Геологическая энциклопедия - 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, трёхграннопрядными, 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 нераскручивающиеся. 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.