Трос

Проволочный канат состоит всего из двух цельных металлических проволок , скрученных в спираль , образующую составную веревку по схеме, известной как свитая веревка . Трос большего диаметра состоит из нескольких прядей такого каната, свитых по схеме, известной как кабельная скрутка . Проволока, изготовленная с использованием промышленной машины, известной как крутильная машина, проходит через ряд барабанов и скручивается до окончательной композитной ориентации.
В более строгом смысле термин «тросовый канат» относится к диаметру, превышающему 9,5 мм ( 3 ⁄ 8 дюйма), меньшие диаметры обозначают кабели или шнуры. [1] Первоначально из кованого железа использовались проволоки сталь , но сегодня основным материалом, используемым для изготовления тросов, является .
Исторически проволочные канаты произошли от цепей из кованого железа, которые неоднократно подвергались механическим повреждениям. В то время как дефекты в звеньях цепи или цельных стальных стержнях могут привести к катастрофическому выходу из строя , дефекты в проволоках, составляющих стальной трос, менее критичны, поскольку другие проволоки легко принимают на себя нагрузку. Хотя трение между отдельными проволоками и прядями вызывает износ в течение срока службы каната, оно также помогает компенсировать незначительные неисправности в краткосрочной перспективе.
Проволочные канаты были разработаны для применения в горных подъемниках в 1830-х годах. Тросы динамически используются для подъема и подъема кранов и лифтов , а также для передачи механической энергии . Трос также используется для передачи силы в механизмах, таких как трос Боудена или поверхности управления самолета, соединенные с рычагами и педалями в кабине. Только авиационные кабели имеют WSC (жильную жилу). Кроме того, авиационные кабели доступны меньшего диаметра, чем стальные тросы. Например, авиационные кабели доступны в 1.2 mm (3⁄64 in) diameter while most wire ropes begin at a Диаметр 6,4 мм ( 1 ⁄ дюйма ). [2] Статические тросы используются для поддержки таких конструкций, как подвесные мосты , или в качестве растяжек для поддержки башен. Канатная дорога опирается на трос для поддержки и перемещения груза над головой.
История
[ редактировать ]Современный стальной канат был изобретен немецким горным инженером Вильгельмом Альбертом между 1831 и 1834 годами для использования в горнодобывающей промышленности в горах Гарц в Клаустале , Нижняя Саксония , Германия . [3] [4] [5] Он был быстро принят, поскольку доказал превосходство по прочности веревок из пеньки или металлических цепей , которые использовались раньше. [6]
Первые веревки Вильгельма Альберта состояли из трех прядей по четыре проволоки в каждой. В 1840 году шотландец Роберт Стирлинг Ньюолл еще больше усовершенствовал этот процесс. [7] В Америке стальной канат производил Джон А. Роблинг , начиная с 1841 года. [8] и заложил основу его успеха в строительстве подвесных мостов . Роблинг представил ряд инноваций в конструкции, материалах и производстве стальных канатов. Всегда внимательно следящие за технологическими разработками в горнодобывающей промышленности и железнодорожном транспорте, Джозайя Уайт и Эрскин Хазард , основные владельцы [9] компании Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N Co.) — как и в случае с первыми доменными печами в долине Лихай — построила завод по производству проволочных канатов в Джим-Торпе, штат Пенсильвания , [8] [10] в 1848 году, который предоставил подъемные тросы для проекта Ashley Planes , а затем задние гусеничные самолеты для железной дороги Summit Hill & Mauch Chunk Railroad , что повысило ее привлекательность как ведущего туристического направления и значительно улучшило пропускную способность угольных мощностей с тех пор, как возврат автомобилей упал. от почти четырех часов до менее 20 минут.
В последующие десятилетия наблюдался бурный рост добычи глубоких шахт как в Европе, так и в Северной Америке, поскольку поверхностные месторождения полезных ископаемых были истощены, и горнякам приходилось преследовать пласты по наклонным слоям. Это была ранняя эпоха развития железных дорог, и паровым двигателям не хватало достаточного тягового усилия для подъема по крутым склонам, поэтому железные дороги с наклонной плоскостью были обычным явлением. Это способствовало быстрому развитию кабельных подъемников в Соединенных Штатах, поскольку поверхностные месторождения в Антрацитовом угольном регионе на севере и юге с каждым годом углублялись, и даже богатые месторождения в долине Пантер-Крик потребовали от LC&N Co. пробить свои первые шахты на более низких склонах, начиная с Лансфорд и его в округе Шуйлкилл город-побратим Коулдейл .
