CC BY
68
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2
УДК 613.6: 667 DOI: 10.17213/0321-2653-2018-2-66-70
СТОЙКОСТЬ НЕСУЩЕ-ТЯГОВОГО КАНАТА ПАССАЖИРСКОЙ ПОДВЕСНОЙ КАНАТНОЙ ДОРОГИ
© 2018 г. А.А. Короткий, А.В. Панфилов, Э.В. Марченко
Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия
STABILITY OF THE CARRIAGE-DRIVEN ROPE PASSENGER
SUSPENDED ROPE
A.A. Korotkiy, A.V. Panfilov, E.V. Marchenko
Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia
Короткий Анатолий Аркадьевич - д-р техн. наук, профес- Korotkiy Anatoly Arkadievich - Doctor of Technical Sciences,
сор, зав. кафедрой «Эксплуатация транспортных систем и professor, head of department «Operation of Transport Systems
логистика», Донской государственный технический универ- and Logistics», Don State Technical University, Rostov-on-Don,
ситет, г. Ростов-на-Дону, Россия. E-mail: [email protected] Russia. E-mail: [email protected]
Панфилов Алексей Викторович - канд. техн. наук додетт Panfilov Alexey Viktorovich - Candidate of Technical
кафедра «Эксплуатация транспортных систем и логистика», Sciences, assistant professor, department «Operation of Донской государственный технический университет, Transport Systems and Logistics», Don State Technical
г. ростов-на-Дону, россия. E-mail: [email protected] University, Rostov-on-Don, Russia. E-mail: [email protected]
Марченко Эдвард Викторович - аспирант, кафедра «Экс- Marchenko Edward Viktorovich - post-graduate student,
плуатация транспортных систем и логистика», Донской department «Operation of Transport Systems and Logistics»,
государственный технический университет, г. Ростов-на- Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia.
Дону, Россия. E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
Представлены материалы по стойкости несуще-тягового каната в процессе эксплуатации. Приводится пример преждевременной браковки каната, в том числе с учетом его ремонта путем замены одной пряди, и раскрывается механизм образования наиболее распространенного дефекта волнистости несуще-тягового каната, являющегося причиной нарушения условий эксплуатации, выразившегося в игнорировании регламентных работ по его смазке в целом и на участке счалки.
Ключевые слова: несуще-тяговый канат; пассажирская подвесная канатная дорога; стойкость стального каната; ремонт стального каната; дефекты стального каната; волнистость; механизм образования волнистости.
The article presents materials on the durability of a bearing rope in use. The authors give an example of a premature rejection of a rope, including taking into account its repair by replacing one strand, and the mechanism for the formation of the most widespread defect in the undulation of a dragline is revealed, which is the cause of a violation of operating conditions, which manifests itself in ignoring routine maintenance of its lubrication in general and section of the bar.
Keywords: carrier-traction rope, passenger aerial ropeway, resistance to steel rope, repair of steel rope, steel rope defects, waviness, undulation mechanism.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2
Нормативный срок службы стального несуще-тягового каната, согласно рекомендациям заводов-изготовителей, должен составлять не менее 15 - 20 лет, а его предел усталости не менее 430000 циклов (изгибов на шкивах) в зависимости от режима работы и условий эксплуатации1. Преждевременная замена каната на пассажирских подвесных канатных дорог (ППКД), расположенных на туристических объектах, приводит к большим материальным и имиджевым потерям, стоимость которых составляет десятки миллионов рублей при остановке эксплуатации на 10 - 15 дней. Опыт эксплуатации ППКД с кольцевым движением несуще-тягового каната в России показывает, что его стойкость2 значительно ниже паспортных характеристик. Причина уменьшения стойкости стальных канатов кроется в нарушениях регламентных работ и недостаточной квалификации обслуживающего персонала. Инженерно-технические работники эксплуатирующих организаций ошибочно считают, что нет необходимости периодически в процессе работы наносить специальные защитные и смазочные средства на сам оцинкованный канат и его счалку.
