Механический износ
Механический износ стального проволочного троса это истончение ткани троса вследствие механического трения. Это может быть уменьшено путем смазывания троса на многослойных барабанах, выбором подходящего плетения троса. Например, трос должен быть сделан способом «Лэнгз», и должен иметь плотно прилегающие внешние пряди. Обжатая поверхность троса дает еще большую надежность. Вследствие трения о катушки, барабаны или соседние тросы, диаметр троса будет первоначально уменьшаться с большой скоростью. С увеличением износа, однако, рабочая поверхность троса будет увеличиваться и соответственно замедлится уменьшение диаметра троса. Так как скорость уменьшения диаметра вследствие износа выше чем скорость распространения трещин вследствие усталости метала, в канатах не будут прогрессировать разрывы от усталости проволоки. Как только скорость уменьшения диаметра замедляется, появятся разрывы вследствие усталости. Механический износ не следует путать с пластичным износом.
Коррозия
Износ или коррозия могут повысить скорость образования и распространения трещин. Надлежащее периодическое смазывание троса во время использования, снизит трение между элементами троса и таким образом улучшит сопротивляемость усталости троса. Коррозийное повреждение Коррозия это реакция металла с кислородом. В стальных проволочных тросах мы различаем атмосферную коррозию (образующую однородную ржавчину) и более локальную форму коррозии, такую как питтинговую или точечную коррозию (образующую глубокие раковины в местах, где защитное покрытие повреждено или отсутствует). Корродированный трос потеряет силу и гибкость. Корродированные проволочные поверхности будут образовывать трещины гораздо быстрее, чем защищенные поверхности. Если высокое локальное давление способствует распространению этих трещин, мы называем этот механизм стрессовой коррозией. Количество корродированного металла зависит от поверхности, на которую может воздействовать кислород. Стальные проволочные тросы имеют незащищенную поверхность в 16 раз большую, чем стальной прут того же диаметра, и в соответствии с этим быстрее будут подвергаться коррозии. Объем коррозии может быть уменьшен путем сокращения незащищенной поверхности. Это можно осуществить, например, путем обычного или усиленного оцинковывания проволоки для троса. Стальной стержень может быть защищен покрытием из пластика. Внешняя и внутренняя смазка также снизит или предотвратит коррозию. Сталь растягивается при коррозии. Поэтому, иногда увеличение диаметра троса со временем может указывать на то, что внутри троса идет коррозия. Неподвижные тросы (подвешенные тросы или секции тросов лежащие на суппортах или выравнивающих роликах) более подвержены коррозии, чем подвижные тросы.
Механический износ
Механический износ стального проволочного троса это истончение ткани троса вследствие механического трения. Это может быть уменьшено путем смазывания троса на многослойных барабанах, выбором подходящего плетения троса. Например, трос должен быть сделан способом «Лэнгз», и должен иметь плотно прилегающие внешние пряди. Обжатая поверхность троса дает еще большую надежность. Вследствие трения о катушки, барабаны или соседние тросы, диаметр троса будет первоначально уменьшаться с большой скоростью. С увеличением износа, однако, рабочая поверхность троса будет увеличиваться и соответственно замедлится уменьшение диаметра троса. Так как скорость уменьшения диаметра вследствие износа выше чем скорость распространения трещин вследствие усталости метала, в канатах не будут прогрессировать разрывы от усталости проволоки. Как только скорость уменьшения диаметра замедляется, появятся разрывы вследствие усталости. Механический износ не следует путать с пластичным износом.
Пластичный износ
Пластичный износ - это деформация и смещение ткани (без или с лишь незначительной тканевой потерей). Повреждения вследствие усталости наматывания Повреждение тросов от усталости наматывания вызывается наматыванием на катушки или наматыванием и разматыванием на однослойный барабан. Разрыв от усталости обычно начинается в точках соприкосновения внешних слоев проволоки и поверхности катушки или барабана, или в местах перекрещивания отдельных прядей в тросе. Чем больше сгибаний – тем больше развивается усталость, в конечном итоге появляется разрыв, перпендикулярный оси провода. Разрывы от усталости происходят чаще на внутренней стороне сгиба (в точке соприкосновения с катушкой) чем на внешней стороне сгиба (в точках наибольшего давления силы сгибания). Сопротивление усталости тросов из стальной проволоки обычно повышается с увеличением числа и уменьшением диаметра внешних прядей троса. Это улучшение, однако, сопровождается понижением сопротивляемости троса износу. Выносливость проволочного троса также может быть повышена за счет увеличения диаметра катушки или барабана, или уменьшения тяговой силы на тросе.
