Как измерить прочность допустимой нагрузки стального каната

Как рассчитываются рабочие показатели прочности

Прочность тросов, канатов по производственному назначению регламентируется соответствующими ГОСТами:

ГОСТ 2688-80 – стальные канаты, тросы, стропы для подъемных кранов (строительных, металлургических), установок в шахтах;
ГОСТ 3068-88 – канаты и тросы для дорожной, строительной техники, подъемно-транспортных механизмов, землеройной техники;
ГОСТ 7668-80 – универсальные стальные тросы для металлургических, промышленных подъемных работ, строительства;
ГОСТ 7669-80 – тросы и канаты для лебедок, ковшей экскаваторов, шахтных подъемников;

Прочность троса из стали определяется двумя критериями:

разрывная прочность тросов – расчетная величина, определяющая, при каких минимальных нагрузках стальной трос начинает разрушаться;
рабочая прочность или допустимое усилие – показатель эксплуатационных возможностей, оптимальных нагрузок на трос при которых он может эксплуатироваться определенный срок без обрывов и разрушений. Этот показатель определяет, какие рабочие нагрузки допустимы для стального каната.

Разрывная и рабочая прочность зависит от технологии производства, конструкции, степени жесткости. Чем выше жесткость троса, тем выше показатели прочности на разрыв.

Параметры прочности стальных тросов на разрыв

Чтобы установить, какую нагрузку выдерживает стальной трос, важно учесть, что его выбор определяется двумя основными параметрами – разрывной и рабочей прочностью.

Читайте также: Блюда со свиным окороком на кости

Разрывная прочность

Под разрывной прочностью понимается минимальное усилие на канат, при котором он будет рваться. Если необходимо определить эту величину троса стального, характеристики на разрыв берут из ГОСТ или выявляют по формуле:

R=Kd2, где

K – коэффициент запаса прочности;
d – диаметр, мм.

Коэффициент К при подсчете разрывной нагрузки тросов является неизменным и выбирается в зависимости от разновидности конкретной продукции. Так, если надо выяснить значение изделия однопрядного типа, используют показатель 70. Для каната с одним органическим сердечником берут цифру 40, с несколькими сердечниками – 34.

Область применения

Использование стального каната можно встретить в разных областях. Это может быть, как трос для монтажа палатки и вантовых кровельных конструкций до подвесных мостов и телерадиобашен.

Различные области применения тросов предъявляют разные требования к прочности, устойчивости к истиранию и коррозии. Чтобы соответствовать этим требованиям, трос изготавливается из таких материалов как:

Нержавеющая сталь. Используется там, где коррозия является основным фактором.
Оцинкованная углеродная сталь. Применяется там, где прочность стоит на первом месте, а коррозионная стойкость менее важна.

Проволока (один элемент) может иметь сечение до 3 мм. Этого достаточно, чтобы выдерживать нагрузку до 200кгс/мм2. Стальные тросы и канаты различаются в плане свивки, которая бывает одинарная, двойная или тройная. Расположение проволоки в разных слоях, имеет одно из следующих касаний:

точечное (используются, как правило, при несущественных прерывистых нагрузках);
линейное (применяется во многих сферах);
точечно-линейное (используется для дополнительной прочности).

Классификация стальных канатов

В зависимости от типа свивки прядей выделяют следующие виды стальных канатов:

Проволоки между слоями имеют точечное касание – ТК;
Между слоями проволоки имеют линейное касание – ЛК;
Линейное касание и одинаковый диаметр проволок в каждом слое пряди – ЛК-О;
Линейное касание и наличие в наружном слое проволок разного диаметра – ЛК-Р;
Линейное касание между проволоками заполнения и отдельными слоями – ЛК-З;
Линейное касание и наличие прядей как с проволоками одинакового, так и разного диаметра – ЛК-РО;
Комбинированное точечно-линейное касание проволок – ТЛК.

