Дротовий канат

Изобретение относится к области производства и эксплуатации стальных канатов, а именно - к эксплуатации некрутящихся и малокрутящихся стальных канатов. Известен малокрутящийся двухслойный канат, содержащий в наружном слое двенадцать и во внутреннем слое шесть прядей, а также центральную металлическую прядь, причем слои прядей свиты в противоположном направлении - прототип. Однако, известный двухслойный канат не может удовлетворять потребности промышленности в некрутящи хся канатах, т.к. он совершенно недостаточно уравновешен от кручений при свободном подвесе груза и имеет потери прочности в эксплуатации в связи с тем, что центральная прядь, свитая в том же направлении, что и внутренний слой прядей, имеет диаметр, недостаточный для совместного с внутренним слоем прядей уравновешивания наружного слоя прядей, расположенного на большем радиусе свивки. В основу изобретения поставлена задача создать некрутящийся канат, в котором за счет введения в конструкцию двухслойного каната центральной пряди, достаточно жесткой на кручение, создается возможность уравновесить разницу крутящи х моментов в наружном и внутреннем слоях прядей и достичь уравновешенности двухслойного каната на кручение по сравнению с малокрутящимися канатами. Технический результат достигается тем, что в известном проволочном канате, содержащем два противоположно свитых слоя проволочных прядей и центральную прядь, свитую в одном направлении с внутренним слоем прядей, согласно изобретению диаметр центральной пряди выбран в 1,44 - 4,76 раза больше диаметра пряди в наружном слое. Кроме того центральная прядь выполнена из круглых или фасонных проволок. n 2 3 n1 3 ×d ×d , n0 2 n0 1 где d1 - диаметр пряди внутреннего слоя; d2 - диаметр пряди наружного слоя; n 0 - 800 - 1000кгс/мм 2; n 1 - 8,5 × 104кгс/мм 2; n 2 - (8,5 - 1,9) × 105кгс/мм 2. В предлагаемом канате все или. По меньшей мере одна центральная прядь могут состоять из фасонных проволок (пластически обжатые пряди). При этом диаметр центральной пряди должен соответствовать формуле d0 = 3 d0 = 3 2 24 æ 1- y F2R2 F1R1 2 ç × ç 1+ y H2 x0 è H1 ö ÷, ÷ ø 0 £ y £ 0,4, где x0 = -3/2 (Sin 2a 0 + 2ln Cosa 0) Ctg2a 0; a 0 - угол сви вки центральной пряди на ее поверхности; F1 и F 2 - площади металлического сечения всех прядей, соответственно, внутреннего и наружного слоев; R1 и R2 - радиусы свивки, соответственно, внутреннего и наружного слоев прядей; H1 и H2 - шаги свивки, соотве тственно, вн утреннего и наружного слоев прядей; x - коэффициент неуравновешенности. На чертеже (фиг.) изображено поперечное сечение предлагаемого каната, состоящее из двух фрагментов: I - пряди из круглых проволок; II - пряди из фасонных проволок (пластически обжатые). Канат состоит из внутреннего слоя прядей 1, наружного слоя прядей 2 и центральной пряди 3. Пряди внутреннего слоя имеют диаметр d1, наружного - d2, а центральная прядь - d0, причем d0 = (1,44 - 4,76) × d2. Наружный слой прядей 2 свит в противоположном направлении по отношению к внутреннему слою прядей 1 и центральной пряди 3. При растяжении каната в слоях прядей возникают крутящие моменты M1 и M2, а в центральной пряди M0. Условием полной уравновешенности каната от кручения является равенство (1) M2 - M1 - M0 = 0 Точное соблюдение равенства (1) затруднено, поэтому в практике проектирования некрутящихся канатов принято следующее приближенное условие уравновешенности (4) 0 £ y = C / C max £ 0,4, где C и Cmax - действительный и максимально возможные для данной конструкции каната коэффициенты влияний. Для каната, состоящего из двух противоположно свитых слоев прядей и центральной пряди, это условие имеет вид y = C2 - C1 - C0 , C2 + C1 + C0 (2) 0 £ y £ 0,4, где C0, C1, C2 - коэффициенты влияния центральной пряди, внутреннего и наружного слоев прядей, соответственно. Из (2) определяем требуемый коэффициент влияния центральной пряди 1- y (3) - C1 , 0 £ y £ 0,4, 1+ y Известно (4), что коэффициент влияния C пропорционален третьей степени диаметра пряди или каната, C0 = C2 поэтому в (3) можно заменить C0 = n 0d03; C1 = n 1d1 3; C2 = n 2d2 3, где n 0, n 1, n 2 - коэффициенты пропорциональности. В результате из (3) получаем n2 3 1 - y n1 3 ×d × ×d , n0 2 1 + y n 0 1 d0 = 3 0 £ y £ 0,4. (4) При таком диаметре центральной пряди выполняется условие уравновешенности каната от кручения (2). Из конструктивно-технологических соображений наиболее целесообразно применять в наружном слое от 12 до 18 прядей, а во внутреннем - 8 - 12 прядей. В качестве центральной пряди с целью повышения гибкости лучше