Канат

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

Органич. К. начали применять в горн. деле задолго до н.э., металлические — с кон. 18 в. Осн. материал для изготовления К., используемых в горн деле, — сталь, реже капрон и др. синтетич. материалы; из пеньки и волокон алоэ иногда изготовляют сердечники стальных К. Проволоку К., предназначенных для работы в агрессивных средах, покрывают цинком. Свивают проволоку вокруг сердечника за одну операцию или в неск. слоёв последовательно. В первом случае получают К. простой (одинарной) свивки. Используя их в качестве прядей, изготовляют К. двойной свивки. В свою очередь К. двойной свивки могут служить прядями (стренгами) для изготовления К. тройной (тросовой) свивки — тросов. К., выполняемые из неск. слоёв прядей, наз. многослойными. Пряди К. имеют круглую, а также фасонные формы (рис. 1) — треугольную, овальную и плоскую.

Рис. 1. Формы поперечных сечений прядей канатов: а — треугольная; б — овальная.

К., свитые из них, наз. соответственно круглопрядными, трёхгранно- прядными, овальнопрядными и плоскопрядными. По форме поперечного сечения К. подразделяются также на круглые и плоские. Плоские К. изготовляют сшивкой шести или восьми К., свитых из четырёх круглых прядей. Выполняются К. с точечным касанием проволок между слоями прядей, линейным и точечно-линейным (комбинация первых двух вариантов). Стойкость К. 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 К. 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 К. с точечным касанием, а также дешевле и проще в изготовлении. По направлению свивки прядей выделяют К. правой и левой свивки. Также направления свивки К. в целом и его отдельных прядей могут быть противоположны (крестовая свивка, рис. 2, а), одинаковы (параллельная свивка, рис. 2, б) и чередоваться (комбинированная свивка).

Рис. 2. Канаты крестовой (а) и параллельной (б) свивки.

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

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

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

Рис. 3. Поперечные сечения закрытого (а) и полузакрытого (б) канатов.

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

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

В совр. горн. произ-ве К. широко используются в грузоподъёмных, транспортных и др. установках. В качестве подъёмных применяют круг-лопрядные К. с линейным и точечно-линейным касанием проволок, а также трёхграннопрядные и закрытой конструкции. Последние благодаря высоким прочностным характеристикам наиболее эффективны. На много-канатных подъёмных установках используют К. закрытой конструкции и фасоннопрядные (всё больше распространяются трёхграннопрядные К.). Допускается применение круглопрядных К. с линейным касанием проволок. В качестве канатных проводников и отбойных К. эксплуатационных шахт используют К. закрытой конструкции, имеющие в наружном слое проволоки фасонного профиля высотой не менее 5 мм. Для этих целей допускается применение круглопрядных нераскручивающихся однослойных К. крестовой свивки с металлич. сердечником и диаметром наружных проволок не менее 2 мм. Канатными проводниками проходческих подъёмов служат однослойные круглопрядные К. как с металлическим, так и с органич. сердечником, а также многопрядные К., имеющие наружные проволоки диаметром не менее 1,5 мм. В качестве амортизационных и тормозных К. шахтных парашютов применяют нераскручивающиеся круглопрядные К. крестовой свивки с органич. сердечником. Диаметр наружных проволок тормозных К. должен быть не менее 2 мм. Для скреперных, маневровых и откаточных лебёдок используют прядные однослойные К. с органич. или металлич. сердечником. Закрытые и полузакрытые К. служат несущими элементами подвесных канатных дорог. В канатных пилах применяют двух-, трёхпрядные К. двойной свивки круглого (реже профильного) сечения. Иногда их армируют режущими элементами. Диаметр шахтных подъёмных К. обычно 19,5-65 мм. Связь прочностных характеристик К. с параметрами его свивки регламентируется ГОСТами. Расчёт шахтных подъёмных К. производится по статическому запасу прочности. Определяется необходимая масса одного погонного метра К. Затем по её установленному значению в таблице соответствующего ГОСТа подбирается диаметр К. и проводится проверка запаса его прочности. Срок службы К. шахтных подъёмов от полутора до трёх лет. Зависит от числа циклов подъёма в сутки, глубины ствола, угла девиации на барабане, динамич. напряжений при подъёме, состава шахтных вод и др.

Литература: Букштейн M. A., Производство стальных канатов, М. (1963; Глушко M. P., Стальные подъёмные канаты, К., 1966; Сергеев С.Т., Стальные канаты, К., 1974.

Г. П. Ксюнин.