4.3 Подъемные канаты

Подъемные канаты изготавливают из проволок высокосортной стали марки В (высший сорт) для людских и грузолюдских установок и марки I для грузовых установок. Временное сопротивление разрыву проволоки = 1200...2400 Н/мм², диаметр проволоки 0,2 ... 4 мм. Для вертикальных подъемных установок применяют канаты из проволок с = 1600 ... 1900 Н/мм².

Для изготовления канатов используют проволоку без покрытия или покрытую слоем цинка. Оцинкованные проволоки имеют больший срок службы, так как слой цинка предохраняет их от коррозии и уменьшает трение между проволоками в канате.

По форме поперечного сечения подъемные канаты бывают круглые и плоские.

Под диаметром круглого каната понимается диаметр окружности, описанной вокруг поперечного сечения каната.

При изготовлении каната определенное количество проволок свивается вокруг центральной проволоки (в некоторых конструкциях вокруг сердечника из органического материала или мягкой стали) так, что каждая из них принимает вид винтовой линии. Такой свитый пучок называется прядью. Если прядь применяется как самостоятельный канат, то она называется канатом простой свивки. Если несколько прядей свиты между собой вокруг органического сердечника, из пеньки или сизаля (манилы), то получается канат двойной свивки (рис. 19, а – д).

Рис. 19 - Канаты

Органический сердечник пропитан специальными веществами, препятствующими коррозии изнутри каната.

Канат двойной свивки, являющийся составной частью каната более сложной конструкции, называется стренгой.

По конструкциям прядей и характеру взаимного соприкасания проволок в прядях различают канаты точечного касания (ТК), точечно-линейного касания (ТЛК), линейного касания (ЛК), поверхностного контакта (ПК).

В канатах с точечным касанием значительные напряжения в точках контактов проволок способствуют быстрому усталостному износу канатов.

В лучших условиях находятся проволоки в канатах ТЛК, где внутренние слои проволок в пряди имеют контакты по линиям, а наружный слой проволок имеет точечный контакт со смежным слоем. По конструкции прядей канаты ТЛК различают: ТЛК-О (см. рис. 19, а), где в. каждом слое пряди проволоки имеют одинаковый диаметр, но отличный от диаметров проволок смежных слоев; ТЛК-РО — наружный слой пряди свит из проволок одинакового диаметра, а каждый из остальных слоев имеет проволоки различного диаметра.

Канаты линейного касания обеспечивают наилучшие, по сравнению с описанными ранее, условия работы проволок, так как все они имеют в прядях контакты по линиям. В зависимости от конструкции прядей канаты ЛК различают: ЛК-О — каждый слой пряди имеет проволоки одинакового диаметра, отличного от смежного слоя (ст. рис. 19, б); ЛК-Р — наружный слой состоит из проволок двух разных диаметров, остальные слои – из проволок одинакового диаметра; ЛК-РО — слои пряди состоят поочередно из проволок разного и одинакового диаметра; ЛК-РР — каждый из слоев состоит из проволок разного диаметра; ЛК-3 — с проволоками заполнения, размещенными в пустотах между слоями, которые свиты из проволок одного диаметра.

Канаты ПК (см. рис. 19, в) получают путем пластического обжатия прядей с линейным касанием проволок. Проволоки после пластического смятия приобретают поверхностный контакт. Канаты ПК имеют повышенную износостойкость и разрывную прочность, значительно снижены контактные напряжения, в проволоках.

Прядь может быть круглой и треугольной формы. Канаты, свитые из круглых прядей, называются круглопрядными (см. рис.19, а, б, в), а из треугольных — трехграннопрядными (см. рис.19, г). В последних канатах лучше используется площадь их поперечного сечения, они меньше изнашиваются в связи с передачей давления на направляющем шкиве и органе навивки на большее число точек соприкосновения, но конструктивно они сложнее.

По способу свивки различают канаты: раскручивающиеся (Р); нераскручивающиеся (Н), малокрутящиеся (МК).

Нераскручивающиеся канаты получают путем применения при свивке прядей и канатов пластического обжатия, различного рода преформирующих устройств и т. д., в результате чего готовый канат не испытывает внутренних сил, способствующих самопроизвольному его расплетанию.

