Nagy szilárdságú szálas kötelek darukhoz

Bár a jelenleg a piacon kapható műanyag szálak teherbírása nagyobb, mint az összehasonlítható acélhuzaloké, többek között azok voltak. az elégtelen gyakorlati tapasztalat miatt - még nem használják széles körben teherhordó elemként a futó darukötélnél. A cikk egy nagy szilárdságú szálas kötelet mutat be daruként használt emelő köteleként, amelyet Liebherr és Teufelberger közösen fejlesztettek ki.

A 9 éves partnerségben kifejlesztett "soLITE" típusú nagy szilárdságú emelőkötelet nemcsak alacsony súlya, hanem lényegesen kényelmesebb kezelhetőség is jellemzi az összeszerelés során (behúzás és újbóli felemelkedés). A kötéldobokra legfeljebb tíz réteg tekerhető fel. A szálkötél forgásmentes, és a manapság a darukban általánosan alkalmazott biztonsági tényezők mellett sokszor hosszabb élettartamot ér el, mint az összehasonlítható acélkötelek. A nagy szilárdságú szálkötél olyan funkciókkal van ellátva, amelyek lehetővé teszik a biztonságos használatát a különböző darurendszerekben annak érdekében, hogy készen álljon a kidobásra.

A fejlesztési partnerség története

A nagy szilárdságú polimer szálakból készült köteleket évek óta sokféle alkalmazásban használják. Időközben ezeket a köteleket egyre gyakrabban használják az ipari gyakorlatban is, amelyet az ott fennálló speciális követelmények miatt korábban kizárólag acélköteleknek tartottak fenn. 2009-ben Liebherr és Teufelberger fejlesztési partnerséget alapított azzal a céllal, hogy a nagy szilárdságú szálas köteleket (HFFS) darukban használják acélkötelek helyettesítésére. 2016 áprilisában egy HFFS prototípusát először bemutatták a nagyközönségnek, mintegy 7 éves fejlesztési munka után egy nemzetközi építőipari gépkiállításon (1. ábra).

Szálas kötelek és acél kötelek összehasonlítása daru alkalmazásokban

A nagy szilárdságú szálas kötelek összehasonlítható szakítóerőt és akár 80% -os súlymegtakarítást kínálnak, összehasonlítva a mai kereskedelemben kapható azonos külső átmérőjű acél kötelekkel (2. ábra). Ha a HFFS-t emelőkötélként használjuk daruban, az alacsonyabb önsúly a megengedett terhelési nyomaték és a csúcsterhelhetőség közvetlen növekedését eredményezi. A 3. ábra szerinti terhelés-plusz teherviselő görbék összehasonlítása a 340 EC-B 12 és 370 EC-B 12 Fiber toronydaruk példáján bemutatott növekedést mutatja a szálkötélre való áttérés következtében. Ugyanazon acélszerkezettel a 370 EC-B 12 Fiber 0,4 tonnával megnövelt csúcsterhelhetőséget ér el.

Szálas kötél fejlesztése emelő köteleként

Teljesítendő követelmények

A daruk rendkívül specializált építőipari gépek, amelyek alkatrészei optimálisan illeszkednek egymáshoz, így hosszú távon garantálható a készülék és a felhasználó hatékonysága, élettartama és biztonsága. Ahhoz, hogy szálkötéllel ellenállhassunk az "acélkötél alkalmazásának", sokféle követelménynek kell megfelelni. Ezek tartalmazzák:

Az átmérő és a szakítóerő elfogadható aránya:A darut és alkatrészeit meghatározott maximális munkaterhelésre tervezték. Az acélkábelből HFFS-be történő átalakítás következtében a teherbírás csökkenése általában nem elfogadható [2].

Összehasonlítható fárasztó szilárdság ("élettartam"): A darualkalmazások többségében az acélkötelek élettartamára vonatkozó előrejelzések jól ismertek/becsülhetők, ezért megtervezhetők. Az acélkábelek visszadobási állapotának felismerésére kidolgozott módszerek is léteznek (ISO 4309 [3]). A fejlesztés kezdetén kizárták a kötél élettartamának csökkentését az acél kötélből szál kötelekké történő átalakítással.

Jó tekercselési viselkedés többrétegű tekercselésnél: Az acélkábel és a többrétegű dob finoman összehangolt emelőrendszerként működik. A dob geometriáját, különösen a dob hornyolását, és a kötél átmérőtűréseit optimálisan kell összehangolni. Csak így lehet elkerülni a kötél túlzott mértékű kopását a többrétegű tekercselésben, amely a tekercselési hibákhoz kapcsolódik.

Forgásszabadság:Az acél köteleket, mint daru emelő köteleket, többnyire többrétegű kerek szál kötelekként tervezik. Ezek nagyon alacsony nyomatékkal rendelkeznek a tervezett terhelési tartományban [4]. A szálas anyag miatt a szálkötéleknek kisebb a torziós merevségük, ami gondos felépítést igényel annak érdekében, hogy kizárják a kampótömb felborulásának kockázatát.

