КАНАТ СТАЛЬНОЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК D07B1/10 

Изобретение относится к канатному производству и может быть использовано на грузоподъемном оборудовании.

Известен стальной шестипрядный канат двойной свивки с независимым металлическим сердечником конструкции 6×19(1+9+9)+7×7(1+6), применяемый на грузоподъемных устройствах - мостовых кранах, автомобильных кранах (ГОСТ 3081-80 «Канат двойной свивки типа ЛК-O конструкции 6×19(1+9+9)+7×7(1+6). Сортамент». Введен в действие 01.01.1982 Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 23.04.1980 №1834).

Недостатком данной конструкции каната являются: недостаточная гибкость, небольшая зона контакта каната с шкивом, что увеличивает абразивное истирание, износ наружных проволок и их преждевременный обрыв. Это ограничивает применение шестипрядного каната в талевой системе крана, оснащенного шкивами небольшого диаметра.

Кроме того, плохая устойчивость каната к усталости из-за контактных напряжений, возникающих при точечном касании между проволоками наружных прядей каната и прядей сердечника провоцирует обрывность проволок внутри каната.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является стальной многопрядный канат двойной свивки с независимым металлическим сердечником конструкции 18×7-IWRC (12×7(1+6)+6×7(1+6)+1×7(1+6)) (ГОСТ EN 12385-4-2015 "Канаты проволочные стальные. Безопасность. Часть 4. Многопрядные канаты общего назначения для подъема грузов". Введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 01.07.2022 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12.11.2021 г. N 1491-ст).

Недостатками известного каната являются: большое конструкционное и упругое удлинение, низкая усталостная прочность из-за контактных напряжений, возникающих между прядями внутреннего и наружного слоев каната. Кроме того, недостатком является быстрая деформируемость каната под нагрузкой вследствие наличия скольжения между прядями наружного и внутреннего слоев.

Кручение в талевой системе и на барабане лебедки канатов с независимым металлическим сердечником (свитый за отдельную операцию) вокруг своей оси приводит к противоположным по знаку деформациям слоев прядей, удлинение одного слоя приводит к укорочению другого на мерной длине каната и образованию следующих дефектов: отслоение наружных прядей, волнистость, выход сердечника между наружными прядями на поверхность каната, обрыв сердечника.

Одной из причин образования перечисленных дефектов в много-прядных канатах является разница между шагами свивки сердечника и каната, из-за чего внутренний и наружный слои прядей (пряди сердечника и наружные пряди каната) воспринимают нагрузку не одновременно, между слоями каната образуется точечный канат.

Известен способ изготовления шестипрядного каната двойной свивки с независимым металлическим сердечником конструкции 6×19(1+9+9)+7×7(1+6), включающий три технологические операции: изготовление из канатной проволоки семи прядей металлического сердечника конструкции (1+6) и шести наружных прядей каната конструкции (1+9+9), изготовление металлического сердечника конструкции 7×7(1+6), изготовление каната 6×19(1+9+9)+7×7(1+6) ("Технологические основы производства стальных канатов" Мольнер В.Г., Владимиров Ю.В. М., «Металлургия» 1975 г., стр. 79).

Недостатком известного способа является низкая конструктивная плотность изготавливаемого каната (коэффициент заполнения площади каната металлом), а также большое конструкционное и упругое удлинение, не обеспечивающее запас прочности разрывного усилия.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления много-прядного каната двойной свивки с независимым металлическим сердечником конструкции 18x7-1 WRC (12×7(1+6)+6×7(1+6)+1×7(1+6)), который включает в себя три технологические операции: изготовление из канатной проволоки семи прядей металлического сердечника конструкции (1+6) и двенадцати наружных прядей каната конструкции (1+6); изготовление металлического сердечника конструкции 6×7(1+6)+1×7(1+6); изготовление каната 12×7(1+6)+6×7(1+6)+1×7(1+6) ("Технологические основы производства стальных канатов" Мольнер В.Г., Владимиров Ю.В. М., «Металлургия» 1975 г., стр. 88).

