Lina stalowa - Wire rope

Lina stalowa (prawa lang lay)

Lina stalowa to kilka pasm drutu metalowego skręconych w spiralę, tworzących linę kompozytową , we wzorze znanym jako lina zwinięta . Lina stalowa o większej średnicy składa się z wielu splotek tak ułożonej liny w układzie znanym jako układanie kabli .

W ściślejszym znaczeniu termin lina stalowa odnosi się do średnicy większej niż 3/8 cala (9,52 mm), z mniejszymi średnicami oznaczanymi kablami lub przewodami. Początkowo stosowano druty z kutego żelaza , ale obecnie stal jest głównym materiałem używanym do produkcji lin stalowych.

Historycznie rzecz biorąc, lina stalowa ewoluowała z łańcuchów z kutego żelaza, które miały historię uszkodzeń mechanicznych. Podczas gdy wady ogniw łańcucha lub prętów z litej stali mogą prowadzić do katastrofalnej awarii , wady drutów tworzących linę stalową są mniej krytyczne, ponieważ inne druty z łatwością przejmują obciążenie. Podczas gdy tarcie pomiędzy poszczególnymi drutami i splotkami powoduje zużycie liny, pomaga również kompensować drobne uszkodzenia w krótkim okresie.

Liny stalowe zostały opracowane począwszy od zastosowań wyciągów górniczych w latach 30. XIX wieku. Liny stalowe są wykorzystywane dynamicznie do podnoszenia i podnoszenia w dźwigach i windach oraz do przenoszenia mocy mechanicznej . Lina stalowa jest również używana do przenoszenia siły w mechanizmach, takich jak linka Bowdena lub powierzchnie sterowe samolotu połączone z dźwigniami i pedałami w kokpicie. Tylko kable lotnicze mają WSC (rdzeń z drutu). Ponadto kable lotnicze są dostępne w mniejszych średnicach niż liny stalowe. Na przykład kable lotnicze są dostępne w średnicy 3/64 cala, podczas gdy większość lin stalowych zaczyna się od średnicy 1/4 cala. Liny statyczne są używane do podtrzymywania konstrukcji, takich jak mosty wiszące lub jako odciągi do podpierania wież. Antena tramwajowych opiera się na liny do napowietrznych wsparcie i ruch cargo.

Historia

Nowoczesne linowy został wynaleziony przez niemieckiego górnictwa inżynier Wilhelm Albert w latach między 1831 i 1834 do stosowania w górnictwie w Harz Góry w Clausthal , Dolna Saksonia , Niemcy . Szybko została zaakceptowana, ponieważ okazała się lepsza niż liny wykonane z konopi lub metalowe łańcuchy , jakich używano wcześniej.

Pierwsze liny Wilhelma Alberta składały się z trzech splotek po cztery druty każda. W 1840 roku Szkot Robert Stirling Newall jeszcze bardziej ulepszył ten proces. W Ameryce lina stalowa została wyprodukowana przez Johna A. Roeblinga , poczynając od 1841 roku i stanowiąc podstawę jego sukcesu w budowie mostów wiszących . Roebling wprowadził szereg innowacji w zakresie projektowania, materiałów i produkcji liny stalowej. Wsłuchując się w rozwój technologii w górnictwie i kolejnictwie, Josiah White i Erskine Hazard , główni właściciele firmy Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N Co.) — podobnie jak w przypadku pierwszych wielkich pieców w Dolinie Lehigh — zbudowali linę stalową fabryka w Mauch Chunk , Pensylwania w 1848 roku, który dostarczył kable windy dla planes Ashley projektu, a następnie samoloty BackTrack z Summit Hill & Mauch Chunk Railroad , zwiększając jego atrakcyjność jako turystycznego premier i znacznie poprawiając przepustowość węgla pojemność od powrotu samochodów spadła z prawie czterech godzin do niecałych 20 minut. Dziesięciolecia były świadkami rosnącego wzrostu wydobycia szybów głębinowych zarówno w Europie, jak i Ameryce Północnej, ponieważ powierzchniowe złoża mineralne zostały wyczerpane, a górnicy musieli gonić warstwy wzdłuż nachylonych warstw. Era była wczesna w rozwoju kolei, a silniki parowe nie miały wystarczającej siły pociągowej, aby wspinać się po stromych zboczach, więc koleje pochyłe były powszechne. To przyspieszyło rozwój wyciągów linowych w Stanach Zjednoczonych, ponieważ złoża powierzchniowe w regionie węgla antracytowego na północy i południu co roku zagłębiały się głębiej, a nawet bogate złoża w dolinie Panther Creek wymagały od LC&N Co. Lansford i jego bliźniacze miasta Coaldale w hrabstwie Schuylkill .

