Грузоподъемных машинах

В грузоподъемных машинах в качестве гибких тяговых органов применяются канаты и цепи.

Из всех существующих наиболее широкое применение нашли стальные проволочные канаты. Основные параметры их регламентированы ГОСТ 3241-80. Канаты изготовляют из высокопрочной стальной проволоки диаметром 0,2÷З мм марок высшей (В) и первой (1) по ГОСТ 7372-79 с временным сопротивлением разрыву δ_вр = 1400÷2000 МПа. Высокая прочность проволоки достигается многократным холодным волочением с промежуточной химической и термиче­ской обработкой. С увеличением прочности проволочек повышается жесткость каната и уменьшается срок службы вследствие снижения усталостной прочности при изгибе. Уменьшение прочности проволочек приводит к увеличению ди­аметров каната, блоков и барабанов, т. с. габаритов машины.

Канаты, работающие в сухих помещениях, изготовляют из светлых (не покрытых другими металлами) проволочек, а в сырых помещениях — из оцин­кованных проволочек. Последние являются коррозиестойкими, но прочность их снижается примерно на 10 % за счет отпуска при оцинковании. Оцинкованные проволочки слабо сопротивляются действию кислот.

Канаты изготовляют на специальных канатовьющих машинах. По количеству переходов канаты бывают одинарной; двойной и тройной свивки. Если пучок проволочек сразу свивают в канат, то получают канат одинарной свивки (рис. 1). Такие канаты еще называют спиральными. Они обладают повышенной жесткостью и их применяют в качестве оттяжек и несущих элементов в кабельных кранах и подвесных канатных дорогах. Для получения более ровной наружной поверхности внешний ряд изготовляют из проволочек фасонного сечения (например, z-образных). Такие канаты называются закрытыми спиральными.

Если наружное кольцо сделано путем комбинации профилированных и круг­лых проволочек, то канат называют полузакрытым.

 

 

 

 

Рис. 1. Канаты одинарной свивки (спиральные): а, б - открытые; в - полузакрытые; г, д, с – закрытые.

 

В канатах двойной свивки (рис 2.) сначала проволочки свивают в пряди (стренги), а затем пряди свиваются в канат вокруг центрального сердечника. Эти канаты называют тросами. Они нашли наибольшее применение в грузоподъемных машинах.

Различают три вида центральных сердечников в канатах двойной свивки: пеньковые, асбестовые и металлические. Наибольшее распространение получили пеньковые сердечники, которые пропитывают смазкой. При работе каната смазка выдавливается и уменьшает трение между проволочками и износ их осуществляет защиту от коррозии. Это увеличивает гибкость каната. Асбестовые сердечники используют в канатах при работе крона в горячих цехах, а металлические сердечники — при многослойной навивке каната на барабан. В качестве металлического сердечника может использоваться отдельная прядь или целый канат двойной свинки (рис. 2, б).

 

 

Рис. 2. Канаты двойной свивки (тросы): а - ТК6х19 [1+6+12] +1.0.С, ГОСТ 3070-88; б -ЛК-06х19 [1+9+9]+7х7 [1+6], ГОСТ 3081-80; в - ЛК-Р6х19[1+6+6/6]+1.0.С, ГОСТ 2688-80; г - ЛК-Р06хЗб [1+7+7/7+14]+7х7 [1+6], ГОСТ 7669-80; д - ЛК-З6x25 [1+ 6+12/6]+1.0.C, ГОСТ 7665-80; е - ТЛК-06x27 [1+6+10+10]+1.0.С, ГОСТ 3079-80

 

Канаты различают по направлениям свивки (рис. 3). Свивка прядей и каната в целом может быть правой или левой. Если направления свивки прядей и каната совпадают, то образуется канат односторонней (параллельной) свивки, а если не совпадают, то получается канат крестовой свивки. В канатах комбинированной свивки проволочки в смежных прядях свиты в противоположных направлениях, которые совпадают или не совпадают с поправлением свинки каната.

 

 

Рис. 3. Типы канатов по направлению свивки: а - крестовая соответственно правая и левая; б - односторонняя правая и левая; в - комбинированная правая.

