УДК 669.427.4
СТАЛЬНЫЕ КАНАТЫ С ПОВЫШЕННЫМ ТЕХНИЧЕСКИМ РЕСУРСОМ И УЛУЧШЕННОГО КАЧЕСТВА
© Е.К. Горбатов, Н.А. Клековкина, В.Н. Салтук, В. Фогель, д-р техн. наук, В.К. Барсуков, Е.В. Барсуков, канд. техн. наук, Н.П. Кадочников, Е.В. Макарова, Д.А. Курашов
ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», ООО «НПК Энергия»
Инженерами Белорецкого металлургического комбината совместно со специалистами ООО «НПК Энергия» (Пермь) разработана новая конструкция стального каната с повышенным техническим ресурсом и улучшенного качества. В новой конструкции каната предложено использовать органический сердечник из очищенного и обработанного по специальной технологии джутового волокна. Джутовый сердечник пропитывают раствором экологически безопасного биокоррозионнозащитного состава АСКМ-1А (ТУ 2439-006-50289046-2003) в светлом минеральном масле со специальными добавками. В результате повышаются морозостойкость и эластичность органического сердечника при отрицательной температуре, влагостойкость и влагопрочность джутового волокна, а также смазывающие свойства, коррозионная стойкость и долговечность стального каната.
Технический ресурс стального каната существенно зависит от прочности, био- и морозостойкости, долговечности и смазывающих свойств органического сердечника, его однородности по форме и диаметру как при изготовлении, так и при эксплуатации каната.
Для изучения влияния материала сердечника, его конструкции и состава пропитки на циклическую стойкость канатов, а также определения технического ресурса стального каната с джутовым сердечником, пропитанным составом АСКМ-1А, в лаборатории канатных
Рис. 1. Испытательная машина IFT
технологий Института подъемной и транспортной техники при университете г. Штуттгарта (IFT, Германия) были проведены сравнительные испытания на усталостную прочность при многократном изгибе двух серийных канатов № 27225/GU1 и № 27226/GU2 конструкции Warrington Seale 6x36 диам. 16,0 мм с пеньковым и джутовым сердечниками, пропитанными различными противогнилостными составами. Канаты для испытаний были изготовлены на Белорецком металлургическом комбинате. Для них готовили пряди конструкции 1+7+7/7+14 с одной заправки из светлой проволоки номинальной прочностью 1770 Н/мм2 с левым направлением свивки; на пряди наносилась смазка Торсиол-35Р в конус свивки с обтиром.
При изготовлении каната № 27225/GU1 использовали органический сердечник из пеньки по ГО СТ 5269-93, пропитанный противогнилостной смазкой Е-1 по ГОСТ 15037-69, на основе нафтената меди. Для каната № 27226/GU2 применили органический сердечник из джута (ТУ 8121-012-50289046-2005), пропитанный биокоррозионнозащитным составом АСКМ-1А. Основные параметры канатов приведены ниже:
№ 27225/GU1 № 27226/GU2
Номинальный диаметр 3, мм 16 16
Конструкция Warrington Seale 6x36 (1+7+7/7+14)
Вид свивки крестовая
Номинальная прочность
проволоки К, Н/мм2 1770 1770
Материал сердечника пенька джут
Смазка сердечника Е-1 АСКМ-1А
Смазка каната Торсиол-35Р
Испытания на усталостную прочность канатов при многократном изгибе проводили на аттестованной стационарной испытательной машине института 1БТ (рис. 1).
Схема испытания стальных канатов приведена на рис. 2. Канат 1 накладывается на испытательный 2 и приводной 3 шкивы. За счет знакопеременного вращения приводного шкива канат движется по испытательному шкиву, переходя из положения «прямой» ^ в положение «изогнутый» и обратно. Благодаря этому канат подвергается многократной изгибающей нагруз- £ ке. Для имитации натурных условий на испытательный ^ шкив с помощью рычага и грузов подается постоянная > нагрузка F. В результате на канат в процессе испыта- < ния действует постоянное растягивающее усилие 5. 5
Таблица 1. Параметры канатов, полученные при испытаниях
Канат № 27225/GU1 Канат № 27226/GU2 |
Параметр каната | Номер испытания |
12403 12429 12383 12410 12436 12388
Растягивающее усилие Б, кН 20,5 25 30 20,5 25 30
Относительное растягивающее усилие Б/с!2, Н/мм2 80 98 117 80 98 117
Таблица 2. Результаты испытаний канатов
Канат № 27225/GU1 Канат № 27226/GU2
Параметр Номер испытания
12403 12429 12383 12410 12436 12388
кН 20,5 25 30 20,5 25 30
N 393 760 356 210 200 000 615 460 479 880 358 820
na 299 890 193 150 123 870 372 840 242 830 152 100
NJN 0,76 0,54 0,61 0,60 0,50 0,42
Таблица 3. Результаты сравнительных испытаний канатов
Растягивающее усилие S, кН Количество циклов N изгибающей нагрузки до разрыва каната
№ 27225/GU1 № 27226/GU2 импортный
30 200 000 358 820 293 000
25 356 210 479 880 -
20,5 393 760 615 460 838 000
Параметры испытаний канатов (испытательный стальной шкив диаметром D = 400 мм с круглой канавкой r = 0,53d) приведены в табл. 1.
Канат и шкивы испытательной машины до испытаний и во время них дополнительно не смазывались.