Основным документом, обеспечивающим безопасность эксплуатации ППКД, служат Федеральные нормы и правила [1], пунктом 546 которых предписывается, что эксплуатация канатной дороги должна осуществляться в соответствии с эксплуатационной документацией. В п. 561 указано, что регламентные работы при эксплуатации ППКД и ее элементов следует производить в соответствии с руководством по эксплуатации. Руководство по эксплуатации ППКД иностранного производства в свою очередь ссылается на европейские нормы безопасности канатных дорог. Вопросы смазки канатов ППКД описаны в инструкциях по эксплуатации, например, изготовитель ПОМА (Франция): инструкция по эксплуатации несуще-тягового каната из прядей, завода изготовителя фирмы «ArcelorMittal»; инструкция по счаливанию каната фирмы «Рома» -документ РТК 981142Е «Канаты. Счалки - укорочение»; инструкция по счаливанию каната фирмы «Рома» - документ РТК 050509EN «Мно-гопрядный канат - счалки - укорочение - ремонт».
Характеристики несуще-тяговых канатов фирмы Fatzer (для уплотнённого каната сроки службы могут быть увеличены, примерно, на 20%).
Стойкость — свойство стального каната выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных критериев браковки
Стальной канат представляет собой сложную механическую систему, у которой при изгибе на шкивах происходит взаимное перемещение прядей и проволок путем их относительного скольжения и перекатывания [2, 3]. Отсутствие смазки приводит к ограничению подвижности проволок и прядей, и как следствие, изменению тангенциального зазора между прядями, последующему силовому перераспределению растягивающей нагрузки между ними (рис. 1). Силовое перераспределение растягивающей нагрузки между прядями при эксплуатации характеризуется дефектом в виде волнистости, механизмом образования которого является «закусывания» одной из прядей или проволоки другими смежными прядями в процессе изгиба на шкиве.
б
Рис. 1. Модель каната конструкции 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ, у которого дефект волнистости: а - отсутствует; Д - тангенциальный зазор между прядями
стального каната; Px - равнодействующая нагрузка в поперечном сечении стального каната; б - присутствует; Rx - равнодействующая нагрузка в поперечном сечении стального каната с дефектом волнистость; е - величина эксцентриситета приложения равнодействующей нагрузки Rx / Fig. 1. The model of a rope construction 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ, in which there: а - is no ripple defect; Д -the tangential gap between the strands of the steel rope; Px - is the resultant load in the cross section of the steel rope; б - is present; Rx - the resultant load in the cross section of the steel rope with defect waviness; е - the eccentricity value of the application of the resultant load Rx
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2
Процесс образования дефекта волнистости характеризуется относительным кручением стального каната вокруг своей оси. Для мониторинга качества стального каната, связанного с выявлением признака образования волнистости, мировыми лидерами - производителями несуще-тяговых канатов для кольцевых ППКД, в процессе изготовления, на его поверхность по всей длине, краской (как правило, синего цвета) наносится непрерывная полоса. В процессе монтажа каната и при счалке его концов, непрерывная полоса должна быть прямолинейной (не закрученной вокруг оси стального каната). В процессе эксплуатации положение полосы является одним из критериев визуального контроля стального несуще-тягового каната на предмет возникновения волнистости [4, 5].
Примером ППКД, у которой наблюдалось уменьшение стойкости, является стальной несуще-тяговый канат диаметром 48 мм, конструкции 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 В г2, после восьми лет эксплуатации, выявлен дефект волнистости, приведший к обрыву 9 проволок одной из прядей в районе счалки (рис. 2 - участок с волнистостью; рис. 3 - обрывы проволок в месте счалки).
