Приложение А (справочное). Рекомендации по конструкции канатно-блочной системы

Приложение А
(справочное)

Рекомендации
по конструкции канатно-блочной системы

А.1 Общие положения

В данном приложении приводятся рекомендации для выбора канатов, блоков и барабанов не вошедшие в основные разделы настоящего стандарта.

А.2 Выбор типа барабана и каната

А.2.1 Типы барабанов

А.2.1.1 Общие положения

Барабаны могут изготавливаться гладкими и с нарезкой. Как правило, гладкие барабаны применяются для многослойной навивки каната.

Однослойная навивка на барабан способствует увеличению срока службы каната. В случаях, когда это невозможно из-за габаритных ограничений, должна быть обеспечена многослойная навивка каната по всей длине барабана.

Барабаны с нарезкой обеспечивают лучшую навивку каната и уменьшают его износ по сравнению с гладкими барабанами.

При использовании многослойной навивки следует учитывать, что второй и все последующие слои каната перекрещиваются с нижними слоями. В этих зонах канат подвержен повышенному трению и износу.

Конструкция реборд барабана для многослойной навивки каната должна обеспечивать превышение края реборды над верхним слоем навитого каната не менее чем на два его диаметра.

Направление навивки каната, особенно на гладких барабанах должно соответствовать направлению свивки каната (см. рисунок А.1).

При использовании барабана с нарезкой могут быть выбраны оба направления свивки каната, однако рекомендуется то же направление свивки, что было бы принято для гладкого барабана.

А.2.1.2 Гладкие барабаны

При проектировании механизмов с гладкими барабанами следует учитывать, что любое ослабление или неправильная навивка каната, неровности на поверхности барабана приводят к повышенному износу каната и/или его повреждению, заломам, вплоть до разрушения.

Рисунок А.1 - Правильный метод определения направления навивки и места крепления каната на барабане

Рисунок А.1 - Лист 2

А.2.1.3 Барабаны с нарезкой

При использовании барабана с нарезкой, канавка задает необходимый угол схода каната, уменьшая контактное давление на канат.

Применяются два вида нарезки:

- спиральная нарезка вдоль барабана, обеспечивающая правильный сход первого (нижнего) слоя каната (не рекомендуется более чем для трех слоев навивки);

- параллельная нарезка, при которой канавки расположены параллельно ребордам барабана.

Отдельные зоны на барабане могут быть нарезаны обоими способами для облегчения перехода каната с одной параллельной канавки на другую. Такой вид нарезки используется при многослойной навивке для снижения повреждений каната в областях перехлеста.

Рекомендуется выполнять радиус канавки барабана r величиной от 0,525d до 0,550d, при оптимальном значении 0,537d (рисунок А.2).

Рисунок А.2 - Канавка нарезки барабана

А.2.2 Канатоукладчики

Для обеспечения правильной укладки каната при многослойной навивке следует предусмотреть устройства (например, канатоукладчик), обеспечивающие правильную и равномерную укладку каната на барабан в каждом слое. Конструкция канатоукладчика должна предохранять канат от смещения и запутывания при его ослаблении, а также не должна вызывать его поверхностный износ.

Для обеспечения правильного положения второго и последующих слоев каната на барабане также могут использоваться профилированные реборды барабана.

А.2.3 Выбор каната с учетом типа барабана

При необходимости применения многослойной навивки, рекомендуется использовать канат со стальным сердечником. Проволочные канаты со стальным сердечником меньше подвержены деформациям.

Канаты, изготовленные с обжатыми наружными прядями, или канаты закрытого типа имеют большее сопротивление износу и деформациям.

Канаты с полимерным покрытием могут быть использованы при их ограниченных изгибах, для влагозащиты при воздействии окружающей среды и при высоких скоростях движения каната.

А.3 Выбор блоков, поддерживающих роликов и канатов

А.3.1 Общие положения

А.3.1.1 Блоки используются при необходимости изменения направления движения каната в полиспасте.

А.3.1.2 Блоки должны свободно вращаться и обеспечивать необходимую поддержку каната с учетом, радиального давления и инерционных сил.

А.3.1.3 При разработке блочной системы следует избегать изменения направления изгиба каната. Если изменение направления изгиба неизбежно, следует выдерживать расстояние не менее 20d (где d - номинальный диаметр каната) между точками перегиба или обеспечить время движения (точки на канате) каната между этими положениями не менее 0,25 с для того, чтобы обеспечить перегруппировку прядей каната.

