Какие стальные канаты лучше для строительных механизмов? на сайте Недвио

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.

Расчет параметров прочности

Сила, которую необходимо приложить, чтобы изделие разорвалось, и называется разрывным усилием каната. Данная характеристика всегда указывается в паспорте или сертификате изделия и не должна быть меньше, чем требуют условия ГОСТа, по которому оно изготовлено.

Показатель рассчитывается двумя способами:

1. Прикладыванием усилия, достаточного для разрыва всего изделия;
2. Разрывом каждой проволоки отдельно и суммированием показателей (временного сопротивления).

Временным сопротивлением называют максимальное механическое напряжение, при превышении которого происходит разрушение материала.

Второй способ менее надежен: суммарное усилие, необходимое для разрыва всех проволок, выше, чем для целого грузонесущего приспособления соответствующего диаметра.

При прочих равных условиях разрывное усилие возрастает пропорционально диаметру изделия.

Величина характеристики определяется экспериментальным методом на разрывной машине, чье максимальное усилие не превышает предполагаемое разрывное, более чем в 5 раз. Для определения параметра берется участок стропа длиной не менее 20 диаметров изделия, но не меньше 25 см. Испытание считается пройденным, если разрыв произошел ближе 5 см от места прикрепления и совпадает с указанным в ГОСТе.

Величиной, определяющей допустимую нагрузку на грузонесущий инвентарь и каждую из его ветвей, является коэффициент запаса прочности. Параметр показывает: во сколько раз разрывное усилие превосходит допустимое тяговое.

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).

Разновидности стальных канатов

Тросы относятся к крученым или витым изделиям, изготавливаемым из стали, синтетических и органических нитей. В производстве стальной продукции применяется оцинкованная высокоуглеродистая проволока сечением 0,4–3 мм, обладающая значительным запасом прочности при нагрузках на разрыв (от 130 до 200 кгс/мм2).

Металлические нити, используемые в изготовлении продукции, бывают нескольких марок. Наилучшими прочностными характеристиками обладает проволока категории В, менее качественным считается сырье марок I и II. Прежде чем определить, какую нагрузку выдерживает трос 5 мм или другой толщины, следует принять во внимание, что вне зависимости от качества материала канаты различаются между собой по конструкции и бывают трех типов:

• Одинарной свивки – сделаны из одной пряди с проволокой одинакового сечения. Их элементы свиваются вокруг одной из металлических нитей до 4-х слоев. Маркируются стальные тросы как сумма из цифр, указывающих на число проволок в плетении. Например, 1+9+9 говорит о том, что в канате имеется 19 проволок, из них одна размещается в центральной части, 9 свиты в первом слое и 9 во втором.
• Двойной свивки – изготовлены из нескольких прядей, накладываемых в 1–2 слоя вокруг сердечника. Для сердечника используют свитую проволоку, органические или минеральные материалы, которые улучшают прочность стального троса и предотвращают проваливание прядей внутрь изделия. Чаще всего такую продукцию применяют для тросовой работы.
• Тройной свивки – сделаны из нескольких тросов. Как и при двойной свивке, они имеют сердечник, однако изготавливаются из проволоки меньшего сечения и используется там, где необходима повышенная гибкость канатов (как правило, для кабельных работ).

Проволока, расположенная в разных слоях, может иметь точечное, линейное или точечно-линейное касание. Устанавливая, какую нагрузку выдерживает трос диаметром 6 мм или иной толщины, нужно учитывать, что канаты с точечным касанием (ТК) актуальны только при незначительных пульсирующих нагрузках. Изделия с линейным касанием (ЛК) отличаются обширной сферой применения, а с точечно-линеныйм (ТЛК) используются в местах, где ЛК не могут обеспечить рекомендуемый запас прочности.

При изготовлении продукции обычно применяется крестовая свивка. Проволока в ее наружном слое имеет различное направление, что гарантирует более крепкое сплетение и простоту в эксплуатации. По желанию заказчиков заводы-производители могут изготовить и другие разновидности свивки, такие как одностороннюю и комбинированную.

Помимо классификации по конструкции, канаты делятся по степени скручивания и могут быть гибкими или жесткими. Последние характеризуются более высокой прочностью на разрыв, поскольку выпускаются из малого числа металлических нитей большого диаметра. Для сравнения гибкости тех или иных модификаций можно воспользоваться таблицей.

ПОЛУЦИКЛОВЫЕ РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Лекция 10

РАСТЯЖЕНИЕ

1. Полуцикловые разрывные характеристики.

2. Полуцикловые неразрывные характеристики.

Текстильные изделия чаще всего испытывают деформацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен.

Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала, представлена на схеме.

