Канат стальной двойной свивки с композитным сердечником Российский патент 2024 года по МПК D07B1/10 

Изобретение относится к области канатного производства, применяется в качестве канатов подъемных на мостовых, портальных кранов и на других грузоподъемных механизмах, шельфовой нефтедобыче (канаты для якорных систем), в коммерческом рыболовстве, лифтовой и горнодобывающей отраслях.

Известен шестипрядный канат двойной свивки ГОСТ 7668-80 конструкции 6х36(1+7+7/7+14)+ 1 о.с.

Недостатками каната являются невысокая агрегатная прочность, высокие упругие и остаточные удлинения.

Известен 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 (RU 198 427 U1, МПК D07B 1/00, D07B 1/00, D07B 1/025, 11.02.2020).

Недостатками данной полезной модели являются низкая агрегатная прочность, узкая область применения каната.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является гибридный трос, содержащий элемент сердцевины, содержащий высокомодульные волокна, окруженные по меньшей мере одним наружным слоем, содержащим проволокоподобные металлические элементы, в котором элемент сердцевины покрыт полимером, содержащим сложный сополиэфирный эластомер, содержащий гибкие блоки в количестве от 10 до 70 вес. % (RU 2 649 258 C2, МПК D07B 1/06, D07B 1/00, 2018).

Недостатками данного прототипа является невысокий срок эксплуатации каната и нестабильная геометрия, так как сложный сополиэфирный эластомер имеет низкую термостойкость, химическую стойкость и худшую формоустойчивость (остаточную деформацию сжатия) после воздействия нагрузки.

Технический результат изобретения - получение канатов с высокой агрегатной прочностью, увеличенным техническим ресурсом, а также повышение надежности и стабильности канатов при эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что канат стальной двойной свивки, состоящий из 6-36 прядей, свитых в 1-3 концентрических слоя вокруг центральной композитной части, состоящей из органического высокомодульного плетенного сердечника, покрытого полимерным материалом, заполняющего межвитковое пространство, при этом соотношение диаметра каната D_к к диаметру центральной композитной части D_с составляет .

Канат стальной двойной свивки с композитным сердечником имеет высокую прочность, гибкость, долговечность и надежность.

Сердечник служит опорой для прядей, придает канату гибкость. И работоспособность канатов в значительной мере зависит от качества и конструкции сердечника.

Канаты с металлическим сердечником имеют высокую прочность, повышенное сопротивление раздавливанию, низкие упругие и остаточные удлинения. Но в канатах с металлическим сердечником после непродолжительной работы обнаруживаются дефекты в виде отслоения и выпучивания наружных прядей или наоборот, выход металлического сердечника на поверхность каната. Эти дефекты сокращают применение канатов с металлическим сердечником. А также канаты с металлическим сердечником имеют линейную массу выше, чем канаты с органическим сердечником. А это напрямую влияет на значение критической длины и длительность эксплуатации. Поэтому для повышения надежности и долговечности стальных канатов надо совершенствовать конструкцию органических сердечников.

Канаты со стандартным волокнистым органическим сердечником имеют высокую гибкость каната, низкие контактные напряжения. Но в тоже время значительно ниже прочность каната, и высокие упругие и остаточные удлинения.

Канат стальной двойной свивки с композитным сердечником имеет агрегатную прочность, не уступающего по прочности канату с металлическим сердечником того же диаметра.

Композитная центральная часть состоит из органического (синтетического) высокомодульного плетенного сердечника и полимерного материала.

Композитная центральная часть каната позволяет увеличить гибкость каната и структурную целостность каната, снизить контактные напряжения и уменьшить массу каната при сохранении прочности.

Органический высокомодульный плетенный сердечник в композитной части имеет агрегатную прочность равную агрегатной прочности металлического сердечника того же диаметра.

Плетенный сердечник служит надежной опорой для прядей каната, препятствует действию поперечных усилий на пряди каната при эксплуатации, что снижает контактные напряжения и износ проволок в канате.

Канат при эксплуатации подвергается значительным нагрузкам: испытывает одновременно напряжение изгиба и контакта, подвергается осевому растяжению и поперечному сжатию. Полимерное покрытие снижает действующие нагрузки.

В качестве полимера могут быть использованы полипропилен, полиэтилен, полистирол и другие пластические массы, имеющие высокую формоустойчивость.

Кроме того, благодаря полимерному покрытию, его формоустойчивости, сохраняется геометрия каната при эксплуатации, полимерный материал препятствует уменьшению диаметра каната под воздействием растягивающей нагрузки. Вместе с тем, полимерное покрытие защищает сердечник от истирания.

Выбор количества наружных прядей каната зависит от назначения канатов.

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.

Также количество концентрических слоев в канате зависит от области применения канатов, условий их эксплуатации.

С увеличением количества концентрических слоев в канате увеличивается коэффициент заполнения площади поперечного сечения металлом и гибкость каната, уменьшается удельное давление на канат при эксплуатации, а также кручения каната.

Согласно изобретению, соотношение диаметра каната D_к к диаметру центральной композитного части D_с составляет 1,25-6,00 и является оптимальным. На интенсивность разрушения канатов существенное влияние оказывает величина междупрядного давления, вызывающая значительные напряжения в местах пересечения проволок. Уменьшить это давление можно путем передачи значительной части его на сердечник каната. Поэтому необходимо правильно выбирать рациональные размерные параметры сердечников. Соблюдение заявленного соотношения при изготовлении каната обеспечит необходимые размерные параметры, а также структурную целостность каната, наличие зазоров между наружными прядями каната не только при изготовлении, но и на весь период эксплуатации каната.