Немецкая инжиниринговая фирма Adolf Bleichert & Co. была основана в 1874 году и начала строить двусторонние канатные дороги для горнодобывающей промышленности в Рурской долине . Обладая важными патентами и десятками работающих систем в Европе, компания Bleichert доминировала в мировой промышленности, позже лицензируя свои разработки и технологии производства компании Trenton Iron Works, Нью-Джерси, США, которая строила системы по всей Америке. Адольф Бляйхерт и компания построили сотни канатных дорог по всему миру: от Аляски до Аргентины, Австралии и Шпицбергена. Компания Bleichert также построила сотни канатных дорог как для Императорской немецкой армии, так и для Вермахта.
Во второй половине XIX века канатные системы использовались как средство передачи механической энергии. [11] в том числе для новых канатных дорог . Тросовые системы стоят в десять раз дешевле и имеют меньшие потери на трение, чем линейные валы . Из-за этих преимуществ системы тросов использовались для передачи энергии на расстояние в несколько миль или километров. [12]
Строительство
[ редактировать ]
Провода
[ редактировать ]Стальные проволоки для канатов обычно изготавливаются из нелегированной углеродистой стали с содержанием углерода от 0,4 до 0,95%. Очень высокая прочность канатных проволок позволяет канатам выдерживать большие растягивающие усилия и передвигаться по шкивам относительно небольшого диаметра.
Пряди
[ редактировать ]При так называемой перекрестной скрутке проволоки разных слоев пересекают друг друга.В наиболее часто используемых прядях параллельной свивки длина свивки всех слоев проволоки одинакова, и проволоки любых двух наложенных друг на друга слоев параллельны, что приводит к линейному контакту. Проволока внешнего слоя поддерживается двумя проволоками внутреннего слоя. Эти провода являются соседями по всей длине жилы. Параллельная укладка прядей производится за одну операцию. Выносливость канатов с такой прядью всегда значительно выше, чем у канатов (редко используемых) с прядями поперечной свивки. Пряди параллельной свивки с двумя слоями проволоки имеют конструкцию Filler, Seale или Warrington.
Спиральные канаты
[ редактировать ]В принципе, спиральные канаты представляют собой круглые пряди, поскольку они имеют совокупность слоев проволок, уложенных спирально над центром, при этом по крайней мере один слой проволок уложен в направлении, противоположном направлению внешнего слоя. Спиральные канаты могут иметь такие размеры, что они не вращаются, а это означает, что при натяжении крутящий момент каната практически равен нулю. Открытый спиральный канат состоит только из круглых проволок. Полузамкнутый витой канат и полностью замкнутый витой канат всегда имеют центр из круглых проволок. Канаты с запертыми витками имеют один или несколько наружных слоев профильных проволок. Их преимущество заключается в том, что их конструкция в большей степени предотвращает проникновение грязи и воды, а также защищает их от потери смазки. Кроме того, у них есть еще одно очень важное преимущество: концы оборванной внешней проволоки не могут покинуть веревку, если она имеет правильные размеры.
Многожильные канаты
[ редактировать ]

Многожильные канаты представляют собой совокупность нескольких прядей, уложенных по спирали в один или несколько слоев вокруг сердечника. Это ядро может быть одного из трех типов. Первый представляет собой волокнистую сердцевину, состоящую из синтетического материала или натуральных волокон, таких как сизаль. Синтетические волокна прочнее и однороднее, но не могут впитывать много смазки. Натуральные волокна могут поглощать до 15% своего веса смазки и поэтому гораздо лучше защищают внутренние провода от коррозии, чем синтетические волокна. Волоконные сердцевины являются наиболее гибкими и эластичными, но имеют недостаток: их легко сдавливать. Второй тип, сердечник из проволочной жилы, состоит из одной дополнительной жилы и обычно используется для подвешивания. Третий тип — независимый канатный сердечник (IWRC), наиболее прочный во всех типах сред. [13] Большинство типов многожильных канатов имеют только один слой прядей поверх сердечника (волоконного или стального сердечника). Направление свивки прядей каната может быть правым (символ Z) или левым (символ S), а направление свивки проволок может быть правым (символ z) или левым (символ s). Канат такого типа называется канатом обычной свивки, если направление свивки проволок наружных прядей противоположно направлению свивки самих наружных прядей. Если и проволоки во внешних прядях, и сами внешние пряди имеют одинаковое направление свивки, то канат называется канатом длинной свивки (от голландского langslag в противоположность kruisslag , [14] раньше лей Альберта или лангс лей). Регулярная скрутка означает, что отдельные провода наматываются вокруг центров в одном направлении, а пряди - вокруг сердечника в противоположном направлении. [2]
Все многопрядные канаты более или менее устойчивы к вращению и имеют как минимум два слоя прядей, уложенных спирально вокруг центра. Направление внешних прядей противоположно направлению нижележащих слоев прядей. Канаты с тремя слоями прядей могут практически не вращаться. Канаты с двумя слоями прядей чаще всего являются маловращающимися. [15]
Классификация по использованию
[ редактировать ]В зависимости от того, где они используются, стальные канаты должны отвечать различным требованиям. Основные виды использования:
- Беговые канаты (скрученные канаты) нагибают на шкивы и барабаны. Поэтому они подвергаются нагрузке главным образом при изгибе и, во вторую очередь, при растяжении.