Рис. Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала

ПОЛУЦИКЛОВЫЕ РАЗРЫВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Полуцикловые разрывные характеристики используются главным образом для оценки предельных механических возможностей текстильных изделий. По показателям механических свойств, получаемым при растяжении материала до разрыва, судят о степени сопротивления материала постоянно действующим внешним силам; показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения являются важными признаками доброкачественности материала.

Одноосное растяжение. Рассмотрим основные полуцикловые разрывные характеристики, получаемые при простом одноосном растяжении.

Показатели полуцикловых характеристик устанавливают при растяжении материала на разрывных машинах. Основные формы образцов, используемых для испытания на простое одноосное растяжение, и способы закрепления их в зажимах разрывной машины показаны на рис. 1.
Рис. 1 Формы образцов материалов и способы их закрепления в зажимах разрывной машины

Образец прямоугольной формы (рис. 1, а) принят в качестве стандартного для испытания тканей, трикотажных и нетканых полотен. Метод испытания, основанный на применении такого образца, часто называют стрип-методом. Для тканей установлены следующие размеры пробного образца: ширина — 25 мм, зажимная длина — 50 мм (в спорных случаях ширина 50 мм и зажимная длина 200 мм, а для шерстяных—100 мм). Для трикотажных и нетканых полотен ширина образца 50 мм и зажимная длина 100 мм.

Образцы, форма которых показана на рис. 1, б и в, применяются главным образом в исследовательской работе. Для испытания сильнорастяжимых материалов (трикотажные полотна, пленочные и другие материалы) иногда используют образцы в виде двойной лопаточки или в виде кольца, сшитого из полоски материала (рис. 1, г и д). При испытании текстильных материалов на простое одноосное растяжение получают следующие основные характеристики механических свойств.

Разрывная нагрузка (р.н.) Рр — усилие, выдерживаемое пробными образцами материала при растяжении их до разрыва, выраженное в ньютонах или деканьютонах (килограмм-силах). Она определяется на приборах, называемых разрывными машинами. Р.н. часто называют абсолютной прочностью.

l даH=10H = l,02 кгc (кГ).

Удлинение при разрыве (абсолютное разрывное удлинение) lр— приращение длины растягиваемого пробного образца изделия к моменту его разрыва. Получают абсолютную величину удлинения lр, мм, как разность конечной LK

и первоначальной
L0
длины образца.

lр= LK — L0

Относительную величину удлинения изделия к моменту разрыва εропределяют как отношение lр

к
L0
и выражают либо в долях единицы

εp =lp·/L0

либо в процентах

ε’p =lp·100/L0

Кроме того, принято определять удлинение при стандартной разрывной нагрузке — приращение длины растягиваемого пробного образца в момент достижения разрывной нагрузки, предусмотренной стандартами или техническими условиями на изделие.

При простом одноосном растяжении пробного образца наблюдается уменьшение его поперечных размеров (рис. 2). Это характерно для многих текстильных изделий. Наиболее значительно уменьшаются размеры в середине образца. Оценивают это свойство изделий коэффициентом поперечного сокращения К,

который определяют как отношение относительного сокращения образца
εс
к относительному его удлинению
εр
.

где в

и
в1
—ширина образца до и после растяжения в мм;

L

и
L1
— длина образца до и после растяжения в мм.

Значение К

для текстильных изделий колеблется в пределах 0,5 — 1,3.

Рис. 2. Изменение формы и размеров образца изделия при растяжении

Для всех текстильных изделий показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения являются важными стандартными (нормативными) показателями. Несоответствие фактических показателей разрывной нагрузки и разрывного удлинения нормативам государственного стандарта или технических условий — один из признаков недоброкачественности изделия.

При оценке механических свойств текстильных материалов важно знать не только разрывную нагрузку и удлинение к моменту разрыва, но и характер деформации материала. Графическое представление о зависимости между нагрузкой и удлинением при растяжении материалов дают диаграммы растяжения (рис. 3). Запись таких диаграмм производится с помощью самопишущего прибора на разрывной машине.

Рис. 3. Диаграммы нагрузка — удлинение (нечетными цифрами обозначены кривые удлинения материалов по основе (длине), четными — по утку (ширине):

1—2

—Хлопчатобумажная ткань;
3—4
— льняное полотно; 5—
6
— хлопчатобумажная и шерстяная ткань;
7—8
— трикотажное хлопчатобумажное (гладь) полотно;
9—10
— нетканое хлопчатобумажное — холстопрошивное полотно

Как видно из рисунка, для текстильных материалов основных видов характерно значительное нарастание удлинения при незначительном увеличении действующей нагрузки. Особенно резко это проявляется у трикотажных и нетканых полотен, в меньшей степени у тканей, что объясняется главным образом особенностями структуры.

Для оценки прочностных свойств текстильных изделий применяют также относительные характеристики.

Относительная разрывная нагрузка Р0,даН·км/кг (кгс·км/кг), определяется отношением разрывной нагрузки, приходящейся на 1 мм ширины пробного образца материала, к массе 1 м2 этого материала.

