Для подъема грузов и передачи тяговых усилий используют гибкие рабочие органы — канаты и цепи.
Канаты для подъема грузов называются грузовыми, для передачи тягового усилия в механизмах перемещения грузов — т я г о в ы м и, а для обвязки и крепления грузов к крюкам — чалочными или стропами.
В грузоподъемных машинах применяют стальные проволочные канаты. Канаты из органического волокна (пеньковые, хлопчатобумажные н из синтетического волокна) используют в качестве чалочных. Применение канатов из органического волокна в кранах и подъемных механизмах с машинным приводом правилами Госгортехнадзора не допускается.
Канат из органического или синтетического волокна состоит из нескольких прядей, свитых между собой. Наибольшее распространение получили трехпрядные канаты (рис. 4). Для работы в сухих помещениях обычно используют несмоленые (бельные) пеньковые или хлопчатобумажные канаты, которые обладают относительно большей разрывной прочностью и гибкостью. Для работы в условиях повышенной влажности можно использовать канаты, пропитанные смолой (смоленые), стойкие против гниения, но с разрывной прочностью примерно на 10% меньше, чем у бель-ных канатов. Канаты из органического волокна, применяемые для стропов, должны удовлетворять требованиям ГОСТа 483—55.
Расчет пеньковых и хлопчатобумажных канатов производят по полному (без вычета пустот между прядями) сечению. Если растягивающее усилие S, то искомый наружный диаметр каната
Полученный диаметр каната округляют до ближайшей большей величины по ГОСТу 483—55. По диаметру каната определяют диаметр блоков Dб, огибаемых канатом, из соотношения
В грузоподъемных машинах с машинным приводом применяют стальные проволочные канаты из проволок толщиной 0,4—2 мм, изготовляемые па специальных канатовьющих станках. Для изготовления канатов используют светлую проволоку из углеродистой мартеновской стали с расчетным пределом прочности 1 или растяжении, равным 1300—2000 н/мм2. (130-200 кгс/мм2). Иногда применяют оцинкованную проволоку с целью защиты канатов от ржавления при работе во влажных условиях.
Канатные заводы изготовляют стальные проволочные канаты различных типов, для применения в разных эксплуатационных условиях и отличающиеся конструкцией, характером и направлением свивки и размером проволок (рис. 5).
По форме поперечного сечения канаты делятся на плоские и круглые, а по характеру свивки — на канаты одинарной свивки (рис. 5, а), в которых все проволоки размещены последовательными концентрическими слоями; двойной свивки (тросы), которые свиты из отдельных прядей (рис. 5, б); канаты тройной свивки (кабельные), в которых пряди свивают в стренги, а последние — в канат (рис. 5, в).
В зависимости от направления свивки прядей и самого каната различают канаты односторонней свивки (рис. 5, г), в которых направления свивки проволок в пряди и прядей в канат одинаковы, и канаты крестовой свивки (рис. 5, д), в которых направления свивки прядей и самого каната противоположны.
Канаты по роду свивкн проволок в прядях разделяются на:
а) с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей (по ГОСТу 3241—55, обозначаемые ТК); пряди по отдельным слоям изготовляют из проволок одинакового или разного диаметра;
б) с линейным касанием проволок в пряди (по ГОСТу 3241—55, обозначаемые ЛК).
Канаты с линейным касанием проволок (рис. 5, е, ж и з) могут быть с проволоками одинакового диаметра в отдельных слоях (обозначаемые ЛК—О), с проволоками двух разных диаметров в верхнем слое пряди (ЛК—Р) и с проволоками разного и одинакового диаметра по отдельным слоям (ЛК—РО).
В грузоподъемных и транспортирующих машинах используют круглые канаты двойной свивки, преимущественно крестовой, с одним пеньковым сердечником. За последнее время все большее распространение получают канаты, пряди которых свиты из проволоки разного диаметра. С целью повышения долговечности наружные проволоки таких канатов изготовляют большего диаметра, чем внутренние. Тонкие проволоки внутренних слоев делают канат более гибким. Из канатов этого типа в подъемно-транспортирующих машинах применяют преимущественно канаты ЛК—Р по ГОСТу 2688—55 (рис. 5, ж) и типа ЛК—О по ГОСТу 3077—55 (рис. 5, з).