А.3.1.4 Применение металлических блоков увеличивает вероятность поверхностного износа (износа наружных проволок) каната, который, как правило, достигает предельных значений раньше, чем возникают дефекты внутренних слоев. Применение полимерных блоков (или блоков с полимерным покрытием канавок) уменьшает поверхностный износ, при этом внутренние повреждения каната, как правило, возникают раньше наружных. Для выявления скрытых дефектов каната на таких блоках следует применять неразрушающие методы контроля. При отсутствии каких-либо соображений о возможных видах износа и повреждения каната, особенно, при однослойной навивке, рекомендуется включать в состав полиспаста, по крайней мере, один (как правило, ближе всех расположенный к барабану) металлический блок.

А.3.2 Профиль канавки блока

А.3.2.1 Для достижения оптимального срока службы каната профиль канавки блока должен соответствовать номинальному диаметру каната. Если канавка слишком мала, канат будет "зажат" продольными силами и будут повреждены и канат, и блок. Если канавка слишком велика, канат может поддерживаться недостаточно, что вызовет смятие и перекосы от нагрузки, и в свою очередь, также увеличит износ.

А.3.2.2 Радиус канавки r следует принимать в пределах от 0,525 до 0,63 d, где d - номинальный диаметр каната. Глубина канавки должна составлять не менее 1,5 диаметров каната. Профиль нижней части канавки должен быть в форме дуги. Угол между ребордами блока w (рисунок А.3) должен составлять от 45° до 60°. При угле схода каната превышающем значения, указанные в А.4, угол между ребордами может быть увеличен.

Примечание - Для стреловых самоходных кранов значения угла между ребордами могут отличаться от рекомендованных, особенно для механизмов телескопирования стрелы.

А.3.2.3 Реборды блоков должны иметь гладкую, ровную поверхность без заусенцев.

А.3.3 Поддерживающие ролики

А.3.3.1 Поддерживающие ролики устанавливаются при необходимости избежать контакта каната с металлоконструкцией или другими элементами крана при возможном провисе каната (например, вдоль металлоконструкции стрелы стрелового крана). Ролики не следует использовать для изменения направления движения каната или его отклонения из-за их малых диаметров. Такие действия могут повлечь за собой повышение изгибных напряжений в канате и привести к его скручиванию, смятию и искривлению.

А.3.3.2 При высоких скоростях движения каната может возникнуть охрупчивание его поверхности (наклеп на поверхности каната) при прохождении роликов или блоков, изготовленных из металла. В таких случаях следует применять полимерные блоки и ролики (или блоки с полимерным покрытием канавок).

Рисунок А.3 - Канавка блока

А.4 Углы схода и выбор каната

А.4.1 На рисунке А.4.1 показан барабан с винтовой нарезкой с углом нарезки и блок. При сходе каната с барабана в крайних положениях навивки его угол относительно оси блока составит лев. или прав., а относительно угла нарезки винтовой линии нарезки барабана ( лев. плюс ) или ( прав, минус ).

Рисунок А.4.1 - Углы нарезки барабана и схода канатов

А.4.2 Канат, наматывающийся и сматывающийся с барабана и/или огибающий блок, деформируется ребордами и канавками блока и барабана (рисунок А.5). Это влияет на целостность свивки каната и приводит к его сжатию (деформации), скручиванию и, соответственно, влияет на рабочие характеристики каната. В предельном случае это приводит к повреждениям структуры каната. Таким образом, углы схода каната должны быть минимальными.

Углы схода каната в полиспасте следует ограничивать 2° для некрутящихся канатов и 4° для стандартных канатов. Углы схода каната могут быть уменьшены, например уменьшением длины и увеличением диаметра барабана (рисунок А.4.2) или увеличением расстояния между блоками и барабаном.

При многослойной навивке углы схода каната возле реборд барабана должны быть более 0,5° для предотвращения перехлеста витков каната.