Коррозия
Износ или коррозия могут повысить скорость образования и распространения трещин. Надлежащее периодическое смазывание троса во время использования, снизит трение между элементами троса и таким образом улучшит сопротивляемость усталости троса. Коррозийное повреждение Коррозия это реакция металла с кислородом. В стальных проволочных тросах мы различаем атмосферную коррозию (образующую однородную ржавчину) и более локальную форму коррозии, такую как питтинговую или точечную коррозию (образующую глубокие раковины в местах, где защитное покрытие повреждено или отсутствует). Корродированный трос потеряет силу и гибкость. Корродированные проволочные поверхности будут образовывать трещины гораздо быстрее, чем защищенные поверхности. Если высокое локальное давление способствует распространению этих трещин, мы называем этот механизм стрессовой коррозией. Количество корродированного металла зависит от поверхности, на которую может воздействовать кислород. Стальные проволочные тросы имеют незащищенную поверхность в 16 раз большую, чем стальной прут того же диаметра, и в соответствии с этим быстрее будут подвергаться коррозии. Объем коррозии может быть уменьшен путем сокращения незащищенной поверхности. Это можно осуществить, например, путем обычного или усиленного оцинковывания проволоки для троса. Стальной стержень может быть защищен покрытием из пластика. Внешняя и внутренняя смазка также снизит или предотвратит коррозию. Сталь растягивается при коррозии. Поэтому, иногда увеличение диаметра троса со временем может указывать на то, что внутри троса идет коррозия. Неподвижные тросы (подвешенные тросы или секции тросов лежащие на суппортах или выравнивающих роликах) более подвержены коррозии, чем подвижные тросы.
Разрывы от превышения (перегрузки) эластичности
Разрывы от превышения эластичности происходят, когда осевая нагрузка в отдельном проводе превышает разрывную выносливость провода. Разрывы от превышения эластичности обычно сочетаются с сокращением гибкого диаметра проволоки в местах разрыва и образование типичных «чаше-конусных» концов. Каждая авария троса будет сопровождаться определенным количеством разрывов от превышения эластичности. Фактическое обнаружение разрывов от превышения эластичности еще не обязательно означает, что авария случилась из-за перегрузки. Трос мог быть ослаблен множеством разрывов от усталости с течением времени. Оставшиеся провода более не способны поддерживать груз, что ведет к разрывам от превышения эластичности этих оставшихся проводов. Только если площадь разрывов от превышения эластичности и разрывов от рассечения (смотрите ниже) в совокупности намного выше чем 50% поперечного сечения провода троса, то высока вероятность, что авария произошла из-за перегрузки.
Разрывы от рассечения
Разрывы от рассечения вызываются высокой осевой нагрузкой в сочетании с перпендикулярной сдавленностью провода. Их разрывная поверхность наклонена под углом около 45 градусов к оси провода. Провод выйдет из строя от рассечения при более низкой осевой нагрузке, чем при одном только превышении эластичности. Если стальной проволочный трос рвется вследствие перегрузки, большое количество разрывов проводов будут разрывами от рассечения. Это из-за того, что при высокой осевой нагрузке, проволочный канат будет уменьшаться в диаметре и провода будут сжаты в, например, точках пересечения. Если стальной проволочный трос рвется вследствие резких скачков через ролик или заклинивания, большее количество проводов обнаружат типичную 45 градусную разрывную поверхность. При разрыве от рассечения поверхность повреждения визуально довольно гладкая. Имеется маленькое сокращение в диаметре у края поверхности повреждения, но оно мало по сравнению с обвязкой сопровождающей чаше-конусный разрыв от превышения эластичности. Довольно часто выход провода из строя от рассечения связан с износом, пластичным износом или усталостью.
Внешние повреждения
Стальные проволочные тросы часто повреждаются механически во время использования. Трос может ударяться о стальной объект, при этом местами повреждаются некоторые внешние пряди (жилы), или он может тереться о жесткую поверхность, что является причиной большого объема механического износа. Рисунок износа или повреждения вдоль оси троса или слегка спирально располагающийся вдоль нее указывает на то, что трос терся о какой-то предмет. Тросы, которые тянули через острое ребро (край) имеют тенденцию свиваться спиралью после разгрузки. Повреждение троса может быть также вызвано, например, дробеструйной и пескоструйной очисткой крана перед покраской. Металлические крошки могут прилипнуть к смазке и потом вклиниться в наружные пряди. Другим примером наружного повреждения является сильная пластическая деформация, вызванная ударами троса о стальной объект.