Для работы на барабанах и блоках с полукруглыми канавками лучше выбрать стальные канаты с линейным касанием. Это связано с тем, что их срок эксплуатации почти в два раза больше, чем у канатов марки ТКЛ.

В зависимости от используемого материала сердечника выделяют:

Канаты с органическим сердечником, изготовленным из синтетических или натуральных материалов – О.С. Данный вид сердечников, благодаря своей специальной пропитке, препятствует быстрому истиранию проволок и защищает от коррозийных процессов внутренние части каната;
Канаты с металлическим сердечником – М.С. Этот вид стальных канатов отлично подходит для применения в горячих цехах, а также в тех случаях когда используется многослойная навивка на барабан.

По способу свивки выделяют следующие виды канатов:

Нераскручивающиеся – Н. В них пряди сохраняют свое после того как с конца каната будет снята заварка и перевязка;
Раскручивающиеся – Р. В канатах этого типа после снятия заварки или перевязки проволоки и пряди изменяют свое положение.

При изготовлении нераскручивающихся канатов проволоки подвергают предварительному изгибу. Благодаря этому данный вид обладает большей долговечностью, меньшим стремлением к образованию петель и узлов, а также кручению.

В зависимости от направления свивки выделяют стальные канаты левой (Л) и правой (П) свивки.

Существуют различные варианты свивки элементов и самого каната в изделиях тройной и двойной свивки. В соответствии с этим выделяют стальные канаты:

Односторонней свивки — О. Они имеют одинаковое направление свивки прядей и свивки самого каната по наружной проволоке.
Крестовая свивка. Для них характерно противоположное направление свивки прядей и стренг и свивки каната. Для канатов тройной свивки используется только этот вид свивки.
Комбинированная свивка – К. Направление свивки прядей чередуются через одну прядь.

Изделия с крестовой свивкой рекомендуются для работы канатов на блоках с клиновидными канавками или с подрезом, плоских ободах, а также для подъемных кранов. В тех случаях, когда исключается вероятность кручения каната, то лучше использовать канаты с односторонней свивкой.

Стальные канаты различаются и по степени крутимости:

МК – малокрутящиеся. Они характеризуются наличием противоположного направления свивки отдельных элементов по слоям.
Крутящиеся – имеют одинаковое направление всех прядей в стренге.

В зависимости от физико-механических особенностей проволоки выделяют следующие виды стальных канатов:

Марка В. Эти канаты используют исключительно в особо сложных и ответственных случаях.
Марка I. Чаще всего используется в качестве кранового каната.
Марка II.

Также в зависимости от особенностей покрытия поверхности проволоки стальные канаты классифицируются на следующие виды:

Без какого- либо покрытия;
С цинковым покрытием – ОЖ. Используются для работы в условиях с особо агрессивной внешней средой;
С цинковым покрытием и предназначенные для работы в агрессивной среде – Ж;
С цинковым покрытием для работы в условиях внешней среды средней агрессивности – С;
С покрытием прядей или самого каната искусственными материалами – П.

Стальные канаты предназначенные для грузолюдского назначения имеют маркировку ГЛ, а грузового назначения – Г.

По точности изготовления выделяют канаты повышенной Т и нормальной Н точности.

Пример условных обозначений канатов

Поверхностная плотность цинка стальных канатов

Номинальный диаметр, мм	Поверхностная плотность цинка, г/м2, не менее, для проволоки групп
Номинальный диаметр, мм	С	Ж	ОЖ
0,20 до 0,24	15	20	30
>0,24 до 0,32	20	25	45
>0,32 до 0,38	20	25	60
>0,38 до 0,45	30	40	75
>0,45 до 0,55	35	40	90
>0,55 до 0,65	40	50	110
>0,65 до 0,75	40	60	120
>0,75 до 0,95	50	70	130
>0,95 до 1,15	60	80	150
>1,15 до 1,40	60	90	165
>1,40 до 1,80	70	100	180
>1,80 до 2,40	80	110	205
>2,40 до 3,00	90	125	230
>3,00 до 3,80	100	135	230
>3,80 до 4,40	110	150	245
>4,40 до 5,10	110	165	245