Niemiecka firma inżynieryjna Adolf Bleichert & Co. została założona w 1874 roku i zaczęła budować dwutorowe koleje linowe dla górnictwa w Zagłębiu Ruhry . Dzięki ważnym patentom i dziesiątkom systemów roboczych w Europie, Bleichert zdominował światowy przemysł, a później licencjonował swoje projekty i techniki produkcji firmie Trenton Iron Works w stanie New Jersey w USA, która budowała systemy w całej Ameryce. Adolf Bleichert & Co. zbudował setki kolei linowych na całym świecie: od Alaski po Argentynę, Australię i Spitsbergen. Firma Bleichert zbudowała również setki kolei linowych zarówno dla Cesarskiej Armii Niemieckiej, jak i Wehrmachtu.

W drugiej połowie 19 wieku, druciane systemy linowe były używane jako środek przekazywania energii mechanicznej w tym dla nowych kolejek linowych . Systemy lin stalowych kosztują jedną dziesiątą więcej i mają mniejsze straty tarcia niż wały linowe . Ze względu na te zalety, systemy lin stalowych były używane do przesyłania energii na odległość kilku mil lub kilometrów.

Budowa

Widok wnętrza wieży turbiny wiatrowej , pokazujący liny stalowe używane jako ścięgna

Przewody

Druty stalowe do lin stalowych są zwykle wykonane z niestopowej stali węglowej o zawartości węgla od 0,4 do 0,95%. Bardzo wysoka wytrzymałość drutów linowych umożliwia linom przenoszenie dużych sił rozciągających i poruszanie się po krążkach o stosunkowo małych średnicach.

Pasma

W tak zwanych skrętkach krzyżowych druty różnych warstw krzyżują się ze sobą. W najczęściej używanych skrętkach równoległych długość skrętu wszystkich warstw drutu jest równa, a druty dowolnych dwóch nałożonych na siebie warstw są równoległe, co skutkuje stykiem liniowym. Drut warstwy zewnętrznej jest podtrzymywany przez dwa druty warstwy wewnętrznej. Druty te sąsiadują na całej długości splotu. Równoległe splotki wykonywane są w jednej operacji. Wytrzymałość lin stalowych z tego rodzaju splotkami jest zawsze znacznie większa niż tych (rzadko stosowanych) ze splotkami krzyżowymi. Równoległe splotki z dwiema warstwami drutu mają konstrukcję Filler, Seale lub Warrington.

Liny spiralne

W zasadzie liny spiralne są okrągłymi splotkami, ponieważ mają zestaw warstw drutów ułożonych spiralnie na środku, przy czym co najmniej jedna warstwa drutów jest ułożona w kierunku przeciwnym do warstwy zewnętrznej. Liny spiralne można zwymiarować w taki sposób, aby nie obracały się, co oznacza, że ​​pod napięciem moment obrotowy liny jest bliski zeru. Lina otwarta spiralna składa się tylko z okrągłych drutów. Lina spiralna z blokadą połówkową i lina spiralna z pełnym blokadą zawsze ma środek wykonany z drutów okrągłych. Zablokowane liny spiralne mają jedną lub więcej zewnętrznych warstw drutów profilowych. Mają tę zaletę, że ich konstrukcja w większym stopniu zapobiega wnikaniu brudu i wody, a także zabezpiecza je przed utratą smaru. Ponadto mają jeszcze jedną bardzo ważną zaletę, ponieważ końce zerwanego zewnętrznego drutu nie mogą opuścić liny, jeśli ma ona odpowiednie wymiary.

Liny splecione

Lina stalowa lewoskrętna zwykła (LHOL) (zbliżenie). Prawe pasma zwijane są układane w lewoskrętną linę zwijaną.
Lina prawostronna lang lay (RHLL) (zbliżenie). Sploty prawoskrętne są układane w prawoskrętną linę.