По сравнению с канатами крестовой свивки канаты односторонней свивки имеют большую гибкость, более гладкую наружную поверхность, что обеспе­чивает большую площадь контакта и снижение давлений на блоках и барабанах способствующих уменьшению износа. К их недостаткам следует отнести повышенную способность к расплющиванию на огибаемых поверхностях и склонность к самораскручиванию. Последнее не позволяет подвешивать грузы к одной ветви каната. Оборванные проволочки каната самораскручиваются на большой длине, что создает неудобства в эксплуатации. При резком ослаблении канатов происходил их закручивание. Поэтому, несмотря на значительные преимущества, канаты с односторонней свивкой не нашли широкого применения на практике.

Канаты крестовой свивки более жесткие и менее износостойкие вследствие точечного контакта проволочек и высоких напряжений смятий в месте контакта, но им не присущи указанные выше недостатки канатов односторонней свивки. В канатах комбинированной свивки объединены достоинства обоих типов канатов.

Правое и левое направление свивки каната необходимо учитывать при креплении каната на барабане и направлении его вращения. Для увеличения проч­ности и долговечности каната при наматывании его на барабан должно про­исходить дополнительное подкручивание.

Различают два вида касания проволочек по слоям: линейное и точечное (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Касание проволочек по слоям: а - линейное; б - точечное

 

Линейное касание (ЛК) возникает при равных углах навивки проволочек во всех слоях пряди, а точечное касание (ТК) — при разных углах навивки. Канаты типа ЛК имеют большую гибкость, лучшее заполнение поперечного сечения металлом, выше долговечность в 1,5—1,8 раза, но дороже в изготовлении. Объединение достоинств обоих типов канатов осуществлено в канатах типа ТЛК, у которых контакт проволочек чередуется с линейным.

Канаты типа ЛК имеют несколько разновидностей:

ЛК-О (см. рис. 2,6) — с одинаковым числом и диаметром проволочек в слое:

ЛК-Р (см. рис. 2,в) — с разным числом и диаметром проволочек в слое;

ЛК-РО (см. рис. 2,г) — с проволочками разного и одинакового диаметров по отдельным слоям пряди;

ЛК-3 (см. рис. 2,д) — между слоями проволочек размещены заполняющие проволочки меньшего диаметра.

Эти разновидности канатов но сравнению с обычными имеют большую проч­ность за счет лучшего заполнения металлом поперечного сечения, но они дороже в изготовлении. При выборе того или иного каната следует пользоваться реко­мендациями руководящего технического материала (РТМ) 24.090.59—80 «Крапы грузоподъемные мостовые и козловые. Канаты подъемные. Номенклатура». Он утвержден Министерством тяжелого и транспортного машиностроения. В част­ности, при однослойной навивке каната на барабан рекомендуются канаты типа ЛК-РО 6x36 [1+7+7/7+14]-1О.С. (ГОСТ 7668—80). Расшифровка числовых значений в условном обозначении каната следующая: 6 — число прядей. 36 — ко­личество проволочек в одной пряди, числа в квадратных скобках — количество слоев в пряди и проволочек в соответствующем слое, 1 О.С - один органический сердечник.

В канатах тройной свивки (кабелях) проволочки спиваются в первичные пря­ди, первичные пряди во вторичные, а последние в канат. Эти канаты отличаются повышенной гибкостью и прочностью, но быстро изнашиваются во взаимодействии с блоками и барабанами. Они сложнее и дороже в изготовлении по сравнению с рассмотренными ранее. Поэтому канаты тройной свивки не нашли широкого применения на практике. Их используют, например, в качестве натяжных канатов в подвесных канатных дорогах.

По способу изготовления канаты разделяют на раскручивающиеся и нераскручивающиеся.

В обыкновенных (раскручивающихся) канатах проволоки и пряди не сохра­няют своего положения после снятия перевязок концов, а стремятся выпрямиться.

