Основы смазки для проволочных канатов

1
Основы смазки для проволочных канатов
Джеффри Э. Тернер
Проволочные канаты составляют важную часть многих машин и конструкций. Они состоят
из сплошных проволочных прядей, обмотанных вокруг центрального сердечника.
Существует много видов проволочных канатов для различных применений. Большинство из
них представляют собой стальную проволоку, скрученную в пряди, которые переплетаются
между собой. Сердечник может быть изготовлен из стали, веревки или даже пластика.
Проволочные канаты (кабели) различаются по нескольким параметрам, таким как размер,
сорт стали, были ли они предварительно отформованы, свивка, количество прядей и
количество проволок в каждой пряди.
Рис. 1. Сравнение типичных видов проволоки
Свивка каната:
А) правая поперечная,
Б) левая поперечная,
В) правая параллельная,
Г) левая параллельная, Д) правая попеременная
Типичное обозначение пряди и проволоки - 6x19. Это означает, что канат состоит из шести
прядей, в каждой из которых по 19 проволок. За счет различных размеров и расположения
прядей канаты могут различаться по гибкости и сопротивлению к смятию и истиранию.
Небольшие провода больше подходят для сильного сгибания и оборачивания вокруг
маленьких катушек (роликов). Большие внешние провода предпочтительнее, когда кабель
будет подвергаться трению или его будут протаскивать через абразив.
Существует три типа сердечников. Независимый сердечник проволочного каната – это, как
правило, проволочный кабель 6x7 со стержнем из проволочной пряди 1x7, что дает в
результате проволочный кабель 7x7. Независимый сердечник проволочного каната обладает
более высокой прочностью на разрыв и на изгиб, чем сердечник троса из волокна, и высоким
сопротивлением к раздроблению и деформации.
2
Сердечник из проволочной пряди представляет собой одиночную проволочную прядь вместо
многожильного сердечника проволочного каната. Канаты с сердечником из проволочной
пряди обладают высокой прочностью и чаще всего используются как статичные канаты или
стоячий такелаж.
У проволочных канатов также бывают сердечники из волокна. Канаты с сердечником из
волокна традиционно изготавливались из сизальской веревки, но также могут
использоваться пластиковые материалы. Канаты с сердечником из волокна менее крепкие,
чем канаты со стальным сердечником. Канаты с сердечником из волокна достаточно гибкие
и используются во многих мостовых кранах.
Свивка проволочного каната - это направление, в котором перекручиваются проволочные
пряди и пряди кабеля. Есть четыре основных вида свивки:
ОСНОВЫ СМАЗКИ ДЛЯ ПРОВОЛОЧНЫХ КАНАТОВ
Правая свивка, левая свивка, поперечная свивка и параллельная свивка. В канате с правой
свивкой пряди переплетаются направо по направлению от наблюдателя. Левая свивка
перекручивается влево. В канате с поперечной свивкой проволока в прядях перекручивается
в противоположном направлении от прядей кабеля. В канате с параллельной свивкой сами
пряди и проволока в прядях перевиваются в одном направлении. Говорят, что канаты с
параллельной свивкой обладают более высокой усталостной прочностью за счет более
плоского расположения проволоки.
Проволочные канаты изготавливаются в основном из высокоуглеродистой стали по причине
ее прочности, универсальности, упругости и доступности, а также из соображений
стоимости. Проволочные канаты могут быть без покрытия или оцинкованные. Используется
несколько сортов стали, которые приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Сорт
Прочность на разрыв (фунт на кв. дюйм)
Особо улучшенная
245 000 – 340 000
первосортная сталь
Улучшенная
220 000 – 300 000
первосортная сталь
Первосортная сталь
195 000 – 258 000
Первосортная мягкая
168 000 – 225 000
сталь
Железо
100 000
Стальная кабельная проволока жесткая и пружинящая. У канатов, которые не были
предварительно отформованы, сломанные или разрезанные провода выпрямляются и торчат
из каната как заусенцы, создавая риск травм. Предварительно отформованный кабель
состоит из проволоки, имеющей такую форму, что она естественными образом лежит на
своем месте в пряди, и это не позволяет проволоке выступать наружу и создавать угрозу для
безопасности. Предварительно отформованные проволочные канаты также имеют большую
усталостную прочность, чем не отформованные, и идеально подходят для работы на
небольших бобинах и вокруг острых углов.
3
Смазка проволочных канатов
Смазывание проволочных канатов – трудное дело, независимо от конструкции и состава.
Канаты с сердечниками из волокна смазывать немного легче, чем те, которые сделаны
исключительно из стали. Поэтому при выборе каната важно тщательно обдумать проблему
повторного смазывания в рабочих условиях. Смазочные материалы для проволочных
канатов имеют две главные функции:
1. Уменьшить трение при соприкосновении отдельных канатов.
2. Обеспечить защиту от коррозии и смазывание в сердечнике, между проволоками и на
внешних поверхностях.
Существует два типа смазочных материалов для проволочных канатов: проникающие и
обволакивающие. Проникающие смазочные материалы содержат нефтяной растворитель,
который доставляет смазочный материал в сердечник проволочного каната, затем
растворяется, оставляя после себя тяжелую смазывающую пленку для защиты и смазывания
каждой пряди (Рис. 2). Обволакивающие смазочные материалы проникают незначительно, не
пропуская внутрь кабеля влагу и уменьшая износ и фреттинг-коррозию от контакта с
внешними телами.
Рис. 2. Проволочный канат с проникающим типом смазки
Используются оба типа смазочных материалов для проволочных канатов. Но поскольку
большинство проволочных канатов портятся изнутри, важно обеспечить, чтобы центральный
сердечник получал достаточно смазки. Рекомендуется комбинированный подход, в котором
проникающий смазочный материал используется для насыщения сердечника, а затем
обволакивающий смазочный материал герметизирует и защищает внешнюю поверхность.
Смазочные материалы для проволочных канатов могут иметь вазелиновую, асфальтовую,
жировую основу или быть на основе растительного масла.
Рис. 3. Проволочный канат с консистентной смазкой
Вазелиновые смеси с соответствующими добавками обеспечивают отличные
антикоррозийные и водонепроницаемые свойства. Кроме того, вазелиновые смеси
полупрозрачны, что позволяет технику проводить визуальный осмотр. Вазелиновые
смазочные материалы могут просачиваться при высоких температурах, но хорошо
сохраняют консистенцию в холодных температурных условиях.
4
Асфальтовые смеси обычно высыхают и образуют очень темную твердую поверхность, что
затрудняет осмотр. Они хорошо прилипают, что подходит для длительного хранения, но в
холодном климате трескаются и становятся хрупкими. Асфальтовые смеси относятся к
обволакивающему типу.
Для проволочных канатов применяются различные типы консистентных смазок. Это смазки
обволакивающего типа, которые частично проникают, но обычно не насыщают сердечник
каната. Распространенные консистентные наполнители – это натриевое, литиевое мыло, и
мыло на основе литиевого или алюминиевого комплекса. Консистентные смазки,
используемые для такого применения, обычно имеют мягкую полужидкую консистенцию.
Они создают защитный слой и проникают частично при применении с пресс-масленками.
Нефтяные и растительные масла проникают лучше и наиболее просты в применении, потому
что соответствующая формула присадок таких проникающих типов смазочных материалов
дает им отличную устойчивость к износу и коррозии. Жидкая консистенция смазочных
материалов нефтяного типа помогает промыть канат и удалить внешние абразивные
примеси.
Смазка проволочных канатов происходит в процессе производства. Если у каната сердечник
из волокна, то оно смазывается минеральным маслом или смазкой вазелинового типа.
Сердечник впитывает смазочный материал и функционирует как резервуар для длительной
смазки в процессе службы.
Если у каната стальной сердечник, то струя смазывающего материала (как масляного, так и
консистентного типа) подается прямо перед формой, закручивающей проволоку в пряди. Это
дает возможность полностью покрыть смазкой все проволоки.
После того как кабель начинает использоваться в работе, требуется повторная смазка,
поскольку исходный смазочный материал теряется от нагрузки, сгибания и растяжения
кабеля. Кабели с сердечником из волокна со временем высыхают из-за тепла в результате
испарения и часто впитывают влагу. Повторная смазка в полевых условиях необходима,
чтобы минимизировать коррозию, защитить и сохранить сердечник каната и проволоку, и
таким образом продлить срок службы проволочного каната.
