Канат стальной двойной свивки с компактным металлическим сердечником
DOUBLE-TWISTED STEEL ROPE WITH COMPACT METAL CORE

Изобретение относится к области  канатного производства. Применяются в качестве канатов подъемных на мостовых, портальных кранов и на других грузоподъемных механизмах.
Известны шестипрядные канаты двойной свивки по ГОСТ 14954, ГОСТ 7669.
Недостатком стандартных канатов являются невысокая агрегатная прочность, недостаточная гибкость, большое количество обрывов проволок наружного слоя из-за контактных напряжений.
Известен канат стальной многопрядный малокрутящийся, конструкции 12×7(1+6)+3×7(1+6)/3×7(1+6)+3×7(1+6) с использованием пластически обжатых прядей (ПМ RU109112, МПК B66C 1/00, 10.10.2011 г.).
Недостатком данной полезной модели является невысокая прочность, конструкция сердечника не обеспечивает надежной опоры для наружных прядей каната, не увеличивает заполнение сечения каната, низкий модуль упругости.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является стальной трос для крана, содержащий центральную прядь, четыре пряди внутреннего слоя, четыре пряди заполнителя и восемь прядей наружного слоя (CN201686880U, МПК D07B 1/10, 29.12.2019 г.).
Недостатком прототипа является низкая усталостная прочность из-за высоких контактных напряжений между прядями внутреннего слоя и наружного в связи с отсутствием ровной опорной поверхности для наружных прядей каната, невысокая агрегатная прочность, низкий модуль упругости.
Технический результат изобретения – получение каната с повышенным сроком службы, который обладает высокой усталостной прочностью, высокой агрегатной прочностью, высоким модулем упругости, максимальным заполнением сечения металлом, коррозионной стойкостью.
к
с
Технический результат достигается тем, что канат стальной двойной свивки, состоящий из 4-18 наружных прядей, по типу свивки полосового касания, свитых вокруг металлического сердечника двойной свивки пластически обжатого в целом по площади поперечного сечения на 12-20%, при этом соотношение диаметра каната D к диаметру металлического сердечника D составляет , при изготовлении канат подвергается предварительной вытяжке, составляющей 30-50% от агрегатной прочности каната.
Технический результат также достигается тем, что полимерным материалом покрыт металлический сердечник, канат или одновременно металлический сердечник и каната.
Технический результат также достигается тем, что проволоки стальные металлического сердечника и наружных прядей каната имеют однородное цинк-алюминиевое покрытие.
Канат стальной двойной свивки с компактным металлическим сердечником имеет высокую степень заполнения металлом площади поперечного сечения, высокую прочность, долговечность и надежность.
Канат стальной двойной свивки с компактным металлическим сердечником имеет высокую степень заполнения металлом площади поперечного сечения, высокую прочность, долговечность и надежность.
Выбор количества наружных прядей каната зависит от назначения канатов.
Канат четырехпрядный используется в качестве подъемного на грузовых механизмах, где необходима малая крутимость, и при этом невысокая масса каната.
С увеличением количества наружных прядей в канате возрастает усталостная прочность на изгиб. Канаты имеют правильную круглую форму сечения, что повышает опорную поверхность. С увеличением опорной поверхности снижаются напряжения в проволоках каната, при эксплуатации каната снижаются контактные напряжения в местах соприкосновения с желобами шкивов и барабаном, а также с растягивающими напряжениями от концевого груза и процесса формирования изогнутого каната на шкиве.
Наружные пряди по типу свивки полосового касания обеспечивают высокую степень заполнения площади поперечного сечения стального каната металлом и увеличивают опорную поверхность каната. Благодаря полосовому касанию проволок в прядях каната канат имеет большую плотность, однородность и высокую агрегатную прочность; более высокую сопротивляемость износу проволок и повышенную способность противостоять внешним деформирующим воздействиям; уменьшается возможность проникновения влаги и загрязнений внутрь пряди.
Компактный металлический сердечник имеет точную геометрию круга благодаря пластическому обжатию в целом, что создает ровную опорную поверхность для наружных прядей каната. Тем самым уменьшаются контактные напряжения, что повышает усталостную прочность каната.
При обжатии металлического сердечника менее 12% не обеспечивается требуемое разрывное усилие каната. Обжатие более 20% приводит к наибольшим потерям прочности, снижению механических свойств.
Металлический сердечник увеличивает коэффициент заполнения металлом поперечного сечения каната, обеспечивает минимальные упругие и остаточные удлинения при эксплуатации, чем обусловлено применение этих канатов на ответственных и тяжело нагруженных установках. Канат обладает повышенным разрывным усилием и большей поперечной жесткостью, благодаря которой возрастает его сопротивление раздавливанию.
Большое заполнение сечения каната металлом обеспечивает большую плотность и повышенную прочность по сравнению со стандартным канатом того же диаметра.
к
с
Согласно изобретению соотношение диаметра каната D к диаметру металлического сердечника D составляет 1,25-5,50 и является оптимальным. Соблюдение заявленного соотношения   обеспечивает структурную целостность каната, наличие зазоров между наружными прядями каната не только при изготовлении, но и на весь период эксплуатации каната.
В процессе приработки каната, особенно в начальный период эксплуатации, канат подвергается остаточному удлинению.
Для снижения остаточного удлинения и увеличения модуля упругости применяют операцию предварительной вытяжки каната путем приложения растягивающей нагрузки 30-50% от агрегатной прочности каната. Такая операция также обеспечивает равномерное распределение нагрузки на все элементы каната, уменьшенное остаточное конструктивное удлинение; увеличение модуля упругости на 20%; снижение крутящего момента; нет необходимости в операциях по укорачиванию или перетяжке каната, приводящим к простоям оборудования, а также производить первоначальную приработку каната, которая приводит к снижению производительности машины.
Особенностью данного изобретения является покрытие полимерным материалом металлического сердечника, каната или одновременно металлического сердечника и каната.
Канат стальной двойной свивки с полимерным покрытием металлического сердечника имеет стабильную геометрию, обладает высоким сопротивлением поперечному раздавливанию, благодаря уплотнению конструкции каната. Полимерное покрытие фиксирует положение прядей каната, предотвращает внутреннюю коррозию, снижает внутренний износ элементов каната при эксплуатации.
Канат стальной двойной свивки с компактным металлическим сердечником также может быть покрыт полимером в целом, способным предотвратить прямой контакт между канатом и узлами оборудования, что увеличивает срок эксплуатации. Полимерное покрытие улучшает внешний вид каната, а также повышает его стойкость к коррозии.
Кроме того, проволоки стальные металлического сердечника и наружных прядей каната могут иметь однородное цинк-алюминиевое покрытие.
Покрытие стальных проволок металлического сердечника и наружных прядей каната однородным цинк-алюминиевым покрытием обеспечивает защиту каната от коррозии на все время эксплуатации.
Алюминий при контакте с воздухом быстро окисляется, в результате этого процесса образуется устойчивая оксидная пленка, которая химически пассивна и не разрушается с течением времени, предотвращая коррозию металла, особенно в наиболее проблемных зонах: сколах и царапинах на поверхности покрытия.
В таблице приведены разрывные усилия стандартных канатов и каната стального двойной свивки с компактным металлическим сердечником согласно изобретению.
Таблица
Диаметр каната, мм
ГОСТ
Конструкция каната
Разрывное усилие каната в целом, маркировочной группы 1770 Н/мм<sup>2</sup>, кН
14,5
7669
6×36+7×7
130
16,0
7669
6×36+7×7
165
17,5
7669
6×36+7×7
196
14,5
канат стальной двойной свивки
8×К26+К7×17
168
16,0
канат стальной двойной свивки
8×К26+К7×17
206
17,5
канат стальной двойной свивки
8×К26+К7×17
245
К – полосовое касание
Из таблицы видно разрывное усилие каната стального двойной свивки согласно изобретению выше в 1,2-1,25 раза, чем у стандартного каната при том же диаметре.
Канат стальной двойной свивки с компактным металлическим сердечником может быть реализован в различных вариантах осуществления.
Рассмотрим подробное изготовление каната на примере каната конструкции 8×К26+К7×17с восьмью наружными прядями.
На фигуре представлено сечение каната на примере восьмипрядного каната конструкции 8×К26+К7×17, где К – полосовое касание. Где 1 – пряди компактного металлического сердечника; 2 – компактный металлический сердечник; 3 – наружные пряди каната.
Изготовление каната производится за несколько технологических операций.
Свивка прядей 1 металлического сердечника на прядевьющем оборудовании, затем изготовление металлического сердечника 2. Изготовление металлического сердечника 2 производится на канатовьющем оборудовании с применением роликовой клети-волоки для получения компактного металлического сердечника. Для снятия внутренних упругих напряжений сердечник 2 подвергается рихтовке в процессе изготовления.
Производство наружных прядей 3 каната осуществляется на прядевьющем оборудовании с применением роликовой клети-волоки для получения полосового касания проволок в прядях.
Завершающей технологической операцией является производство каната на канатовьющем оборудовании. Для снятия внутренних упругих напряжений с прядей 3 каната, а также получении каната в нераскручивающемся исполнении пряди подвергаются предварительной деформации с помощью трехопорного преформатора, установленного на оборудовании. Далее, пряди 3 поступают в обжимные плашки, где происходит формирование каната, затем канат подвергается калибровке в обжимном устройстве, установленном непосредственно за обжимными плашками. Для снятия внутренних упругих напряжений и получения прямолинейности канат подвергается рихтовке. Предварительная вытяжка каната осуществляется при изготовлении каната, после набора каната на вытяжном шкиве, дается нагрузка, составляющей 30-50% от агрегатной прочности каната.
Покрытие полимером элементов каната или каната в целом осуществляется на экструзионной линии. В качестве полимерного материала могут применяться, например, полипропилен, полиэтилен или другие полимерные материалы.
Данное изобретение было реализовано в качестве каната главного подъема мостового крана. Канаты имеют высокий срок службы в 2-3 раза больше, чем стандартных канатов.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить канат с высоким сроком службы, высокой прочностью и надежностью.