Почему скручивается полиспаст и как устранить проблему

Скручивание полиспаста — опасное нарушение работы грузоподъёмного механизма, при котором крюковая подвеска начинает поворачиваться вокруг вертикальной оси, а ветви каната сближаются, перекрещиваются или соприкасаются друг с другом. В тяжёлых случаях подвеска может развернуться на 90° и более, что приводит к ускоренному износу каната, блоков и элементов подвески.

Проблема встречается на мостовых и козловых кранах, электрических тельферах, монтажных механизмах и другом оборудовании с многоветвевым полиспастом. Причиной может быть не только конструкция каната, но и неправильная запасовка, малая ширина полиспаста, перекос блоков, боковая тяга, состояние канавок шкивов или ошибки при монтаже нового каната.

Что происходит при скручивании полиспаста

Во время подъёма стальной канат находится под растягивающей нагрузкой и одновременно создаёт крутящий момент. Его величина зависит от конструкции каната, направления свивки, диаметра, нагрузки и числа слоёв прядей.

Крутящий момент передаётся на крюковую подвеску. Если геометрия полиспаста не обеспечивает достаточной устойчивости, подвеска начинает поворачиваться, закручивая ветви каната вокруг друг друга.

Вероятность скручивания увеличивается при сочетании следующих условий:

• большая длина свободных ветвей каната;

• небольшое расстояние между ветвями;

• малая ширина крюковой подвески;

• нечётное количество ветвей полиспаста;

• использование каната с высоким крутящим моментом;

• неправильная запасовка;

• перекос крюковой подвески;

• боковая тяга и смещение груза относительно оси крюка;

• износ или несоответствие канавок блоков;

• ошибки при установке нового каната.

Производители стальных канатов дополнительно относят к причинам скручивания монтажное закручивание каната, неравномерное закрепление его концов, перекос блоков, недостаточную смазку, неправильное расположение груза и отклонение ветвей каната от проектной траектории. Эти факторы перечислены, в частности, в инструкции verope по эксплуатации стальных канатов.

Основные признаки неисправности

На возможное скручивание полиспаста указывают:

• самопроизвольный поворот крюковой подвески;

• сближение или перекрещивание ветвей каната;

• контакт соседних ветвей во время подъёма;

• неравномерное положение крюковой подвески;

• движение подвески с рывками;

• канат входит в блок под углом;

• канат касается щёк блока или соседних элементов;

• неравномерная укладка каната на барабане;

• появление петель, заломов или локальных деформаций;

• ускоренный износ канавок блоков;

• смещение груза относительно вертикальной оси крюка.

Если ветви каната соприкасаются или перекрещиваются, продолжать эксплуатацию без определения причины не следует. Трение между нагруженными ветвями может повредить проволоки и изменить структуру каната.

Параметры, влияющие на устойчивость полиспаста

Для предварительной оценки применяются следующие обозначения:

• L — длина свободной ветви полиспаста, м;

• S — поперечный размер полиспаста, мм;

• d — номинальный диаметр каната, мм;

• D — диаметр канатного блока, мм;

• m — коэффициент крутящего момента каната.

Под поперечным размером S понимается расстояние, определяющее устойчивость ветвей полиспаста. В зависимости от конструкции механизма это может быть расстояние между осями блоков или между точками расположения ветвей каната.

Чем больше размер S и чем меньше длина L, тем устойчивее полиспаст к скручиванию. При увеличении высоты подъёма длина свободных ветвей возрастает, поэтому конструкция, нормально работающая при небольшой высоте, может стать неустойчивой при подъёме на максимальную отметку.

Предварительная оценка допустимой длины полиспаста

Для двух- и четырёхветвевого полиспаста предварительное условие устойчивости можно представить следующим образом:

L < S² / (4000 × m × d)

Для трёхветвевого полиспаста:

L < S² / (6000 × m × d)

где:

• L — допустимая длина полиспаста, м;

• S — поперечный размер полиспаста, мм;

• m — коэффициент крутящего момента;

• d — диаметр каната, мм.

Если необходимо определить минимальный поперечный размер полиспаста, формулы преобразуются следующим образом.

