Смазка стальных канатов: типы смазок (Торсиол, БОЗ), периодичность и регламент

Стальной канат грузоподъемного механизма (мостового, козлового крана, башенного крана, электрической тали или шахтной лебедки) ошибочно воспринимать как сплошной металлический трос или монолитную тягу. С точки зрения прикладной трибологии и механики машин канат — это сложный составной пространственный механизм трения.

В стандартном шестипрядном канате конструкции × 36 (ГОСТ 7668-80) насчитывается 216 индивидуальных высокопрочных проволок, расположенных концентрическими слоями вокруг сердечника. При огибании блоков полиспаста и намотке на барабан канат испытывает циклический изгиб со знакопеременными деформациями. Внешние проволоки удлиняются, внутренние сжимаются, и между смежными элементами прядей возникают микроперемещения с колоссальными контактными напряжениями — вплоть до ... 1200 МПа.

Если контактные зоны проволок лишены смазочной пленки, возникает сухое трение, приводящее к катастрофической контактно-усталостной деструкции (фреттинг-коррозии). Сухой канат теряет до ... 80%своей циклической долговечности и выходит из строя в ... 5 раз быстрее нормативного срока.

2 ключевые функции канатной смазки

Канатная смазка выполняет две взаимосвязанные, но принципиально различные задачи: трибологическую и консервационную.

1. Снижение механического износа (трибологическая функция)

При натяжении и изгибе каната на блоке проволоки смещаются относительно друг друга в продольном и радиальном направлениях. Без разделительного гидродинамического или граничного слоя смазки микронеровности стальных проволок входят в молекулярное сцепление (схватывание). Происходит выкрашивание металла, образование задиров и микротрещин усталости.

Смазочный материал с противоизносными (AW) и противозадирными (EP) присадками формирует устойчивую пленку, способную выдерживать пиковые удельные давления. Коэффициент трения скольжения μ снижается с 0.25...0.35 (сухая сталь по стали) до 0.05...0.08.

2. Антикоррозийная консервация (барьерная функция)

Канат состоит из сотен тонких проволок диаметром от 0.5 до 3.0 мм. Суммарная площадь свободной металлической поверхности шестипрядного каната диаметром мм длиной м превышает м^2. Проникновение влаги, конденсата, сернистых газов промышленных производств и дорожных реагентов внутрь прядей вызывает электрохимическую коррозию.

Опаснее всего внутренняя скрытая коррозия: наружные проволоки могут выглядеть чистыми, тогда как сердцевина каната полностью разрушена ржавчиной. Качественная канатная смазка обладает высокой гидрофобностью, адгезией к металлу и содержит ингибиторы коррозии, пассивирующие поверхность стали.

Физика фреттинг-коррозии и механизм износа сердечника

Основная причина внезапного обрыва канатов без выраженных внешних дефектов — фреттинг-коррозия (коррозионное истирание при микроперемещениях).

При амплитуде взаимного скольжения смежных проволок всего в 10...50 мкм под высоким контактным давлением защитные оксидные пленки на металле непрерывно разрушаются. Срываемые микрочастицы стали окисляются кислородом воздуха до оксидов железа Fe_2O_3 и Fe_3O_4. Твердость этих оксидов превышает твердость исходной проволоки.

Образуется мелкодисперсный абразивный порошок красно-бурого цвета («ржавая пыль» или явление «кровавой слезы» каната), который ускоренно истирает металл изнутри.

Роль органического сердечника (ОС)

Органический сердечник (манильский, сизалевый, хлопчатобумажный или полипропиленовый) служит не только геометрической опорой для прядей, предотвращающей смятие каната. При изготовлении каната по ГОСТ 3241-91 органический сердечник пропитывается подогретой канатной смазкой в объеме не менее ... 15% от собственной массы.

При работе под нагрузкой канат сжимается в радиальном направлении. Сердечник сжимается подобно губке и непрерывно выдавливает порции смазки во внутренние слои прядей. Когда нагрузка спадает, смазка частично впитывается обратно.

Если в процессе эксплуатации регламентная смазка не выполняется, органический сердечник полностью высыхает за ... 12 месяцев, теряет эластичность, подвергается гниению от влаги и превращается в пыль. Канат теряет внутренний диаметр, пряди проваливаются внутрь, а внутренние слои проволок мгновенно перетираются.

Сравнительный обзор профессиональных канатных смазок

Выбор смазочного материала определяется температурными условиями региона, конструкцией механизма, интенсивностью нагружения и технологией нанесения.

1. Торсиол-35 (ГОСТ 20458-75)

Пластичная углеводородная канатная смазка, изготовленная на смеси минеральных масел цилиндрового и веретенного типов, загущенных стеаратом алюминия и озокеритом с добавлением оксидированного петролатума и противоизносных присадок.

