Високоякостни влакнести въжета за кранове

Въпреки че пластмасовите нишки, които понастоящем се предлагат на пазара, имат по-висока носеща способност в сравнение със сравними стоманени жици, те бяха - u. а. поради недостатъчен практически опит - все още не се използва широко като носещи елементи в ходовите кранови въжета. Статията представя висококачествено влакнесто въже като подемно въже за кранови приложения, което е разработено съвместно от Liebherr и Teufelberger.

Високоякостното въже за повдигане от типа "soLITE", разработено в 9-годишно партньорство, се характеризира не само с ниското си тегло, но и със значително по-удобно боравене по време на сглобяването (изтегляне и риболов). Върху барабанни въжета могат да се навиват до десет слоя. Въжето с влакна е без усукване и с често използваните фактори за безопасност в крановете днес постига много по-дълъг експлоатационен живот от сравними стоманени въжета. Високоякостното влакнесто въже е оборудвано с функции, които му позволяват да се използва безопасно на различни кранови системи, за да се гарантира, че е готово за изхвърляне.

История на партньорството за развитие

Въжетата, изработени от високоякостни полимерни влакна, се използват в най-различни приложения в продължение на много години. Междувременно тези въжета също се използват все по-често в индустриалната практика, която поради специфичните изисквания, които съществуват там, преди това беше запазена за стоманени въжета. През 2009 г. Liebherr и Teufelberger основават партньорство за развитие с цел използването на високоякостни влакнести въжета (HFFS) в кранове като заместител на стоманени въжета. През април 2016 г. прототипът на HFFS беше завършен след около 7 години разработка за първи път представени на обществеността на международен панаир на строителни машини (Фиг. 1).

Сравнение на влакнести въжета и стоманени въжета в кранови приложения

Високоякостните влакнести въжета предлагат сравними сили на скъсване и спестяване на тегло до 80% в пряко сравнение с днешните стоманени въжета с идентичен външен диаметър (Фиг. 2). Когато се използва HFFS като въже за повдигане в кран, по-ниското мъртво тегло води до директно увеличаване на допустимия въртящ момент на натоварване и максималната товароносимост. Сравнението на кривите за товароносимост на фигура 3 показва, използвайки примера на 340 EC-B 12 и 370 EC-B 12 Fiber tower кранове, увеличението поради преминаването към въже от влакна. Със същата стоманена конструкция, 370 EC-B 12 Fibre постига максимална товароносимост, увеличена с 0,4 t.

Разработване на влакнесто въже като въже за повдигане

Изисквания, които трябва да бъдат изпълнени

Крановете са високоспециализирани строителни машини, чиито компоненти са оптимално съчетани, така че ефективността, експлоатационният живот и безопасността на устройството и потребителя на строителната площадка са гарантирани в дългосрочен план. За да може да се издържи на „прилагане на стоманено въже“ с влакнесто въже, трябва да бъдат изпълнени много различни изисквания. Те включват u. а.:

Допустимо съотношение на диаметъра към силата на скъсване:Кранът и неговите компоненти са проектирани за определено максимално работно натоварване. Загуба на товароносимост в резултат на преобразуване от стоманен кабел в HFFS обикновено не е приемлива [2].

Сравнима якост на умора ("експлоатационен живот"): За повечето приложения на кранове прогнозите за експлоатационен живот на стоманените въжета са добре известни/могат да бъдат оценени и следователно могат да бъдат планирани. Съществуват и установени методи за разпознаване, когато стоманените въжета се изхвърлят (ISO 4309 [3]). Намаляването на експлоатационния живот на въжето чрез превръщане от стоманено въже във влакнесто въже беше изключено в началото на разработката.

Добро поведение на навиване при многослойна намотка: Стоманеният кабел и многослойният барабан действат като фино координирана система за повдигане. Геометрията на барабана, особено набраздяването на барабана, и допустимите отклонения на диаметъра на въжето трябва да бъдат оптимално координирани. Това е единственият начин да се избегне прекомерното износване на въжето в многослойната намотка, свързано с грешки на намотката.

Свобода на въртене:Стоманените въжета като въжета за повдигане на кранове са проектирани най-вече като многослойни кръгли въжета. Те имат много нисък въртящ момент в предвидения диапазон на натоварване [4]. Благодарение на влакнестия материал, влакнестите въжета имат по-ниска твърдост при усукване, което изисква внимателна конструкция, за да се изключи рискът от преобръщане на кука.