Для двух- и четырёхветвевого полиспаста:

S > √(4000 × m × d × L)

Для трёхветвевого полиспаста:

S > √(6000 × m × d × L)

Эти формулы подходят для предварительной инженерной оценки. Они не заменяют расчёт производителя грузоподъёмного механизма, проверку фактической схемы запасовки и требования документации на применяемый канат.

Коэффициенты крутящего момента канатов

Конструкция стального каната	Коэффициент m
Шестипрядный канат крестовой свивки с органическим сердечником	0,081
Шестипрядный канат крестовой свивки с металлическим сердечником	0,075
Шестипрядный канат односторонней свивки с металлическим сердечником	0,096
Двухслойный канат конструкции 18×7	0,067
Двухслойный канат 18×19 из пластически обжатых прядей	0,038
Трёхслойный малокрутящийся канат 35×7 из пластически обжатых прядей	0,008

Коэффициенты показывают, насколько сильно разные конструкции канатов стремятся вращаться под нагрузкой. Чем меньше значение m, тем ниже крутящий момент и тем устойчивее полиспаст.

При подборе нового каната необходимо использовать данные его фактического производителя. Канаты с одинаковым числом прядей могут отличаться по конструкции, сердечнику, направлению свивки и вращательным характеристикам.

Пример расчёта для двухветвевого полиспаста

Исходные данные:

• диаметр каната d = 20 мм;

• поперечный размер полиспаста S = 430 мм;

• отношение диаметра блока к диаметру каната D/d = 21,5;

• схема полиспаста — двухветвевая.

Канат 6×36 с органическим сердечником

При коэффициенте m = 0,081:

L = 430² / (4000 × 0,081 × 20) = 28,5 м

Предварительно допустимая длина полиспаста составляет около 28,5 м.

Канат 18×7

При коэффициенте m = 0,067:

L = 430² / (4000 × 0,067 × 20) = 34,5 м

Применение каната с меньшим крутящим моментом увеличивает допустимую длину примерно до 34,5 м.

Малокрутящийся канат 35×7

При коэффициенте m = 0,008:

L = 430² / (4000 × 0,008 × 20) = 288,9 м

Расчёт показывает, насколько существенно конструкция каната влияет на устойчивость крюковой подвески. Однако замена каната должна выполняться только после проверки совместимости с барабаном, блоками, креплением конца каната и документацией механизма.

Почему нечётное количество ветвей менее устойчиво

Трёхветвевые и другие схемы с нечётным количеством ветвей обычно чувствительнее к крутящему моменту каната, чем симметричные схемы с чётным числом ветвей.

При нечётном количестве ветвей силы не всегда распределяются симметрично относительно центра крюковой подвески. Даже небольшое различие натяжения может создать вращающий момент. Поэтому при таких схемах особенно важны:

• правильное расположение неподвижного конца каната;

• точное положение блоков;

• равномерное натяжение ветвей;

• соответствующий тип каната;

• отсутствие бокового перемещения груза;

• достаточный поперечный размер полиспаста.

Диагностика скручивания полиспаста

Проверку рекомендуется выполнять последовательно.

1. Осмотреть запасовку каната

Необходимо сравнить фактическую схему с документацией производителя. Канат должен проходить через барабан, направляющие и блоки в установленной последовательности, без пересечения ветвей и чрезмерных углов отклонения.

2. Проверить положение крюковой подвески

Без груза подвеска должна занимать устойчивое положение. Если она поворачивается уже при холостом ходе, причиной может быть монтажное закручивание каната, неправильная запасовка или несимметричное расположение ветвей.

3. Осмотреть канатные блоки

Проверяются:

• диаметр блоков;

• форма и состояние канавок;

• свободное вращение;

• положение осей;

• износ подшипников;

• совпадение плоскостей блоков;

• наличие следов контакта каната со щеками.

Слишком узкая или изношенная канавка ограничивает естественное перемещение каната и может увеличивать его вращение.

4. Проверить барабан и канатоукладчик

Канат должен ровно укладываться в канавки барабана. Наложение витков, образование петель и боковое прижатие к канатоукладчику указывают на неправильную работу механизма или боковую тягу.