Данное изобретение также позволит решить проблему с критической длиной каната в шахтном сегменте, при которой он разрушается от собственного веса, что приводит к необходимости использования двухуровневого подъема и, соответственно, двух подъемных установок вместо одной.

В таблице приведены сравнительные характеристики одинаковых конструкций канатов, но с сердечниками разных типов - с металлическим сердечником и с композитным сердечником согласно изобретению.

Из таблицы видно, что эксплуатационные характеристики каната стального двойной свивки с композитным сердечником в несколько раз выше каната аналогичной конструкции с металлическим сердечником при том же диаметре.

Прочность каната стального двойной свивки с композитным сердечником соразмерима с прочностью каната аналогичной конструкции с металлическим сердечником при том же диаметре, а линейная масса ниже. Гибкость каната возросла почти в 1,5 раза.

Таблица

Нормативный документ Канат с металлическим сердечником Канат стальной двойной свивки с композитным сердечником
(по заявленному изобретению) Диаметр каната, мм 52,0 52,0 Конструкция каната 6хК36(1+7+7/7+14)+7х19 6хК36(1+7+7/7+14)+1 о.с. Расчетная площадь сечения всех проволок в канате, мм² 1396,6 1183,1 Разрывное усилие каната в целом, маркировочной группы 1770 Н/мм², кН 1930 1910 Линейная масса, кг/м 11,68 10,47 Гибкость 24,7 36,1 Наработка, м³ 500 тыс. 2186 тыс. Длительность эксплуатации, месяц 4 18 К - полосовое касание

А, наработка и длительность эксплуатации каната увеличились в 4 раза.

Канат стальной двойной свивки с композитным сердечником может быть реализован в различных вариантах осуществления.

Изобретение иллюстрируется рисунками, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 - поперечное сечение каната конструкции 6хК36(1+7+7/7+14)+1 о.с.,

Фиг. 2 - поперечное сечение каната конструкции 8х26(1+5+5/5+10)+1 о.с.,

Фиг. 3 - поперечное сечение каната конструкции 18х7(1+6)+1 о.с.

Где:

К - полосовое касание.

1 - органический высокомодульный плетенный сердечник;

2 - полимерный материал;

3 - наружные пряди каната.

Рассмотрим подробное изготовление каната на примере каната конструкции 6хК36(1+7+7/7+14)+1 о.с. с шестью наружными прядями по типу свивки полосового касания, представленного фиг. 1.

Изготовление стального каната двойной свивки с композитным сердечником производят в три технологические операции: изготовление наружных прядей 3 каната, покрытие органического высокомодульного плетенного сердечника 1 полимером 2 на экструзионной линии и свивка каната на канатовьющем оборудовании.

Покрытие органического высокомодульного плетенного 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 1, проходящий поперек шнека. Для фиксирования нанесенного покрытия органический сердечник постепенно охлаждают водой.

В качестве полимера могут быть использованы полипропилен, полиэтилен, полистирол или другие пластические массы.

Изготовление наружных прядей 3 каната производят на прядевьющем оборудовании. Для получения прядей 3 каната полосового касания 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.

Изготовление каната производят на канатовьющем оборудовании. При свивке каната происходит равномерный разогрев поверхности композитного сердечника до температуры размягчения полимера 2. Давление, возникающее при навивке вокруг сердечника наружных прядей 3, сдавливает и профилирует полимерное вещество 2 до тех пор, пока оно полностью не заполнит внутреннее свободное пространство в канате и не начнет выдавливаться через зазоры между наружными прядями 3.

Проведенные опытно-промышленные испытания данного изобретения в качестве возвратного каната на экскаваторе типа ЭКГ-10 показали большую долговечность этих канатов по сравнению с канатами аналогичной конструкции с металлическим сердечником. Стойкость каната составила 18 месяцев, а наработка 2186 тыс. м³ породы. При этом регламентная стойкость канатов возврата, аналогичной конструкции с металлическим сердечником составляет 4 месяца, а наработка - 500 тыс.м³.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить канат с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками, высоким сроком службы, прочностью и надежностью.

Изобретение относится к области канатного производства, применяется в качестве канатов подъемных на мостовых, портальных кранах и на других грузоподъемных механизмах, шельфовой нефтедобыче (канаты для якорных систем), в коммерческом рыболовстве, лифтовой и горнодобывающей отраслях. Технический результат изобретения - получение канатов с высокой агрегатной прочностью, увеличенным техническим ресурсом, а также повышение надежности и стабильности канатов при эксплуатации. Технический результат достигается тем, что предлагается канат стальной двойной свивки, состоящий из 6-36 прядей, свитых в 1-3 концентрических слоя вокруг центральной композитной части, состоящей из органического высокомодульного плетеного сердечника, покрытого полимерным материалом, заполняющего межвитковое пространство, при этом соотношение диаметра каната D_к к диаметру центральной композитной части D_с составляет . 3 ил., 1 табл.

Канат стальной двойной свивки, состоящий из 6-36 прядей, свитых в 1-3 концентрических слоя вокруг центральной композитной части, состоящей из органического высокомодульного плетеного сердечника, покрытого полимерным материалом, заполняющего межвитковое пространство, при этом соотношение диаметра каната D_к к диаметру центральной композитной части D_с составляет D_к/D_с = 1,25-6,00.