Канаты односторонней свивки более гибки, чем крестовой. Они имеют гладкую наружную поверхность, а поэтому меньше изнашиваются при огибании блоков и барабанов. Однако такие канаты легко раскручиваются при подъеме и перемещении свободно подвешиваемых грузов. Поэтому применение их ограничено подъемниками, в которых грузы находятся в клетях, движущихся по направляющим. При этом навивание канатов на барабаны производят только в один слой. В канатах с линейным касанием проволок типа ЛК—Р и ЛК—РО вследствие устранения взаимного пересечения проволок и обеспечения параллельности их по всей длине свивки достигается увеличение разрывной прочности и значительно снижается удельное давление между проволоками. Это обусловливает повышенную гибкость и долговечность таких канатов по сравнению с канатами обычного типа с точечным касанием проволок. Выборочная характеристика стальных проволочных канатов типа ТК. двойной свивки приведена в табл. 4.
Канат при огибании блоков и барабанов в общем случае испытывает напряжение растяжения от концевой нагрузки и напряжение изгиба.
При проектировании и перед установкой стальные канаты, применяемые в качестве грузоподъемных, стреловых, тяговых и др., должны быть проверены расчетом.
По правилам Госгортехнадзора стальные проволочные канаты рассчитывают на растяжение с регламентированным запасом прочности, при обязательном соблюдении минимального отношения диаметра блока или барабана к диаметру каната.
Необходимо разрывное усилие каната
При выборе каната следует обязательно соблюдать регламентированное Госгортехнадзором отношение между диаметром блоков и барабанов и диаметром каната
Пример. Определить диаметр стального проволочного каната для стрелового крана, обслуживающего погрузку контейнеров с кирпичом на складе кирпичного завода. Нагрузка на канат S = 24 000 н (2400 кгс). Режим работы крана средний.
По табл. 6 для среднего режима работы стрелового железнодорожного крана наименьший коэффициент запаса прочности K= 5,5. Необходимое разрывное усилие каната
По табл. 5 выбираем канат 6 X 19 = 114 диаметром 17 мм, при пределе прочности проволоки 1400 н/мм2 (140 кгс/мм2), с разрывным усилием 137 500 н (13 750 кгс).
Минимальный допускаемый диаметр барабана (табл. 6)
Долговечность стальных проволочных канатов зависит от правильного выбора типа каната для заданных условий, от соотношения между диаметрами каната и барабана или блоков и от ухода за канатами, в частности, от систематической смазки их наружных поверхностей специальной графитовой мазью.
Показателем износа канатов являются обрывы проволок на его поверхности, легко замечаемые при наружном осмотре. Обрывы проволок происходят не одновременно, а постепенно, все нарастая с течением времени.
Основанием для браковки канатов является число допускаемых обрывов проволок на длине одного шага свивки. Количество допускаемых обрывов проволок в канате зависит от первоначального запаса прочности и конструкции каната (числа проволок в канате и характера свивки). Предельные допускаемые числа обрывов проволок на длине одного шага свивки каната по нормам Госгортехнадзора приведены в табл. 7.
Для определения шага свивки от точки I (см. рис. 5, г и д) отсчитывают число прядей на единицу больше числа их в канате. Расстояние I—II и будет шагом свивки каната.
Концы канатов закрепляют в сопряженных конструкциях грузоподъемных машин одним из способов, показанных на рис. 6:
1) загибают вокруг стальных сердцевинных обойм-коушей (по ГОСТу 2224—43), образуя петли и оплетая их проволокой на длине менее 300 мм (рис. 6, а);
2) зажимают не менее, чем тремя сжимами (хомутами) (рис. 6, б);
3) расплетенные [проволокиJ помещают в конические втулки (рис. 6, в) и заливают баббитом;
4) помещают во втулки (рис. 6, г), снабженные стальными зажимными клиньями.
Сжимы (хомуты) получают все более широкое применение в практике эксплуатации грузоподъемных машин. Количество сжимов, необходимое для надежного крепления канатов, определяют по формуле
Сращивание (счаливание) грузовых канатов в подъемных машинах посредством сплетения концов запрещено.