КАНАТ СТАЛЬНОЙ С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к области стальных канатов, предназначенных для использования в качестве грузоподъемных элементов машин и агрегатов.
Из предшествующего уровня техники известны серийно выпускаемые стальные канаты двойной свивки по ГОСТ 7669-80, содержащие металлический сердечник конструкции 7×7(1+6), на который навиты шесть прядей конструкции 1+7+7/7+14.
Недостатком этих канатов является повышенный механический износ проволок в местах их касания друг с другом, приводящий к их повышенной обрывности. Кроме того, данные канаты в значительной степени способствуют износу блоков грузоподъемных механизмов. Указанные недостатки приводят к снижению производительности машин и агрегатов, увеличению времени простоев и количества ремонтов.
Известен стальной канат, состоящий из прядей повива и металлического сердечника, покрытого полимерной оболочкой, причем полимерное покрытие металлического сердечника может подвергаться нагреву перед конусом свивки с целью заполнения пространства между прядями и обеспечения необходимых зазоров (В.Д. Королев, Канатное производство. М.: Металлургия. - 1980. - С. 36).
Данная конструкция каната исключает контакт проволоки металлического сердечника с прядями каната, однако при нагреве покрытия сердечника перед конусом свивки происходит нагрев проволок прядей и сердечника каната, что негативно сказывается на их свойствах. Кроме того, сохраняется взаимодействие проволок прядей каната с блоками механизмов, что способствует интенсивному износу блоков, истиранию проволок каната и выходу его из строя.
Известен канат, состоящий из шести основных прядей и металлического сердечника, имеющего полимерное покрытие, причем центральная часть сердечника имеет смазку (Патент США 3874158, 1973 г.). Полимерное покрытие сердечника и использование смазки позволяет повысить усталостную прочность каната, однако не исключает взаимный контакт проволок прядей каната и контакт проволок с блоками агрегатов, что в итоге снижает эффективность применения указанного изобретения.
к
мет.серд
к
мет.серд
Известен канат, состоящий из проволочных прядей и металлического сердечника, покрытого полимерной оболочкой, внутреннего заполнения полимерным материалом и наружной полимерной оболочки, причем полимерная составляющая каната представляет одну цельную конструкцию, как по сечению, так и по длине каната, причем толщина полимерной оболочки на металлическом сердечнике обеспечивает зазоры между прядями и определяется соотношением: Δ=(0,4*d-d)/2, где Δ - толщина полимерной оболочки на металлическом сердечнике, d - диаметр каната, d - диаметр металлического сердечника (Патент на полезную модель RU 174518 U1, кл. D07B 1/16, 18.10.2017, принят за прототип).
В результате анализа данного патента выявлены следующие существенные недостатки:
предложенная формула расчета толщины полимерной оболочки металлического сердечника применима не для всех конструкций канатов и не обеспечивает необходимых зазоров, а в некоторых случаях допускает получение отрицательных значений.
Так, например, для каната диаметром 45,5 мм по ТУ 14-173-141-2015 АО «БМК» с полимерным покрытием, диаметр металлического сердечника равен 18,3 мм. Тогда получаем Δ=(0,4*45,5-18,3)/2=-0,05 мм.
полимерная оболочка состоит из трех частей - полимерной оболочки сердечника, внутреннего полимерного заполнения между прядями и наружной полимерной оболочки, что значительно усложняет процесс изготовления каната.
Несмотря на то, что указные части полимерной оболочки изготавливаются из одного материала и в итоге образуют одну цельную конструкцию, соединение трех различных частей будет ненадежным, так как при нанесении внешний оболочки каната полимерное заполнение между прядей, а тем более оболочка сердечника будут прогреваться недостаточно для качественного сцепления между собой. Увеличение же нагрева при нанесении внешней оболочки каната может негативно сказаться на свойствах полимерного материала и проволок каната.