Liny splotkowe to zespół kilku splotek ułożonych spiralnie w jednej lub kilku warstwach wokół rdzenia. Ten rdzeń może być jednym z trzech typów. Pierwszym z nich jest rdzeń włókienny, wykonany z materiału syntetycznego lub włókien naturalnych, takich jak sizal. Włókna syntetyczne są mocniejsze i bardziej jednolite, ale nie mogą wchłonąć dużej ilości smaru. Włókna naturalne mogą wchłonąć do 15% swojej wagi w smarze, dzięki czemu chronią wewnętrzne druty znacznie lepiej przed korozją niż włókna syntetyczne. Rdzenie włókniste są najbardziej elastyczne i elastyczne, ale mają tę wadę, że łatwo się kruszą. Drugi typ, rdzeń z drutu, składa się z jednego dodatkowego pasma drutu i jest zwykle używany do zawieszenia. Trzeci typ to niezależny rdzeń liny stalowej (IWRC), który jest najtrwalszy we wszystkich typach środowisk. Większość typów lin skręcanych ma tylko jedną warstwę splotek na rdzeniu (rdzeń włóknisty lub rdzeń stalowy). Kierunek skręcania splotek w linie może być prawy (symbol Z) lub lewy (symbol S), a kierunek skręcania drutów może być prawy (symbol z) lub lewy (symbol s). Ten rodzaj liny nazywa się zwykłą liną zwijaną, jeżeli kierunek zwijania drutów w splotkach zewnętrznych jest przeciwny do kierunku zwinięcia samych splotek zewnętrznych. Jeżeli zarówno druty w splotkach zewnętrznych, jak i same splotki zewnętrzne mają ten sam kierunek skręcania , lina nazywana jest liną langslag (z niderlandzkiego langslag w przeciwieństwie do kruisslag , dawniej lay Alberta lub langs lay). Regularne układanie oznacza, że ​​poszczególne druty były owinięte wokół środków w jednym kierunku, a pasma były owinięte wokół rdzenia w przeciwnym kierunku.

Wszystkie liny wielosplotowe są mniej lub bardziej odporne na obrót i mają co najmniej dwie warstwy splotek ułożonych spiralnie wokół środka. Kierunek pasm zewnętrznych jest przeciwny do kierunku leżących poniżej warstw pasm. Liny z trzema warstwami splotek mogą się prawie nie obracać. Liny z dwiema warstwami splotek są przeważnie tylko mało rotujące.

Klasyfikacja według użytkowania

W zależności od miejsca zastosowania liny stalowe muszą spełniać różne wymagania. Główne zastosowania to:

  • Liny bieżne (splatane) są nawijane na krążki i bębny. Są zatem naprężone głównie przez zginanie, a po drugie przez rozciąganie.
  • Liny stacjonarne, liny odciągowe (liny spiralne, przeważnie z pełnym zamknięciem) muszą przenosić siły rozciągające i dlatego są obciążone głównie przez statyczne i zmienne naprężenia rozciągające. Liny używane do zawieszenia są często nazywane kablami.
  • Liny torowe (liny całkowicie zablokowane) muszą pełnić rolę szyn dla rolek kabin lub innych ładunków w kolejach linowych i żurawiach kablowych. W przeciwieństwie do lin biegowych, liny gąsienicowe nie przyjmują krzywizny rolek. Pod wpływem siły rolki powstaje tak zwany swobodny promień gięcia liny. Promień ten wzrasta (a naprężenia zginające maleją) wraz z siłą rozciągającą i maleją wraz z siłą wałka.
  • Zawiesia linowe (liny splotkowe) służą do uprzęży różnego rodzaju towarów. Zawiesia te są obciążane siłami rozciągającymi, ale przede wszystkim naprężeniami zginającymi przy zginaniu na mniej lub bardziej ostrych krawędziach towaru.

Napęd linowy

Istnieją przepisy techniczne dotyczące napędów linowych dźwigów, wind, kolei linowych i instalacji górniczych nie przekraczających zadanej siły rozciągającej i nie przekraczających zadanego stosunku średnic D/d średnic krążków linowych i lin. Ogólna metoda wymiarowania napędów linowych (i stosowana poza przepisami technicznymi) oblicz pięć granic

