Назначение и конструктивное исполнение канатов и стропов

Основными причинами аварий грузоподъёмных кранов являются: неправильная установка крана на участке работ; нарушения крепления узлов и механизмов крана; неправильная регулировка тормозов, неисправность тормозов; неисправность или отказ грузовых, стреловых канатов; применение некачественных или не соответствующих проекту канатов; неправильная регулировка или отказ приборов и устройств безопасности; перегрузка крана; неудовлетворительное качество сварных соединений, допущенное при ремонте, монтаже и изготовлении крана; низкое качество стали, применяемой при изготовлении и ремонте ответственных металлоконструкций крана [19].

На предприятиях и стройках при эксплуатации грузоподъемных кранов на протяжении ряда лет происходят аварии и несчастные случаи по причине обрывов стальных канатов.

Грузоподъемные краны снабжены блочно-канатными системами. Передача тяговых усилий от барабана лебедки к грузозахватному органу при подъеме или опускании груза осуществляется стальными канатами. Последние работают с относительно высокими скоростями, различной по величине и характеру приложения нагрузкой, испытывают большое количество перегибов при обегании блоков и навивке на барабан.

Канаты для подъема и опускания стрелы (стреловые канаты) в процессе эксплуатации кранов подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов: растяжению, изгибу, скручиванию, внезапным динамическим нагрузкам, абразивному износу (истиранию), коррозионному воздействию и т. п., что в конечном итоге ведет к снижению их прочности и уменьшению ресурса.

На кранах в качестве грузовых, стреловых, вантовых, тяговых и др. могут применяться стальные проволочные канаты с органическим или металлическим сердечником, изготовленные и испытанные в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 3241—91* «Канаты стальные. Технические требования».

Согласно данному стандарту канаты изготовляются из светлой или оцинкованной проволоки марок В, I и II с органическим, металлическим сердечником или сердечником из искусственных материалов (пластмасс и пр.). Канаты могут быть различных типов и конструкций в зависимости от числа проволок в прядях и прядей в канате, расположения проволок и прядей по площади поперечного сечения каната, вида и направления свивки проволок и прядей, формы поперечного сечения каната и пр.

На кранах в качестве грузовых, стреловых канатов и для изготовления стропов обычно применяют многопрядные канаты, изготовленные из проволок разного диаметра.

Промышленностью выпускаются канаты крестовой и односторонней свивки. В первом случае направления свивки проволоки в прядях и прядей в канате разные, во втором случае — одинаковые. При односторонней свивке канаты обладают большей гибкостью и лучше сопротивляются износу, чем при крестовой, однако они более склонны к закручиванию, вследствие чего не пригодны для поднятия грузов, подвешенных к одному концу каната.

В соответствии с ГОСТ канаты бывают с точечным касанием (ТК) проволок между слоями (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев в одной точке) и с линейным касанием (ЛК) проволок между слоями (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев по всей длине проволоки).

Линейное касание проволок значительно повышает гибкость каната и уменьшает истирание проволок при эксплуатации. Основное преимущество канатов ЛК по сравнению с канатами ТК заключается в сочетании гибкости с высокой износоустойчивостью и большей прочностью при одинаковых прочих условиях. Учитывая данные свойства, канат ЛК следует в первую очередь применять на кранах и подъемных механизмах.

По способу свивки различают канаты раскручивающиеся и нераскручивающиеся. В первых канатах пряди и проволоки не сохраняют своего положения после снятия перевязок, во вторых — сохраняют.

Завод, изготовляющий канат, снабжает его сертификатом (паспортом) с указанием назначения каната, его номинального диаметра, длины и массы, вида покрытия проволоки, направления свивки каната и сочетания направлений свивки его элементов, способа свивки и степени крутимости каната, а также результатов механических испытаний и других сведений.

В случае получения канатов, не снабженных сертификатом, их необходимо подвергнуть испытаниям в соответствии с ГОСТ 3241—91*, для чего от каждого каната следует отрезать образец длиной 1 м — для канатов из светлой проволоки, 1,5 м — для канатов из оцинкованной проволоки. Для проверки разрывного усилия каната в целом отбирается специальный образец. Канаты, не снабженные свидетельством об их испытании, применять недопустимо.