Рисунок А.4.2 - Уменьшение угла схода каната за счет увеличения диаметра барабана и уменьшения его длины

Рисунок А.5 - Кручение каната на ребордах блока

А.5 Влияние скорости и ускорения каната на его выбор

Рабочие характеристики каната могут изменяться под действием высоких скоростей и ускорений. Это влияние наиболее заметно при небольших расстояниях между блоком и барабаном, а также в случае небольшого угла охвата блока канатом и при большом моменте инерции блока. Для компенсации влияния скоростей и ускорений рекомендуется, при необходимости, выбирать канат с большей жесткостью и повышенным сопротивлением износу.

А.6 Кручение каната

А.6.1 Для уменьшения риска для персонала от закручивания каната при подъеме груза следует выбирать канат с максимальным сопротивлением к раскручиванию под нагрузкой. Величина закручивания каната оценивается по количеству оборотов каната вокруг своей оси на длине 1000d под действием нагрузки 20% , где d - диаметр каната, - минимальное разрывное усилие каната, один оборот составляет 360°.

А.6.2 При величине закручивания каната не более 1 оборота, подъем груза может производиться без применения дополнительных мер безопасности.

А.6.3 При величине закручивания каната более 1 оборота, но не более 4 оборотов, подъем груза может производиться с учетом рекомендаций предприятия-изготовителя и/или компетентного специалиста.

А.6.4 При величине закручивания каната более 4 оборотов подъем груза осуществляться не должен.

А.7 Высота подъема и кратность полиспаста

А.7.1 При выборе каната следует принимать во внимание характеристики закручивания каната. Если один из концов каната может свободно вращаться (при кратности полиспаста равной единице), некоторые типы канатов использовать нельзя.

А.7.2 Если оба конца каната закреплены (неподвижный канат или канат в полиспасте кратностью более единицы), следует учитывать величину закручивания. Закручивание каната способствует смещению блоков подвески полиспаста кратностью выше 1. Расстояния между блоками полиспаста следует выбирать так, чтобы не было слишком больших смещений каната.

А.7.3 Стабильность работы полиспаста снижается:

- при уменьшении расстояний между блоками;

- при нечетном числе элементов;

- при увеличении высоты подъема;

при увеличении величины закручивания каната.

Величина закручивания устанавливается производителем каната. При необходимости следует обращаться к производителю каната.

А.8 Причины износа каната

А.8.1 Общие положения

Основные виды износа каната - усталостные повреждения, трение, механические повреждения и, в зависимости от рабочей среды, коррозия.

При эксплуатации каната могут появиться один или более видов износа. Важно осуществлять выбор каната в зависимости от его назначения и условий эксплуатации. При выборе каната рекомендуется консультироваться с его изготовителем или поставщиком.

А.8.1.1 Основные факторы, влияющие на срок службы каната:

- тип навивки каната на барабан (однослойная или многослойная);

- нагрузка на ветвь каната;

- отношение диаметров блоков и барабанов к диаметру каната;

- направление движения каната;

- цикл нагружения каната.

Прочие факторы, такие как профиль канавки блока, ее материал, угол схода каната и динамические нагрузки оказывают свое влияние, в основном, на финальном этапе срока службы каната.

В общем случае срок службы каната будет увеличиваться при снижении нагрузки на него при неизменных размерах узлов механизма. Срок службы значительно возрастает при увеличении коэффициентов , и .

Выбор размеров барабанов и блоков, для упрощения, обычно осуществляется в соответствии с номинальным диаметром каната, но наибольшее влияние на работу каната оказывает отношение его фактического наружного диаметра к диаметрам блоков и барабанов.

А.8.2 Усталость при изгибе

А.8.2.1 Усталость в движущихся канатах вызывается неоднократными перегибами на барабане и блоках при наматывании и сматывании каната под рабочей нагрузкой.

А.8.2.2 Канаты односторонней свивки имеют больший срок службы при работе на изгиб по сравнению с канатами крестовой свивки такой же конструкции при прохождении ими блоков.

А.8.3 Коррозия

Коррозия в совокупности с износом является основной причиной выхода каната из строя. За исключением особо сухих условий эксплуатации, всегда существуют корродированные участки незащищенных проволок каната.

В некотором отношении, требования к коррозионной стойкости и сопротивлению усталости противоречивы. Канаты с небольшим количеством проволочек большого диаметра меньше подвержены коррозии, а канаты с большим количеством проволок малого диаметра в наружном слое имеют более высокое сопротивление усталости. Для предотвращения коррозии следует регулярно менять смазку каната на протяжении всего срока эксплуатации. При повышенном риске коррозии, следует применять канат с оцинкованными проволоками.