Контроль состояния канатов во время испытаний на усталостную прочность при многократном изгибе проводили в соответствии со стандартом DIN 15020-2-1974. В ходе испытаний через определенные равные промежутки времени на двух подвергаемых изгибающей нагрузке участках каната длиной 30d проводили подсчет разрушений проволок и измеряли диаметр каната. Помимо этого на обоих участках, подвергаемых изгибающей нагрузке, определяли максимальное количество разрушений проволок на отрезке длиной 6d.
Простой изгиб
Полученные при испытаниях канатов показатели: число циклов N воздействия изгибающей нагрузки до разрыва по меньшей мере одной наружной пряди каната и число циклов NA до снятия каната по износу согласно стандарту DIN 15020 для группы приводов от 2 до 5 м - приведены в табл. 2 и на рис. 3.
В табл. 3 приведены результаты сравнительных испытаний до разрыва канатов № 27225/GU1, 27226/GU2 и импортного каната диам. 16,0 мм конструкции 6х36WS+Fe с пропитанным сизалевым сердечником.
Анализ результатов трехкратных испытаний стальных канатов показал, что канат № 27226/GU2 с джутовым сердечником на всех нагрузках имеет повышенный технический ресурс по сравнению с канатом № 27225/GU1, имеющим пеньковый сердечник. При максимальном растягивающем усилии S = 30 кН количество циклов изгибающей нагрузки до разрыва каната с джутовым сердечником в 1,8 раза больше, чем для каната с пеньковым сердечником, и в 1,2 раза больше, чем для импортного каната с сизалевым сердечником.
Исследование участков стальных канатов, поврежденных на испытательном шкиве, показали, что канат № 27225/GU1 с пеньковым сердечником разрушился на большей длине и в большей степени, чем канат № 27226/GU2 с джутовым сердечником (рис. 4).
Исследования участков органических сердечников в местах разрушения канатов показали, что пеньковый сердечник каната № 27225/GU1, пропитанный противогнилостным составом Е-1, практически полностью
106 N, N,
о.
105
• - разрыв каната GU1 ' а - разрыв каната GU2 О - снятие по износу GU1 ' А - снятие по износу GU2 ■
'Q.
X)
80 90 100 110 120 S/d2, Н/мм2
Рис. 2. Схема испытания стальных канатов:
к - ход каната; I = 2к - длина изгиба; и - дуга обхвата (и>к)
Рис. 3. Количество циклов изгибающей нагрузки до разрыва каната и до его снятия по износу
Рис. 4. Стальные канаты после испытаний при S = 20,5 кН
Рис. 5. Сердечники после испытаний при X = 30 кН:
а - пеньковый, б - джутовый
разрушился (рис. 5, а), потерял эластичность, стал жестким и ломким. Диаметр пенькового сердечника на разрушенном участке каната (испытание 12383) составил 6,0-7,8 мм. Джутовый сердечник каната № 27226/вШ, пропитанный биокоррозионнозащит-ным составом АСКМ-1А, после испытаний не имел разрушений (рис. 5, б), остался эластичным и однородным по форме и диаметру. Диаметр джутового сердечника на разрушенном участке каната (испытание 12388) составил 7,0-7,3 мм.
Химический анализ состава пенькового и джутового волокна до изготовления сердечников и после испытаний стальных канатов показал, что волокно пеньки значительно подвержено деструкции, предпо-
ложительно от воздействия смазки Е-1. Очищенное и обработанное по специальной технологии джутовое волокно, пропитанное составом АСКМ-1А, не подвержено деструкции.
В связи с особенностью конструкции джутовый сердечник меньше подвержен сдавливанию по сравнению с пеньковым, имеет более стабильный равномерный диаметр по длине, что обеспечивает повышение технического ресурса каната.
По заключению лаборатории канатных технологий Института IFT технический ресурс каната с джутовым сердечником производства ОАО БМК отвечает требованиям к качеству канатов потребителей из стран ЕС.
По инициативе ОАО БМК в настоящее время вносится изменение № 2 в ГОСТ 3241-91 на канаты стальные, связанное с использованием в них нового джутового сердечника СДП и нового биокоррозион-нозащитного пропиточного состава АСКМ. Любая подделка под джутовый сердечник марки СДП, пропитанный составом АСКМ, может существенно снизить технический ресурс и качество стальных канатов.
Производство джутовых сердечников марки СДП новой конструкции, пропитанных биокоррози-оннозащитным составом АСКМ-1А и отвечающих требованиям международных стандартов, налажено в ООО «НПК «Энергия» (г. Пермь).
В ОАО БМК налажен серийный выпуск стальных канатов с джутовым сердечником СДП, которые пользуются повышенным спросом в России и являются конкурентоспособными на мировом рынке канатов. Конструкция стального каната с новым джутовым сердечником, пропитанным составом АСКМ, защищена патентом России*.
Выводы. Проведены сравнительные испытания на усталостную прочность при многократном изгибе стальных канатов конструкции Warrington Sale 6x36 диам. 16 мм с пеньковым и джутовым сердечниками, пропитанными различными противогнилостными составами.
Результаты испытаний канатов с тремя различными нагрузками показали, что канат с джутовым сердечником имеет повышенный технический ресурс по сравнению с канатом, имеющим пеньковый сердечник.
После испытаний канатов до разрыва внешней пряди пеньковый сердечник, пропитанный составом Е-1, практически полностью разрушился. При этом он стал жестким, ломким и существенно неоднородным по форме и диаметру. Джутовый сердечник, пропитанный составом АСКМ,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.