- Стационарные канаты, ванты (спиральные канаты, в основном полностью закрепленные) должны воспринимать растягивающие усилия и поэтому в основном нагружаются статическими и нестабильными растягивающими напряжениями. Веревки, используемые для подвешивания, часто называют тросами. [16]
- Путевые канаты (тросы с полным замком) должны выполнять роль рельсов для роликов кабин или других грузов в подвесных канатных дорогах и канатных кранах. В отличие от беговых канатов, направляющие канаты не принимают на себя кривизну роликов. Под действием роликовой силы возникает так называемый свободный радиус изгиба каната. Этот радиус увеличивается (а напряжения изгиба уменьшаются) с ростом растягивающей силы и уменьшается с ростом силы ролика.
- Стропы канатные (скрученные канаты) используются для обвязки различных видов грузов. Эти стропы испытывают растягивающие силы, но прежде всего изгибающие напряжения при сгибании более или менее острых кромок груза.
Веревочный привод
[ редактировать ]Технические регламенты распространяются на проектирование канатных приводов кранов, лифтов, канатных дорог и горных установок. Факторы, которые учитываются при проектировании, включают в себя: [17]
- Допустимое количество рабочих циклов до замены или разрыва каната
- Сила Донандта (сила текучести при заданном соотношении диаметров изгиба D / d ) — строгий предел. Номинальная сила натяжения каната S должна быть меньше силы Донандта SD 1 .
- Коэффициент запаса прочности каната, соотношение между разрывной прочностью каната и ожидаемой максимальной нагрузкой.
- Допустимое количество обломанных прядей перед заменой
- Оптимальный диаметр каната для данного диаметра шкива, обеспечивающий наилучший срок службы.
Расчет пределов канатного привода зависит от:
- Данные об использованном тросе
- Усилие натяжения каната S
- Диаметр D шкива или барабана
- Простые гибки за рабочий цикл w sim
- Обратные гибки за рабочий цикл, об .
- Комбинированное колебательное растяжение и изгиб за рабочий цикл w com
- Относительная переменная растягивающая сила Δ S / S
- Длина изгиба каната l
Безопасность
[ редактировать ]Тросы подвергаются нагрузкам из-за колебаний, износа, коррозии и, в редких случаях, экстремальных сил. Срок службы каната ограничен, и безопасность обеспечивается только путем проверки на предмет обнаружения разрывов проволоки на эталонной длине каната, потери поперечного сечения, а также других неисправностей, чтобы трос можно было заменить до возникновения опасной ситуации. Установки должны быть спроектированы таким образом, чтобы облегчить осмотр стальных тросов.
Подъемные установки для перевозки пассажиров требуют применения комбинации нескольких способов для предотвращения падения автомобиля вниз. Лифты должны иметь резервные несущие тросы и предохранительное снаряжение. Канатные пути и шахтные подъемники должны постоянно контролироваться ответственным руководителем, а канат должен проверяться магнитным методом, позволяющим обнаруживать внутренние обрывы проводов.