При эксплуатации кранов и электроталей используют канаты из светлой проволоки марки В или I с органическим сердечником. Канаты из проволоки марки II могут применяться для изготовления стропов. Их следует устанавливать на кранах лишь в исключительных случаях, когда нет канатов из проволоки марок В и I, обладающих более высокими механическими качествами, и при условии, что коэффициент запаса прочности будет не меньше установленного Правилами.

При работе кранов, служащих для транспортировки расплавленного и раскаленного металла, могут применяться канаты с металлическим и органическим сердечником. В последнем случае требуется более надежная защита каната от воздействия высокой температуры. Устанавливать на такие краны канаты из проволоки марки II не разрешается.

Если необходимо, чтобы при работе канат был навит на барабан в несколько слоев, рекомендуется применять канаты с металлическим сердечником, предохраняющим нижние слои от сминания верхними.

На кабельных кранах для оттяжек опор и подвески электропроводов должны использоваться канаты из оцинкованной проволоки без органического сердечника. Такие канаты применяют также, если в процессе эксплуатации они подвергаются усиленной коррозии, или в случаях, когда исключена возможность их периодической смазки.

Промышленность выпускает канаты с временным сопротивлением разрыву от 1200 до 2600 МПа. При проектировании кранов обычно выбирают канаты с временным сопротивлением разрыву, равным 1800 МПа.

Для обеспечения расчетных запасов прочности могут применяться канаты с плетеным металлическим сердечником. Эти канаты предпочтительны также при многослойной навивке каната на барабан.

Наименьший допустимый коэффициент запаса прочности каната К зависит от рода привода и режима работы крана. Для грузовых и стреловых кранов с машинным приводом значение К должно быть не менее 5 – при легком (Л); 5,5 – при среднем (С) и 6 – при тяжелом (Т) и весьма тяжелом (ВТ) режимах работы. У кранов с ручным приводом механизмов канаты рассчитываются со значением К не менее 4,5.

Действительное разрывное усилие каната обычно указывается в сертификате (паспорте) каната. В случаях, когда в паспорте вместо действительного разрывного усилия каната указана величина так называемого суммарного разрывного усилия Р_сумм (сумма разрывных усилий отдельных проволок, из которых состоит канат), канат рассчитывают по суммарному разрывному усилию, умноженному на коэффициент ослабления каната свивкой. Среднее значение этого коэффициента принимается равным 0,83.

Грузовые канаты на кранах, предназначенных для подъема и транспортировки расплавленного металла, жидкого шлака, ядовитых и взрывчатых веществ, должны выбираться с коэффициентом запаса прочности не менее 6.

Стальные канаты, изготавливаемые из круглой поволоки, подразделяются по ряду признаков:

- по форме поперечного сечения − на круглые и плоские;

- по конструктивному признаку − на канаты одинарной, двойной и тройной свивки;

- по форме поперечного сечения прядей − на круглое и фасонопрядное;

- по способу свивки − на обыкновенные раскручивающиеся и нераскручивающиеся;

- по материалу сердечника − с органическим сердечником из натуральных или синтетических материалов (о. с.) и с металлическим сердечником (м. с);

- по направлению свивки − правой и левой свивки;

- по сочетанию направлений свивки каната и его элементов в канатах двойной и тройной свивки − на канаты односторонней свивки (направление свивки каната и свивки прядей по наружным проволокам одинаковые); канаты крестовой свивки (направление свивки каната и направление свивки стренг и прядей противоположные), канаты комбинированной свивки (с чередующимися через одну направлениями свивки прядей).

По числу ветвей канатные стропы разделяют на одноветвевые, двухветвевые, трехветвевые, четырехветвевые, кольцевые, петлевые; цепные стропы одноветвевые, двухветвевые, трехветвевые, четырехветвевые и универсальные. Простые стропы применяют для навешивания грузов, имеющих специальные приспособления (петли, крюки, рым-болты и т. п.), универсальные — для строповки грузов обвязкой.

Одноветвевой строп с крюком или другим захватным органом обычно применяют и для захвата грузов, снабженных монтажными петлями или проушинами, скобами и т. п.

