Разработка и испытание стальных канатов с повышенным техническим ресурсом и качеством



Предыдущая | Следующая

 

Разработка и испытание стальных канатов с повышенным техническим ресурсом и качеством Инженерами Белорецкого металлургического комбината совместно с пермскими учеными разработана новая конструкция стального каната с повышенным техническим ресурсом и качеством.
В новой конструкции каната предложено использовать органический сердечник из очищенного и обработанного по специальной технологии джутового волокна. Джутовый сердечник пропитывается раствором экологически безопасного биокоррозионнозащитного состава АСКМ-1А по ТУ 2439-006-50289046-2003 (год ввода — 2003, Россия) в светлом минеральном масле со специальными добавками, увеличивающими морозостойкость и эластичность органического сердечника при отрицательной температуре, влагостойкость и влагопрочность джутового волокна, смазывающие свойства, коррозионностойкость и долговечность стального каната.
Технический ресурс стального каната существенно зависит от прочности, биостойкости, морозостойкости, долговечности и смазывающих свойств органического сердечника, его однородности по форме и диаметру, в том числе в процессе изготовления и эксплуатации каната.
Для определения 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 технологий Института подъемной и транспортной техники IFT при университете г.
Штуттгарта (Германия) были проведены сравнительные испытания на усталостную прочность при многократном изгибе двух серийных канатов № 27225/GU1 и № 27226/GU2 конструкции Warrington Seale 6x36 диаметром 16 мм с пеньковым и джутовым сердечниками, пропитанными различными противогнилостными составами. Стальные канаты для испытаний были изготовлены на Белорецком металлургическом комбинате. Пряди конструкции 1+7+7/7+14 под данные канаты готовились с одной заправки из светлой проволоки номинальной прочностью 1770 Н/мм2 с левым направлением свивки. При этом пряди канатов смазывались смазкой «Торсиол-35Р» в конус свивки с обтиром.
При изготовлении каната № 27225/ GU1 использовался органический сердечник из пеньки по ГОСТ 5269-93 (год ввода — 1995, Россия) пропитанный противогнилостной смазкой Е-1 по ГОСТ 15037-69 (год ввода — 1971) на основе нафтената меди, а каната № 27226/GU2 — органический сердечник из джута по ТУ 8121-012-50289046-2005 (год ввода — 2005, Россия), пропитанный биокоррозионнозащитным составом АСКМ-1А. Основные параметры канатов приведены в табл. 1.
Испытания на усталостную прочность канатов при многократном изгибе проводились на аттестованной стационарной испытательной машине института IFT (Германия), показанной на рис. 1.
Схема испытательной установки приведена на рис. 2. Стальной канат 1 накладывается на испытательный шкив 2 и приводной шкив 3. За счет знакопеременного вращения приводного шкива канат движется по испытательному шкиву то в одном, то в другом направлении, переходя из положения «прямой» в положение «изогнутый» и обратно.
Благодаря этому канат подвергается многократной изгибающей нагрузке. Для имитации натурных условий на испытательный шкив с помощью рычага и грузов подается постоянная нагрузка F.
Таким образом, на канат в процессе испытания с многократным изгибом действует постоянное растягивающее усилие S. Параметры испытаний канатов приведены в табл. 2.
Канат и шкивы испытательной машины до и во время испытаний дополнительно не смазывались.
Контроль состояния канатов во время испытаний на усталостную прочность при многократном изгибе проводился в Параметры испытаний Наименование параметра Канат 27225/GU1 Таблица 2 Канат 27226/GU2 соответствии со стандартом DIN 15020-21974 (год ввода — 1975, Германия). В ходе испытаний через определенные равные промежутки времени на двух подвергае Номер испытания / Растягивающее усилие каната S, кН Номер испытания / Относительное растягивающее усилие каната S/d2, Н/мм2 Диаметр испытательного шкива D, мм Канавка испытательного шкива Материал испытательного шкива 12 403 / 20,5 12 429 / 25 12 383 / 30 12 403 / 80 12 429 / 98 12 383 / 117 круглая; r=0,53d сталь 12 410 / 20,5 12 436 / 25 12 388 / 30 12 410 / 80 12 436 / 98 12 388 / 117 круглая; r=0,53d сталь мых изгибающей нагрузке участках каната длиной 30хd проводился подсчет разрушений проволок, и измерялся диаметр каната. Помимо этого, на обоих участках, подвергаемых изгибающей нагрузке, определялось максимальное количество разрушений проволок на отрезке длиной 6?? d.
Для оценки технического состояния ор ганических сердечников от испытанных канатов были вырезаны поврежденные Результаты испытаний каната 27225/GU1 участки, из которых выплетены сердечники. Состояние сердечников определялось Наименование параметра Растягивающее усилие каната S, кН Количество циклов изгибающей нагрузки до разрыва наружной пряди, N Номер испытания 12403 12429 12383 20,5 25 30 393 760 356 210 200 000 визуально. Кроме того, проводили замер диаметра сердечников.