Рис. 2. Фотография дефектного участка каната с волнистостью диаметром 48 мм, конструкции 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ / Fig. 3. Photo of a defective part of the rope with a waviness of 48 mm in diameter, the construction 6 26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 В zZ
Рис. 3. Фотография дефекта на одной из прядей в месте счалки в виде обрывов проволок каната диаметром 48 мм, конструкции 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ / Fig. 4. Photo defect on one of the strands in the place of the snap-in in the form of breakage of the wires of the rope with a diameter of 48 mm, the construction of 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ
Механизм образования дефекта в виде обрыва проволок на участке волнистости состоит в следующем: напряжение в поперечном сечении проволоки при изгибе каната на шкиве возрастает за счет дополнительных изгибающих и растягивающих напряжений от волнистости, суммарное значение которых превышает расчетные. Следовательно, проволоки наиболее нагруженной пряди начинают разрушаться при меньшем числе циклов нагружения (сроке службы), чем расчетные [6, 7].
Во избежание длительных простоев ППКД, на которых образовался описанный дефект (волнистость, совмещенная с обрывами проволок), на период закупки и поставки нового стального каната владельцем, с учетом рекомендаций завода-изготовителя, было принято решение по ремонту несуще-тягового каната, путем замены одной пряди длиной 28,3 м. Эта мера была временная и экономически оправдана, так как отсутствовал резервный канат, а остановка канатной дороги могла привести к имиджевым и репутационным потерям.
Ремонт был выполнен силами завода-изготовителя, аттестованным в установленном порядке счальщиком, с соблюдением требований, изложенных РТК 050509EN «Многопряд-ный канат - счалки - укорочение - ремонт». После ремонта несуще-тяговый канат проработал три месяца. При последующем внешнем визуальном и измерительном контроле несуще-тягового каната, после проведенных ранее мероприятий по замене одной пряди, было обнаружено 7 новых дефектов на другой из прядей в виде обрывов проволок каната (рис. 4): проволоки из внешнего слоя пряди.
Рис. 4. Фотография дефекта в виде обрывов проволок на другой из прядей каната диаметром 48 мм, конструкции 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ / Fig. 5. Defect in the form of breakage of wires on a rope with a diameter of 48 mm, the construction 6x26(1+5+5/5+10) WS-SPC 1600 B zZ
Координаты новых обрывов, начиная с первого (на длине с 2055,0 по 2058,28 м - по магнитограмме): координата первого обрыва - 0;
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
координата второго обрыва - 164 см; координата третьего обрыва - 193 см; координата четвертого обрыва - 218 см; координата пятого обрыва -309 см; координата шестого обрыва - 320 см; координата седьмого обрыва - 328 см.
Установленное незначительное наличие коррозии на отдельных проволоках подтверждает, что данный дефект образовался в результате повреждения поверхностного слоя цинка при огибании шкива дефектным участком за счет трения смежных прядей каната в процессе их относительного перемещения. Дефект наличия коррозии не является браковочным показателем, а свидетельствует о касании при взаимном перемещении прядей и проволок путем их относительного скольжения и перекатывания вследствие отсутствия смазки [8].
Повторные обрывы проволок на другой из прядей несуще-тягового каната с наличием дефекта волнистости, произошли вследствие ремонта и дальнейшей эксплуатации ППКД без нанесения специальных смазочных материалов, установленных в руководстве по эксплуатации. Характер дефекта в виде волнистости образовался на участке счалки в результате «закусывания» одной из прядей другими прядями в процессе изгиба на шкиве. Другой браковочный показатель в виде обрыва проволок на одной пряди, по характеру разрушения от растягивающей нагрузки, свидетельствует об отсутствии специальных смазочных материалов на дефектном участке [9].
Руководством по эксплуатации производителя канатной дороги и инструкцией по эксплуатации несуще-тягового каната установлено, что в процессе эксплуатации несуще-тягового каната необходимо производить его ревизию и профилактику путем периодического нанесения специального защитного и смазывающего средства на сам канат и его счалку. Результаты ревизии несуще-тягового каната должны регистрироваться в письменном виде и храниться весь период эксплуатации.