где т —

масса 1 м2 материала, кг;

b —

ширина рабочей части пробного образца, мм.

Показатель относительной разрывной нагрузки, учитывающий массу материала, позволяет оценивать разные по массе материалы.

Важная характеристика прочностных свойств текстильных материалов — удельная (расчетная) разрывная нагрузка Ру —

разрывная нагрузка, приходящаяся на элемент структуры материала (на одну нить основы или утка в ткани, на один петельный ряд или столбик в трикотаже, на одну строчку прошива нетканых полотен).

где Рр —

разрывная нагрузка, даН (кгс);

Т –

линейная плотность материала — число нитей в ткани, рядов или столбиков в трикотаже, строчек прошива в нетканом полотне, вдоль которых производится разрыв образца испытываемого материала.

Используя показатели разрывной нагрузки и плотности вещества (нитей), можно рассчитывать значение разрывного напряжения σр, Па (Н/м2) (механическое напряжение) по формуле:

где ρ

— плотность (объемная масса) вещества (нитей), кг/м3.

При растяжении образцов затрачивается определенная работа, которая расходуется на преодоление энергии связей, действующих в материале (между волокнами и нитями, между макромолекулами в структуре волокна).

Работа разрыва показывает, какое количество энергии затрачивается на то, чтобы преодолеть энергию связи между частицами материала и довести его до полного разрушения. Характеризуется работа разрыва Rp

геометрической площадью, ограниченной кривой разрыва и максимальными координатами
Pр
и
lр.Абсолютную работу, затраченную на разрыв образца, можно рассчитать по формуле Rр, (кгс·см; Дж):
где η

— коэффициент полноты диаграммы растяжения, определяемый отношением площади, ограниченной кривой растяжения, ко всей прямоугольной площади диаграммы, ограниченной сторонами
Рр
и
lр
, откуда:

Чем больше значение η,

тем выше величина работы, совершаемой материалом при разрыве. Величина коэффициента
η
для разных текстильных материалов различна и составляет: для тканей 0,25—0,75; для трикотажных полотен 0,15—0,4; для нетканых (клееных) полотен 0,5—0,8.

Для материалов различной массы принято рассчитывать удельную работу разрыва rм

,
Дж, по формуле:
где т

— масса 1 м2 материала, г.

Одноосное раздирание. При эксплуатации одежды, туристических палаток, чехлов и других изделий, изготовленных из тканей, ткани на участках карманов, клапанов и т. п. испытывают механическое напряжение. Это напряжение концентрируется на незначительном участке ткани, на группе или даже одной нити, вызывая разрушение ткани. Прочность при раздирании характеризуется раздирающей нагрузкой Рразд — усилием (кгс, даН), необходимым для разрыва специально надрезанной пробной полоски ткани. Эта нагрузка характеризует способность тканей выдерживать усилие, которое концентрируется на сравнительно небольшом ее участке, например при надрывах, при жестком закреплении края ткани и т. д. Существуют различные методы испытания тканей на раздирание. Г. Н. Кукин и Е. Ф. Федорова классифицируют методы испытаний на раздирание на две группы.

Методы первой группыхарактеризуются тем, что при испытании пробных образцов (полосок) происходит разрыв нитей, расположенных перпендикулярно направлению прикладываемой нагрузки.

Методы второй группы отличаются тем, что при испытании пробных образцов разрываются нити, расположенные вдоль направления действующей нагрузки.

Структура материала оказывает существенное влияние на показатели раздирающей нагрузки. Показатели раздирающей нагрузки во многом зависят от коэффициента уплотненности ткани: чем меньше коэффициент, тем выше раздирающая нагрузка. Коэффициент наполнения ткани также существенно влияет на раздирающую нагрузку. Для тканей из полиэфирных и вискозных нитей оптимальное значение раздирающей нагрузки отмечается при коэффициенте наполнения, равном 0,7—0,8.

Абсолютное значение раздирающей нагрузки Рразд определяют по формуле

где Рн. т

— разрушающая нагрузка для нити в ткани.

Двухосное и многоосное растяжение. При изготовлении швейных изделий (особенно при формовании деталей), а также при эксплуатации одежды, парашютов, зонтов, парусов и других изделий материал, из которых они выполнены, в результате действующих нагрузок подвергается растяжению одновременно в различных направлениях. При этом развивающиеся в материале напряжения и деформации, как правило, не одинаковы в различных направлениях и зависят главным образом от строения и свойств материала, а также от вида и размеров изделия, характера выполняемой работы и других факторов. Изучение поведения текстильных материалов при двухосном и многоосном растяжении вызывает все больший интерес, а результаты этих исследований используются при разработке новых материалов, проектировании швейных изделий, оценке их качества.