Малокрутящиеся канаты имеют два или несколько противоположно свитых слоев прядей, благодаря чему крутящие моменты прядей смежных слоев взаимно уравновешиваются (см. рис. 19, д).

Иногда при эксплуатации малокрутящихся канатов на них образуются «фонари» — отслаивание прядей наружного слоя от прядей внутреннего слоя и выпучивание наружных прядей. Для устранения этого недостатка при изготовлении канатов необходимо подбирать определенное соотношение шагов свивки смежных слоев проволок или прядей.

Если свивка проволок в пряди и прядей в канат ведется в одном и том же направлении, такие канаты называются канатами односторонней свивки, если в противоположных направлениях — канатами крестовой свивки; в канатах комбинированной свивки пряди попеременно свиты в направлении односторонней и крестовой свивки.

Канат односторонней свивки обладает преимуществами: более гибок; проволоки менее подвержены деформации при огибании канатом направляющего шкива и органа навивки; легче надзор за проволоками, благодаря их выходу на наружную сторону каната на большую длину; при установке с ведущим шкивом трения коэффициент сцепления каната с футеровкой шкива больше.

Недостаток канатов односторонней свивки — опасность их раскручивания. Канаты крестовой свивки менее гибки, но они менее подвержены раскручиванию.

Канаты комбинированной свивки сочетают достоинства канатов крестовой и односторонней свивки.

Различают правую и левую свивку прядей. При правой свивке каната, если смотреть на его отвес, винтовая линия идет вверх слева направо, а у каната левой свивки — справа налево. Канаты правой свивки рекомендуется применять, когда они навиваются на барабан слева направо, если смотреть с площадки машиниста, в противном случае — канаты левой свивки. Рекомендуется при каждой смене каната применять поочередно канаты правой и левой свивки; при этом изнашивание проводников будет более равномерным.

Канат закрытой конструкции (рис.19, е), в котором хорошо используется площадь его поперечного сечения, свивается последовательно концентрическими слоями. Внутренняя часть каната состоит из круглых проволок, затем идет комбинированный слой из Х-образных и круглых проволок и, наконец, внешний слой из Z-образных проволок, образующих гладкую поверхность каната. В зависимости от диаметра каната число слоев с Х-образными проволоками может быть различным — от одного до трех. Навивка слоев каната производится поочередно в противоположных направлениях для предупреждения раскручивания каната.

Плоские канаты (рис. 19, ж) изготавливают сшивкой в одну ленту нескольких (обычно восьми) параллельно уложенных четырехпрядных стренг, причем стренги укладывают так, чтобы чередовались правая и левая свивки. Металлический ушивальник пропускается между прядями от одной кромки каната к другой, поочередно огибая одну из прядей крайних стренг.

Эти канаты гибки и не раскручиваются, но дороги в изготовлении, срок службы их из-за быстрого перетирания ушивальников и неравномерного вытягивания стренг меньше срока службы круглых канатов и потому их применяют только в качестве уравновешивающих канатов.

Данные о некоторых круглопрядных и плоских канатах приведены в приложениях 9 и 10.

Изготовление, расчет и эксплуатация канатов осуществляют в соответствии с требованиями ПБ.

Расчет подъемного каната производят на разрывающую статическую нагрузку. Другие нагрузки — от изгиба на направляющих шкивах и органах навивки, действия сил инерции и упругих колебаний — учитывают увеличением запаса прочности каната. Статическая нагрузка на подъемный канат складывается из собственной массы подъемного сосуда с подвесным устройством (массы клети и вагонеток, скипа), полезной массы (угля, породы и др.) и массы каната длиной от точки схода его с направляющего шкива до нижней приемной площадки. В установках с тяжелым уравновешивающим канатом (большей линейной массы, чем подъемный) при определении статической нагрузки на подъемный канат принимают массу уравновешивающего каната при положении сосуда на верхней приемной площадке.