Мартенсит
Образование мартенсита Мартенсит - это твердая и хрупкая металлическая структура, образовавшаяся при нагревании стали, выше температуры фазового превращения и затем быстро охлажденная. В стальных проволочных тросах мартенсит часто обнаруживается в виде тонкого слоя на наиболее выступающих частях поверхности прядей троса там, где они терлись о твердую поверхность. Этот тонкий слой мартенсита легко трескается при сгибании, и влечет за собой трещины от усталости, которые быстро распространяются. Образование мартенсита на поверхности провода трудно определить. Даже в подготовленном для исследования образце его нужно сделать видимым, сделав снимок микроструктуры. Удары молнии или искрение, вызванное сварочными работами на кране, также могут производить мартенсит на поверхностях прядей. Другая причина появления мартенсита это, например, если трос несколько раз терся о край грузового люка во время разгрузки корабля. Каждый раз образуется новый слой мартенсита, частично закаливая при этом нижележащие слои мартенсита.
Повреждения от нагревания
Стальной проволочный трос является хорошим проводником тепла. Поэтому, участки троса могут работать в очень жаркой среде ограниченное время, так как тепло вобранное тросом может проводиться в другие, более холодные части троса. Если, однако, температура внутри прядей троса превышает примерно 300 градусов, микроструктура в холодном состоянии натянутых прядей рекристаллизуется, потеряв в процессе около двух третей своей эластичности. Если приток тепловой энергии в трос гораздо выше скорости, с которой трос может проводить или рассеивать тепло, тогда трос будет нагреваться очень быстро. Это произойдет, например, когда молния или искрение поражает трос в отдельных местах, нагревая трос до температуры, при которой сталь начинает плавиться. Согласно европейской норме 12385-3, многопрядный трос с волокнистой основой может использоваться максимум до температуры в 100 градусов Цельсия. Многопрядный трос со стальной основой может использоваться до температуры 200 градусов. Особое внимание должно быть обращено на ограничения температуры на концах соединений. Даже если прочность самого троса не поражена температурой, можно ожидать сокращения срока жизни троса, если рабочие температуры достигают или превышают.
Внутренние повреждения тросов
При визуальном и тактильном исследовании стальных тросов приходится полагаться лишь на состояние внешних прядей. В большинстве тросов это составляет около 40% от поперечного сечения. Внешние пряди видны лишь наполовину своей длины. Поэтому визуальному и тактильному осмотру стального троса приходится основываться на состоянии всего лишь примерно 20% от поперечного сечения. Визуальный осмотр троса = 20% очевидных фактов + 80% надежды Если условия контактирования между элементами троса внутри самого троса хуже чем условия контактирования на ролике (катушке), трос сначала износится изнутри. Это опасно, потому что внутренние повреждения очень трудно диагностировать. Дефектоскопическое оборудование может помочь при исследовании внутренних повреждений. Стальные тросы, работающие на пластмассовых катушках, более вероятно износятся изнутри, чем тросы, работающие на стальных катушках. Если стальной стержень слишком маленький в диаметре, это приведет к несоответствующему зазору между двумя соседними внешними прядями и вызовет межнитевой разрез и так называемый «желобковый разрыв». Пластиковый слой между стальным стержнем и внешними прядями снизит локальное давление между слоями и, таким образом, снизит риск внутренних повреждений троса. Внешние пряди, которые повредились в точке контакта со стальным стержнем можно увидеть, если сильно согнуть трос при осмотре или попытаться приподнять внешние пряди с помощью отвертки. О внутренних повреждениях часто скажут типичные усталостные повреждения с концами прядей вдвое превышающими длину (желобковые разрывы) или втрое превышающими те, которые имеют место на поверхности внешних прядей. Тросы, устойчивые к вращению, имеют относительно хорошие условия контактирования на катушках. Из-за того, что стержень троса закрыт в направлении, противоположном к внешним прядям, однако, существует множество перехлестов прядей внутри троса. Поэтому, тросы, устойчивые к вращению, имеют тенденцию создавать большое количество внутренних повреждений. Стержни троса, закрытые в одном направлении (параллельное плетение) или внутренние пластиковые слои помогают избежать перехлестов и уменьшить эту опасность. В состоянии циклического напряжения, трос должен становиться длиннее и короче во время каждого цикла. Секции, лежащие на барабанах или катушках, ограничены в приспосабливании своей длины к тяговой силе троса. Стержень будет, таким образом, стараться стать длиннее, тогда как внешние пряди сдерживаются поверхностью барабана или катушки. Это приводит к внутренним повреждениям. Поверхность барабана с продольными насечками - это всегда признак того, что трос может быть поврежден изнутри. Как упоминалось ранее, дефектоскопическое исследование может помочь определить внутренние повреждения.
