Д. А. Курбатов
Журнал КиЯ №5 1965г
Правильный выбор троса для тех или иных случаев работы предотвращает преждевременный его износ и обеспечивает безопасность плавания на судне. Стальные тросы, применяемые в мелком судостроении, свиваются из оцинкованной проволоки диаметром 0,2—4,0 мм. По роду свивки
различают спиральные канаты, тросы двойной свивки и канаты кабельной работы (тройной свивки).
Спиральные канаты свиваются из проволок, располагаемых по спирали вокруг центральной проволоки (рис 1,а). Тросы двойной свивки, наиболее распространенные в промышленности, свиваются из нескольких прядей вокруг центрального металлического или органического сердечника (рис, 1, б—е). Канаты кабельной работы изготовляются последовательной свивкой проволок в пряди, прядей — в тросы и, наконец, этих тросов в канаты. Подобные канаты выпускаются только больших диаметров и в мелком судостроении применяются редко.
Конструкция троса обозначается тремя цифрами: число рядей Х число проволок в пряди + число органических сердечников. Например, обозначение 6X37+1 ос означает: шестипрядный трос по 37 проволок в пряди с одним органическим сердечником. Конструкция троса определяет его гибкость и поэтому наравне с прочностью служит основанием для определения его пригодности при изготовлении той или иной снасти.
Чем больше число проволок в пряди и чем меньше их диаметр, тем более гибок трос. Увеличению гибкости троса способствует также наличие органического сердечника. Поэтому гибкость троса характеризуется коэффициентом гибкости — отношением диаметра троса к диаметру составляющих проволок и коэффициентом плотности— отношением суммарной площади проволок к площади поперечного сечения троса. Чем больше коэффициент гибкости и чем меньше коэффициент плотности, тем более гибок трос.
Для изготовления снастей стоячего такелажа применяют жесткие тросы, которые при наименьшем диаметре и весе имеют наивысшую прочность и не вытягиваются под нагрузкой. Для снастей бегучего такелажа, огибающих шкивы блоков, первостепенную роль играет гибкость троса, от которой зависят габариты и вес блоков и барабанов.
В таблице приведены данные по прочности и гибкости, а на рис. 1 — поперечные сечения тросов, наиболее часто употребляемых в мелком судостроении.
Рис. 1. Конструкция тросов, применяемых в мелком судостроении:
а — 1 Х19 (спиральный трос); б — 7X7; в —6X7+1 ос; г —7X19; д —6X19 + 1 ос; е —6X37 + 1 ос.
Самым жестким материалом для стоячего такелажа, применяемым для вооружения гоночных яхт, является сплошная проволока из нержавеющей стали. Такой такелаж при высокой прочности обладает наименьшим диаметром, что снижает его сопротивление движению яхты. Прочность такой проволоки на разрыв 150—180 кг/мм2. Под нагрузкой снасти из сплошной проволоки имеют минимальное удлинение. Крепление снастей к рангоуту осуществляется на резьбовых наконечниках. К недостаткам такелажа из сплошной проволоки следует отнести малую прочность на изгиб в месте закрепления во втулке и возможность деформации при навалах вантами на причальную стенку при зимнем хранении рангоута и т. п.
Для изготовления стоячего такелажа крейсерских яхт получил большое распространение трос 1X19, Это спиральный трос, очень жесткий и прочный, но заделка огона на таком тросе — дело сложное и требует высокой квалификации такелажника, поэтому для крепления троса к рангоуту чаще применяются концевые втулки.
Трос 7X7, также применяемый для стоячего такелажа, обладает некоторой гибкостью, и заделка огонов на нем не представляет большой трудности. Однако из-за большего числа проволок он сильнее вытягивается под нагрузкой и в большей степени подвержен коррозии, чем трос 1X19.
Трос 6X7+1 ос также может быть применен для изготовления стоячего такелажа, хотя он и менее прочен и вытягивается сильнее, чем ранее упомянутые тросы (из-за наличия органического сердечника). Трос легко сплеснивается; он может быть с успехом применен для леерного ограждения и в качестве якорного каната. Для изготовления бегучего такелажа мало пригоден из-за недостаточной гибкости. Органический сердечник способствует сохранению смазки, что препятствует коррозии троса.
