Как выбрать канат для крана: сердечник и браковка

Стальной канат — наиболее ответственный несущий компонент механизма подъёма крана. От правильности его выбора напрямую зависят безопасность оборудования и срок его службы. Согласно требованиям ISO 4301 — стандарт проектирования кранов, минимальное разрывное усилие каната должно удовлетворять условию F₀ ≥ S × n, где S — максимальное статическое натяжение каната, n — коэффициент запаса прочности, значение которого зависит от режима работы механизма. В то же время ISO 4308 — выбор канатов для кранов устанавливает, что при выборе каната следует комплексно учитывать диаметры шкивов и барабана, конструкцию каната и ожидаемый срок службы, предоставляя инженерам полную методику подбора.

4 типа конструкций стальных канатов и условия применения

Стальные канаты для кранов по конструкции делятся на 4 типа: точечного касания, линейного касания, поверхностного касания и с уплотнёнными прядями. Канаты точечного касания (например, 6×19) просты в изготовлении, но характеризуются высокими контактными напряжениями между проволоками внутреннего и наружного слоёв; они пригодны для обычных такелажных работ. Канаты линейного касания (например, 6×19W, 6×25Fi) за счёт параллельной свивки проволок разных слоёв снижают контактные напряжения; их усталостная долговечность примерно на 30% выше, чем у канатов точечного касания. Такие канаты являются стандартным оснащением механизмов подъёма мостовых кранов Kelude.

Канаты поверхностного касания изготавливаются с фасонными прядями: наружные проволоки проходят калибровку, образуя плоскую поверхность контакта. Они отличаются высокой износостойкостью и применяются в условиях многослойной навивки. Канаты с уплотнёнными прядями подвергаются ковке или обжатию, в результате чего проволоки в прядях получают пластическую деформацию; коэффициент заполнения металлом достигает 0,85 и выше, а разрывное усилие при том же диаметре на 15–20% выше, чем у обычного стального каната. При выборе типа свивки следует руководствоваться режимом работы (уровнем M): при уровне M1–M3 допустимы канаты с однослойной прядью, при уровне M4 и выше рекомендуется линейное касание или многослойная конструкция прядей.

Волокнистый и стальной сердечник: сравнение 4 ключевых параметров

Сердечник стального каната бывает двух типов: волокнистый (FC) и стальной (IWRC). Они существенно различаются по гибкости, стойкости к смятию, площади металлического сечения и диапазону рабочих температур. Волокнистый сердечник изготавливается из натуральной сизали или синтетического полипропилена, обладает хорошей маслоёмкостью и обеспечивает постоянную смазку каната в процессе работы, замедляя коррозию внутренних проволок. Такой канат отличается высокой гибкостью и подходит для однослойной навивки и режимов с частыми перегибами.

Стальной сердечник (IWRC) представляет собой отдельный канат, обладающий значительно более высокой стойкостью к смятию по сравнению с волокнистым: при многослойной навивке он не деформируется под давлением наружных проволок. Площадь металлического сечения больше, а минимальное разрывное усилие при том же номинальном диаметре на 8–12% выше, чем у каната с сердечником FC. Для металлургических и литейных кранов Kelude, работающих в условиях высоких температур, канат со стальным сердечником IWRC является обязательным требованием: волокнистый сердечник при температуре окружающей среды свыше 60°C разрушается вследствие обугливания. Кроме того, канат IWRC имеет меньшую структурную вытяжку, что делает его пригодным для точных такелажных операций, требующих высокой точности позиционирования.

Малораскручивающийся канат: 3 ключевых момента выбора

Малораскручивающийся стальной канат (также называемый невращающимся) изготавливается с противоположным направлением свивки внутренних и наружных прядей, благодаря чему крутящие моменты, возникающие под нагрузкой, взаимно компенсируются. Такой канат особенно подходит для работы с одной ветвью каната и для кранов с большой высотой подъёма, поскольку эффективно предотвращает вращение крюка и потерю контроля над грузом. При выборе малораскручивающегося каната необходимо учитывать 3 ключевых момента.