Повреждения при вращении
Стальной проволочный трос сделан из спиралевидных элементов. Если трос раскручен против хода витка, то спирали разворачиваются и удлиняются, если он закручен по ходу витка, то спирали закручиваются и укорачиваются. Эти трансформации могут изменить свойства троса, иногда значительно. Чтобы предотвратить расплетание, тросы, устойчивые к вращению, должны быть зафиксированы на концах, чтобы не допустить вращение. Тросы, устойчивые к вращению, с другой стороны, не имеют тенденции к расплетанию под грузом, и могут быть прикреплены к шарнирному соединению. Шарнирное соединение даже имеет преимущество в том, что позволяет скручиванию, вызванному другими механизмами, покинуть систему. Если трос двигается по катушкам или катушка двигается по тросу, разница в длине, создавшаяся между элементами троса, может накапливаться в одной точке (обычно в точке, где останавливается движение катушки). Скрученные участки троса будут иметь тенденцию избавляться от скручивания, передавая его другим, ранее не скрученным участкам. Таким образом, скручивание может передвигаться через полиспаст (систему блоков), вызывая проблемы в местах, расположенных далеко от того места, где они возникли. Из-за своей спиралевидной поверхности, тросы также могут скручиваться во время протягивания через тугие катушки или при трении об элементы силовой конструкции. Излишек длины прядей в стальном стержне, вызванный скручиванием троса и скопившийся в одном месте. Этот трос укоротился, а его стержень удлинился из-за скручивания троса по ходу витка. Этот трос скручен в направлении против хода витка. »Птичья клетка» «Птичья клетка» - это короткий участок троса, на котором внешние пряди гораздо длиннее, чем трос и поэтому «стоят». «Птичьи клетки» обычно образуются, когда трос расплетается при скручивании или при скручивании вокруг собственной оси. В расплетенном состоянии, внешние пряди слишком длинны по сравнению с длиной троса, и избыточная длина прядей собирается катушкой в одном месте. Поэтому «птичьи клетки» часто обнаруживаются в конце движения катушки. Укорачивание троса также может создавать избыточную длину прядей для внутренних элементов троса. Наихудшая ситуация создается, если трос, устойчивый к вращению, скручивается в направлении против хода витка. Это вызывает удлинение внешнего слоя и, в то же время, укорачивание стержня. Вот почему тросы, устойчивые к вращению, так чувствительны к скручиванию внешними механизмами (например, углом наклона троса по отношению к оси барабана лебёдки). «Птичьи клетки» могут также создаваться протягиванием троса через тугую катушку. Если трос, неустойчивый к вращению, или полуустойчивый к вращению, приводится в действие шарнирным соединением, трос расплетется. Расплетенные участки троса будут перемещаться от катушки к катушке. В результате – одна или несколько «птичьих клеток» на другом конце троса. В противоположность всеобщему убеждению, 99,5% всех «птичьих клеток» происходят не от вибрации грузов.
Повреждения от катушек
Если трос заходит на катушку(барабан) под наклоном по отношению к оси барабана лебедки, он вначале касается кромки желоба. Затем он частично скатывается вниз, частично скользит вниз на дно желоба. Этот механизм будет скручивать трос, приводя к торсионным (крутящим) проблемам, описанным в предыдущей части. Это также приведет к повышению износа, как на поверхности троса, так и на кромке катушки. Как объем скручивания, так и объем износа могут быть уменьшены смазыванием троса и раскрыванием угла горловины желоба (например, до 60°). В противоположность всеобщему убеждению, угол горловины в 60° вызывает меньше опасности соскакивания троса с катушки, чем угол горловины в 45°. Тугая или застрявшая катушка может создать «птичьи клетки» или жестоко деформировать внешние жилы и пряди троса. На поверхностях жил часто образуется мартенсит. С другой стороны, если диаметр желоба намного больше, чем диаметр троса, желоб не будет поддерживать трос в достаточной мере и создастся очень высокое локальное давление, ведущее к преждевременному износу жил. Если длинный конец поврежденной внешней жилы захватывается и наклоняется через соседние пряди, он легко попадает между тросом и катушкой, вызывая однонитевой разрыв. Это особенно касается тросов плетения Лэнгз, где наружные концы жил всегда длинные. Инверсные отпечатки в желобах катушек могут создаваться различными механизмами. Если, например, длина окружности катушки на дне желоба кратна расстоянию между прядями в согнутом состоянии троса, тогда во время каждого вращения катушки, одни и те же точки желоба будут ударяться выступами прядей, тогда как соседние с ними участки не будут подвергаться износу. Указателем на этот механизм будут следы смазки с одинаковым интервалом на кромках катушки. Продолжительные изменения груза приводит к продолжительным изменениям длины плетения. Поэтому менее вероятно, что тросы с разнообразными грузами будут создавать инверсные отпечатки. Отпечатки обычно не вредят тросу, который их создал. Но трос- заменитель будет повреждаться отпечатками, даже если он того же дизайна. Не всегда можно избежать отпечатков, но можно отсрочить их появление упрочнением желобов. Смазка и легкое вращение троса также поможет избежать формирования инверсных отпечатков. В противоположность обычным стальным тросам, обжатые тросы не имеют выступов и впадин (желобков) и поэтому не создают инверсных отпечатков.