А.8.4 Износ от трения

Износ от трения появляется, в основном, на внешнем слое обмотки каната. Канаты с меньшим количеством крупных проволок на внешнем слое, например круглопрядный канат 6 x 19, лучше переносит трение, чем канаты с большим числом мелких проволок, например круглопрядный канат 6 х 36. Канаты закрытого типа и канаты с обжатыми прядями имеют больший срок службы по износу от трения.

А.8.5 Износостойкость и сопротивление усталости

Требования к сопротивлению усталости почти противоположны требованиям износостойкости. В общем случае, при увеличении числа проволок, сопротивление усталости возрастает, а износостойкость уменьшается.

А.8.6 Смятие

Если при использовании многослойной навивки каната на барабан ожидается явление смятия, следует применять канаты с обжатыми прядями, либо канаты закрытого типа.

При необходимости уменьшения риска смятия каната, при выборе барабана следует увеличить значение коэффициента и/или уменьшить усилие в канате S.

В случае многослойной навивки каната на барабан, следует ожидать, что наибольший износ будет происходить на участках перехлеста каната на барабане, а не на участках каната, проходящих через блоки. При этом предельный износ произойдет раньше, чем будет достигнут износ по усталости от изгиба. При многослойной навивке каната рекомендуется применять канаты с большим сопротивлением смятию, а в некоторых случаях канаты с дополнительным покрытием наружного слоя.

А.9 Влияние вытяжки каната на его выбор

Вытяжка (увеличение длины) каната может возникнуть по нескольким причинам:

- осадка прядей каната на этапе приработки (имеет место на сравнительно ранних этапах срока службы каната);

- упругие деформации вследствие продольных внутренних усилий в канате;

- перепады температуры;

- кручение каната, увеличивающее его длину.

Канаты с неметаллическим сердечником будут значительно больше удлиняться по сравнению с канатами с металлическим сердечником.

Если величина вытяжки каната имеет значение при его выборе, данные о ней должны быть предоставлены производителем каната с учетом области его применения.

А.10 Влияние температуры

А.10.1 Расчет каната следует производить на максимально возможную температуру в процессе его работы. Недооценка температуры может привести к аварийной ситуации.

Многопрядные канаты с неметаллическим сердечником могут использоваться при максимальной температуре 100°С. Многопрядные канаты с металлическим сердечником и канаты спиральной свивки могут использоваться при максимальной температуре 200°С.

При работе каната в условиях высокой температуры, предельное разрывное усилие каната должно быть уменьшено. Снижение величины разрывного усилия зависит от времени нахождения каната в условиях высоких температур и от диаметра проволок. Для рабочих температур от 100°С до 200°С снижение максимального разрывного усилия составляет не менее 10%.

При работе каната в условиях температур свыше 100°С необходимо применение специальной смазки и большее снижение максимального разрывного усилия, чем указано выше. В таких случаях следует обращаться к производителю каната.

Низкие температуры до минус 40°С не оказывают негативного воздействия на несущую способность каната, и необходимость снижения его разрывного усилия отсутствует. В условиях низких температур может уменьшиться длина каната в зависимости от свойств смазки и температуры.

А.10.2 При отсутствии рекомендаций производителя следует придерживаться следующих рекомендаций для выбора способа крепления каната в условиях высоких температур:

- применять алюминиевые обжимные втулки при температурах до 150°С;

- применять стальные коуши при температурах до 200°С;

- применять крепления свободного конца каната путем заливки легкоплавким сплавом при температурах до 80°С;

- применять крепления свободного конца каната путем заливки цинком или цинкосодержащим сплавом при температурах до 120°С;

- при креплении свободного конца каната путем заливки композитным материалом следует строго выполнять инструкции по применению композитного материала.

А.11 Заводская смазка

В общем случае проволочные канаты смазываются в процессе изготовления.

Смазка при установке и эксплуатации каната производится при использовании в тяжелых условиях работы и при воздействии агрессивных сред.

Работа каната в условиях высоких температур предполагает использование специальных смазок. Рекомендуется проконсультироваться с производителем каната при его выборе.

В случае если по условиям окружающей среды канат не следует смазывать, рекомендуется связаться с производителем каната. Существуют специальные требования к обслуживанию несмазываемых канатов.