Направление и сочетание направлений свивки стального каната:

При монтаже канатов основным требованием является их предохранение от раскручивания. Для этого необходимо следующее:

Барабан с канатом следует выставить на размоточном устройстве так, чтобы его ось располагалась строго горизонтально.
Сматываемый конец должен располагаться сверху или снизу барабана.
Барабан в процессе смотки должен слегка подтормаживаться.
Расстояние между двумя барабанами должно быть больше, чем триста диаметров стального каната.

Во время монтажа следует избегать перегибов каната, особенно знакопеременных.

Как измерить диаметр каната

«Номинальный диаметр» определяет расчетный диаметр каната. Для того же чтобы измерить фактический диаметр необходимо воспользоваться штангенциркулем, длина губок которого должна быть свыше ¾ диаметра измеряемого каната.

Замеры следует выполнять в двух поперечных сечениях, находящихся друг от друга на расстоянии не менее одного метра. В каждой из этих точек замер выполняют в двух перпендикулярных друг к другу плоскостях. После получения всех четырех результатов вычисляют их среднеарифметическое. Для нового каната полученная цифра должна располагаться внутри поля допусков «номинального» диаметра.

Размотка каната из бухты

Бухту следует поставить на землю и начать разматывать канат строго по прямой линии, стараясь при этом не допустить загрязнения его поверхности влагой, металлической крошкой, грунтом или какими-либо другими вредными веществами.

Также бухту можно установить и на поворотный разматыватель. После этого вращают бухту, потянув за наружный конец каната.

Нельзя разматывать канаты с неподвижных бухт, так как это приводит к образованию петель и перекручиванию канатов, а это в свою очередь значительно понижает их работоспособность.

Рисунок 1.

Никогда не разматывайте канат с неподвижной бухты, так как это может привести к перекручиванию каната и образованию петель, что значительно снизит работоспособность каната (рис. 2).

Рисунок 2.

Неправильно.

Обратите внимание на образование петель.

Допустимая нагрузка при использовании стального троса

Допустимая нагрузка (ДН) канатов из стали исчисляется зависимо от их диаметра. Данная величина измеряется в килоньютонах, при этом 1 кН составляет 100 кг. Допустимое значение для тросов из стали разного диаметра рассчитывается таким образом:

для каната диаметром 2 мм это значение составит 0,47 кН;
изделие диаметром 3 мм имеет допустимое значение 1,06 кН;
толщина 4 мм определяет ДН 1,88 кН;
для диаметра 5 мм данное значение составит 2,94 кН;
при толщине 6 мм допустимое значение равняется 4,24 кН;
толщина 8 мм определяет нагрузку в 7,52 кН;
для каната толщиной 10 мм ДН равняется 1,74 кН.

Разрушающая нагрузка (РН) (усилие, нужное для разрывания троса) также будет зависеть от диаметра изделия:

для каната диаметром 2 мм разрушающая нагрузка составит 2,35 кН;
изделие толщиной 3 мм имеет РН 5,29 кН;
толщина 4 мм определяет разрывное усилие 9,41 кН;
для троса толщиной 5 мм данное значение составит 14,70 кН;
при толщине изделия 6 мм РН равняется 21,20 кН;
диаметр 8 мм определяет нагрузку в 37,60 кН;
для изделия 10 мм РН равняется 58,80 кН.

То есть при допустимом значении от 47 до 174 кг тросы из стали диаметром от 2 до 10 мм прослужат долгий период времени без разрыва изделия либо его частей. А наименьшая нагрузка, которая нужна для разрушения троса, составляет от 235 до 5880 кг для канатов из стали, диаметр которых составляет 10 мм.