Последовательность расчета. Расчет разрывного усилия в канате

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.

Сколько выдерживает трос 12 мм?

Характеристика стальных тросов

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:

1. Нержавеющая сталь. Используется там, где коррозия является основным фактором.
2. 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

Направление и сочетание направлений свивки стального каната:

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

1. Барабан с канатом следует выставить на размоточном устройстве так, чтобы его ось располагалась строго горизонтально.
2. Сматываемый конец должен располагаться сверху или снизу барабана.
3. Барабан в процессе смотки должен слегка подтормаживаться.
4. 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.

Силы упругости: пружины, канаты и нити

В задачах в этой статьи рассмотрены случаи, когда тело поднимают или опускают с ускорением. При этом натяжение нити, на которой подвешен груз, разное. Даны примеры составления уравнений по второму закону Ньютона в проекциях на оси.

Задача 1. Грузовик взял на буксир легковой автомобиль массой т и, двигаясь равноускоренно, за с проехал м. На сколько при этом удлиняется трос, соединяющий автомобили, если его жесткость Н/м? Трение не учитывать.

Удлинение троса можно найти, зная силу упругости:

Так как трение учитывать не нужно, то по второму закону Ньютона

Следовательно,

Определим ускорение грузовика:

Окончательно для удлинения троса получаем:

Ответ получен в метрах, можно записать его в мм: 0,64 мм.

Задача 2. На нити, выдерживающей натяжение Н, поднимают груз массой кг из состояния покоя вертикально вверх. Считая движение равноускоренным, найти предельную высоту , на которую можно поднять груз за с так, чтобы нить не оборвалась.

К задаче 2

Запишем второй закон Ньютона в проекция на вертикальную ось:

Тогда ускорение равно:

Высота, на которую тело можно поднять с таким ускорением, равна

Ответ: 5 м

Задача 3. Веревка выдерживает груз массой кг при вертикальном подъеме его с некоторым ускорением и груз массой кг при опускании его с таким же по модулю ускорением. Какова максимальная масса груза , который можно поднимать или опускать на этой веревке с постоянной скоростью?

К задаче 3

Запишем уравнения по второму закону как для подъема, так и для спуска тела. Направим ось вверх, тогда при подъеме:

При спуске:

Ускорение по условию одно и то же, тогда:

Или

Приравняв, можем найти силу натяжения веревки, которую она выдерживает:

Если бы груз массой просто висел на такой веревке, то мы бы записали

Следовательно,

Ответ: 190 кг

Задача 4. Груз массой кг подвешен к пружине жесткостью Н/м. Длина пружины в нерастянутом состоянии м. Найти длину пружины , когда на ней висит груз. Какой будет длина пружины, если пружина с грузом будет находиться в лифте, движущемся с ускорением м/с, направленным а) вверх; б) вниз?

К задаче 4

Если груз повешен на пружину, ее длина увеличивается:

При движении лифта вверх запишем второй закон (ось направлена вверх):

Тогда длина пружины в этом случае:

При движении лифта вниз запишем второй закон (ось направлена вверх):

Тогда длина пружины в этом случае:

Ответ: , , .

Задача 5. Четырьмя натянутыми нитями груз закреплен на тележке. Силы натяжения горизонтальных нитей соответственно и , а вертикальных – и . С каким ускорением движется тележка по горизонтальной плоскости?

К задаче 5

Запишем уравнения по второму закону в проекциях на оси, которые расположим традиционно: ось вправо, ось – вверх. Тогда, если тележка движется вправо, по оси, имеем:

Из второго уравнения найдем массу груза:

Тогда ускорение тележки (и груза) равно:

Если же тележка движется влево (против оси), то изменится только первое уравнение:

Тогда ускорение тележки (и груза) равно: