Комментарии специалиста

В.А. Малиновский, доктор технических наук, профессор, г. Одесса

            Мне уже приходилось писать, что эволюция началась, как гибкого тягового органа хорошо иллюстрирует известный  философский закон развития по  спирали. Канат начинался с  волокнистых материалов – пеньки, джута,  конского волоса и т.д. Следующий этап – канат из стальной проволоки, а теперь мы наблюдаем возврат к  волокнистым материалам на более высоком уровне.

            Приведенные в статье примеры достижений передовых фирм в  области синтетических  канатов воодушевляет  и создает предпосылки к кардинальным изменения в крановой технике.  Преимущество синтетических канатов по весовым, прочностным и некоторым другим показателям очевидны. Но для наиболее полного  использования предстоит еще пройти длинный и  нелегкий путь испытаний и исследований.

            Новый канат нельзя рассматривать отдельно от техники, для которой создается канат.

            Приведем только одно различие между материалами: модуль упругости канатной проволоки 210 ГПа, а  величина  Дуплета – 89 ГПа, т.е. в 2.4 раза меньше. Нам еще предстоит узнать как среагируют друг на друга новый канат и машина. Канат служит для передачи силовых и динамических импульсов от груза на привод, металлоконструкций или от  разных узлов крана  друг к другу. Ясно, что изменения упругих и диссипативных характеристик каната внесут изменения в поведение всей  механической системы кран-канат. В частности, следует исследовать вероятность опасных резонансных явлений. Образно говоря, потребуется взаимная адаптация  нового каната и крана или его элементов.

Показательно, что ведущие фирмы создают испытательные стенды и лаборатории для  исследования практических аспектов  применения новых канатов. Нет сомнения, что синтетические канаты найдут свою нишу в подъемно-транспортной технике.

Следует отметить еще одну особенность – при всех  отмеченных достоинствах синтетический канат остается уязвим для  механических воздействий, которые не  на действующих механизмах весьма вероятны в местах контакта с блоками, барабанами и другими узлами. Поэтому представляется  перспективным создание гибридных или композитных канатов, в которых достоинства высокопрочных синтетических волокон  (прочность и малый вес) реализуются под защитой стальной проволоки или прядей. Такой пример уже реализован.

В фирме CASAR создан композитный канат на базе фирменной конктрукции Turboplast (рис. 8.3, а), в котором стальной сердечник был заменен сердечником из арамидных волокон в полипропиленовой оплетке (рис. 1).

При сохранении разрывного усилия каната в целом такая замена позволила уменьшить его вес на 25 % и увеличить разрывную длину каната от 21,7 км до 27 км. Применительно к шахтному подъему уменьшение веса каната на 25 % позволяет применять легкие композитные канаты на шахтах глубиной 2—3 км, что является главной целью данной разработки [8.1].

Фирма CASAR провела испытания своего композитного каната Turboplast HM на пробежной машине при D/d = 30 и запасе прочности 5,5, которые показали, что после 466 340 циклов оплетка и сам волоконный сердечник повреждений не имели.

Рис. 1. Канаты Turboplast Casar:

а — исходный фирменный; б — новый с сердечником из арамидного волокна

Такие же результаты — снижение веса каната на 25 % и увеличение производительности ШПУ — приводит фирма DSM Dyneema (Нидерланды) для композитного каната Dyneema ® Hybrid ⌀ 60 мм с сердечником из волокон Dyneema при глубине шахты 3000 м .

В целом композитные канаты с применением высокомодульных волокон следует рассматривать как реальное и очень перспективное направление развития стальных канатов. композиты сталь-синтетика позволят создать очень легкие высокопрочные канаты. Очевидно, вторую жизнь получат конструкции, аналогичные ГОСТ 3083, с синтетическими сердечниками и в канате, и в прядях, которые по прочности будут превосходить канаты на металлических сердечниках. Достоинством новых канатов будет также гибкость, позволяющая уменьшать габариты блоков, барабанов и др. узлов ГПМ.

Да, синтетика наступает, но стальные канаты еще будут долго жить, а наиболее успешные решения могут быть получены на пути создания композитов сталь-синтетика.