Момент первый: малораскручивающиеся канаты выпускаются в трёх основных конструкциях — 18×7, 19×7 и 35×7. Конструкция 18×7: 12 наружных прядей крестовой свивки правого направления и 6 внутренних прядей левого направления — крутящие моменты уравновешены, канат пригоден для высоты подъёма до 100 м. Конструкция 35×7 отличается большим числом прядей и высоким коэффициентом заполнения металлом; она применяется для сверхбольшой высоты подъёма свыше 150 м, например, в механизмах подъёма козловых кранов для гидроэлектростанций Kelude.

Момент второй: для малораскручивающихся канатов требования к соотношению D/d (диаметр барабана и шкива к диаметру каната) более жёсткие: для режима M4 рекомендуется D/d ≥ 22,4, для M5 — D/d ≥ 25, для M6 — D/d ≥ 28. Эти значения выше, чем для обычных канатов того же режима работы. Причина — многослойная конструкция прядей, которая при слишком малом радиусе изгиба склонна к деформации типа «птичья клетка».

Момент третий: крепление конца каната должно исключать возможность его вращения. Категорически запрещается крепить конец малораскручивающегося каната сваркой. Следует применять клиновой зажим или коуш с заливкой сплавом, а под местом крепления устанавливать устройство, предотвращающее вращение, чтобы в процессе подъёма груза в канате не накапливалась деформация кручения, приводящая к разрыхлению прядей.

Подбор диаметра каната: соотношение D/d и коэффициент запаса прочности

Согласно ISO 4301 и ISO 4308, соотношение номинального диаметра каната d к диаметру барабана и шкива по окружности впадин D (D/d) является ключевым параметром, определяющим срок службы каната. Слишком малое значение D/d приводит к чрезмерным напряжениям изгиба и резкому снижению усталостной долговечности. Минимальные значения D/d для стандартных режимов работы: M1–M2 — ≥ 14, M3 — ≥ 16, M4 — ≥ 18, M5 — ≥ 20, M6 — ≥ 22,4, M7 — ≥ 25.

Коэффициент запаса прочности n также зависит от режима работы: для M1 — n ≥ 4,0; M2 — n ≥ 4,5; M3 — n ≥ 5,0; M4 — n ≥ 6,0; M5 — n ≥ 7,0; M6 — n ≥ 9,0. На заводских приёмочных испытаниях Kelude проводит фактическую проверку разрывного усилия каната каждого крана, гарантируя запас F₀ (факт.) ≥ S × n × 1,15. При расчёте выбора каната необходимо также учитывать угол наклона канавки барабана, угол отклонения каната и угол входа каната на барабан; при угле отклонения более 4° требуется установка канатоукладчика.

5 критериев выбраковки и периодичность осмотра

Согласно ГОСТ 5972-2016 «Канаты стальные. Уход, осмотр и выбраковка» и ISO 4309:2017 — стандарт контроля стальных канатов, канат подлежит выбраковке при наличии хотя бы одного из следующих 5 условий: ① количество обрывов проволок на длине одного шага свивки достигает 10% от общего числа проволок; ② уменьшение диаметра каната относительно номинального составляет более 7%; ③ обнаружен обрыв целой пряди или выход сердечника наружу; ④ наличие выраженных коррозионных язв или поверхностной коррозии, приведшей к уменьшению диаметра; ⑤ канат имеет необратимую деформацию — перегиб в виде клетки, выдавливание прядей, перекручивание или сплющивание.

Периодичность осмотра определяется интенсивностью эксплуатации и подразделяется на три уровня: для кранов непрерывного действия (годовая наработка более 4000 ч) — визуальный осмотр еженедельно, детальная проверка ежемесячно; для кранов периодического действия (годовая наработка 2000–4000 ч) — визуальный осмотр каждые две недели, детальная проверка раз в два месяца; для кранов редкого использования (годовая наработка менее 2000 ч) — визуальный осмотр ежемесячно, детальная проверка раз в полгода. Детальная проверка включает оценку состояния смазки, надёжности крепления концов каната, износа канавки барабана и равномерности распределения нагрузки в зоне уравнительного шкива.

Сравнительная таблица параметров конструкций канатов

Сравнительная таблица критериев выбраковки и методов инспекции

Часто задаваемые вопросы