Полученные при испытаниях показатели — число циклов N изгибающей нагрузки до разрыва по меньшей мере одной наружной пряди каната и число циклов NА Количество циклов изгибающей нагрузки до снятия каната по износу, NA Отношение количества циклов изгибающей нагрузки до разрыва и снятия каната по износу, N/NА 299 890 0,76 193 150 0,54 123 870 0,61 изгибающей нагрузки до снятия каната по износу согласно стандарту DIN 15020 для группы приводов от 2 до 5 м приведены в табл. 3, 4, а также на рис. 3.
Таблица 4 Результаты испытаний каната 27226/GU2 Номер испытания Наименование параметра 12 410 12 436 12 388 В табл. 5 приведены результаты сравнительных испытаний до разрыва канатов № 27225/GU1, 27226/GU2 и импортного каната диаметром 16 мм конструкции 6х36WS+Fe с пропитанным сизалевым Растягивающее усилие каната S, кН Количество циклов изгибающей нагрузки до разрыва наружной пряди, N Количество циклов изгибающей нагрузки до снятия каната по износу, NA Отношение количества циклов изгибающей нагрузки до разрыва и снятия каната по износу, N/NА 20,5 615 460 372 840 0,60 25 479 880 242 830 0,50 30 358 820 152100 0,42 сердечником.
Из анализа результатов трехкратных испытаний стальных канатов установлено, 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 у каната с пеньковым сердечником, и в 1,2 раза больше, чем у импортного каната с сизалевым сердечником.
Исследование участков стальных канатов, поврежденныхнаиспытательномшкиве,показали, что канат № 27225/GU1 с пеньковым сердечником разрушился на большей длине ивбольшейстепени,чемканат№27226/GU2 с джутовым сердечником (рис. 4).
Исследование участков органических сердечников в местах разрушения канатов показали, что пеньковый сердечник по ГОСТ 5269-93 из каната № 27225/GU1, пропитанный противогнилостным составом Е-1 по ГОСТ 15037-69, практически полностью разрушился (рис. 5), потерял эластичность, стал жестким и ломким.
Форма и диаметр пенькового сердеч Рис. 4. Стальные канаты после испытаний при S = 20,5 кН ника после испытаний стали существенно неоднородными. Диаметр пенькового сердечника на разрушенном участке каната (испытание № 12383) составил 6-7,8 мм.
Джутовый сердечник по ТУ 8121-01250289046-2005 из каната № 27226/GU2, пропитанный биокоррозионнозащитным составом АСКМ-1А по ТУ 2439-00650289046-2003, после испытаний не имел разрушений (рис. 6) и остался эластичным и однородным по форме и диаметру.
Диаметр джутового сердечника на разрушенном участке каната (испытание № 12388) составил 7-7,3 мм.
Химический анализ состава пенькового и джутового волокна до изготовления сердечников и после испытаний стальных канатов показал, что волокно пеньки значительно подвержено деструкции предположительно от воздействия смазки Е-1 на основе нафтената меди. Очищенное и обработанное по специальной технологии джутовое волокно, пропитанное составом АСКМ-1А, не подвержено деструкции.
В связи с особенностью конструкции джутовый сердечник по сравнению с пеньковым меньше подвержен сдавливанию, имеет более стабильный равномерный диаметр по длине, что обеспечивает повышение технического ресурса каната.
По заключению лаборатории канатных технологий Института IFT (Германия), определенный в этих испытаниях технический ресурс каната с джутовым сердечником производства ОАО «БМК» отвечает требованиям к качеству канатов потребителей из Европейского сообщества.
По инициативе ОАО «БМК» в настоящее время вносится изменение № 2 в ГОСТ 3241-91 (год ввода — 1993, Россия) на канаты стальные, связанное с использованием в них нового джутового сердечника СДП и нового биокоррозионнозащитного 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 биокоррозионнозащитным 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 канатном рынке.
Конструкция стального каната с новым джутовым сердечником, пропитанным составом АСКМ, защищена патентом России1?.
Патент РФ № 55784 по заявке № 2006109733 от 27.03.2006 на полезную модель «Канат стальной». Барсуков В. К., Барсуков С. В., Барсуков Е. В., Курашов Д. А., Салтук В. Н., Клековкина Н. А., Горбатов Е. К.
ВЫВОДЫ 1. Проведены сравнительные испытания на усталостную прочность при многократном изгибе стальных канатов конструкции Warrington Sale 6х36 диаметром 16 мм с пеньковым (канат № 27225/GU1) и джутовым (канат № 27226/GU2) сердечниками, пропитанными различными противогнилостными составами.
2. Результаты испытаний канатов с тремя различными нагрузками показали, что канат № 27226/GU2 с джутовым сердечником имеет повышенный технический ресурс по сравнению с канатом № 27225/GU1, содержащим пеньковый сердечник.
3. После испытаний канатов до разрыва внешней пряди пеньковый сердечник, пропитанный составом Е-1, практически полностью разрушился.
При этом он потерял эластичность, стал жестким, ломким и существенно неод Рис. 5. Пеньковый сердечник после испытаний при S=30 кН нородным по форме и диаметру.
Джутовый сердечник, пропитанный составом АСКМ, после испытаний не имел разрушений и остался эластичным и однородным по форме и диаметру.
4. Раннее и интенсивное разрушение стального каната № 27225/GU1 в процессе его испытания на усталостную прочность при многократном изгибе вызвано неудовлетворительным качеством пеньковых сердечников по ГОСТ 5269-93 и отрицательным влиянием на них смазки Е-1.