Нераскручивающиеся канаты — это канаты, свиваемые из заранее деформи­рованных проволок и прядей, получающих перед свивкой форму, соответствую­щую их положению в канате. Проволочки таких канатов в ненагруженном со­стоянии не испытывают внутренних напряжений, вследствие чего такие канаты не раскручиваются. Эти канаты имеют значительно более высокий срок службы, чем канаты, свитые из недеформируемыхпроволок. Растягивающее усилие в них более равномерно распределяется между прядями каната и между проволочками в прядях; они обладают большей сопротивляемостью переменным изгибам; оборванные проволочки в них сохраняют свое прежнее положение и не выходят из каната, что облегчает его обслуживание и уменьшает износ поверхности барабана и блока лопнувшими проволочками.

 

 

 

Рис. 5. Канаты с фасонными прядями:

а - трехграннопрядные;б - овальнопрядные; в - плоскопрядные

 

Для шахтных подъёмников вместо канатов с круглыми прядями применяют канаты с фасонными прядями (рис. 5). Они имеют большую поверхность соприкосновения с ручьем блока или барабана, чем канаты из круглых прядей, следовательно, давление на них распределяется равномернее, и они меньше - изнашиваются. Профильблока для каната должен быть выполнен так чтобы канат прилегал к нему 1/3 своей окружности. Недостатком фасонно-прядных канатов является сложность и повышенная стоимость изготовления.

Проволочки в канате испытывают сложные напряжения от растяжения, кручения, изгиба и смятия. Расчет этих напряжении и анализ сложнонапряженного состояния проволочек аналитическим путем представляет значительные трудности. Поэтому и настоящее время выбор канатов при проектировании производят по разрывному усилию

 

S_P ≥ kS_max (1)

 

где k - наименьший допустимый запас прочности, регламентируемый правилами Госгортехнадзора (табл. 1); S_max - максимальное рабочее напряжение ветви каната без учета динамических нагрузок.

На долговечность каната существенное влияние оказывают конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы. К конструктивным факторам относятся, прежде всего, правильный выбор отношения между диаметром барабана или рабочего блока и диаметром каната. Чем меньше это отношение, тем больше будут напряжения изгиба и канате и ниже его долговечность. С увеличением временного сопротивления разрыву проволочек в канате также снижается долговечность каната.

К технологическим факторамможно отнести качество проволоки, смазочных материалов, характер свивки и правильный выбор материалов для желобов блоков и барабанов. Например, замена стальных блоков чугунными повышает долговечность канатов на 15-30 %, а футеровка желобов блоков полимерными материалами увеличивает долговечность канатов в 2÷2.5 раза.

Таблица 1

Значения коэффициента запаса прочности каната

Назначение канатов	Тип привода	Группа режима работы	Значе- ние k
Грузовые и стреловые	Ручной Машин- ный	1М 2М, ЗМ 4М 5М, 6М	4,0 5,0 5,5 6,0
Оттяжки стрел, мачт и опор	-	-	3,5
Грейферные, для грейферов с раздельным двухмоторным приводом (принимая, что масса грейфера с грузом равномерно распределена на все канаты)			6,0
Канаты лебедок, предназначенных для подъема людей	-	-	9.0
Канаты, используемые при монтаже кранов	-	-	4.0

 

Еще более широкий диапазон эксплуатационных факторов, влияющих на долговечность каналов: это и влияние высоких температур. ухудшающих условия смазывании и наличие абразивной пыли, паров кислот и щелочей. В процессе эксплуатации канаты необходимо периодически обрабатывать техническим вазелином, графитовыми смазками или солидолом. Запрещается использовать для этих целей мази, содержащие кислоты и щелочи. В зимних условиях рекомендуется применять морозостойкую канатную мазь «Торсион-55».

Правила Госгортехнадзора регламентируют браковку канатов по числу оборванных проволочек на длине шага свивки, по допустимой степени износа или коррозии, совместному проявлению данных признаков.

Шагом свивки называют полный оборот одной пряди каната. Для определения шага свивки на одной из прядей наносят метку, от которой отсчитывают столько витков, сколько прядей в поперечном сечении каната, на следующий после отсчета виток наносят вторую метку. Расстояние между метками принимают за шаг свивки.