Недостатками способа являются:

- снижение производительности, в связи с необходимостью в дополнительных технологических операциях по изготовлению независимого металлического сердечника;

- снижение технологичности производства и наличие дефектов на канате в виде «фонарения» прядей металлического сердечника, отслоения прядей, перекручивания сердечника, нарушения конструктивной целостности и шага свивки.

Техническая задача заключается в получении стального гибкого каната с повышенными эксплуатационными свойствами, с большой конструктивной плотностью, высоким разрывным усилием, низким конструкционным и упругим удлинением, за счет одновременной свивки всех прядей в канат с обеспечением линейного контакта между прядями внутреннего слоя и наружного слоя каната.

Увеличение гибкости, срока эксплуатации, конструктивной плотности, разрывного усилия, снижение конструкционного удлинения достигается за счет новых конструктивных особенностей каната, изготовленного по новому способу.

Технический результат решается тем, что в заявляемом стальном канате двойной свивки, состоящем из одной центральной пряди, вокруг которой свиты слои прядей, согласно изменению, канат состоит из двух слоев прядей, причем пряди внутреннего слоя диаметром D₂ имеют одинаковый диаметр и образуют с центральной прядью металлический сердечник, пряди наружного слоя каната выполнены с двумя различными диаметрами D₃ и D₄, чередующимися между собой, причем шаг свивки прядей внутреннего слоя каната равен шагу свивки прядей наружного слоя каната, а количество прядей в каждом слое соответствует условию:

n=n_d=n_D, где:

n - количество прядей внутреннего слоя каната,

n_d- количество прядей малого диаметра наружного слоя каната;

n_D - количество прядей большего диаметра наружного слоя каната.

Причем число проволок в каждой пряди каната составляет от 6 до 36.

Кроме того соотношение диаметров прядей каната составляет:

D₁/D₂=(0,7-0,8); D₁/D₃=(0,8-0,9); D₁/D₄=(0,6-0,7), где:

D₁ - диаметр центральной пряди каната;

D₂ - диаметр пряди внутреннего слоя каната;

D₃ - диаметр пряди наружного слоя меньшего диаметра;

D₄ - диаметр пряди наружного слоя большего диаметра.

В зависимости от условий эксплуатации конструкция прядей может быть изготовлена типа: ЛК-О, ЛК-Р, ЛК-РО (ГОСТ 3241-90 «Канаты стальные. Технические условия». Введен в действие 01.01.1993 Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 21.11.91 №1775).

Поставленная задача решается еще и тем, что в способе изготовления каната стального двойной свивки, включающем изготовление проволок, свивку проволок в прядь, свивку прядей в канат, рихтовку и смотку каната, отличающийся тем, что пряди каната пластически деформируют со степенью обжатия 4-6%, затем осуществляют одновременную свивку всех прядей каната за одну технологическую операцию с обеспечением линейного контакта между прядями внутреннего и наружного слоя каната, причем тангенциальный зазор между смежными наружными прядями составляет 1-1,5% от большего диаметра наружной пряди, после чего канат калибруют со степенью обжатия 3-4%.

Пряди каната пластически деформируют в роликовой клети или монолитной волоке со степенью обжатия 4-6%, при других значениях степени обжатия механические свойства проволоки ухудшаются, снижается пластичность (Таблица 1).

Затем осуществляют одновременную свивку всех прядей каната за одну технологическую операцию с обеспечением линейного контакта между прядями внутреннего слоя и наружного слоя каната.

Так как до пластической деформации каната тангенциальный зазор между наружными прядями составляет 1-1,5% от большего диаметра пряди наружного слоя, то при калибровке в роликовой клети со степенью обжатия 3-4% с последующим уменьшением диаметра каната до номинального размера получается канат, в котором линейное касание прядей преобразуется в полосовое касание прядей (ПК), тем самым канат приобретает равномерный диаметр в плоскости сечения, уплотняется структура, тангенциальный зазор уменьшается до 0,3-0,5%. При калибровке каната со степенью обжатия менее 3-4% не достигается переход из линейного контакта прядей между собой в полосовое, а обжатие более чем на 4% деформирует внутренние проволоки центральной пряди, образуя зазубрины и их разрушение.