Крайна връзка:Въжетата за повдигане на кранове, изработени от стомана, се доставят с връзки за пресоване или алуминий, в зависимост от устройството. Следователно за използване в кран въжетата от влакна трябва да бъдат оборудвани с крайна връзка, която поне отговаря на изискванията за безопасност, приложими за стоманени въжета.

Устойчивост на въздействия на околната среда и UV лъчение:Стоманените кабели са много устойчиви на атмосферни влияния. Всички известни полимерни влакна с висока якост са по-малко устойчиви на ултравиолетови лъчи от стоманената тел и се различават помежду си по отношение на тяхната устойчивост на атмосферни влияния. За да се постигне издръжливост, необходима за използване като въже за повдигане на крана, в зависимост от използваните влакна и конструкция на въжето, може да се наложи да се оборудват влакната с подходящи импрегниращи и/или конструктивни характеристики (например защитна обвивка).

Прозрения в разработката

Използване на тестови щандове в Biberach

Като част от проекта бяха разработени над 100 различни прототипа на подемни въжета с дължина на въжето над 85 000 m. Те бяха подложени на реални експлоатационни натоварвания и тествани на тестови съоръжения, специално построени за проекта в Liebherr в Biberach. По този начин влакнестите въжета могат да бъдат цялостно тествани на полеви устройства, преди да бъдат използвани.

В допълнение към класическите машини за огъване на въжета (10 до 250 kN), във фабричните помещения в Biberach беше поставен щанд за изпитване на кранови въжета с тестово натоварване до 45 t и височина на повдигане 42 m (фиг. 4).

На изпитвателния стенд могат да се тестват въжета с диаметър до 31 mm с барабанни въжета, навити на няколко слоя. За проекта за разработка беше създаден стенд за тестване на климатична симулация (-5 ° C до 80 ° C) с тестово натоварване от 45 t. Тук бяха изследвани влиянията на замърсяването на околната среда върху влакнестото въже.

Разработване на въжен барабан

Механичните свойства на въжето с влакна (напр. Надлъжна твърдост, напречна твърдост и коефициент на триене) се различават от тези на стоманеното въже. За добър модел на навиване, кабелният барабан трябва да бъде адаптиран към механичните свойства на пакета за навиване [5]. Поради това Liebherr е разработил специални барабани за въжета за влакнести въжета. Промените в дизайна на крайните дискове и корпусите на барабаните осигуряват безопасно многослойно навиване и конструкцията на компактен пакет въжета с високоякостното влакнесто въже. Особено забележително е оптимизираното закрепване на края на въжето (фиг. 5), което позволява постоянен брой защитни завъртания въпреки намаляването наполовина на коефициента на триене в сравнение със стоманеното въже.

Развитие на въжето

За успешна употреба в крана, въжето трябва да има поне горното Отговарят на изискванията. Представеното тук влакнесто въже е разработено итеративно в няколко контура за развитие. Състои се от носеща сърцевина и защитна обвивка, която от една страна защитава носещите елементи на сърцевината на въжето, а от друга се използва като индикатор за изхвърлянето на въжето.

В проекта за разработка конструкциите с основна обвивка се оказаха изгодни в сравнение с конструкциите без обвивка, особено при приложения с многослойна намотка. Обвивката предпазва носещата сърцевина на въжето по време на употреба, така че носещите елементи да не бъдат повредени от външно износване. Ето защо въжето с високо якостно влакно демонстрира все още сила на скъсване от 100% от определената минимална сила на скъсване дори по време на изхвърляне. Това гарантира, че въжето може да работи със същия коефициент на безопасност през целия си експлоатационен живот. Таблица 1 сравнява резултатите от изпитванията за умора на огъване със стоманени въжета и въжета от влакна със същите параметри на изпитване.

Критерии за изхвърляне

Тъй като висококачественото влакнесто въже се използва там, където преди това са били използвани стоманени въжета, основната идея беше да се пренесат съществуващите стандарти за стоманени въжета към въжето от влакна. Решаващите механизми за повреди при задвижването на въже са:

Повреди от редуващи се натоварвания при огъване - вътрешна абразия между нишките

Повреди, дължащи се на многослойна намотка - външно износване по дължина и дължина

Повреди при усукване, локални повреди - смачкване или порязване.

