Канат

КАНАТ (а. rope, line, cable; н. Seil; ф. cable; и. cable, maroma) — гибкое изделие из проволоки или органических волокон.

Органический канат начали применять в горном деле задолго до н.э., металлические — с конца 18 века. Основной материал для изготовления канатов, используемых в горном деле, — сталь, реже капрон и другие синтетические материалы; из пеньки и волокон алоэ иногда изготовляют сердечники стальных канатов. Проволоку канатов, предназначенных для работы в агрессивных средах, покрывают цинком. Свивают проволоку вокруг сердечника за одну операцию или в несколько слоёв последовательно. В первом случае получают канат простой (одинарной) свивки. Используя их в качестве прядей, изготовляют канат двойной свивки. В свою очередь канаты двойной свивки могут служить прядями (стренгами) для изготовления каната тройной (тросовой) свивки — тросов. Канаты, выполняемые из несколько слоёв прядей, называют многослойными. Пряди канатов имеют круглую, а также фасонные формы (рис. 1) — треугольную, овальную и плоскую.

Канаты, свитые из них, называется соответственно круглопрядными, трёхгранно-прядными, овальнопрядными и плоскопрядными. По форме поперечного сечения канаты подразделяются также на круглые и плоские. Плоские канаты изготовляют сшивкой шести или восьми канатов, свитых из четырёх круглых прядей. Выполняются канаты с точечным касанием проволок между слоями прядей, линейным и точечно-линейным (комбинация первых двух вариантов). Стойкость канатов первого типа невелика. При работе в точках касания проволок возникают высокие контактные напряжения, кроме того, происходит перегиб проволок одного слоя вокруг проволок смежного с ним, что приводит к развитию в них усталостных явлений. В канатах с линейным касанием проволок меньше контактные напряжения и вторичный изгиб элементов. В связи с этим они имеют больший срок службы (на 10-15%) по сравнению с канатами с точечным касанием, а также дешевле и проще в изготовлении. По направлению свивки прядей выделяют канаты правой и левой свивки. Также направления свивки канатов в целом и его отдельных прядей могут быть противоположны (крестовая свивка, рис. 2, а), одинаковы (параллельная свивка, рис. 2, б) и чередоваться (комбинированная свивка).

Наиболее распространены канат вкрестовой свивки как менее склонные к раскручиванию. По способу свивки канаты делятся на раскручивающиеся и нераскручивающиеся. В первых пряди и отдельные проволоки в них не сохраняют своего положения после снятия перевязок с конца каната, во вторых оно остаётся неизменным. Стабильность в нераскручивающихся канатах достигается изготовлением их из прядей, предварительно преформированных по винтовой линии.

Свойством многих канатов является их кручение вокруг собственной оси при приложении или изменении нагрузки. Так, при спуске в ствол канат со свободным нижним концом (например, в проходческих подъёмных установках) под действием изменяющейся массы свешивающейся части каната начинает вращаться. Если нижний конец каната прикреплён к подъёмному сосуду, движущемуся по направляющим, он раскручивается в верхней своей части и закручивается в нижней. При этом в случае многослойных канатов изменяется распределение напряжений между слоями прядей. Одни проволоки перегружаются, другие оказываются недогруженными. Чем глубже шахтный ствол, тем сильнее проявляется кручение каната. Эффект кручения отсутствует у плоских канатов. Крутящие моменты, возникающие в элементах таких канатов, уравновешиваются благодаря тому, что половина прядей в них имеет правую, половина — левую свивку. Малокрутящимися могут быть многопрядные канаты. Недостаток некрутящихся канатов — трудность обнаружения обрывов проволок во внутренних прядях.

Большинства недостатков прядевых канатов лишены спиральные канаты, изготовляемые из множества слоёв проволок, внешние из которых (один, два) делают такими, чтобы при обрыве элемента он не смог выйти из своего слоя. Для этого во внешних слоях проволоки выполняют Z-образными — закрытые канаты, (рис. 3, а) или чередуют Х-образные и круглые — полузакрытые канаты (рис. 3, б).

Направления свивки проволок в слоях выбираются так, чтобы крутящие моменты в них уравновешивались. Закрытые и полузакрытые канаты по сравнению с прядевыми имеют максимальные значения поверхностного соприкосновения с блоками и барабанами и коэффициент заполнения поперечного сечения металлом, они наиболее износоустойчивы и (при прочих равных условиях) имеют наибольшую прочность.

Для защиты элементов канатов от коррозии используют специальные фрикционную и другие смазки (плоские канаты покрывают резиной). Для этих же целей, а также повышения износостойкости стальных канатов применяют покрытия из полиамидных смол.

В современном горном производстве канаты широко используются в грузоподъёмных, транспортных и других установках. В качестве подъёмных применяют круглопрядные канаты с линейным и точечно-линейным касанием проволок, а также трёхграннопрядные и закрытой конструкции. Последние, благодаря высоким прочностным характеристикам, наиболее эффективны. На многоканатных подъёмных установках используют канаты закрытой конструкции и фасоннопрядные (всё больше распространяются трёхграннопрядные канаты). Допускается применение круглопрядных канатов с линейным касанием проволок. В качестве канатных проводников и отбойных канатов эксплуатационных шахт используют канаты закрытой конструкции, имеющие в наружном слое проволоки фасонного профиля высотой не менее 5 мм. Для этих целей допускается применение круглопрядных нераскручивающихся однослойных канатов крестовой свивки с металлическим сердечником и диаметром наружных проволок не менее 2 мм. Канатными проводниками проходческих подъёмов служат однослойные круглопрядные канаты, как с металлическим, так и с органическим сердечником, а также многопрядные канаты, имеющие наружные проволоки диаметром не менее 1,5 мм. В качестве амортизационных и тормозных канатов шахтных парашютов применяют нераскручивающиеся круглопрядные канаты крестовой свивки с органическим сердечником. Диаметр наружных проволок тормозных канатов должен быть не менее 2 мм. Для скреперных, маневровых и откаточных лебёдок используют прядные однослойные канаты с органическим или металлическим сердечником. Закрытые и полузакрытые канаты служат несущими элементами подвесных канатных дорог. В канатных пилах применяют двух-, трёхпрядные канаты двойной свивки круглого (реже профильного) сечения. Иногда их армируют режущими элементами. Диаметр шахтных подъёмных канатов обычно 19,5-65 мм. Связь прочностных характеристик канатов с параметрами его свивки регламентируется ГОСТами.

Расчёт шахтных подъёмных канатов производится по статическому запасу прочности. Определяется необходимая масса одного погонного метра каната. Затем по её установленному значению в таблице соответствующего ГОСТа подбирается диаметр каната и проводится проверка запаса его прочности. Срок службы канатов шахтных подъёмов от полутора до трёх лет. Зависит от числа циклов подъёма в сутки, глубины ствола, угла девиации на барабане, динамических напряжений при подъёме, состава шахтных вод и др.