использовать трех- или четырехлинейную прядь. Если же требование гибкости не выдвигается, то можно применять и одно- и двухслойную прядь. Исходя из этих соображений, на основе анализа численных коэффициентов влияния (4), приняты следующие значения коэффициентов в (4): для центральной пряди n 0 = 800 - 1000кгс/мм 2; для внутреннего слоя n 1 = 8,5 × 104кгс/мм 2; для наружного слоя n 2 = (0,85 - 1,9) × 105кгс/мм 2. С учетом эти х численных значений из (4) находим для предлагаемого каната: в случае 18-ти прядей в наружном слое d0 = (1,44 - 4,76)d2, в случае 12-ти прядей в наружном слое d0 = (2,65 - 4,16)d2. Второй диапазон полностью перекрывается первым, поэтому принимаем окончательно d0 = (1,44 - 4,76)d2, (5) что и отражено в формуле изобретения. При таком соотношении между диаметрами центральной пряди и пряди наружного слоя удовлетворяется приближенное условие уравновешенности (2). Если принять в (4) y = 0, то получаем точное условие уравновешенности, удовлетворяющее условию (1) n 2 3 n1 3 (6) ×d ×d , n0 2 n0 1 При устанавливаемых по (5) или (6) соотношениях между d0 и d2 диаметр прядей внутреннего слоя d1 и число этих прядей определяются однозначно по известной методике геометрического проектирования канатов. С целью увеличения коэффициента C0, а также прочности и поперечной жесткости каната в целом целесообразно, чтобы центральная прядь состояла из фасонных проволок. Пряди в слоях также могут состоять из фасонных проволок (фрагмент II на чертеже). Такие пряди получают из обычных круглопроволочных методом пластического обжатия. Для пластически обжатой пряди коэффициент влияния определяется формулой (4). d0 = 3 pd3 0 (7) x , 12 0 где E - модуль упругости материала проволок; x0 = -3/2 (Sin 2a 0 + 2ln Cosa 0)×Ctg2a 0; a 0 - угол сви вки центральной пряди на ее поверхности. Для прядей в слоях в соответствии с (4) примем C1 = E F 1R1Cos 2b 1 Sinb 1, (8) C2 = E F 2R2Cos 2b 2 Sinb 2, где F1 и F 2 - суммарные площади поперечного сечения внутреннего и наружного слоев прядей, соответственно; R1, R2 и b 1 , b 2 - радиусы и углы свивки прядей внутреннего и наружного слоев. Из (3) с учетом (7), (8) и общепринятых упрощений имеем C0 = E d0 = 3 2 24 æ 1- y F2R2 F1R1 2 ç × x0 ç 1 + y H 2 H1 è ö ÷, ÷ ø (9) 0 £ y £ 0,4. При таком диаметре центральной пряди, состоящей из фасонных проволок (пластически обжатой), удовлетворяется приближенное условие уравновешенности (2). Если в (9) принять y = 0, то имеем точное условие уравновешенности, удовлетворяющее равенству (1) ö ÷. (10) ÷ ø При свободном подвесе груза канат стремится вращаться в сторону раскручивания наружного слоя, т.е. в сторону закручивания внутреннего слоя и центральной пряди. Для увеличения сопротивления закручиванию (крутильной жесткости) рекомендуется, чтобы пряди внутреннего слоя были свиты с плотным контактом между собой. При этом для обеспечения гибкости между прядями наружного слоя должны быть зазоры D. Известно, что центральная прядь и внутренние слои прядей при растяжении каната подвергаются большим растягивающим напряжениям, чем наружный. Поэтому, для выравнивания напряжений в предлагаемом канате целесообразно увеличить податливость центральной пряди и внутреннего слоя прядей. d0 = 3 24 æ F2R2 F1R2 2 1 ç x0 ç H 2 H1 è Это достигается подбором параметров свивки, при котором кратности свивки центральной пряди, внутреннего и наружного слоев прядей отличаются друг от друга не менее, чем на единицу, последовательно увеличиваясь от центральной пряди к наружному слою. В качестве примера рассмотрим канат конструкции 13 ´ 12(4 + 8) - 12 ´ 7(1 + 6) - 1 ´ 36(1 + 7 + 7/7 + 14) из пластически обжатых прядей (фрагмент I на чертеже). В этом канате d 0 = 2,16d2, что удовлетворяет формуле изобретения. Кратности свивки: центральной пряди k0 = 6; внутреннего слоя прядей k1 = 7; наружного слоя прядей k2 = 8. Испытания такого каната свободным подвесом груза показали, что он является практически полностью уравновешенным от кручения (некрутящимся). Таким образом, предлагаемый двухслойный канат позволяет решить проблему создания некрутящи хся канатов. Реализация изобретения в промышленности возможна путем замены двухслойных малокрутящихся канатов по ГОСТ 3088 - 80, ГОСТ 16827 - 81, ГОСТ 16828 - 81, ГОСТ 7681 - 80 и им аналогичных. Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в создании некрутящихся канатов, в улучшении качества и надежности по сравнению с известными двухслойными малокрутящимися канатами при использовании на грузоподъемных машинах для подъема свободно подвешенного груза одним концом каната.