При осмотре канатного тельфера Demag рекомендует проверять правильность укладки каната на барабане, схему запасовки, состояние канавок блоков и видимые деформации каната. Подробные рекомендации приведены в материале Demag о функциональной проверке крана.

5. Проверить крепление неподвижного конца

Неподвижный конец каната должен быть закреплён в предусмотренной проектом точке. Его расположение непосредственно возле оси блока может уменьшать эффективный размер S и повышать склонность подвески к вращению.

6. Проверить направление свивки

Нельзя произвольно заменять канат правой свивки канатом левой свивки или наоборот. Направление и тип свивки должны соответствовать барабану и документации механизма. На это обращает внимание и Demag в рекомендациях по подбору каната.

7. Исключить боковую тягу

Груз должен находиться под крюком. Подтягивание груза под углом создаёт неравномерное натяжение ветвей, повышает нагрузку на канатоукладчик и способствует перекосу крюковой подвески.

Способы устранения скручивания

Метод устранения выбирают после определения фактической причины.

Увеличение поперечного размера полиспаста

Увеличение размера S снижает склонность крюковой подвески к вращению. Этого можно достичь за счёт:

• применения блоков большего диаметра;

• изменения расстояния между блоками;

• установки разнесённых блоков;

• применения двухблочной конструкции;

• переноса точки крепления неподвижного конца каната.

Изменение конструкции необходимо предварительно проверить расчётом.

Правильная установка каната

При монтаже нельзя допускать вращения бухты или катушки относительно собственной оси. Канат должен разматываться контролируемо, без образования петель и внесения дополнительного кручения.

После установки нового каната механизм рекомендуется проверить без груза, а затем выполнить несколько рабочих циклов с небольшой нагрузкой и пониженной скоростью.

Выбор каната с меньшим крутящим моментом

Для большой высоты подъёма и чувствительных многоветвевых полиспастов могут применяться малокрутящиеся или вращательно-устойчивые канаты.

При этом обычный шестипрядный канат нельзя автоматически заменять вращательно-устойчивым или наоборот. Необходимо проверить:

• совместимость с барабаном и блоками;

• допустимое отношение D/d;

• схему крепления концов;

• возможность применения вертлюга;

• требования производителя механизма;

• расчётную разрывную нагрузку;

• режим работы оборудования.

Устранение перекосов

Необходимо проверить соосность барабана, направляющих и канатных блоков. Изношенные подшипники, деформированные щёки, перекошенные оси и неправильно установленные блоки должны быть отремонтированы или заменены.

Восстановление канавок блоков

Профиль канавки должен соответствовать диаметру каната. Чрезмерно узкая, глубокая или изношенная канавка нарушает движение каната и может привести к повреждению наружных проволок.

Проверка точки подвеса груза

Центр тяжести груза должен находиться под крюком. Неравномерное распределение нагрузки на стропах может выглядеть как проблема полиспаста, хотя фактической причиной является неправильная строповка.

Осторожность при использовании вертлюга

Вертлюг не является универсальным способом устранения скручивания. Его применение допускается только тогда, когда это разрешено производителем каната и грузоподъёмного механизма. Для некоторых канатов свободное вращение конца может нарушить внутреннее равновесие конструкции и снизить несущую способность.

Пример реконструкции четырёхветвевого полиспаста

На сваевдавливающей установке применялся четырёхветвевой полиспаст со следующими параметрами:

• диаметр блоков D = 180 мм;

• поперечный размер S = 180 мм;

• канат 6×19 с органическим сердечником;

• диаметр каната d = 14 мм;

• отношение D/d = 12,85;

• рабочая длина полиспаста L = 20 м.

При коэффициенте m = 0,081 предварительно допустимая длина составляла:

L = 180² / (4000 × 0,081 × 14) = 7,1 м

Фактическая длина в 20 м значительно превышала расчётное значение. Дополнительно были выявлены следующие недостатки:

• небольшой диаметр блоков;

• недостаточный поперечный размер полиспаста;

• неподвижный конец каната закреплялся возле оси головного блока;

• конструкция крепления уменьшала эффективное расстояние между ветвями;

• профиль канавок не обеспечивал нормальную работу каната;

• крюковая подвеска была чувствительна к возникающему крутящему моменту.