Сущность новой конструкции каната, изготовленной по заявляемому способу, поясняется на чертежах, где:

- на фиг.1 изображено поперечное сечение заявляемого каната со свивкой сердечника конструкции 1+n+n_d/n_D

- на фиг.2. представлена схема распределения давления при линейном контакте (а) и точечном контакте (б) между прядями внутреннего и наружного слоев

- на фиг.3 (а, б, в) изображены возможные типы поперечных сечений прядей каната (ЛК-О, ЛК-Р, ЛК-РО).

Канат стальной состоит из центральной пряди 1 диаметром D₁ и двух слоев: внутреннего и наружного. Внутренний слой состоит из прядей 2 одинакового диаметра D₂, образуя с центральной прядью металлический сердечник. Пряди наружного слоя каната выполнены с двумя различными диаметрами D₃ (малого) 3 и D₄ (большего) 4, чередующимися между собой.

Пример изготовления каната заявляемой конструкции 1+n+n_d/n_D.

На Магнитогорском метизно-калибровочном заводе «ММК-МЕТИЗ» был изготовлен канат конструкции: 1+5+5/5(1×7(1+6)+5×7(1+6)+5×7(1+6)/5×7(1+6)).

Способ изготовления каната с одновременной свивкой всех прядей каната за одну технологическую операцию включает: предварительное изготовление центральной пряди; пяти прядей внутреннего слоя (сердечника); десяти прядей наружного слоя каната. Изготовление прядей производится из проволоки по ГОСТ 7372-79 на канатной машине сигарного типа, со степенью обжатия прядей 4,5%.

Диаметр центральной пряди равен 1,75 мм, диаметр составляющих прядь проволок 0,65 мм-центральная, 0,55 мм - в повиве. Диаметр пряди внутреннего слоя каната равен 2,35 мм, диаметр составляющих прядь проволок 0,85 мм - центральная, 0,75 мм в повиве. Пряди наружного слоя каната изготавливались разных диаметров и располагались в канате с чередованием. Диаметр пряди меньшего диаметра наружного слоя каната 2,0 мм изготавливался из проволоки диаметром 0,70 мм- центральная и 0,65 мм в повиве. Диаметр пряди 3 большего диаметра 2,65 мм изготавливался из проволоки диаметром 0,95 мм - центральная и 0,85 мм в повиве. Направление свивки центральной пряди и прядей внутреннего слоя - правое. Направление свивки прядей наружного слоя - левое. Далее происходила свивка каната диаметром 10,0 мм за одну операцию. Для этого технологические шпули с намотанными прядями устанавливались в каретки восемнадцатишпульной канатной машины сигарного типа и протягивались через преформатор (устройство для изготовления нераскручивающегося каната) к обжимным плашкам, центральная прядь, пряди внутреннего слоя пряди наружного слоя одновременно скручивали в канат правой свивки с шагом 65,0 мм, непосредственно перед обжимными плашками в точке свивки устанавливали «плавающий» конус со сквозным внутренним отверстием, который распределял свиваемые пряди внутреннего слоя (поступают во внутреннюю часть конуса) и пряди наружного слоя (проходят по верху конуса) по слоям каната. Затем свитый канат калибровался в роликовой клети со степенью обжатия 3%, в результате чего фактический диаметр 10,5 мм уменьшился до номинального диаметра 10,0 мм с тангенциальным зазором 0,3%, далее для снятия свивочных напряжений канат рихтовался и наматывался на катушку.

Характеристики и результаты испытаний канатов приведены в таблице 2.

Данная конструкция позволяет получить сбалансированный канат, с увеличенной площадью поперечного сечения, конструктивной плотностью и разрывным усилием каната в целом.