Csatlakozás befejezése:Az acélból készült daruemelő köteleket cserép vagy alumínium prés csatlakozásokkal szállítják, az eszköztől függően. Daruban való használat esetén a szálas köteleket ezért el kell látni olyan végcsatlakozással, amely legalább megfelel az acélkötelekre vonatkozó biztonsági követelményeknek.

Környezeti hatásoknak és UV sugárzásnak való ellenállás:Az acélkábelek nagyon ellenállnak az időjárásnak. Valamennyi ismert nagy szilárdságú polimer szál kevésbé UV-ellenálló, mint az acélhuzal, és időjárásállósága tekintetében is különbözik egymástól. A daru emelő köteleként megkövetelt tartósság elérése érdekében az alkalmazott szál és kötél felépítésétől függően szükség lehet a szál kötelek megfelelő impregnálással és/vagy építési jellemzőkkel (pl. Védőhüvely) való felszerelésével.

Betekintés a fejlesztési munkába

Próbapadok használata Biberachban

A projekt részeként több mint 100 különféle emelőkötél-prototípust fejlesztettek ki, amelyek kötélhossza meghaladja a 85 000 m-t. Ezeket valódi üzemi terhelésnek tették ki, és tesztelték a speciálisan a bibérachi Liebherr-projekt számára épített próbafúrókon. Ily módon a szálas kötelek átfogóan tesztelhetők voltak a terepi eszközökön, mielőtt azokat felhasználták volna.

A klasszikus kötélhajlító gépek (10–250 kN) mellett egy daru kötél próbapadot állítottak fel legfeljebb 45 t vizsgálati terheléssel és 42 m emelési magassággal a gyárban Biberachban (4. ábra).

A tesztállványon legfeljebb 31 mm átmérőjű kötelek tesztelhetők több rétegben feltekert kötéldobokkal. A fejlesztési projekthez 45 t tesztterhelésű klímaszimulációs próbapadot (-5 ° C és 80 ° C között) állítottak fel. Itt megvizsgálták a környezetszennyezés rostkötélre gyakorolt hatásait.

A kötéldob fejlesztése

A szálkötél mechanikai tulajdonságai (pl. Hosszirányú merevség, keresztirányú merevség és súrlódási tényező) különböznek az acélkötélétől. A megfelelő tekercselési minta érdekében a kábeldobot a tekercselő csomag mechanikai tulajdonságaihoz kell igazítani [5]. A Liebherr ezért speciális kötéldobokat fejlesztett ki a szálas kötelek számára. A véglemezek és az orsótestek kialakítása megváltoztatja a biztonságos többrétegű tekercselést és a nagy szilárdságú szálas kötéllel ellátott kompakt kötélcsomag felépítését. Különösen figyelemre méltó az optimalizált kötélvég-rögzítés (5. ábra), amely állandó számú biztonsági fordulatot tesz lehetővé annak ellenére, hogy a súrlódási együttható feleződik az acélkötélhez képest.

A kötél fejlesztése

A daruban való sikeres használat érdekében a kötélnek legalább a fentieknek rendelkeznie kell Megfelel a követelményeknek. Az itt bemutatott rostkötelet több fejlesztési ciklusban iteratív módon fejlesztették ki. Teherhordó magból és védőburkolatból áll, amelyek egyrészt védik a kötélmag teherhordó elemeit, másrészt a kötél eldobásának jelzőjeként szolgálnak.

A fejlesztési projektben a maghüvelyes konstrukciók előnyösnek bizonyultak a hüvely nélküli konstrukciókhoz képest, különösen a többrétegű tekercselésű alkalmazásokban. A köpeny védi a teherhordó kötélmagot használat közben, így a teherhordó elemeket nem károsítja a külső kopás. Éppen ezért a nagy szilárdságú szálkötélnek bizonyíthatóan még a kidobáskor is a meghatározott minimális törőerő 100% -os törőereje van. Ez biztosítja, hogy a kötelet állandó biztonsági tényezővel lehessen működtetni teljes élettartama alatt. Az 1. táblázat összehasonlítja az azonos vizsgálati paraméterekkel rendelkező acél- és szálkábelek fárasztási hajlítási tesztjeinek eredményeit.

A visszadobás kritériumai

Mivel a nagy szilárdságú szálkötelet ott használják, ahol korábban acélköteleket használtak, az alapötlet az volt, hogy a meglévő acélkötél szabványokat átvigyék a szálkötélre. A kötélhajtás döntő károsító mechanizmusai:

A váltakozó hajlító terhelések okozta károk - a szálak közötti belső kopás

A többrétegű tekercselés következtében fellépő károk - külső kopás keresztirányban és hosszában

Sérülés okozta kár, helyi sérülés - összetörés vagy vágás.

Megfelelő detektálási módszereket dolgoztak ki a szálkötél számára.

A szálkötél többek között. egy védőkabáton keresztül, amely fokozatosan elhasználódik, és így információt nyújt a közelgő visszadobásról. Ezt a védőkabátot úgy tervezték, hogy az összes fent említett károsító mechanizmust megjeleníthesse. A 6. ábra a védőkabát különböző kopási körülményeinek példáit mutatja. Mivel a köpenynek nincs teherhordó funkciója, a kötél megtartja teljes teherbírását a burkolat teljes helyi elvesztése esetén. A maghüvelyes szálas kötelek tehát jelentős biztonságnöveléssel működtethetők, szemben az acélkötelekkel vagy a hüvely nélküli szerkezetekkel.

A 2017-ben közzétett FEM 5.024 [6] irányelv megköveteli legalább 60% -os hátralévő élettartamot a szálkötél kidobásának időpontjában. A kifejlesztett, nagy szilárdságú "soLITE" kötél esetében ez az idő a 100% -os hüvelykopás.

Helyszíni tesztek szálas kötelekkel, mint daruk emelő kötelek

A kifejlesztett rostkötelet 2016 óta tesztelték különböző átmérőkben különböző darukon (mobil daruk, toronydaruk) (7. és 8. ábra). Annak érdekében, hogy minél több információt szerezzünk a kötelek munkavégzés közbeni viselkedéséről, a terepi teszteket speciálisan képzett személyzet, szűk vizsgálati intervallumok és további érzékelők kísérik.

A mobil daruk és a különféle toronydaruk folyamatosan olyan új információkat szolgáltattak, amelyek nem állíthatók elő a tesztállomásokon végzett tesztek során. Mindegyik darut a terepen másképp használják, és a különféle daruvezetők külön-külön működtetik. Az ebből nyert ismeretek nagyon fontosak a szálkötél további optimalizálásához.

A terepi tesztekben használt kötelek megmutatták a kívánt tulajdonságokat. Az élettartamot, a tekercselés minőségét és az egyszerű kezelhetőséget az üzemeltetők nagyon pozitívan értékelték. A 8. ábra szemlélteti az optikai kötél használatát az LTM 1750-9.1 mobil darun. A kötél gond nélkül ellenállt több szétszerelésnek. A szétszerelő betétek különösen kritikusak az acélkábeleknél a kábel bemetszése miatt. Az acélkábel gyorsan megsérülhet. A 8. ábra esetében tesztelt szálkötél körülbelül 16 hónapig volt használatban. Ez idő alatt a védőhüvelyben nem történt jelentős kár, az élettartam körülbelül 7% -át használták fel ezen a ponton (törött kötél alapján számítva). A FEM 5.024 irányelv [6] szerint ezt a kötelet el kell dobni a törési élettartam legfeljebb 40% -a után. Ez a kötél tehát élettartamának 7% -át/40% -át - 18% -át használta fel, a fennmaradó élettartama pedig 82%. A korábbi alkalmazási körre extrapolálva ez a kötél teljes élettartama körülbelül 7,6 év lenne.

Összegzés

A nagy szilárdságú szálas kötelek (HFFS) nagy lehetőséget kínálnak daruk emelésére. Nagy szilárdságú anyagok alkalmazásával a törési erőnként hasonló átmérők érhetők el. Ez azonnal súlyelőnyt eredményez az acélkábelekhez képest. A súlycsökkentés lehetővé teszi hosszabb gémek és magasabb csúcsterhelések alkalmazását. A terhelhetőség a teljes terhelési tartományban (túlnyúlás) is növekszik. A kötél nagyjából négyszer hosszabb élettartama miatt a karbantartási idő jelentősen lerövidül, és a kötél újbóli felépítése sokkal könnyebbé válik. Mivel a rostkötélhez nincs szükség kenőanyagra vagy olajra, a daruban már nincs kötélzsír okozta szennyeződés.

A bemutatott "soLITE" szál kötelet kifejezetten kötélhordókon többrétegű tekercseléssel történő emeléshez fejlesztették ki. Nagy hajlítási fáradási szilárdságot és hosszú élettartamot mutat többrétegű tekercselésnél.

Minden kötélhajtásban különböző károsodási mechanizmusok működnek, amelyeket a megfelelő érzékelő mechanizmusokkal kell detektálni. Emiatt a szálkötelet maghüvelyes konstrukcióban tervezték. A kidobásra való készség a teherhordó kötélmagot védő védőburokból látható. Az eldobás szakaszokra osztható az egymást követő kopás miatt. Mivel a kopás a védőkabátra korlátozódik, az eldobást a használat során a teherbírás vagy a biztonság csökkenése nélkül kell meghatározni.