Во время реконструкции:

• диаметр головных блоков увеличили до 336 мм;

• поперечный размер увеличили до S = 336 мм;

• отношение D/d увеличили до 24;

• точку крепления неподвижного конца перенесли дальше от оси блока;

• применили клиновое крепление конца каната;

• заменили блоки и щёки нижней подвески;

• усилили изменённые элементы металлоконструкции.

После реконструкции предварительно допустимая длина составила:

L = 336² / (4000 × 0,081 × 14) = 24,9 м

Полученное значение превышает рабочую длину 20 м. После внесения изменений полиспаст начал работать устойчиво, без недопустимого поворота крюковой подвески и перекрещивания ветвей.

Когда эксплуатацию необходимо прекратить

Оборудование следует вывести из работы и передать на проверку квалифицированным специалистам, если обнаружено хотя бы одно из следующих состояний:

• ветви каната пересекаются или трутся друг о друга;

• крюковая подвеска разворачивается и не возвращается в нормальное положение;

• канат выходит из канавки блока;

• появились петли, заломы или волнообразная деформация;

• нарушилась структура прядей;

• обнаружены обрывы проволок;

• канат зажат между блоком и щекой;

• виден значительный износ канавок;

• повреждено крепление неподвижного конца;

• канат неправильно укладывается на барабан;

• подвеска движется рывками или с заметным перекосом.

Осмотр, техническое обслуживание и критерии выбраковки должны выполняться с учётом документации изготовителя и применимых требований ISO 4309:2017.

Часто задаваемые вопросы

Почему крюковая подвеска вращается без груза?

Возможные причины — монтажное закручивание каната, неправильная запасовка, неподходящее направление свивки или несимметричное положение ветвей. Сначала необходимо проверить схему запасовки и установку каната.

Можно ли устранить скручивание заменой каната?

Иногда канат с меньшим крутящим моментом действительно решает проблему. Однако перед заменой нужно проверить совместимость каната с барабаном, блоками, режимом работы и креплением концов. Замена только каната не устранит перекос блоков или конструктивно недостаточный размер полиспаста.

Поможет ли увеличение диаметра блоков?

Увеличение диаметра блоков и расстояния между ветвями может повысить устойчивость полиспаста. Конкретные размеры должны определяться расчётом с учётом конструкции оборудования.

Можно ли раскрутить канат вручную?

Самостоятельно отсоединять, вращать и заново закреплять нагруженный канат опасно. Такие работы должны выполняться специалистами по утверждённой процедуре после снятия нагрузки и блокировки оборудования.

Всегда ли трёхветвевой полиспаст скручивается сильнее?

Не всегда, но нечётная схема обычно чувствительнее к крутящему моменту и неравномерному натяжению. Её устойчивость зависит от конструкции каната, геометрии блоков и положения точки крепления неподвижного конца.

Нужно ли менять канат после скручивания полиспаста?

Решение принимают после осмотра. Если обнаружены заломы, волнообразность, смещение прядей, обрывы проволок, локальное уменьшение диаметра или другие недопустимые повреждения, канат подлежит замене.

Подбор грузоподъёмного оборудования и комплектующих

METSTAN Industrial Solutions осуществляет подбор и поставку грузоподъёмного оборудования и крановых комплектующих из Германии и стран Европейского союза.

В зависимости от задачи могут быть подобраны:

• канатные тельферы;

• электрические тали;

• крюковые подвески;

• канатные блоки;

• канатоукладчики;

• стальные канаты;

• концевые балки;

• системы управления;

• запасные части для грузоподъёмного оборудования.

Перейти в раздел «Тельферы и электрические тали».

Для подготовки предложения необходимо указать тип оборудования, грузоподъёмность, высоту подъёма, кратность полиспаста, диаметр и конструкцию каната, размеры блоков, режим работы и описание выявленной проблемы.