Благодаря большему количеству элементов составляющих канат (по сравнению с ранее используемыми канатами по ГОСТ 3081-80) данные канаты более гибкие, что благоприятно сказывается на состоянии каната в процессе многослойной навивки каната на барабан лебедки и при работе с малым соотношением диаметра блока к диаметру каната.

Таким образом, предлагаемая конструкция многопрядного каната, изготовленная по новому способу, позволяет получить канаты с повышенными эксплуатационными характеристиками и увеличенным сроком службы.

Заявляемая конструкция каната технологична и имеет надежные эксплуатационные характеристики.

Изобретение относится к канатному производству и может быть использовано на грузоподъемном оборудовании. Заявленный стальной канат двойной свивки состоит из одной центральной пряди, вокруг которой свиты два слоя прядей, причем пряди внутреннего слоя имеют одинаковый диаметр D₂ и образуют с центральной прядью металлический сердечник, пряди наружного слоя каната выполнены с двумя различными диаметрами D₃ и D₄, чередующимися между собой, причем пряди каната пластически деформированы со степенью обжатия 4-6%, затем одновременно все пряди свиты в канат за одну технологическую операцию с обеспечением линейного контакта между прядями внутреннего и наружного слоев каната для получения стального гибкого каната с повышенными эксплуатационными свойствами, с большой конструктивной плотностью, высоким разрывным усилием, низким конструкционным и упругим удлинением. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Канат стальной двойной свивки, состоящий из одной центральной пряди диаметром D1, вокруг которой свиты два слоя прядей в одном направлении, совпадающем с направлением свивки проволок центральной пряди, причем пряди внутреннего слоя имеют одинаковый диаметр D2 и образуют с центральной прядью металлический сердечник, пряди наружного слоя каната выполнены с двумя различными диаметрами D3 и D4, чередующимися между собой, причем шаг свивки прядей внутреннего слоя каната равен шагу свивки прядей наружного слоя каната, а количество прядей в каждом слое соответствует условию:

n=nd=nD,

где n - количество прядей внутреннего слоя каната,

nd - количество прядей малого диаметра наружного слоя каната;

nD - количество прядей большего диаметра наружного слоя каната.

2. Канат по п. 1, отличающийся тем, что число проволок в каждой пряди каната составляет от 6 до 36.

3. Канат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметров прядей каната составляет: D1/D2=(0,7-0,8); D1/D3=(0,8-0,9); D1/D4=(0,6-0,7),

где D1 - диаметр центральной пряди каната;

D2 - диаметр пряди внутреннего слоя каната;

D3 - диаметр пряди наружного слоя меньшего диаметра;

D4 - диаметр пряди наружного слоя большего диаметра.

4. Способ изготовления каната стального двойной свивки, включающий изготовление проволок, свивку проволок в прядь, свивку прядей в канат, рихтовку и смотку каната, отличающийся тем, что пряди каната пластически деформируют со степенью обжатия 4-6%, затем осуществляют одновременную свивку двух слоев прядей вокруг одной центральной пряди в канат за одну технологическую операцию с обеспечением линейного контакта между прядями внутреннего и наружного слоев каната, с тангенциальным зазором между смежными наружными прядями 1-1,5% от большего диаметра наружной пряди, после чего канат калибруют со степенью обжатия 3-4% до образования тангенциального зазора 0,3-0,5%, причем центральная прядь имеет диаметр D1, а пряди внутреннего слоя имеют одинаковый диаметр D2 и образуют с центральной прядью металлический сердечник, пряди наружного слоя каната выполнены с двумя различными диаметрами D3 и D4, чередующимися между собой, причем шаг свивки прядей внутреннего слоя каната равен шагу свивки прядей наружного слоя каната, а количество прядей в каждом слое соответствует условию:

n=nd=nD,

где n - количество прядей внутреннего слоя каната,

nd - количество прядей малого диаметра наружного слоя каната;

nD - количество прядей большего диаметра наружного слоя каната.