Прекращение действия
[ редактировать ]
Конец троса имеет тенденцию легко изнашиваться, и его нелегко подсоединить к установкам и оборудованию. Существуют различные способы закрепления концов тросов во избежание изнашивания. Распространенный и полезный тип концевого крепления троса — это поворот конца назад, чтобы образовалась петля. Затем свободный конец фиксируется обратно на тросе. Эффективность терминации варьируется от примерно 70% только для фламандского глаза; почти до 90% для фламандского глаза и сращивания; до 100% для герметизированных концов и обжимок. [ нужна ссылка ]
Наперстки
[ редактировать ]Когда трос заканчивается петлей, существует риск его слишком сильного изгиба, особенно когда петля соединена с устройством, концентрирующим нагрузку на относительно небольшой площади. Внутри петли можно установить наперсток, чтобы сохранить естественную форму петли и защитить кабель от защемления и истирания внутри петли. Использование наперстков в петлях является передовой практикой в отрасли . Наперсток предотвращает непосредственный контакт нагрузки с проводами.
Зажимы для троса
[ редактировать ]
Зажим для троса, иногда называемый зажимом, используется для фиксации свободного конца петли обратно на тросе. Обычно он состоит из U-образного болта , кованого седла и двух гаек. Два слоя троса помещаются в U-образный болт. Затем седло крепится к болту поверх тросов (в седле есть два отверстия для крепления U-образного болта). Гайки фиксируют конструкцию на месте. Для заделки троса обычно используются два или более зажима в зависимости от диаметра. Для веревки диаметром 2 дюйма (50,8 мм) может потребоваться до восьми.
Мнемоника . «никогда не седлайте мертвую лошадь» означает, что при установке зажимов седловидная часть узла размещается на несущей или «живой» стороне, а не на ненесущей или «мертвой» стороне троса . Это необходимо для защиты находящегося под напряжением или несущего нагрузку конца веревки от сдавливания и неправильного обращения. Плоское гнездо подшипника и удлиненные зубцы корпуса предназначены для защиты каната и всегда располагаются напротив живого конца. [18]
ВМС США и большинство регулирующих органов не рекомендуют использовать такие зажимы в качестве постоянных соединений, если они не проверяются периодически и не затягиваются повторно.
Сращивание глаз или фламандский глаз
[ редактировать ]
Сращивание с проушиной можно использовать для заделки свободного конца троса при формировании петли. Пряди конца стального каната разматывают на определенное расстояние, затем загибают так, чтобы конец развернутого отрезка образовал проушину. Развернутые пряди затем вплетаются обратно в проволочный канат, образуя петлю или ушко, называемое соединением проушины.
Фламандский глаз, или голландское сращивание, предполагает разматывание трех прядей (пряди должны быть рядом друг с другом, а не чередующиеся) проволоки и отведение их в сторону. Остальные пряди сгибаются до тех пор, пока конец проволоки не встретится с буквой «V» в месте окончания разворачивания, чтобы сформировать глаз. Пряди, отложенные в сторону, теперь снова наматываются, наматываясь от конца проволоки обратно к букве «V» ушка. Эти пряди эффективно наматываются вдоль проволоки в направлении, противоположном их первоначальной скрутке. Когда этот тип соединения канатов используется специально для стальных канатов, его называют «Молли Хоган», а некоторые - «голландским» ушком вместо «фламандского». [19]
Обжимные выводы
[ редактировать ]Обжимка — это метод заделки троса, относящийся к технике монтажа. Целью обжима арматуры для троса является соединение двух концов троса вместе или иным образом закрепить один конец троса на чем-то другом. Механическая или гидравлическая обжимка используется для сжатия и деформации фитинга, создавая постоянное соединение. Резьбовые шпильки, наконечники, гнезда и втулки являются примерами различных обжимных соединений. [20] [21] Обжимать канаты с волоконными сердечниками не рекомендуется.
Клиновые головки
[ редактировать ]Заделка с клиновой муфтой полезна, когда фитинг необходимо часто заменять. Например, если конец троса находится в зоне повышенного износа, веревку можно периодически подрезать, что потребует снятия и повторной установки концевого оборудования. Примером этого являются концы тросов на драглайне . Концевая петля троса входит в коническое отверстие в гнезде, обернутое вокруг отдельного компонента, называемого клином. Устройство устанавливается на место, и нагрузка постепенно спускается на веревку. По мере увеличения нагрузки на трос клин становится более надежным и крепче сжимает трос.
Герметичные концы или заливные розетки
[ редактировать ]Литые муфты используются для создания высокопрочных и постоянных заделок; они создаются путем вставки троса в узкий конец конической полости, ориентированной в соответствии с предполагаемым направлением деформации. Отдельные провода растягиваются внутри конуса или «накидки», а затем конус заполняется расплавленным свинцово-сурьмяно-оловянным припоем (Pb 80 Sb 15 Sn 5 ) или «покрытием из белого металла». [22] цинк [ нужна ссылка ] , или теперь чаще, соединение ненасыщенной полиэфирной смолы . [23] [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Bergen Cable Technology - Кабель 101. Архивировано 6 мая 2014 г. в Wayback Machine.