• Температурный диапазон применения: от -35°C до +50°C.
• Физико-химические свойства: однородная мазь темно-коричневого или черного цвета; температура каплепадения — не ниже +65°C; вязкость эффективная при °C— не более Па·с.
• Назначение и область применения: смазывание стальных канатов кранов мостового типа в отапливаемых производственных цехах, металлургических складах, закрытых ангарах и на открытых площадках южных областей Казахстана (Шымкент, Туркестан, Алматы, Тараз).
• Особенности: образует на канате плотный липкий слой, препятствующий вымыванию водой, но при температурах ниже -35°C затвердевает и осыпается чешуйками при изгибе на блоках.

2. Торсиол-55 (ГОСТ 20458-75)

Специализированная низкотемпературная (морозостойкая) канатная смазка. Производится на основе глубокоочищенного маловязкого нефтяного масла, загущенного комплексным алюминиевым мылом с добавлением высокоэффективных диспергаторов, антикоррозионных ингибиторов и противозадирных компонентов.

• Температурный диапазон применения: от -50°C до +50°C.
• Физико-химические свойства: температура каплепадения — не ниже +150°C; сохраняет пластичность при критических отрицательных температурах; отличная коллоидная стабильность (выделение масла не более %).
• Назначение и область применения: обязательна к применению на открытых грузоподъемных механизмах (козловые, портальные, башенные краны, открытые эстакады) в северных, центральных и восточных регионах Казахстана (Астана, Караганда, Павлодар, Костанай, Усть-Каменогорск, Семей).
• Особенности: обеспечивает свободный изгиб каната при -45°C без трещинообразования и отслоения смазочной пленки.

3. Смазка БОЗ (ГОСТ 15037-69) и смазка 39У

Битумная орудийная защитная смазка (БОЗ) — густой высоковязкий консервационно-эксплуатационный состав на основе тяжелых нефтяных битумов, масел и петролатума.

• Температурный диапазон применения: от -20°C до +60°C.
• Физико-химические свойства: битумная масса черного цвета с исключительной адгезией к стали и водостойкостью. Полностью нерастворима в пресной и соленой воде.
• Назначение и область применения: долговременная консервация канатов на складах открытого хранения, канаты стоячего такелажа (растяжки мачт, ванты кранов), канаты тяжелых тяговых карьерных лебедок, работающих в грязи и пульпе.
• Ограничения: из-за высокой вязкости при комнатной температуре требует обязательного разогрева до +80... 100°C перед нанесением. Плохо проникает внутрь прядей без подогрева.

4. Современные синтетические пропитки (Elaskon, Molykote, Klüber)

Жидкие и аэрозольные смазки последнего поколения на синтетической (полиальфаолефиновой или сложноэфирной) основе с ультрадисперсным дисульфидом молибдена (MoS₂), коллоидным графитом и капиллярными растворителями (например, линейка Elaskon SK-CE, Elaskon 20BB, Klüberplus SK 11-299).

• Температурный диапазон применения: от -60°C до +120°C.
• Преимущества:
• Сверхвысокая проникающая способность: за счет низкой начальной вязкости (капиллярный эффект) смазка за секунды проходит сквозь внешние пряди к самому сердечнику. После испарения летучего растворителя внутри каната формируется прочная нелипкая защитная пленка.
• Сухой защитный слой: не притягивает пыль, кварцевый песок и цементную взвесь, что критично для бетонных заводов, сыпучих терминалов и карьеров.
• Высокая гидродинамическая стойкость: не смывается струями воды под давлением.

Сводная таблица параметров канатных смазок

Технология и методы нанесения смазки

Эффективность смазывания на % зависит от соблюдения регламента технологического процесса. Нанесение свежего состава поверх слоя грязи и старой закоксовавшейся смазки ускоряет износ каната, так как абразив запечатывается внутри прядей.

Этап 1. Подготовка и глубокая очистка каната

1. Удаление поверхностной корки: канат протягивают через специальную разъемную винтовую щетку или профильные латунные скребки, соответствующие шагу свивки прядей. Удаляются остатки закоксовавшейся битумной корки, металлической пыли и шлама.
2. Обезжиривание и продувка: для ответственных канатов применяется струйная промывка быстроиспаряющимся очистителем-дегризером с последующей продувкой сжатым воздухом под давлением 0.6 МПа для удаления остатков влаги из межвитковых впадин.
3. Визуальная дефектовка: на очищенном канате контролируют отсутствие локальных заломов, волнистости, выдавливания сердечника и подсчитывают число оборванных проволок на шаге свивки по нормам браковки.

Этап 2. Ручной и полуавтоматический метод (с подогревом)

Применяется при отсутствии аппаратных комплексов на небольших кранах и лебедках.

• Пластичные смазки (Торсиол-35, Торсиол-55) или БОЗ разогревают на водяной или масляной бане (категорически запрещен открытый огонь!) до температуры +60... +80°C. В разогретом состоянии вязкость состава падает в десятки раз, что позволяет ему проникать в зазоры между прядями.
• Смазка наносится на канат с помощью жестких волосяных кистей, специальных войлочных разъемных муфт или пропуском каната через стационарную ванну с подогревом при медленной скорости перемотки механизма ( ≤ 0.1... 0.2 м/с).
• Недостаток метода: смазка остывает за ... 2 секунды при контакте с холодным металлом каната и успевает покрыть только внешние проволоки, не достигая сердечника.