Средство для смазки должно быть специальным и наноситься самотеком либо пульверизатором. EN 12927-7:2005 «Подвесные канатные дороги для транспортировки людей. Требование безопасности. Канаты. Часть 7. Проверка, ремонт и технический уход» устанавливает периодичность смазки каната в табличном виде, в зависимости от типа канатной дороги и назначения каната [6].
Во всех перечисленных документах периодичность нанесения смазки на несуще-тяговый канат определяется, в том числе, и режимом экс-
TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2
плуатации, но не должна превышать: для каната в целом - одного года; для участка счалки - не реже двух месяцев.
На основании полученных результатов, для конкретного примера, сделаны следующие выводы: образование дефекта в виде волнистости произошло из-за отсутствия специального защитного и смазывающего средства; ремонт, путем замены пряди, является временной мерой продления стойкости в течение не более трех месяцев; дефекты в виде обрывов проволок после ремонта получили развитие на других участках; повторный ремонт путем замены еще одной пряди невозможен и нецелесообразен как с технической, так и с экономической точек зрения, так как стальной канат исчерпал свою стойкость, а его техническое состояние является критическим по браковочным показателям, которые можно характеризовать как «работоспособное» и «неисправное».
Эксплуатирующей организации даны рекомендации, в соответствии с Руководством по эксплуатации производителя канатной дороги и инструкцией по эксплуатации несуще-тягового каната, о необходимости производить его ревизию и профилактику путем периодического нанесения специального защитного и смазывающего средства. Замки в счалке и места контакта проволок необходимо смазывать при каждом визуальном контроле или минимум каждые три месяца.
При монтаже нового каната и счалке концов не допускать его поворот вокруг собственной оси. При отсутствии сплошной полосы на поверхности каната, нанести ее краской для визуального контроля на предмет установления зарождения волнистости.
Рекомендовано при достижении: 20 - 25 % от допустимых циклов - проводить обследование участка счалки с проверкой диаметра замков; 35 - 40 % от допустимых циклов - произвести перемещение замков счалки путём укорочения каната.
Литература
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности (ФНП) «Правила безопасности пассажирских канатных дорог и фуникулеров» (с изменениями на 28 апреля 2016 года).
2. Короткий А.А., Панфилов А.В. Канатные дороги нового поколения как элемент пассажирской транспортной инфраструктуры горного кластера Сочи-2014 // Безопасность труда в промышленности. 2014. № 6. С. 38 - 41.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 2
3. Хальфин М.Н., Короткий A.A. Развитие теории стальных канатов и её практическое подтверждение // Безопасность труда в промышленности. 2006. № 1. С. 18 - 22.
4. Короткий А.А., Панфилов А.В.Повышение безопасности подъемно-транспортных механизмов за счет применения инновационных конструкций канатов // Подъемные сооружения. Специальная техника. 2013. № 5. С. 16 - 17.
5. Месхи Б.Ч., Короткий А.А., Панфилов А.В. Обеспечение безопасности пассажирского канатного транспорта на этапе проектирования // Вестн. Донского гос. техн. ун-та. 2016. № 3. С. 133 - 140.
6. Логвинов А.С., Короткий А.А. Пассажирские одноканат-ные дороги. Устройство и эксплуатация: учеб. пособие. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2016. 210 с.
7. Короткий А.А., Марченко Э.В., Панфилов А.В. Технические причины обрывов проволок несуще-
тягового каната на пассажирской подвесной канатной дороге / Безопасность техногенных и природных систем. Сетевой электронный журнал Донского гос. техн. ун-та.
8. EN 12927-7:2005 «Подвесные канатные дороги для транспортировки людей. Требования безопасности. Канаты. Ч. 7. Проверка, ремонт и технический уход».