Если кабель загрязнен или в нем накопились слои затвердевшей смазки или других
загрязняющих веществ, то перед повторной смазкой его необходимо очистить проволочной
щеткой и нефтяным растворителем, сжатым воздухом или пароочистителем . Затем
проволочный канат необходимо высушить и незамедлительно смазать, чтобы не допустить
ржавления. В полевых условиях смазочный материал можно наносить распылителем,
щеткой, окунанием, капанием или нагнетанием давления. Смазочный материал лучше всего
наносить у барабана или бобины, где пряди каната имеют тенденцию немного разделяться
из-за сгибания. Это облегчит максимальное проникновение в сердечник. Если для нанесения
применяется нагнетание давления, то смазочный материал наносится на канат при
небольшом напряжении в распрямленном состоянии. Следует избегать чрезмерного
нанесения смазочного материала, чтобы не допустить опасности травмирования.
Ключевые параметры смазочных материалов
Среди ключевых характеристик, на которые нужно обращать внимание при выборе
смазочного материала для проволочных канатов – износостойкость и предотвращение
коррозии. Полезные критерии включают высокие показатели теста на сверхвысокое
давление на четырехшариковой машине, такие как сварная точка (ASTM D2783) свыше 350
кг и индекс износостойкости при нагрузке свыше 50. Для защиты от коррозии ищите
5
смазочные материалы для проволочных канатов с показателями стойкости к действию
солевого тумана (ASTM B117) свыше 60 часов и показателями испытания во влажной камере
(ASTM D1748) свыше 60 дней. Большинство производителей указывают такие данные в
спецификациях продукта.
Факторы, влияющие на характеристики проволочных канатов и кабелей
На срок службы и характеристики кабеля влияют несколько факторов, такие как тип
эксплуатации, уход и среда. Кабели могут повреждаться изношенными бобинами,
неправильной намоткой и сращиванием и неправильным хранением. Сильная нагрузка,
ударная нагрузка, рывки с тяжелыми грузами, быстрое ускорение или торможение
(движение кабеля останавливается и начинается вновь) ускоряют износ.
Коррозия может стать причиной укороченного срока службы каната из-за потерь металла,
точечной коррозии и концентраторов напряжений из-за точечной коррозии. Если
оборудование останавливается на длительный срок, то кабели необходимо снять, почистить,
смазать и аккуратно сложить на хранение. Во время работы коррозия и окисление
вызываются испарениями, кислотами, солевыми растворами, серой, газами, соленым
воздухом, влажностью и усиливаются при повышенных температурах. Правильная и
достаточная смазка в полевых условиях может уменьшить коррозийную атаку на кабель.
Абразивный износ происходит изнутри и снаружи проволочных канатов. Отдельные пряди
внутри каната двигаются и трутся друг о друга в процессе работы, создавая внутренний
абразивный износ обоих элементов трения. Снаружи кабель собирает грязь и загрязняющие
частицы от бобин и барабанов. Это приводит к абразивному износу трех элементов трения,
который разъедает проволоки и пряди, находящиеся снаружи. Абразивный износ обычно
уменьшает диаметр каната и может привести к обрыву сердечника и внутренней проволоки.
Проникающие смазочные материалы для проволочных канатов уменьшают абразивный
износ внутри каната, и также промывают внешние поверхности, удаляя посторонние
частицы и грязь.
Типичные применения канатов
Проволочные канаты используются во многих типах машин и конструкций, включая
скребковые экскаваторы, краны, подъемники, экскаваторы, буровые установки, висячие
мосты и вантовые конструкции. Для каждого применения требуются проволочные канаты
определенного типа и размера. Все проволочные канаты, независимо от вида применения,
покажут лучшие характеристики, будут дольше служить и принесут больше пользы при
надлежащей эксплуатации.
Многолетний опыт работы в полевых условиях компании «Лубрикейшен Энджиниэрз, Инк.»
показал, что использование проникающих смазочных материалов, отдельно или в сочетании
с обволакивающим смазочным материалом, обеспечивает более долгий срок службы
проволочных канатов. Практический опыт работы на шахте в Южной Африке показывает,
что такой подход позволяет удвоить срок службы. На одной из шахт срок службы 44-х
миллиметрового кабеля удлинился с 18,5 до 43 месяцев. На другой шахте срок службы
четырех 43-х миллиметровых кабелей длиной 2073 метра увеличился от 8 месяцев в среднем
до 12.