  • Cykle pracy do odrzucenia lub zerwania liny (średnia lub 10% limit) - Wymagania użytkownika
  • Siła Donandta (wydajna siła rozciągająca dla danego stosunku średnic gięcia D/d) - granica ścisła. Nominalna siła rozciągająca liny S musi być mniejsza niż siła Donandta SD1.
  • Współczynnik bezpieczeństwa liny = minimalna siła zrywająca Fmin / nominalna siła rozciągająca liny S. (zdolność do wytrzymania ekstremalnych sił uderzenia) - Fmin/S ≥ 2,5 dla prostego urządzenia podnoszącego
  • Odrzucenie liczby zerwanych drutów (wykrycie konieczności wymiany liny) Minimalna liczba zerwanych drutów na referencyjnej długości liny 30d powinna wynosić BA30 ≥ 8 dla urządzenia dźwigowego
  • Optymalna średnica liny przy max. wytrzymałość liny dla danej średnicy krążka D i siły rozciągającej linę S - Ze względów ekonomicznych średnica liny powinna być zbliżona, ale mniejsza niż optymalna średnica liny d ≤ dopt.

Obliczenie limitów napędu liny zależy od:

  • Dane użytej liny stalowej
  • Siła rozciągająca liny S
  • Średnica D krążka i/lub bębna
  • Proste gięcia na cykl roboczy w-sim
  • Odwrotne gięcia na cykl roboczy w-rev
  • Połączone zmienne naprężenie i zginanie na cykl roboczy w-com
  • Względna zmienna siła rozciągająca deltaS/S
  • Długość gięcia liny l

Bezpieczeństwo

Liny stalowe są obciążone przez zmienne siły, zużycie, korozję oraz w rzadkich przypadkach siły ekstremalne. Żywotność liny jest ograniczona, a bezpieczeństwo jest zapewnione jedynie przez inspekcję pod kątem zerwania drutu na referencyjnej długości liny, utraty przekroju, a także innych uszkodzeń, aby lina stalowa mogła zostać wymieniona przed wystąpieniem niebezpiecznej sytuacji. Instalacje powinny być zaprojektowane tak, aby ułatwić kontrolę lin stalowych.

Instalacje dźwigowe do transportu pasażerskiego wymagają zastosowania kombinacji kilku metod, aby zapobiec spadnięciu samochodu w dół. Windy muszą mieć nadmiarowe liny nośne i sprzęt bezpieczeństwa. Koleje linowe i kopalniane wyciągi muszą być stale nadzorowane przez odpowiedzialnego kierownika, a lina musi być sprawdzona metodą magnetyczną umożliwiającą wykrycie zerwania drutu wewnętrznego.

Wypowiedzenia

Lina prawoskrętna zwykła (RHOL) zakończona pętlą z kauszą i tulejką

Koniec liny stalowej ma tendencję do szybkiego strzępienia się i nie można go łatwo połączyć z instalacją i sprzętem. Istnieją różne sposoby zabezpieczenia końców lin stalowych, aby zapobiec strzępieniu się. Powszechnym i użytecznym rodzajem mocowania końcowego liny stalowej jest odwrócenie końca z powrotem w celu utworzenia pętli. Luźny koniec jest następnie mocowany z powrotem do liny stalowej. Skuteczność terminacji waha się od około 70% dla samego flamandzkiego oka; do prawie 90% dla flamandzkiego oka i splotu; do 100% dla końcówek doniczkowych i kształtek.

Naparstki

W przypadku zakończenia liny stalowej pętlą istnieje ryzyko, że będzie się ona zbyt mocno zginać, zwłaszcza gdy pętla jest podłączona do urządzenia, które skupia obciążenie na stosunkowo niewielkiej powierzchni. Wewnątrz pętli można zamontować kausze, aby zachować naturalny kształt pętli i chronić kabel przed przyszczypnięciem i przetarciem po wewnętrznej stronie pętli. Stosowanie naparstek w pętlach jest najlepszą praktyką w branży . Nasadka zapobiega bezpośredniemu kontaktowi ładunku z przewodami.

Zaciski linowe

Zaciski zabezpieczające linę stalową na sprzęcie do pozyskiwania drewna

Zacisk liny stalowej, czasami nazywany zaciskiem, służy do mocowania luźnego końca pętli z powrotem do liny stalowej. Zwykle składa się z śruby w kształcie litery U , kutego siodła i dwóch nakrętek. Dwie warstwy liny stalowej są umieszczone w cybantach. Siodełko jest następnie mocowane do śruby nad linami (siodełko ma dwa otwory do zamocowania do śruby w kształcie litery U). Nakrętki zabezpieczają aranżację na miejscu. Zazwyczaj do zakończenia liny stalowej stosuje się dwa lub więcej zacisków, w zależności od średnicy. W przypadku liny o średnicy 2 cale (50,8 mm) może być potrzebnych aż osiem.