Повреждения от барабана
Левосторонние барабаны должны управляться правосторонним тросом. Правосторонние барабаны должны управляться левосторонним тросом. Нарушение этого правила может привести к скручиванию троса и его структурному повреждению. На многослойном барабане со специальными бороздками, зоны пересечения организованы параллельно оси барабана. Если рисунок износа показывает, что зоны пересечения отклонены от оси, значит диаметр троса либо слишком велик, либо слишком мал по отношению к шагу резьбы барабана. При этих условиях, трос будет пересекаться немного раньше или позже с каждым последующим наматыванием. Если угол наклона троса по отношению к желобу барабана лебёдки слишком велик, трос либо будет тереться о соседний виток или о кромку желоба барабана. В обоих случаях поверхность троса будет повреждена. Повреждения, причиненные многослойным наматыванием, могут быть сокращены при использовании тросов плетения Лэнгз со сжатыми внешними прядями. Здесь особенно подходят обжатые тросы. При многослойном наматывании барабаны с нарезкой типа «Лебус» доказывают свое превосходство над барабанами со спиралевидной нарезкой. При многослойном наматывании важным является хорошее натяжение нижних слоев троса на барабан. Недостаточное натяжение может привести к жестоким повреждениям троса. В наихудшем случае трос может быть затянут между нижележащими слоями во время поднятия груза. Во время последующего опускания груза, трос может перестать разматываться, изменяя направление движения груза. Под высоким давлением трос стремится насколько возможно быть круглым. Без груза трос может гораздо легче быть деформирован и сплющен. Сильно натянутые внешние слои будут поэтому сильно повреждать ненатянутые (и поэтому легко уязвимые) нижние слои. Если груз прикреплен к тросу, трос станет длиннее. Поэтому он будет соскальзывать при первом витке барабана, создавая износ и на тросе, и на барабане. Если груз всегда прикрепляется в одном и том же месте, износ будет концентрироваться на одном участке. Укорачивание троса или его удлинение рассеет износ и улучшит ситуацию. При многослойном наматывании незначительная разница в диаметре между двумя тросами может сказаться на значительной разнице в длине тросов, которые наматываются на, во всем остальном идентичные барабаны. Поэтому металлические тросы, работающие вместе, следует заказывать как «подходящую пару». Они должны лишь очень незначительно расходиться в диаметре.
Марганцево-сульфитные шарики в структуре жил
Другие явления Марганцево-сульфитные шарики в структуре жил – очень твердые и не деформируются в процессе натягивания троса. Они часто появляются на поверхности разрывов от усталости, потому что жилы имеют тенденцию разрываться именно в местах уже ослабленных подобными включениями. Зона излома жилы, разрушенной сильным сгибанием, будет выглядеть как расщепленное дерево. Поверхность излома жилы троса, разрушенной одним лишь скручиванием будет выглядеть как старая 33-х оборотная пластинка. Геометрические нарушения в тросе Петлевые образования могут быть (а могут и не быть) вызваны недостаточным просветом между жилами в прядях. Недостаточный просвет не будет позволять жилам двигаться относительно соседних, вызывая перегрузку и растягивание. Если диаметр стального стержня троса слишком мал, внешние пряди не будут иметь достаточного просвета, и произойдет межпрядевый разрыв. Недостаток просвета значительно сократит усталостную долговечность троса.
СТАТЬЯ Шимов М.А.
ДЕФЕКТЫ ПРОВОЛОЧНЫХ ТРОСОВ vsekrany.ru