Ежедневно перед началом работы производят осмотр канатов и результаты записывают в специальный журнал осмотров. Выбирают наибольшее количество оборванных проволочек на длине шага свивки по длине каната и сравнивают с нормами (табл. 2).

При подсчете числа обрывов проволочек на длине свивки в канатах, имеющих проволочки разных диаметров, поступают следующим образом. Обрыв тонкой проволоки принимают за 1, а более толстой — за 1,7. Например, если обнаружены обрывы шести тонких и четырех толстых проволочек, то условное число обрывов будет (6×1) + (4×1,7)=12,8 ≈ 13.

Если грузоподъемная машина используется для подъема людей или кислот, щелочей, раскаленных и расплавленных металлов, огнеопасных и ядовитых материалов, то браковку канатов производят при числе обрывов проволочек на длине свивки в 2 раза меньше, чем указано в табл. 2.

Таблица 2

Число обрывов проволочек на длине одного шага свивки каната,

при котором канат должен быть забракован

Первоначальный коэффициент запаса прочности каната	Конструкция канатов
	6x19+lO.C.	6x37 + 1O.С.	6x61 + 1O.С.	18x19 +1О.С.
	крес­товая	одно­сторон­няя	крес­товая	одно­сторон­няя	крес­товая	одно­сторон­няя	крес­товая	одно­сторон­няя
До 6
6 — 7
Свыше 7

При браковке каната но износу или коррозии производят микрометром изме­рение фактического диаметра и находят относительное ∆d_K уменьшение диаметра по сравнению с номинальным. Если ∆d_K > 40 %, то канат бракуют. При износе и коррозии производят корректировку допустимого числа обрывов проволочек на длине шага свивки, например, при ∆d_K = 10, 15, 20, 30 и 35 % допустимое число обрывов соответственно составит 85, 75, 70, 60 и 50 % значений, указанных в табл. 2.

Цепи, применяемые в погрузочно-разгрузочных машинах, разделяются но назначению на грузовые, тяговые, чалочные, а по конструкции — па пластинчатые и сварные.

 

 

Рис. 6. Цепи, применяемые в погрузочно-разгрузочных машинах и механизмах: а - сварная; б - пластинчатая с расклепкой на пластинах; в - пластинчатая с раклепкой на шайбах; г - пластинчатая на шплинтах; д - пластинчатая с закрытыми валиками; е - пластинчатая втулочная; ж - пластинчатая втулочно-роликовая; з - пластинчатая зубчатая с шарниром скольжения; и - пластинчатая зубчатая с шарниром качения.

 

Цепи сварные (ГОСТ 2319—81) собирают из отдельных звеньев, согнутых из прутковой стали. Для изготовления звеньев используют малоуглеродистые стали марок Ст2 и СтЗ, обеспечивающие надежную и легкую сварку. Цепи сварные характеризуются диаметром d прутковой стали, из которой изготовляются звенья внутренним размером звена t (шага звена) и наружным размером В (рис. 6, а).

Недостатки сварных цепей: наличие сварного стыка и звеньях, обусловленное сваркой; применение для изготовления звеньев малоуглеродистых сталей с низким пределом прочности; высокие контактные напряжения при передаче усилия со звена на звено, что объясняется точечным касанием звеньев. Эти недостатки отсутствуют в пластинчатых (шарнирных) цепях.

Цепи пластинчатые, применяемые в качестве грузовых, должны по своим параметрам соответствовать требованиям ГОСТ 191—82. Они собираются из пла­стин, надеваемых с двух сторон па шейки валиков своими отверстиями. Закреп­ляются пластины либо простой расклепкой торцов шеек (рис. 6, б), либо расклепкой этих торцов на шайбах (рис. 6, в), либо с помощью шплинтов (рис. 6. г). Последние два способа применяются при разрушающих нагрузках свыше 100 кН. На рис. 6д показана конструкция пластинчатой цепи с закрытыми валиками и фигурными пластинами. Валики п этом случае изготовляют гладкими и полностью закрывают пластинами. Материалом для изготовления пластин и валиков грузовых пластинчатых цепей обычно служат качественные углеродистые стали марок 40 и 45, подвергаемые объемной закалке.

