Наука и практика             

 Современное использование такелажа из синтетических материалов

Крепление груза цепями под брэндом Tycan, изготовленными из полиэтиленового волокна сверхвысокой молекулярной массы

 Стальные и синтетические канаты имеют свои преимущества и недостатки, обуславливаемые типом оборудования, на котором они запасованы, нагрузками на них и частотой их использования. По сравнению со стальными канатами, синтетические имеют меньший вес, легки в техобслуживании и не подвержены коррозии. Однако оба типа каната восприимчивы к таким естественным явлениям как трение и износ.

Так, например, канаты, установленные на крановых лебедках, соприкасаются с компонентами, изготовленными из различных материалов. Трение возникает при намотке каната на барабан лебедки. Для уменьшения степени трения и правильной навивки каната, фирма Nylacast (Великобритания) выпустила устанавливаемые на барабан лебедки синтетические накладки, имеющие низкий коэффициент трения. Фирма также разработала направляющие, блоки, шкивы и ролики из полимерных материалов с низким коэффициентом трения. Эти компоненты в большей степени, чем металл, адаптированы к работе с канатами.

Компания FibreMax представила новую канатную продукцию из синтетических материалов, включая изготавливаемые по заказу канатные оттяжки для различных разрывных усилий и длинами до 150 метров. Также возможно изготовление синтетических канатных оттяжек больших длин для установки на башенные краны для подвески подъемной стрелы. Вес синтетических оттяжек канатных, производства компании FibreMax, меньше до 90%  по сравнению со стальными оттяжками аналогичных размеров.

Такие оттяжки не подвержены удлинению при растяжении, обладают большим сопротивлением к усталостным нагрузкам, а их срок службы в пять раз больше аналогичных стальных.

Использование легких синтетических стреловых канатов и оттяжек дает возможность увеличить грузоподъемность крана и длину стрелы. Они могут применяться на всех типах кранов.

В настоящее время  рядом фирм (Load Solutions, DSM Dyneema) ведется работа по созданию грузовых цепей из полиэтиленового волокна сверхвысокой молекулярной массы (UHMwPE). Совместная работа указанных фирм позволила создать грузовые цепи под брэндом Deneema с высокими прочностными характеристиками, низким значением усталости при изгибе, высокой износостойкостью и долговечностью даже при крайне неблагоприятных условиях эксплуатации.

Грузовые цепи из синтетических материалов под брэндом Tycan, способны держаться на поверхности воды, устойчивы к воздействию химикатов и морской воды. Такая цепь может выдерживать нагрузки до 600 тонн и ударные нагрузки, возникающие при движении судна в штормовую погоду. Цепи Tycan не вытягиваются при работе, что исключает повреждение закрепленного ими груза. Они обладают большей эксплуатационной гибкостью по сравнению с канатами для удержания тяжелых грузов, за счет  легкого уменьшения их длины до нужной величины  при выполнении какой-либо конкретной работы. Это осуществляется путем их сдваивания (складывания) с помощью крючков.

С тяжелыми стальными цепями, использующимися до сих пор при креплении груза, работать нелегко, они производят шум и могут ржаветь. Синтетические цепи под брэндом Tycan  до восьми раз легче обычных стальных цепей аналогичной прочности.

Краностроительная компания Manitowoc совместно с производителем синтетических канатов – фирмой Simpson, создали альтернативу проволочным канатам. Результатом совместной работы стало создание синтетического каната марки KZTM100, который и был установлен на всех короткобазовых кранах фиры Grove  ( кроме модели RT 9150), и автокранах (кроме модели TMS9000). Синтетический канат марки KZTM100 на 80% легче проволочного аналогичных размеров, его легко запасовать и работать с ним. При  использовании  KZTM100 имеются, в частности, следующие преимущества:

 -исключено вращение груза и закручивание самого каната;

- снижается периодичность его замены из-за отсутствия  перегибов и выгибов;

- не требуется смазка каната;

- уменьшается степень износа барабанов лебедок и блоков;

- уменьшается степень риска травмирования разорванными проволоками;

- можно стандартизировать основной и вспомогательный подъем, используя  один диаметр каната.

Синтетические материалы также используются в новых cтальных тяговых канатах марки Union PowerMax Plus, выпускаемых компанией WireCo. Стальной канат армирован пластиком,  защищающим  сердечник каната от несанкционированного проникновения и усталостных нагрузок. Такие канаты имеют повышенную износостойкость и увеличенный срок службы. Они прошли эксплуатационные испытания в угольных шахтах, и оказались более чем в два раза долговечнее стальных тяговых канатов без синтетического армирования. Кроме того, увеличилась периодичность их замены.

