлоорганического сердечника состоит из чередующихся проволок двух диаметров - малого (тонкого) и большого диаметра. При увеличении нагрузки на канат возрастает давление сжатия между канатом и шкивом грузоподъемного оборудования, которое передается от наружных прядей каната на проволоки сердечника, возрастает трение и давление между прядями каната и сердечника, смежными проволоками тонкого и большого диаметров в стальных прядях сердечника, что провоцирует быстрое разрушение тонкой проволоки. Кроме того проволоки тонкого диаметра относительно проволок большего диаметра быстрее разрушаются от коррозии. Находящиеся внутри каната изношенные и оборванные проволоки сердечника скрыты от визуального осмотра, нарушается конструктивная целостность металлоорганического сердечника.
Кроме того, пластическое обжатие прядей данного каната производят со степенью обжатия 13-20%. Известно, что при обжатии свыше 8% существенно теряется прочность и снижается гибкость прядей каната.
Уменьшается количество перегибов и скручиваний деформируемых проволок. (Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Лаптевой Т.А. «Повышение работоспособности подвижных канатов на основе применения калибрующего обжатия прядей», Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением, 2014 г., стр. 88)
Техническая задача заключается в увеличении срока эксплуатации каната за счет увеличения износостойкости, сопротивления к поперечным деформациям, гибкости, коррозионной стойкости и плотной свивки каната.
мос
н.к.
н.к.
o.з.
п.c.
п.с.
л
Поставленная задача решается тем, что в канате стальном с металлоорганическим сердечником, включающем шесть обжатых наружных прядей с полосовым касанием проволок конструкции 6×26(1+5+5/5+10), свитых вокруг металлоорганического сердечника. Конструкция металлорганического сердечника 3×19(1+9+9)+3 о.з. выполнена с линейным касанием проволок одинакового диаметра в наружном слое стальных прядей, при этом диаметр металлорганического сердечника рассчитываем D=0,396⋅D, где D - номинальный диаметр каната, 0,396 - коэффициент, который обеспечивает оптимальный тангенциальный зазор между наружными прядями каната. Данный коэффициент получен рассчетно-опытным путем. Диаметр органического заполнителя межпрядного пространства выбираем равным d=(0,5÷0,6)⋅d, где d - диаметр стальной пряди сердечника, 0,5÷0,6 - расчетный коэффициент, который обеспечивает полное заполнение пространства между стальными прядями сердечника и структурную целостность каната. В качестве органического заполнителя межпрядного пространства использовано полипропиленовое волокно. При этом наружные пряди каната пластически деформированы со степенью обжатия (n) 4-6%, при других значениях степени обжатия механические свойства проволоки ухудшаются, снижается пластичность. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
на фиг.1 схематично изображен внешний вид заявляемого каната стального с металлорганическим сердечником,
на фиг.2 изображено сечение каната, показанного на фиг.1;
на фиг.3 изображен металлоорганический сердечник.
Канат стальной с металлорганическим сердечником состоит из металлоорганического сердечника конструкции 3×19(1+9+9)+3 о.з. - 1, состоящего из стальных прядей 2 с линейным касанием (тип ЛК-О) проволок в наружном слое одинакового диаметра 3 и органическим заполнителем межпрядного пространства 4, вокруг которого по винтовой линии навиты шесть наружных прядей 5 с пластическим круговым обжатием.
Сопротивление каната к поперечным деформациям достигается за счет комбинированного металлоорганического сердечника.
Органический заполнитель предохраняет канат от попадания пыли, влаги, абразивных веществ во внутрь и создает конструктивную целостность каната, что увеличивает гибкость и коррозионную стойкость.
В качестве органических заполнителей могут применяться сердечники из химических или натуральных волокон, например, серийно выпускаемые промышленностью органические сердечники двойной свивки из полипропиленового материала
Диаметр проволок в верхнем слое прядей сердечника близок к диаметру проволок наружных прядей каната, что увеличивает износостойкость сердечника и каната в целом.
Отсутствие в сердечнике центральной пряди способствует равномерному распределению усилий между элементами каната и исключает чрезмерную нагрузку стальных прядей сердечника.
Для плотной свивки каната рассчитываем:
1. Диаметр металлорганического сердечника
н.к.
D - номинальный диаметр каната
2. Диаметр стальной пряди металлорганического сердечника
2,15 - расчетный коэффициент геометрической зависимости диаметра свитого сердечника из трех стальных прядей от диаметра стальной пряди, определенный геометрически расчетным способом
3. Диаметр органического заполнителя по формуле:
4. Диаметр обжатой пряди каната
3,06÷3,07 - расчетный коэффициент геометрической зависимости диаметра каната от диаметра наружной пряди при соответствующем шаге свивке, определенный геометрически расчетным способом.
На Магнитогорском метизно-калибровочном заводе «ММК-МЕТИЗ» были изготовлены партии канатов диаметром 28 и 38 мм, в соответствии с вышеуказанным описанием.
Изготовленные канаты использовались для глубокого бурения на буровой установке в северном регионе России при температурах от +35°С до -45°С, на предприятиях ПАО «НК «Роснефть».
Заявленные параметры: фактический диаметр каната, гибкость, сопротивление к поперечным деформациям, коррозионная стойкость, показали удовлетворительную технологичность. Срок эксплуатации по сравнению с регламентированным в ГОСТ 16853-88 увеличился на 8-10%.
Таким образом, заявленный канат полностью решает поставленную задачу.