Применяемые в настоящее время методы испытания подразделяют на две группы: первая — методы двухосного растяжения и вторая — методы многоосного растяжения.

Двухосное растяжение — одновременное деформирование материала в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Многоосное растяжение материал получает в основном при действии нагрузки, прикладываемой перпендикулярно плоскости образца. Такого вида нагрузки материал испытывает при продавливании его шариком или мембраной.

Разрывная нагрузка. Что же она означает?

Невероятно часто задаваемый вопрос. Разрывная нагрузка — характеристика, которая указывается на поводковых материалах, лесках, лидкорах и шок-лидерах. Означает она с одной стороны, какую нагрузку выдерживает конкретный материал. Но у многих рыболовов любое значение веса вызывает твёрдую ассоциацию с весом рыбы, которую можно выудить на этот материал.

С места в карьер

Разрывная нагрузка не имеет ничего общего с весом выловленной рыбы. Если на монолеске написано, что она выдерживает 5,63 кг, это означает только то, что на пределе её растяжимости (если мы привяжем леску к потолку) она выдержит вес 5,63 кг. А вот 6кг скорее не выдержит.

Можно ли сказать, что при вываживании карп достигает предела растяжимости лески? Наверное да, когда мы затянем фрикцион, а вместо удилища будем использовать железную трубу…

Запомните, что у Вас есть следующие основные пункты нивелирования рывков рыбы:

• Удилище, которое гнется и гасит резкие рывки рыбы
• Фрикцион, который стравливает леску и гасит затяжные рывки рыбы
• Рыболов, то есть Вы, который может двигать по берегу, не правда ли?
• Вода. Сопротивление воды и сопротивление воздуха совершенно разные вещи. Попробуйте махнуть рукой в воздухе и под водой — разница колоссальная.

Перечисленные выше четыре фактора настолько уменьшают конечное усилие, которая рыба оказывает на леску, что этих 5,63кг разрывной нагрузки даже не в самых умелых руках превратятся во все 25,63кг.

Чтобы Вы не получали обрыв, Вам нужно следовать следующим простым правилам по каждому пункту:

• Держите удилище по возможности в одной руке. Таким образом, чтобы Ваша кисть касалась бланка и всё. При крутом рывке, удилище всегда отыграет. Если упрётесь комлем в бедро, работать будет только верхняя половина бланка, а не весь бланк целиком. Особенно это актуально на ближних дистанциях, когда рыба у берега.
• Настраивайте фрикцион таким образом, чтобы при вываживании он издавал лёгкий треск. То есть рыба будет идти «в натяжку», но при резком рывке леска будет стравливаться. Ваша задача руководить фрикционом, чтобы рыба уставала, но не имела возможности добиться эффекта, когда леска встанет колом и действительно порвётся.
• Старайтесь не выпадать из реальности. Если позволяет берег держитесь всегда напротив рыбы. Перемещайтесь. Вы должны всегда встречать рыбу лицом к лицу. И не давайте слабину. Леска должна быть в натяжении, вовремя сбегая с катушки вслед за рыбой. Так Ваш трофей будет быстрее уставать, держась в напряжении.
• Не пытайтесь поднять рыбу раньше времени и не торопитесь. Это не лещ, который вдохнул воздуха и сразу сдался. Карп, или амур соперники серьёзнее. Не спешите и наслаждайтесь поклёвкой.

Где тонко там и рвётся

В поплавочной ловле действительно существует правило, когда поводок выбирается из материала, который на 0,02 тоньше, чем основная леска. К примеру, если основная леска 0,16, то поводок берётся не толще 0,14. Миллиметров разумеется. Это делается для того, чтобы при обрыве рвался именно поводок.

В карповой рыбалке немного другой подход. У Вас нет тура, который длится 4-5 часов. У Вас снасти на таком критическом минимуме, что просто необходимо делать «слабое место», чтобы точно знать, где будет обрыв. У Вас нет времени проводить ремонт и так далее. А близость к берегу не позволяет делать снасти с большим запасом, иначе осторожная рыба совсем не будет клевать.

В карповой рыбалке при ловле на большой глубине, или далеко от берега, учитывая вес рыб и размер, деликатность исчисляется совершенно другими категориями. По меркам поплавочной ловли карповая снасть все равно что субмарина в Большом театре.

Разрывные нагрузки, которыми пользуется наша команда

• Спорт — леска 0,26мм, шок — 0,28мм, поводковый материал — 20lb
• Обычная рыбалка — леска 0,30мм, шок — 0,28мм, поводковый материал — 25lb

Разница между спортом и обычными рыбалками — дальность заброса. Поэтому мы уменьшаемся. Была бы наша воля, мы бы вообще ловили на 0,40мм из-под берега.

А что Вы думаете по этому поводу? Пишите в комментариях!

Полное или частичное копирование без согласования с редакцией портала запрещено