Многоветвевые стропы (рис. 9.1) применяют для подъема и перемещения станков, аппаратов, строительных деталей и конструкций, имеющих 2, 3 или 4 точки крепления. Широкое применение они получили для строповки элементов зданий (панелей, блоков, ферм и т. п.), снабженных петлями или проушинами. При использовании многоветвевого стропа нагрузка должна передаваться на все ветви равномерно, что обеспечивается вспомогательными соединениями.

Рис. 9.1. Канатный строп четырехветвевой:

I − IV – ветви каната;

1 − подвеска; 2 – коуш; 3 – заплетка; 4 – канат; 5 – крюк; 6 – замок (защелка)

Универсальные стропы применяют при подъеме груза, обвязка которого обычными стропами невозможна (трубы, доски, металлопрокат, аппараты и т. п.).

Расчет стропов из стальных канатов с учетом числа ветвей канатов и угла наклона их к вертикали выполняют в соответствии с РД 10-33-93 (с изм. № 1 (РД 10-231-98)).

Стальные канаты, применяемые для изготовления стропов, должны иметь сертификат (свидетельство), в котором кроме других сведений должны быть указаны: диаметр каната, его назначение, марка, вид покрытия, направление свивки, сочетание направлений свивки, способ свивки, степень крутимости, маркировочная группа, диаметр проволоки, суммарное разрывное усилие, дата приемки и другие требования, предусмотренные сертификатом, в соответствии с которым изготовлен канат.

Важным условием обеспечения надежности стропов при их использовании для подъема и перемещения грузов является прочность канатных ветвей. Стропы в процессе работы подвергаются сложным статическим и динамическим нагрузкам, ударам, истиранию, коррозии и другим механическим и атмосферным воздействиям. В результате их прочность нарушается. Поэтому коэффициент запаса прочности канатов по отношению к нагрузке отдельной ветви стропа должен при проектировании стропов устанавливаться не менее 6.

С помощью грузозахватных приспособлений (чалочных устройств) груз подвешивается к крюку крана. Они должны быть легкими и прочными, соответствовать характеру транспортируемого краном груза и исключать самопроизвольную его отцепку.

При транспортировке грузов кранами применяются съемные грузозахватные приспособления различных конструкций с ручной зацепкой (обвязкой) груза или с автоматическим (полуавтоматическим) захватом его. Предпочтительно применение автоматических захватов, обеспечивающих безопасную и высокопроизводительную работу кранов, без присутствия в зоне перемещения грузов специальных рабочих (стропальщиков).

В связи с этим отдельным постановлением Госгортехнадзора предложено всем руководителям предприятий и организаций, имеющим грузоподъемные краны, разработать технологию погрузки, транспортировки, разгрузки и складирования грузов с помощью автоматических захватных устройств, для чего организовать их проектирование, изготовление и испытание.

При ручной строповке груза необходимо применять инвентарные стропы и захваты. Наибольшее распространение для ручной строповки грузов получили канатные или цепные стропы с крюками, кольцами, эксцентриковыми захватами и другими приспособлениями на концах, универсальный строп (кольцевой и двухпетлевой), клещевые захваты, траверсы с петлями, скобами, крючьями и т. п. для захвата груза.

Канатные и цепные стропы имеют в своем составе навесные и грузозахватные звенья. С помощью навесного звена стропы навешиваются на крюк крана.

В стропах для перемещения грузов в условиях производства строительно-монтажных работ широко применяется навесное звено, (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Звено разъемное:

1 – скоба; 2 – ограничитель; 3 – планка; 4 – болт; 5 – гайка; 6 – шплинт

В качестве грузозахватных звеньев применяются крюки, карабины, эксцентриковые и другие захваты.

Универсальные стропы (рис. 9.3) звеньев не имеют и применяются для строповки грузов с обхватом, который выполняется «в люльку» (рис. 9.4) или «на удав» (рис. 9.5).

Рис. 9.3. Стропы универсальные:

а – кольцевой; б – двухпетлевой

Рис. 9.4. Обхват груза «в люльку»:

а – кольцевым стропом; б − двухпетлевым стропом

Рис. 9.5. Обхват груза «на удав»

Для уменьшения износа стропов и обеспечения более надежного затягивания петли при работе с обхватом груза «на удав» применяются стропы со встроенным роликом, снижающим потери на трение и облегчающим работу по застроповке и расстроповке груза.