За въжето от влакна са разработени подходящи методи за откриване.

Въжето с влакна има u. а. чрез защитно яке, което постепенно се износва и по този начин предоставя информация за предстоящото изхвърляне. Това защитно яке е проектирано по такъв начин, че да може да показва всички гореспоменати механизми за повреда. Фигура 6 показва примери за различни условия на износване на защитната риза. Тъй като обвивката няма носеща функция, въжето запазва пълната си носеща способност в случай на пълна локална загуба на обвивката. Следователно влакнестите въжета в конструкцията на сърцевинна обвивка могат да се експлоатират със значително повишаване на безопасността в сравнение със стоманените въжета или конструкциите без обвивка.

Насоките FEM 5.024 [6], публикувани през 2017 г., изискват оставащ експлоатационен живот от поне 60% към момента на изхвърляне на въжето от влакна. За разработеното високоякостно влакнесто въже "soLITE" този момент във времето е 100% износване на обвивката.

Теренни изпитания с влакнести въжета като повдигащи въжета за кранове

Разработеното въже от влакна е тествано на поле с различни диаметри на различни кранове (мобилни кранове, кулокранове) от 2016 г. (Фиг. 7 и 8). За да се получи възможно най-много информация за поведението на въжетата по време на работа, тестовите тестове са придружени от специално обучен персонал, тесни интервали на изпитване и допълнителни сензори.

Мобилните кранове и различни кулокранове непрекъснато предоставят нова информация, която не може да бъде генерирана при тестове на тестови щандове. Всеки кран се използва по различен начин на полето и се експлоатира индивидуално от различни машинисти на кранове. Получените знания от това са много важни за по-нататъшната оптимизация на въжето от влакна.

Въжетата, използвани при полевите тестове, показаха желаните свойства. Експлоатационният живот, качеството на модела на навиване и лесната работа са оценени много положително от операторите. Фигура 8 показва използването на влакнестото въже на мобилния кран LTM 1750-9.1. Въжето преживя без проблеми няколко разглобяващи удара. Демонтажните вложки са особено важни за стоманените кабели поради разреза на кабела. Стоманен кабел може бързо да се повреди. Въжето с влакна, тествано в случая на фигура 8, е приблизително. 16 месеца в употреба. През това време нямаше значителни повреди по защитното яке, експлоатационният живот към този момент беше приблизително. Консумирани 7% (изчислено за счупване на въжето). Съгласно насока FEM 5.024 [6], това въже трябва да се изхвърли след максимум 40% от експлоатационния живот на скъсване. По този начин това въже е използвало 7%/40% ≈ 18% от експлоатационния живот и има оставащ експлоатационен живот от 82%. Екстраполирано към предишния набор от приложения, това би довело до общ експлоатационен живот на това въже от около. 7,6 години.

Обобщение

Високоякостните влакнести въжета (HFFS) предлагат голям потенциал за повдигане на кранове. Чрез използване на високоякостни материали се постигат подобни диаметри за всяка сила на скъсване. Това веднага води до предимство в теглото в сравнение със стоманените въжета. Намаляването на теглото позволява да се използват по-дълги стрели и по-високи пикови натоварвания. Товароносимостта също се увеличава през целия диапазон на натоварване (надвес). Чрез ок. Срокът на експлоатация на въжето е 4 пъти по-дълъг, времената за поддръжка са намалени значително и облекчаването на въжето е значително улеснено. Тъй като за въжето с влакна не са необходими смазочни материали или масла, на крана вече няма замърсяване, причинено от грес за въжета.

Представеното влакнесто въже "soLITE" е специално разработено за използване в повдигащи приложения с многослойна намотка върху барабанни въжета. Той показва висока якост на умора при огъване и дълъг експлоатационен живот при многослойна намотка.

Във всяко задвижване на въжето функционират различни механизми за повреда, които трябва да бъдат открити със съответните механизми за откриване. По тази причина въжето от влакна е проектирано в конструкция с обвивка от сърцевина. Готовността за изхвърляне може да се види от защитната обвивка, която защитава носещата сърцевина на въжето. Изхвърлянето може да бъде разделено на етапи поради последователното износване. Тъй като износването е ограничено до защитната риза, изхвърлянето се определя без загуба на товароносимост или безопасност при употреба.