9. Применение смазочных материалов на основе дисульфида молибдена МоS2 для стальных канатов подъемно-транспортирующих машин и механизмов в горно- мета-лургическом комплексе // Короткий А.А., Попов С.И., Иванов В.В., Марченко Ю.В., Марченко Э.В. / Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство: материалы XII Всерос. науч.-практ. конф., 25 - 27 нояб. 2015 г. Старый Оскол, 2015. Т. II. С. 75.
References
1. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoi bezopasnosti (FNP) "Pravila bezopasnosti passazhirskikh kanatnykh dorog i funikulerov" [Federal rules and regulations in the field of industrial safety (FNP) "Safety rules for passenger cable cars and funiculars"] (s izmeneniyami na 28 aprelya 2016 goda).
2. Korotkii A.A., Panfilov A.V. Kanatnye dorogi novogo pokoleniya kak element passazhirskoi transportnoi infrastruktury gornogo klastera Sochi-2014 [New-generation cable cars as an element of the passenger transport infrastructure of the Sochi-2014 mountain cluster]. Bezopasnost' truda v promyshlennosti, 2014, no. 6, pp. 38 - 41. (In Russ).
3. Khal'fin, M.N., Korotkii A.A. Razvitie teorii stal'nykh kanatov i ee prakticheskoe podtverzhdenie [Development of the theory of steel ropes and its practical confirmation]. Bezopasnost' truda v promyshlennosti, 2006, no. 1, pp. 18 - 22. (In Russ).
4. Korotkii A.A., Panfilov A.V. Povyshenie bezopasnosti pod"emno-transportnykh mekhanizmov za schet primeneniya innovatsionnykh konstruktsii kanatov [Improving the safety of hoisting and transport mechanisms through the use of innovative rope designs]. Pod"emnye sooruzheniya. Spetsial'naya tekhnika, 2013, no. 5, pp. 16 - 17. (In Russ.).
5. Meskhi B.Ch., Korotkii A.A., Panfilov A.V. Obespechenie bezopasnosti passazhirskogo kanatnogo transporta na etape proektirovaniya [Ensuring the safety of passenger rope transport at the design stage]. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2016, no. 3, pp. 133 - 140. (In Russ.).
6. Logvinov A.S., Korotkii A.A. Passazhirskie odnokanatnye dorogi. Ustroistvo i ekspluatatsiya [Passenger single-channel roads. Device and operation]. Rostov- on-Don: Publishing center DGTU, 2016, 210 p.
7. Korotkii A.A., Marchenko E.V., Panfilov A.V. Tekhnicheskie prichiny obryvov provolok nesushche-tyagovogo kanata na passazhirskoi podvesnoi kanatnoi doroge [Technical Reasons For Wire Breaks Of Carrier-Traction Ropes On Passenger Cableway]. Bezopasnost' tekhnogennykh iprirodnykh system=Safety of Technogenic and Natural Systems, 2017, no.1, pp. 18 - 25. (In Russ).
8. EN 12927-7:2005 "Podvesnye kanatnye dorogi dlya transportirovki lyudei. Trebovaniya bezopasnosti. Kanaty. Chast' 7. Proverka, remont i tekhnicheskii ukhod" [Suspended cable cars to transport people. Safety requirements. Ropes. Part 7. Inspection, repair and maintenance].
9. Korotkii A.A., Popov S.I., Ivanov V.V., Marchenko Yu.V., Marchenko E.V. [The use of lubricants based on molybdenum molybdenum MoS2 for steel ropes of lifting and transporting machines and mechanisms in the mining and metallurgical complex]. Sovremennye problemy gorno-metallurgicheskogo kompleksa. Nauka i proizvodstvo: materialy XII Vseros. nauch.-prakt. konf. [Modern problems of the mining and metallurgical complex. Science and production: materials XII Vseros. scientific-practical. conf.]. Staryi Oskol, 2015, Vol. 2, p. 75. (In Russ).
Поступила в редакцию / Receive 2 7 декабря 2017 г. /December 27, 2017
