Свивка прядей и канатов

В процессе свивки прядей и канатов необходимо обеспечить правильное сочетание геометрических и технологических параметров. К геометрическим параметрам каната (пряди) относят форму и размеры его поперечного сечения и составляющих его элементов, количество слоев и элементов в них. К основным технологическим параметрам относят шаг и угол свивки, кратность шага и коэффициент свивки.

Шагом свивки называют длину участка, заключенного между двумя ближайшими аналогичными точками одной и той же проволоки (пряди) и получающегося за один оборот ротора канатной машины.

Углом свивки называют угол, на который ось проволоки (пряди) наклонена по отношению к оси изготовленной пряди (каната).

Кратность шага свивки являетсяобобщенным параметром, отвечающим принципу геометрического подобия, и рассчитывается как отношение шага свивки к диаметру пряди (каната): k=H/d. В соответствие с ГОСТ 3241, к≤ 9 для прядей ЛК; к≤ 11 для прядей ТК, трехгранных прядей и однопрядных металлических сердечников, канатов одинарной свивки и прядей 1+6; к≤ 6, 5 для 3÷ 6 -прядных канатов; к≤ 7 для канатов с числом прядей более шести и канатов тройной свивки; к≤ 7, 5 для фасоннопрядных канатов; к ≤ 16 для стренг и прядей плоского каната.

Элементы каната (проволока или прядь) располагаются по винтовой линии, параметры которой приведены на рис. 3: d -диаметр каната; r, α, H - радиус, угол, и шаг свивки; L = H/cosα = 2π r/sinα - длина винтового элемента на шаге свивки каната.

Формирование каната из отдельных проволок придает ему два очень ценных свойства по сравнению со сплошным стержнем равного сечения — значительно повышенную прочность и малую изгибную жесткость. Последнее свойство обеспечивается тем, что при изгибе каната возможно относительное проскальзывание проволок. Однако простое формирование каната из пучка прямых проволок не может обеспечить возможность его изгиба и намотки на барабан из-за недостаточной поперечной плотности при отсутствии поперечного скрепления проволок между собой. При изгибе такого пучка прямых проволок внешние проволоки могут врезаться между внутренними, а внутренние — потерять устойчивость и выпучиться. Поперечное скрепление проволок привело бы к изгибу каната при намотке на барабан, эквивалентному изгибу сплошного стержня. В канате же, свитом из проволок (прядей) по винтовой линии, относительное проскальзывание проволок (прядей) при изгибе происходит в одном направлении лишь на длине половины шага свивки — наружная и внутренняя точки каждой проволоки (пряди) остаются неподвижными, а средние части стремятся выдвинуться изнутри наружу. При этом в каждом поперечном сечении сдвигается лишь часть проволок, и плотность свивки не нарушается. Таким образом, именно свивка каната обеспечивает ему малую изгибную жесткость и возможность изгиба на относительно малом радиусе в пределах упругих деформаций материала проволоки.

а б

Рис. 3. Параметры свивки (а) и развертка винтовой линии (б)

Наряду с прочностью и гибкостью свивка каната из круглых стальных проволок обусловливает ряд существенных недостатков. Сечение каната, свитого из круглых проволок, меньше сечения сплошного стержня того же диаметра, что снижает прочность каната. Более полное использование сечения каната может быть достигнуто путем применения фасонной проволоки Z-образного, Х-образного или клиновидного сечения, что и делается в канатах закрытой конструкции. Однако промежутки между проволоками не бесполезны, они используются для смазки, необходимой для уменьшения трения между проволоками и защиты их от коррозии, что очень важно для оптимизации условий работы каната.

Большим недостатком стальных канатов является подверженность проволок местным контактным напряжениям в местах их соприкосновения с другими проволоками и деталями грузовых механизмов. Контакт между проволоками может быть точечным (при намотке каждого следующего слоя в противоположном предыдущему слою направлении) или линейным (при намотке слоев в одном направлении и укладке проволок следующего слоя в канавку, образованную проволоками предыдущего слоя с тем же шагом свивки). В последнем случае контактные напряжения будут существенно меньше, и сечение каната будет использовано более полно. Однако навивка всех слоев в одном направлении приводит к кручению каната при изменении растягивающей нагрузки.

В канатах закрытой конструкции контакты между проволоками при любом направлении свивки будут по всей поверхности и контактные напряжения будут наименьшими. Для уменьшения контактных напряжений и увеличения плотности заполнения сечения металлом применяется обжатие прядей путем протаскивания их через волоки, а также формирование фасонных (трехгранных или плоских) прядей [4].