Трос 7X19 — наиболее прочный из гибких тросов. Применяется при изготовлении тех деталей бегучего такелажа, для которых наряду с прочностью важна малая вытяжка троса под нагрузкой (например, для штуртросов). К ценным свойствам этого троса следует отнести возможность заделки огонов и наличие металлического сердечника, благодаря которому трос не сминается в канавке шкива и может навиваться на барабан лебедки в несколько слоев. При заделке огона среднюю прядь обычно вырубают и в этом случае необходимо учитывать ослабление троса на 157%. Трос 6X19+1 ос имеет органический сердечник. Это более гибкий и эластичный трос, чем 7X19; он сильнее вытягивается и деформируется под нагрузкой; мало пригоден для навивки на гладкий (без канавок) барабан и для многослойной навивки.
Трос 6X37+1 ос — очень гибкий, легко сплеснивается. Проволоки, составляющие его пряди, имеют малый диаметр, поэтому трос такой конструкции выпускается начиная с диаметра 5,5 мм. Трос сильно вытягивается и применяется в тех случаях, когда необходимо применить шкив малого диаметра.
Тросы свиваются из проволок с пределом прочности на разрыв 120—260 кг/мм2. Для изготовления снастей стоячего такелажа следует предпочитать тросы с пределом прочности проволок 160—180 кг/мм2, для бегучего такелажа 130— 150 кг/мм2. Трос из более прочных проволок менее вынослив, хуже воспринимает динамические нагрузки и быстро изнашивает профиль канавки шкивов, которые он огибает. Трос обычно подбирают по действующей нагрузке с учетом коэффициента запаса прочности. Для тросов стоячего такелажа принимают коэффициент запаса от 4 до 6, для тросов бегучего такелажа — не менее 4 и не менее 6 во всех случаях, когда трос используется для подъема человека. При выборе коэффициента запаса прочности, помимо расчетной нагрузки, нужно принимать во внимание условия работы троса: закрепление концов, диаметр шкивов, кратность приложения нагрузки, подверженность коррозии и т. п. Следует предостеречь от применения очень тонких тросов, особенно на морских крейсерских яхтах. Чем тоньше проволока, тем больше трос подвержен коррозии и износу. При вооружении мачт стоячим такелажем (особенно — из троса с органическим сердечником) желательно дать тросу предварительную вытяжку. Это способствует более равномерному распределению усилий между прямыми прядями под действием рабочей нагрузки.
Важное значение имеет правильный выбор диаметра и профиля канавки (кипа) шкива, огибаемого тросом. При переходе троса через блок его проволоки, помимо растяжения от нагрузки, получают дополнительные напряжения от изгиба, от скручивания и от смятия между проволоками. Лопнувшие от усталости и износа проволоки всегда лежат в месте касания троса о блок. Следует помнить, что на практике снасти бегучего такелажа подвергаются переменным нагрузкам, т. е. работают на усталость. Например, стаксель-фал на ходу яхты под парусами все время подвергается колебаниям в зависимости от нагрузки на стаксель и провисания штага. Амплитуда этих колебаний на крупной яхте может достичь 40—60 мм, а период 1—3 сек. В таких же условиях работает и штуртрос.
Принятые в промышленности и даже в судостроении нормы на диаметры шкивов часто оказываются неприемлемыми при проектировании оснастки парусной яхты, когда идет борьба за всемерное облегчение парусного вооружения.
Практика парусного спорта выработала следующие минимальные диаметры шкивов в зависимости от гибкости троса:
На практике иногда приходится принимать диаметр шкива даже несколько меньше критического, но в любом случае не рекомендуется делать шкив менее 12 dтр (по возможности следует принимать его диаметр равным 16 dтр и более). Такие же диаметры должны приниматься для барабанов лебедок и рулевых машинок. Только в отдельных случаях, когда трос не несет большой нагрузки и практически неподвижен на блоке, можно принимать шкивы диаметром 6/10 dтр. Такие диаметры рекомендуются и для битенгов и кнехтов, за которые крепится стальной швартовный или якорный канат. Проводившиеся опыты показали, что срок службы троса пропорционален отношению квадратов диаметров огибаемых блоков.
Радиус кипа шкива должен быть равен 1,05 радиуса троса. При более узком или широком кипе трос изнашивается быстрее. Кип шкива должен охватывать 130—150 поперечного сечения троса (рис. 2). Применение алюминиевых или текстолитовых барабанов лебедок и шкивов способствует уменьшению износа троса.
Важное значение правильного подбора диаметра и профиля кипа шкива иллюстрирует рис. 3, на котором представлены результаты испытаний троса диаметром 5 мм конструкции 7X19. Во время этих испытаний трос работал в условиях, близких к работе фалов на морских яхтах: огибал шкив
Рис. 2. Элементы шкива для стального троса.
При уменьшении диаметра шкива в два раза (с 16 до 8 dтр) выносливость троса падает в 10—12 раз. При переходе с плоского шкива (R/rтр = 4) к кипу нормального профиля (R/rтр = 1) выносливость троса увеличивается в 4— 5 раз.
Несколько слов о заделке концов тросов для крепления к рангоуту и деталям устройств.
Наиболее распространенным способом заделки концов тросов является заращивание огона с металлическим штампованным или литым коушем. При числе пробивок, равном 3,5, обеспечивается прочность заделки не менее 85% прочности троса.
В практике мелкого судостроения все более широкое применение находят различные патентованные способы заделки концов тросов, заимствованные из авиационной промышленности. При небольшом диаметре троса его конец запрессовывают в концевую металлическую втулку с цилиндрическим отверстием. В процессе запрессовки металл втулки плотно заполняет спиральные канавки между проволоками троса и препятствует выдергиванию последнего под нагрузкой. В простейшем виде такая заделка осуществляется запрессовкой стального шарика (рис. 4, а). Прочность такой заделки на отрыв составляет 60—80% разрывной нагрузки троса.
Рис. 4, Заделка концов троса запрессовкой:
При необходимости обеспечения повышенной прочности заделки, равной 90—100% разрывной нагрузки троса, применяются втулки, которые могут иметь различное конструктивное оформление, в том числе и вид обычного огона с коушем (рис. 4, б—ж).
Рис. 5. Концевые конусные втулки:
а — для заливки цинком; б — для заливки баббитомг в, г — с вкладным конусным клином.
Для заделки концов троса, имеющего большой диаметр и, следовательно, большую разрывную нагрузку, применяются более надежные конусные втулки (рис. 5).
Наиболее просты втулки с заливкой баббитом или цинком. В первом случае втулки имеют значительную конусность; при заделке трос пропускают через отверстие втулки, затем его конец расплетают и проволоки загибают внутрь втулки (рис. 5, б). В мелком судостроении такие втулки применяются сравнительно редко из-за значительного веса и габаритов.
Втулки для заливки цинком имеют небольшую конусность (около 1/10 )и длину около 12 dтр (рис. 5, а). Заливка втулки производится чистым цинком после предварительного травления проволок троса раствором соляной кислоты. При заливке происходит спаивание проволок троса в монолитный конус. Такие втулки применены, например, для крепления» стоячего такелажа на 25-тонной крейсерской яхте «Хортица»; они показали достаточную прочность заделки при эксплуатации. Имеется нормаль ОН9-169-60 на подобные втулки (патроны) для крупного судостроения.
Во втулке типа В конец троса удерживается силами трения, возникающими от сжатия расплетенных проволок металлическим конусным клином. Втулка типа Г нормализована и применяется в судостроении (нормаль С1-1307-50. Муфты тросовые). Два последних способа заделки концов троса являются разъемными.
Применение рассмотренных типов концевых заделок связано с необходимостью изготовления специальных деталей, а в случае опрессовки и применения специального ручного или механического пресса. Однако втулки незаменимы при креплении жестких тросов конструкции 1X19 и 7 Х7р. а в некоторых случаях — обеспечивают меньший вес и габариты крепления, чем заплетка огонов.
Важное значение для длительной эксплуатации троса имеет предохранение его от коррозии. Поэтому следует применять тросы только из оцинкованной или нержавеющей проволоки. Тросы из неоцинкованной или медненой проволоки быстро покрываются ржавчиной и разрушаются, особенно в морских условиях. Стоячий такелаж должен быть, смазан или окрашен, а все огоны и сплесни — оклетневаны. За рубежом для некоторых устройств применяются тросы,, заключенные в пластмассовую оболочку (наподобие телефонных проводов). Можно использовать для этой цели тонкие пластмассовые трубки, однако при этом необходимо тщательно заделать концы трубки, чтобы предотвратить попадание в нее влаги.