Цепи пластинчатые, применяемые и качестве тяговых, должны по своим параметрам соответствовать требованиям ГОСТ 588 — 81. Эти цепи составляют две характерные группы: втулочные и втулочно-роликовые (катковые). Втулочные цепи (рис. 6, е) состоят из внутренних 1 и наружных 2 звеньев, внутренние звенья напрессованы на втулки 4, а наружные — на оси 3. При соединении втулок с осями и расклепке торцов последних образуется неразъемная цепь.

Отличие втулочно-роликовых цепей от рассмотренных состоит в том, что у них на втулки посажены ролики 5 (рис. 6, ж) с возможностью их относительного вращения. Это позволило заменить трение скольжения при взаимодействии цепи и звездочки трением качения и тем самым повысить износостойкость цепей в условиях более высоких скоростей и нагрузок.

В качестве приводных цепей широкое применение нашли зубчатые пластинча­тые цепи (рис. 6, з, и),: конструктивно представляющие собой многорядные соединения зубообразных пластин 8.

Методика подбора цепей предписана Правилами Госгортехнадзора и аналогична методике.подбора стальных канатов. При этом должно быть удовлетворено условие

 

F_р = k_цF_ц ≤ F_тб (2)

 

где k_ц - коэффициент запаса прочности цепи (в соответствии с нормами Правил Госгортехнадзора значения k_ц принимаются по заданному режиму работы механизма, типу цепи и условиям се взаимодействия с барабанами, звездочками или блоками; для сварных цепей, используемых и качестве стропов, k_ц = 5); F_ц -расчетное значение усилия натяжения цепи.

По значению F_p устанавливается соответствующий типоразмер цепи.

Сопоставление гибких рабочих органов показывает, что стальные канаты обладают необходимой гибкостью во всех направлениях, имеют наименьшую массу, обеспечивают плавную бесшумную работу и исключают внезапный обрыв, предупреждая о начавшемся процессе разрушения обрывом отдельных проволок. Недостатки стальных канатов — сравнительно короткий срок службы и необходимость применения блоков и барабанов больших размеров, что приводит к громоздким передаточным механизмам.

Сварные цепи имеют сравнительно большую массу и обладают меньшей надежностью вследствие наличия сварки и повышенного износа в местах соприкосновения смежных звеньев. Некачественная сварка одного звена может привести к внезапному обрыву. Плавная и бесшумная работа цепи обеспечивается лишь при небольших рабочих скоростях (до 0,1 м/с). Преимущество сварных цепей - их гибкость во всех направлениях.

Пластинчатые цепи имеют наибольшую массу и не допускают изгиба в плоскости шарниров. Вследствие отсутствия сварки и изготовления деталей из качественных сталей пластинчатые цепи надежнее сварных. При эксплуатации цепи бракуются, если их износ превышает 10 %.

Лабораторное оборудование:

1. Отрезки канатов различного типа.

2. Измерительный инструмент.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить представленные образцы канатов и определить их тип.

2. Замерить диаметр канатов и определить их разрывное усилие.

3. Исследовать образцы канатов на износ.

4. Подсчитать количество оборванных проволочек и сравнить их допустимым. Все результаты замеров и расчетов занести в таблицу.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Общие сведения о гибких тяговых органах.

3. Таблицы с результатами выполненных замеров.

4. Анализ полученных результатов и выводы по работе.

Вопросы для зачета

1. Что может применяться в качестве гибких тяговых органов в грузоподъемных машинах.

2. Устройство проволочных канатов.

3. Разновидности цепей, используемых в качестве гибких тяговых органов в грузоподъемных машинах.

4. Выбор типа и типоразмера каната.

5. Выбор типа и типоразмера цени.

6. Порядок выбраковки канатов и цепей.

№ п/п	Кол-во переходов	Вид сердечника	Направление свивки	Вид касания	Тип каната	d каната	SP	Smax K=5,0