Обозначим (рис.20); p и q — масса 1 м (линейная масса) соответственно подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м; Q_п и Q_с — соответственно масса полезного за один раз поднимаемого груза и собственная масса сосуда: при клетевой установке Q_с — собственная масса клети и порожних вагонеток; — расстояние от нижней приемной площадки 1 до оси верхнего направляющего шкива 2, м; z — запас прочности нового каната, принимаемый по ПБ; при одноканатном подъеме: для установок,

служащих исключительно для спуска — подъема людей, z = 9, для грузолюдских установок z = 7,5; для грузовых установок z = 6,5, для установок со шкивом трения z = 8; при многоканатном подъеме: для людских, грузолюдских установок z = 8, для грузовых установок z = 7; для шахт глубиной свыше 600 м канат может иметь переменный запас прочности; — суммарная площадь поперечного сечения проволок каната, м²; —временное сопротивление разрыву проволок каната, Н/ ; Q_Р — суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н.

Максимальная разрывающая нагрузка на канат будет в верхнем сечении его у направляющего шкива, поэтому уравнение прочности каната имеет вид

(1)

Линейная масса каната

(2)

где ρ — плотность стали, из которой изготовлен канат, кг/м³; β Рис. 20 - Схема для расчета коэффициент свивки, зависящий от конструкции прядей и каната.

подъемного каната

Из выражения (2)

(3)

где = — условная плотность каната, принимается равной: для круглопрядных канатов двойной свивки 9400 кг/м⁸; для трехграннопрядных 9200 кг/м³; для канатов закрытой конструкции 8700 кг/м³.

На основании выражений (1) и (3)

(4)

Эта формула применяется для расчета подъемных канатов установок без уравновешивающего каната и с равновесным уравновешивающим канатом (соответственно q = 0 и q = р).

При установках с тяжелым уравновешивающим канатом (q > р)

(5)

На основании этого выражения, обозначив q/p = аналогично формуле (4) получим

(6)

Так как в таблицах ГОСТов канатов значение указано в кгс/мм , то в формулах (4) и (6) оно должно быть увеличено в g раз.

После определения р необходимо ориентировочно выбрать стандартный канат и проверить запас прочности его:

при установках без уравновешивающего и с равновесным уравновешивающим канатом

(7)

при установках с тяжелым уравновешивающим канатом

(8)

В формулах (7) и (8) значения р и q относятся к выбранным по таблицам канатам; в таблицах ГОСТов канатов приводится в кгс, в связи с чем табличное значение должно быть увеличено в g раз.

Если при определении запаса прочности каната установлено, что он удовлетворяет требованиям ПБ, то этот канат и выбирают.

Как было указано выше, для шахт глубиной более 600 м подъемные канаты могут иметь переменный запас прочности, значение которого при определении линейной массы каната по формулам (4) и (26) должно быть не менее 4,5 для грузовых и 5 — для людских и грузолюдских установок. Запас прочности выбранного каната проверяют по формуле (7) или (8) без величины или в знаменателе, причем значение z должно быть не меньше: 13 — для людских установок; 10 — для грузолюдских установок; 8,5 — для грузовых; 11,5 — для установок с одноканатным шкивом трения, людских и грузолюдских многоканатных; 9,5 — для грузовых многоканатных.

При многоканатной установке суммарную линейную массу р всех подъемных канатов определяют по формуле (4).

Число подъемных канатов многоканатного подъема

(9)

где — коэффициент, зависящий от конструкции канатов; для канатов ЛК он равен 0,0166, для многослойных — 0,0147, для трехграннопрядных — 0,0154, для канатов закрытой конструкции — 0,0136;

- по ПБ для системы без отклоняющих шкивов φ ≥ 79, с отклоняющими шкивами φ ≥ 95; для канатов закрытой конструкции как при наличии, так и при отсутствии отклоняющих шкивов φ ≥ 100; D_М.Т — диаметр шкива трения, м.

Полученное значение n_K округляют до ближайшего четного числа канатов с учетом принятой машины.

Линейная масса p_K подъемного каната получается как частное от деления р на n_K.

Запас прочности выбранных канатов при

(10)

Линейная масса уравновешивающего каната получается как частное от деления на число n_У.K уравновешивающих канатов, которое по ПБ должно быть не менее 2.

Если запас прочности подъемного каната:

(11)

При использовании таблиц ГОСТов канатов так же как и в формулах (7) и (8) значение Q_Р в (10) и (11) должно быть увеличено в g раз.