Компания FibreMax разработала собственные критерии проверки и отбраковки при навеске, хранении или транспортировке синтетических подвесок. Такие подвески защищены от механического повреждения и стирания несколькими слоями тканного материала. Наружный слой окрашен в черный цвет в качестве стандартного, но может быть окрашен тем же цветом, которым покрашен кран, для работы на котором подвески будут использоваться (по желанию заказчика). Внутреннее покрытие обычно имеет красную окраску, говорящую о том, что подвески должны быть проверены или отремонтированы каждый раз, как этот цвет виден.

                       Фрагмент синтетической грузовой цепи под брэндом Tycan

  

 Синтетические оттяжки канатные фирмы FiberMax изготавливаются по заказу с различным разрывным усилием и длинами до 150 метров

(По материалам журнала “International Cranes and Specialized Transport” и интернет сайтов).

СИНТЕТИКА НАСТУПАЕТ

(комментарий специалиста)

 В области грузоподъема и логистики активное вторжение синтетических материалов наблюдается с 80-х годов прошлого столетия, когда появились ленточные стропы из полиэстерных и полипропиленовых нитей. В 1987г. был изготовлен первый строп типа Roundshling – круглопрядный кольцевой с несущими нитями из арамида (aromatic poliamide), фирменные названия  Nowex®, Kevlar®,  Technora®, Twaron®. В настоящее время для изготовления массового такелажа применяются нити из полиэстера. Более высокие параметры имеет материал HMWPE (high molecular weight polietylene) – полиэтилен высокомолекурярной массы, фирменное название  Spectra®, Dynema®. Стропы типа Roundsling (наше обозначение СТКК – строп текстильный круглопрядный кольцевой) позволяют поднимать грузы совершенно неподъемные другими средствами. Рекордный груз 1080 тонн был поднят на буровой платформе оснасткой из 4-х стропов Roundsling.

 Современные синтетические материалы имеют высокую прочность, малые удлинения, устойчивость к химическим воздействиям, низкий удельный вес, низкое влагопоглощение. Материал HMWPE обладает положительной плавучестью. Преимущество новых материалов особенно велико в прочности. Сравним предел прочности канатной проволоки 1960 МПа с 3600 МПа у волокна кевлар, 3400 МПа у волокна Технора и углеродного волокна и 50 000 МПа для углеродных нанотрубок. Безусловно, эти материалы имеют большое будущее в области техники. Особенно важно, что такелаж из синтетики существенно облегчает труд такелажников, особенно при выполнении ручных операций.

 Однако у такого такелажа есть существенный недостаток – он подвержен износу и повреждениям в местах контакта с грузом и крепежными узлами. Поэтому для таких изделий требуется применение средств защиты от повреждений.

   Положительные качества новых материалов угрожают монопольному положению стальных канатов в грузоподъемной технике. Но они дают и новый стимул к совершенствованию стальных канатов. Как часто бывает, прорывные решения рождаются на стыках. С одной стороны, – стальные проволоки и пряди способны обеспечить необходимую защиту для синтетических волокон, с другой – эти волокна могут увеличить прочность и уменьшить вес каната. Несомненно, такие композитные канаты имеют хорошие перспективы.

 В нашем сборнике (Стальные канаты, вып. 7, 2009 г.) опубликована статья специалистов фирмы Kasar с результатами разработки композитного каната на базе фирменной конструкции Turboplast, в котором металлический сердечник был заменен волокнистым сердечником из нитей кевлар. В результате получено уменьшение собственного веса каната на 25% и увеличение разрывной длины на 26%. Это позволяет увеличить производительность шахтной подъемной установки при глубине ствола 3000м на 79%.

 Создание композитных канатов (сталь-синтетика) представляет собой новое прогрессивное направление, и передовые дальновидные производители стальных канатов уже делают реальные шаги в этом направлении. Например, австрийская фирма Teufelberger в 2005 г. создала исследовательское подразделение для разработки композитных изделий и технологий, и уже производит некоторые композитные продукты с углеродными нитями.

  Синтетика наступает и улучшает стальные канаты.

В.А. Малиновский, 

президент МАИСК, доктор технических наук, профессор