- ^ Перейти обратно: а б «Часто задаваемые вопросы | Lexco Cable» . www.lexcocable.com . Архивировано из оригинала 4 января 2017 г. Проверено 4 января 2017 г.
- ^ «Вильгельм Альберт» . Британская энциклопедия . Архивировано из оригинала 9 апреля 2014 года . Проверено 9 апреля 2014 г.
- ^ Кутсер, Теун; Чеккарелли, Марк (2012). Исследования по истории машин и механизмов . Издательство Спрингер . п. 388. ИСБН 9789400741324 . Архивировано из оригинала 31 марта 2017 года . Проверено 9 апреля 2014 г.
- ^ Дональд Сайенга. «Современная история троса» . История атлантической кабельной и подводной телеграфии (atlantic-cable.com). Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года . Проверено 9 апреля 2014 г.
- ^ Современная история троса - Дональд Сайенга. Архивировано 27 октября 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Железо: Иллюстрированный еженедельный журнал по железу и стали , Том 63, Шолто Перси.
- ^ Перейти обратно: а б Современная история троса - Дональд Сайенга. Архивировано 27 октября 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Бренкман, Фред (1918) [1884]. История округа Карбон, Пенсильвания: также содержащая отдельный отчет о нескольких районах и поселках округа с биографическими очерками (2-е изд.). Гаррисберг, Пенсильвания: Джеймс Дж. Нунгессер. п. 627 – через archive.org.
- ^ Бренкман 1918 , Улучшения.
- ↑ «Механическая передача энергии: бесконечные веревочные приводы», Крис Де Декер, 27 марта 2013 г. Архивировано 7 июля 2013 г., в Wayback Machine.
- ^ Хантер, Луи К.; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930, Том. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9 .
- ^ «Тренинг по безопасности на канатах» . Фальк Продакшнс. Архивировано из оригинала 19 января 2015 года . Проверено 27 июня 2012 г.
- ^ nl: Стальной трос # Направление удара nl: Стальной трос
- ^ bzwxw.com [ постоянная мертвая ссылка ] |title=Стальные канаты – словарь, обозначение и классификация
- ^ Аваллоне, Юджин; Баумезитер III, Теодор (1978). Стандартный справочник Маркса для инженеров-механиков (девятое изд.). стр. 10–34. ISBN 0-07-004127-Х .
- ^ Фейрер, К.: Проволочные канаты, натяжение, выносливость, надежность. Springer Berlin, Гейдельберг, Нью-Йорк, 2007 г. ISBN 3-540-33821-7
- ^ «S9086-UU-STM-010/CH-613R3 ТЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ДЛЯ КОРАБЛЕЙ ВМФ, ГЛАВА 613, ПРОВОЛОКИ, ВОЛОКОННЫЕ ТРОСЫ И ТАКЕЛАЖ» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 5 марта 2015 г. Проверено 23 июня 2021 г.
- ^ Учебник по буксировке / Джордж Х. Рид - 3-е изд. Рис. 3-5 стр. 30 – Cornell Maritime Press, 2004. ISBN 0-87033-563-4
- ^ «S9086-UU-STM-010/CH-613R3 ТЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ДЛЯ КОРАБЛЕЙ ВМФ, ГЛАВА 613, ПРОВОЛОКИ, ВОЛОКОННЫЕ ТРОСЫ И ТАКЕЛАЖ» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 5 марта 2015 г. Проверено 23 июня 2021 г.
- ^ «Рукав, обжимной канат» (PDF) . Проверено 23 июня 2021 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Т. Р. Барнард (1959). «Винтовые и направляющие канаты». Машиностроение . Серия «Добыча угля» (2-е изд.). Лондон: Добродетель. стр. 374–375.
- ^ «Смоляная смесь Socketfast®» . Корпорация ЭСКО . 2015. Архивировано из оригинала 21 апреля 2016 г.
- ^ «Розетка-замок» . 2011. Архивировано из оригинала 16 апреля 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Типы и конструкция прядей и тросов
- Техническое руководство ВМС США по проволоке и волоконным канатам
- Современная история троса
- Справочник по океанографическим лебедкам, тросовым и кабельным технологиям. Архивировано 23 октября 2013 г. в Wayback Machine.
- Федеральная спецификация США RR-W-410 для тросов и прядей