Jest stare powiedzenie ; „nigdy nie siodłaj martwego konia”, co oznacza, że ​​podczas montażu klipsów część siodełkowa zespołu jest umieszczona po stronie nośnej lub „pod napięciem”, a nie po stronie nienośnej lub „martwej” kabla . Ma to na celu ochronę żywego lub przenoszącego naprężenia końca liny przed zgnieceniem i nadużyciem. Płaskie gniazdo łożyska i przedłużone zęby korpusu mają na celu ochronę liny i są zawsze umieszczone na końcu pod napięciem.

Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych i większość organów regulacyjnych nie zaleca używania takich zacisków jako trwałych końcówek, chyba że są one okresowo sprawdzane i ponownie dokręcane.

Splot oka lub oko flamandzkie

Końce poszczególnych pasm tego złącza oczkowego używanego na pokładzie statku towarowego są po splataniu pokryte kordem z naturalnego włókna, aby chronić ręce marynarzy podczas manipulacji.

Do zakończenia luźnego końca liny stalowej podczas tworzenia pętli można użyć splotu oczkowego . Pasma końca liny stalowej są odwijane na pewną odległość, a następnie zaginane tak, że koniec nie owiniętego odcinka tworzy oczko. Nie owinięte pasma są następnie wplatane z powrotem w linę stalową, tworząc pętlę lub oczko, zwane splotem oka.

Flamandzkie oko lub Dutch Splice polega na rozwinięciu trzech pasm (nitki muszą znajdować się obok siebie, a nie naprzemiennie) z drutu i trzymać je z boku. Pozostałe pasma są zagięte, aż koniec drutu spotka się z literą „V” w miejscu zakończenia odwijania, tworząc oczko. Pasma trzymane z jednej strony są teraz ponownie owijane przez owinięcie od końca drutu z powrotem do „V” oka. Te splotki są skutecznie owijane wzdłuż drutu w kierunku przeciwnym do ich pierwotnego ułożenia. Kiedy ten rodzaj splotu liny jest używany specjalnie na linie stalowej, nazywa się go „Molly Hogan” i, przez niektórych, okiem „holenderskim” zamiast „flamandzkiego”.

Zakuwane zakończenia

Tuleja liny stalowej przed i po zapięciu lub zagięciu

Zakuwanie to metoda zakańczania liny, która odnosi się do techniki instalacji. Celem kształtowania łączników lin stalowych jest połączenie ze sobą dwóch końców liny stalowej lub w inny sposób zakończenie jednego końca liny stalowej z czymś innym. Zagniatarka mechaniczna lub hydrauliczna służy do ściskania i odkształcania złączki, tworząc trwałe połączenie. Kołki gwintowane, tuleje, tuleje i tuleje to przykłady różnych zakuwanych końcówek. Nie zaleca się formowania lin z rdzeniami włóknistymi.

Gniazda klinowe

Zakończenie z gniazdem klinowym jest przydatne, gdy złączka wymaga częstej wymiany. Na przykład, jeśli koniec liny stalowej znajduje się w obszarze o wysokim zużyciu, lina może być okresowo przycinana, co wymaga usunięcia i ponownego założenia osprzętu zakończeniowego. Przykładem tego są końce lin ciągnących na lince . Pętla końcowa liny stalowej wchodzi w zwężający się otwór w gnieździe, owinięta wokół oddzielnego elementu zwanego klinem. Układ jest wbijany na miejsce, a ładunek stopniowo luzuje się na linie. Wraz ze wzrostem obciążenia liny stalowej klin staje się bardziej bezpieczny, mocniej chwytając linę.

Doniczkowe końce lub wylewane gniazda

Gniazda wylewane służą do wykonania trwałego zakończenia o wysokiej wytrzymałości; są one tworzone przez wprowadzenie liny stalowej w wąski koniec stożkowej wnęki, która jest zorientowana zgodnie z zamierzonym kierunkiem naprężenia. Poszczególne druty są rozprowadzone wewnątrz stożka lub „pelerynki”, a następnie stożek jest wypełniany stopionym lutem ołowiowo-antymonowo-cynowym (Pb 80 Sb 15 Sn 5 ) lub „białą osłoną metalową”, cynkiem lub teraz częściej, nienasycony związek żywicy poliestrowej .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki