Стальной канат с органическим сердечником в полимерной оболочке

Данное устройство относится к канатному производству. Полезная модель применяется в качестве тягового или несуще-тягового каната.
Известны серийно выпускаемые стальные канаты двойной свивки с органическим сердечником по ГОСТ 3069 конструкции 6×7(1+6)+1о.с., канат двойной свивки ГОСТ 2688 конструкции 6×19(1+6+6/6)+1 о.с., канат двойной свивки ГОСТ 7668 конструкции 6×36(1+7×7/7+14)+1 о.с., канат двойной свивки ГОСТ 3077 конструкции 6×19(1+9+9)+1 о.с.
Недостатком данных канатов является уменьшение поперечного сечения при эксплуатации, вследствие конструктивного удлинения канатов под действием нагрузок; нестабильное положение прядей, вызывающее волнистость каната, в результате несимметричного растяжения каната в процессе эксплуатации и утонения органического сердечника.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик каната, а именно: сохранение поперечного сечения каната при эксплуатации, исключение дефекта «волна», снижение крутящего момента, повышение модуля упругости, уменьшение конструктивного удлинения каната.
Для решения данной задачи предложен стальной канат с органическим сердечником, состоящий из прядей линейного касания, свитых вокруг органического сердечника, отличающийся тем, что органический сердечник покрыт полимерной оболочкой, заполняющей межвитковое пространство, толщина которой равна 20-30% от номинального диаметра органического сердечника, а соотношение диаметров каната и сердечника составляет D1:D2=(2,0÷2,15), при этом наружные пряди каната уложены с зазорами 1,5-3,5% от номинального диаметра прядей; в процессе свивки канат подвергается предварительной вытяжке приложением нагрузки в диапазоне (0,30÷0,55) от разрывного усилия каната.
Особенность стального каната в полимерной оболочке состоит в том, что наружные пряди могут быть пластически деформированы со степенью обжатия площади поперечного сечения 13-20%.
Полезная модель иллюстрируется изображениями, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 - поперечное сечение каната конструкции 6×36(1+7+7/7+14)+1о.с., где 1 - органический сердечник, 2 - полимерная оболочка, 3 - наружные пряди каната.
Фиг. 2 - поперечное сечение каната конструкции 6×19(1+6+6/6)+1 о.с., где 1 - органический сердечник, 2 - полимерная оболочка, 3 - наружные пряди каната.
Фиг. 3 - поперечное сечение каната конструкции 6×К19(1+9+9)+1о.с., где 1 - органический сердечник, 2 - полимерная оболочка, 3 - наружные пластически деформированные пряди каната.
Сущность полезной модели в следующем.
Изготовление стального каната с органическим сердечником в полимерной оболочке производят в три технологические операции: изготовление наружных прядей каната, покрытие органического сердечника полимером на экструзионной линии и свивка каната на канатовьющем оборудовании.
Покрытие органического сердечника 1 полимером 2 осуществляют на экструзионной линии. Загруженные в зону загрузки экструдера гранулы полимера перемещаются шнеком к головке, нагреваясь до температуры плавления, и выдавливаются под вакуумом на органический сердечник, проходящий поперек шнека, толщиной 20-30% от номинального диаметра органического сердечника. Для фиксирования нанесенного покрытия органический сердечник постепенно охлаждают водой.
В качестве полимера могут быть использованы полипропилен, полиэтилен, полистирол и другие пластические массы.
Изготовление наружных прядей каната производят на прядевьющем оборудовании. Для получения пластически деформированных прядей 3 каната применяют роликовую клеть-волоку, которая устанавливается непосредственно на прядевьющем оборудовании после плашкодержателя, выходящая прядь 3 из плашек, свиваясь, поступает в роликовую клеть-волоку. После прохождения клеть-волоки прядь 3 приобретает гладкую, правильную и плотную поверхность. При этом уменьшается площадь поперечного сечения пряди 3 на 13-20% после обжатия.
Изготовление каната производят на канатовьющем оборудовании. При свивке каната происходит равномерный разогрев поверхности органического сердечника до температуры размягчения полимера. Давление, возникающее при навивке вокруг сердечника наружных прядей 3, сдавливает и профилирует полимерное вещество до тех пор, пока оно полностью не заполнит внутреннее свободное пространство в канате и не начнет выдавливаться через зазоры между наружными прядями.
Для снижения остаточных технологических напряжений в канате и улучшения эксплуатационных характеристик, его подвергают предварительной вытяжке (т.е. вытягивают еще до того, как это произойдет под нагрузкой при эксплуатации). Эту операцию проводят на том же канатовьющем оборудовании, оснащенным устройством растяжения, одновременно при свивке каната.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить следующий технический результат: полимерная оболочка органического сердечника позволяет зафиксировать положение прядей каната, которое достигается вдавливанием их при свивки каната в полимер, предварительно размягченный, исключая при этом несимметричное растяжение каната и утонение органического сердечника в процессе эксплуатации.
Толщина полимерного покрытия 20-30% от номинального диаметра органического сердечника является оптимальной, так как сохраняется гибкость каната и в то же время органический сердечник в полимерной оболочке имеет меньшее относительное удлинение за счет заполнения межвиткового пространства полимером.
Органический сердечник в полимерной оболочке лучше сопротивляется сжимающим и истирающим воздействиям. Сердечник служит внутренней опорой и амортизатором для прядей и самого каната в целом.
При изгибе каната сердечник заставляет его сохранять симметричную форму и препятствует уменьшению диаметра каната под действием растягивающей нагрузки. Этим и обусловлено соотношение диаметров каната и сердечника D1:D2=(2,0÷2,15), а также размер поперечного сечения сердечника должен обеспечивать межпрядный зазор наружных прядей каната, равный 1,5-3,5% от номинального диаметра прядей, не допуская соприкосновения проволок смежных прядей, исключая обрывы проволок под действием межпрядного давления. Завышение и занижение диаметра сердечника приводят к снижению технического ресурса каната.
Приложение нагрузки в диапазоне (0,30÷0,55) от разрывного усилия каната значительно превышает эксплуатационной, что обеспечивает равномерное снижение технологических напряжений и деформаций и по длине, и по поперечному сечению каната. Кроме того, канат после предварительной вытяжки обладает повышенной надежностью за счет уменьшения крутящего момента, повышения модуля упругости, уменьшения остаточного конструктивного удлинения.
Канаты с пластически деформироваными прядями со степенью обжатия площади поперечного сечения 13-20% износостойкие к истиранию, благодаря гладкой поверхности снижается износ ручьев блоков. Имеют повышенную прочность при сохранении диаметра, а также увеличивается стойкость каната к поперечному раздавливанию. При обжатии каната менее 13% не обеспечивается требуемое разрывное усилие каната, при этом поверхность остается рельефной, что снижает устойчивость каната к истиранию и раздавливанию. Обжатие более 20% приводит к наибольшим потерям прочности, снижению механических свойств проволок прядей и каната в целом.
Выбор конструкции наружных прядей каната зависит от условий работы каната.
Так канаты конструкции 6×36(1+7+7/7+14)+1 о.с. отличаются сравнительно большим числом проволок в прядях и поэтому обладают повышенной гибкостью. Наличие в наружном слое этих канатов толстых проволок позволяет успешно применять их в условиях абразивного износа и агрессивных сред.
Канаты конструкции 6×19(1+6+6/6)+1 о.с. эффективны при эксплуатации в сложных условиях работы с интенсивным знакопеременным изгибом благодаря наличию проволок разного диаметра во внешнем слое прядей.
Канаты конструкции 6×19(1+9+9)+1 о.с. или 6×К19(1+9+9)+1 о.с. эффективны в условиях сильного истирания благодаря наличию проволок увеличенного диаметра во внешнем слое прядей.
Лабораторные испытания на растяжение канатов показали снижение конструктивного удлинения на 20-30% по сравнению со стандартными канатами с органическим сердечником без полимерной оболочки.