Этап 3. Автоматическая пропитка под давлением (Аппараты типа Viper WRL / Masto Wire Lubricator)

Наиболее технологичный метод, гарантирующий % обновление смазки внутри каната.

• Принцип работы: на канат монтируется герметичная разъемная муфта из высокопрочного алюминиевого сплава с полиуретановыми уплотнениями, точно подогнанными под диаметр и профиль прядей каната.
• Гидродинамическое нагнетание: пневматический плунжерный насос подает пластичную смазку под давлением до ... 30 бар(... 3 МПа) непосредственно в камеру муфты.
• При движении каната через муфту со скоростью до 0.5...1.0 м/с смазка под гидравлическим напором преодолевает сопротивление прядей, вытесняет внутренний конденсат и старый шлам, полностью пропитывая органический или металлический сердечник по всей длине.

Регламент и периодичность смазки

Периодичность обслуживания канатов устанавливается эксплуатационной документацией завода-изготовителя грузоподъемной машины и требованиями Приказа Министра по инвестициям и развитию РК № 359 («Правила обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации грузоподъемных механизмов»).

Контрольные точки регламентного осмотра:

1. Зона огибания уравнительного блока: участок каната, находящийся на уравнительном блоке полиспаста, не совершает больших перемещений, но подвергается постоянному статическому изгибу и вибрационным нагрузкам. Смазка здесь выдавливается быстрее всего, провоцируя скрытый обрыв проволок.
2. Точки крепления каната (клиновые коуши, заливные муфты): зоны концентрации знакопеременных напряжений требуют локального аэрозольного шприцевания проникающими составами при каждом ежесменном ТО.
3. Участки каната на нарезке барабана: регулярная смазка предотвращает истирание гребней ручьев барабана и снижает боковое трение прядей при многослойной навивке.

Ошибки при смазке канатов и их последствия

Нарушение технологии нанесения смазочных материалов приводит к скрытым дефектам и сокращению ресурса канатно-блочной системы:

1. Использование отработанных моторных масел («отработки»): грубейшее нарушение. Отработанное масло насыщено частицами нагара, несгоревшим топливом, карбидными включениями и серной кислотой. Серная кислота мгновенно разрушает проволоку, провоцируя коррозионно-усталостные трещины, а жидкая основа вымывает заводскую смазку из сердечника.
2. Применение универсальных смазок типа Солидол-Ж или Литол-24 на открытом воздухе: Литол-24 обладает низкой влагостойкостью и высокой гигроскопичностью при контакте с атмосферными осадками. На морозе ниже -20°C Литол замерзает, превращаясь в хрупкую крошку, которая отваливается от каната, оголяя металл.
3. Избыточное поверхностное нанесение смазки без очистки: образуется толстый слой «шубы» из битума, песка и пыли. Этот слой работает как шлифовальная паста, ускоренно перетирая ручьи канатных блоков и барабанов.
4. Игнорирование смазки органического сердечника: поверхностное промазывание холодного каната защищает только внешнюю оболочку, тогда как сердечник превращается в труху, что приводит к внезапному структурному разрушению каната.

Смазочные материалы и регламентное ТО от ИП «Казмеханика»

Надежность грузоподъемного оборудования напрямую зависит от качества используемых метизов, канатной продукции и соблюдения графиков сервисного обслуживания.

ИП «Казмеханика» осуществляет комплексные поставки оригинальных грузоподъемных канатов (ГОСТ 2688-80, ГОСТ 7668-80, ГОСТ 3077-80, DIN EN 12385), канатных смазок и комплектующих для всех типов кранового оборудования на территории Республики Казахстан:

• Сертифицированные канатные смазки: прямые поставки смазок Торсиол-35, Торсиол-55 (ГОСТ 20458-75), БОЗ в ведрах и бочках со складских комплексов в Алматы и Астане с полным пакетом паспортов качества завода-изготовителя.
• Стальные канаты специального назначения: канаты с органическим и металлическим сердечником, прошедшие 100% заводскую вакуумную пропитку антикоррозионными составами по ГОСТ 3241-91.
• Канатная фурнитура и оснастка: коуши (ГОСТ 2224-72, DIN 6899), усиленные грузовые зажимы (DIN 1142), клиновые муфты, крюковые подвески и канатные барабаны.
• Инженерные консультации и подбор смазок: расчет расхода смазочных материалов под индивидуальные климатические условия эксплуатации предприятия (высокие ветровые и температурные нагрузки, запыленность, химически агрессивные цехи).

Для заказа смазочных материалов, грузоподъемных канатов и канатной фурнитуры обращайтесь к специалистам ИП «Казмеханика» на сайте telfery.kz.