Мелкоштучные грузы (кирпич, мелкое литье, мелкие детали машин), а также сыпучие или жидкие грузы транспортируют кранами в специальной таре (контейнерах, поддонах, ящиках, бадьях, ковшах и т. п.).

Разрешения органов технадзора на проектирование и изготовление съемных грузозахватных приспособлений не требуется.

Конструкция грузозахватных приспособлений согласованию с Ростехнадзором не подлежит. За качество проекта и изготовления съемных грузозахватных приспособлений, а также за соответствие их Правилам [20] несет ответственность организация, выполнявшая соответствующую работу.

В случае применения сварки при изготовлении грузозахватных приспособлений и тары в документации (нормалях, технологических картах, чертежах) должны содержаться указания по ее выполнению и контролю качества. Требования к материалу, сварке и контролю качества при изготовлении грузозахватных приспособлений и тары Правилами [20] не регламентированы. В связи с этим материалы, способы сварки, методы контроля сварных соединений и браковочные показатели устанавливаются организацией, разрабатывающей техническую документацию на их изготовление.

Качество использованных при изготовлении материалов (канатов, цепей, поковок и т. п.) должно быть подтверждено сертификатами завода — поставщика материала.

Сведения об изготовленных съемных грузозахватных приспособлениях и таре заносятся в журнал их учета. В этом журнале должны быть указаны наименование грузозахватного приспособления или тары, грузоподъемность, номер стандарта, нормали (технологической карты, чертежа), номера сертификатов на примененный материал, результаты проверки качества сварки, результаты испытания грузозахватного приспособления или осмотра тары.

Все вновь изготовленные или подвергнутые ремонту съемные грузозахватные приспособления (стропы, траверсы, клещи и т. п.) должны быть испытаны и промаркированы. Испытание производится нагрузкой, в 1,25 раза превышающей их номинальную грузоподъемность.

Тара после изготовления должна подвергаться осмотру. Испытание тары грузом не обязательно и обычно не производится.

При испытании стропов общего назначения ветви их должны быть расположены по отношению друг к другу под углом 90° (рис. 9.6). Допускается аналитический перерасчет на прямолинейное растяжение. Например, грузоподъемность стропа при угле между ветвями 90° составляет 5 тс (50 000 Н). При испытании стропа при этом угле испытательная нагрузка должна быть на 25 % больше его грузоподъемности.

Рис. 9.6. Угол между ветвями строп

При испытании стропа с вертикальным расположением ветвей указанную испытательную нагрузку следует увеличить в 1,42 раза.

Испытание грузозахватных приспособлений под нагрузкой производится с помощью кранов с использованием специальных грузов известной массы или на специальных стендах, на которых испытательная нагрузка создается путем натяжения с помощью механического или гидравлического привода.

Время испытания не нормировано и может быть принято при массовом изготовлении стропов менее3 мин, при единичном изготовлении 10 мин.

При маркировке на съемное грузозахватное приспособление или прочно прикрепленную к нему бирку наносят его порядковый номер, грузоподъемность и дату испытания. Грузоподъемность стропов общего назначения указывается при угле между ветвями 90°. Грузоподъемность стропов целевого назначения, предназначенных для подъема определенного груза, указывается при угле между ветвями, принятом при расчете.

Съемные грузозахватные приспособления, изготовляемые для сторонних организаций, кроме маркировки, должны снабжаться паспортом, в котором указывается наименование предприятия-изготовителя, приводится эскиз изделия, его наименование, порядковый номер, сведения о примененных материалах, номер ГОСТ, нормали или чертежа, по которому приспособление изготовлялось, результаты и дата испытания.

В процессе эксплуатации съемных грузозахватных приспособлений владелец должен периодически их осматривать в установленные сроки, но не реже чем:

− через каждые шесть месяцев при осмотре траверс;

− через один месяц при осмотре клещей и других захватов;

- через каждые 10 дней при осмотре стропов (за исключением редко используемых).