Кроме того, при отдельном нанесении внешней оболочки каната не будет обеспечена надежная адгезия полимера к прядям, что при работе каната приведет к появлению трещин оболочки и ее отслоению. При разрушении полимера и попадании внутрь каната влаги возникнет коррозия проволоки, которая способствует ускоренному износу каната.
Как показывает опыт АО «БМК» при проведении промышленных испытаний канатов с полимерным покрытием, изготовленных с нанесением внешней полимерной оболочки каната методом экструзии, без обеспечения заполнения полимером межпрядного пространства, происходит быстрое растрескивание и отслоение полимерного покрытия. Это ведет к практически полному осыпанию полимерного покрытия с поверхности и ускоренному выходу из строя стального каната.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении ресурса работы каната, за счет повышения адгезии полимерного покрытия к канату, снижения износа оборудования, и исключения контакта прядей каната друг с другом и блоками механизмов, что в итоге увеличит ресурс работы каната и агрегатов, на которых он используется.
пр
пр
Поставленный результат достигается тем, что в стальном канате, с полимерным покрытием, содержащем навитые на металлический сердечник пряди, обеспечивается зазор между прядями каната в интервале (0,04÷0,095)*d, где d - диаметр прядей каната, мм, а покрытие каната полимером осуществляется после его свивки, методом экструзии за одну операцию.
Сущность полезной модели поясняется фигурой 1, на которой изображена конструкция каната с полимерным покрытием, включающая металлический сердечник, пряди каната и полимерное покрытие.
На фигуре 1 показана конструкция каната, состоящая из восьми прядей 1 конструкции 1+7+7/7+14, металлического сердечник 2 тросовой конструкции 7×7(1+6), полимерного материала 3, заполняющего пространство между прядями каната и образующего наружную оболочку каната.
На фигуре 2 показана конструкция каната, состоящая из восьми прядей 1 конструкции 1+7+7/7+14, металлического сердечник 2 тросовой конструкции 7×7(1+6), полимерного материала 3, заполняющего пространство между прядями каната и образующего наружную оболочку каната, причем пряди каната пластически обжатые. Пластическое обжатие прядей повышает прочностные характеристики каната и увеличивает его стойкость к поперечному раздавливанию.
пр
пр
Особенностью предлагаемой конструкции является обеспечение зазоров между прядями каната в интервале (0,04÷0,095)*d, где d - диаметр прядей каната, мм. Благодаря наличию зазоров между прядями, в процессе экструзии заполняется полимером пространство между прядями каната и металлическим сердечником и происходит формирование внешней оболочки каната. Вследствие того, что заполнение полимерным материалом происходит за одну операцию и обеспечивается глубокое проникновение полимера в структуру каната, исключается прямой контакт проволок металлического сердечника и прядей каната, обеспечивается надежное сцепление полимера с элементами каната, что способствует повышению ресурса работы каната и его защите от воздействия окружающей среды.
Таким образом, предложенная конструкция каната позволяет исключить контакт металлических поверхностей проволок смежных прядей, основных прядей и металлического сердечника, а также исключает износ проволок каната из-за попадания абразивных частиц и защищает от воздействия агрессивных сред. В результате покрытия поверхности каната полимерным материалом уменьшается механический износ блоков машин и агрегатов, а также увеличивается площадь контакта между канатом и блоком, что положительно сказывается на работоспособности каната.
Полезная модель может быть использована при изготовлении канатов для грузоподъемных механизмов, работающих в тяжелых условиях.
пр
Полезная модель реализована на опытном канате диаметром 39,0 мм, конструкции 6×36(1+7+7/7+14) + 6×7 (1+6) + 1×7 (1+6). Зазоры между прядями каната составляют около 0,8 мм (0,065*d). Канат имеет полимерное покрытие на металлическом сердечнике, между прядями и на поверхности, нанесенное за один проход на линии экструзии.
АО «БМК» проведены промышленные испытания указанного опытного образца каната на экскаваторе ЭКГ-5 ООО «Пугачевский карьер». Данный канат показал увеличение наработки в 2 раза по сравнению с канатами без полимерного покрытия.