Analýza selhání ocelových lan mostového jeřábu a faktory ovlivňující životnost

Ocelové lano je jedním z nejpoužívanějších zdvihacích prvků. Nabízí vysokou nosnost, dobrou flexibilitu, plynulý pohyb a nízkou hlučnost. Téměř všechny mostové jeřáby používají k přepravě břemen ocelová lana. Pokud se ocelové lano náhle přetrhne v důsledku poruchy, mohou být následky vážné. Analýza poruch ocelového lana je proto důležitá jak z bezpečnostních, tak z ekonomických důvodů. Tento článek analyzuje různé faktory, které způsobují poruchu ocelového lana mostového jeřábu, aby se prodloužila jeho životnost.

1. Pevnost a prodloužení ocelového lana mostového jeřábu

Maximální mez pevnosti ocelového lana je konstrukčně nižší než pevnost svazku všech jeho drátů. Souvisí s konstrukcí lana a výkonnostním stupněm všech drátů v laně. Při návrhu ocelového lana je třeba zohlednit všechny faktory zatížení, včetně dodatečného zatížení, zrychlení, zpomalení, rychlosti lana a dalších faktorů. Je také třeba zohlednit počet, konstrukční uspořádání a způsob instalace kladek a bubnu, spolu s podmínkami, které způsobují korozi a opotřebení, a délkou lana.

Dráty v ocelovém lanu jsou obvykle vyrobeny z vysoce kvalitní uhlíkové konstrukční oceli s obsahem uhlíku 0,5%–0,8%. Modul pružnosti ocelového lana je přibližně 1,6×10⁵ N/mm². Tento modul měří míru, do jaké se dráty mohou prodloužit pod zatížením.

Když je ocelové lano zatíženo, jeho dráty se vůči sobě navzájem pohybují a upravují svou polohu, aby dosáhly stabilního stavu odpovídajícího aplikovanému zatížení. To vede ke dvěma typům prodloužení. Když ocelové lano nese zatížení poprvé, dráty se mírně přeskupí a dojde k trvalému prodloužení, známému jako konstrukční prodloužení. Současně dochází také k vratnému prodloužení, známému jako elastické prodloužení. Konstrukční prodloužení do určité míry závisí na velikosti aplikovaného zatížení.

Čím menší je průměr drátů v laně, tím menší je ohybový moment potřebný k jejich ohnutí a tím větší je pružnost lana. Ocelová lana obsahující více drátů a ocelová lana s vláknitým jádrem mají obecně lepší pružnost. Plně kovová ocelová lana vyrobená s menším počtem drátů mají horší pružnost, zatímco první jmenovaná mají obecně větší prodloužení než druhá. Větší pružnost poskytuje lepší odolnost proti zlomení.

2. Kladky mostových jeřábů

Hlavní rozměr kladky se obecně vyjadřuje pomocí průměru kladky ve spodní části drážky lana a průměru ocelového lana jako minimálního průměru vinutí. jeřábová kladka Jak se napětí zmenšuje, napětí způsobené ohybem a kontaktním tlakem mezi ocelovým lanem a kladkou se zvyšuje. Čím vyšší je ohybové napětí, tím rychleji se dráty v lanu unavují. Zvýšené kontaktní napětí také urychluje poškození lana a opotřebení kladky.

S rostoucí kladkou se snižuje tlak mezi lanem a kladkou, stejně jako stupeň ohybu. Pokud se bere v úvahu pouze ohybové napětí, lze průměr kladky pro kontaktní ocelové lano 6×19 zvětšit až na 90násobek průměru lana, aby se prodloužila jeho životnost. S výjimkou speciálního vybavení se však kladky tak velkého průměru v praxi používají jen zřídka ze dvou důvodů:

1. Tak velká kladka je pro většinu zdvihacích zařízení nepraktická.
2. Ohýbání je zřídka jediným faktorem přítomným v jakémkoli provozním stavu.

V praxi ovlivňuje životnost lana kromě ohybu mnoho dalších faktorů, včetně opakovaného namáhání, opotřebení, otlučování, nárazů, vibrací, torze, rychlosti otáčení, nesprávného navíjení bubnu, koroze a nedostatečné údržby. Jeden nebo více z těchto faktorů může mít na životnost lana větší vliv než velikost kladky.

Optimální velikost kladky by měla být stanovena s ohledem na bezpečnost, ekonomický provoz a další faktory. Vysoký tlak mezi dráty v kontaktních bodech lana v kombinaci s vysokým ohybovým napětím, které vzniká při běhu lana přes malou kladku, však může přispět k poškození a selhání lana. Za těchto nepříznivých podmínek často dochází k přetržení drátů mezi kontaktními body sousedních pramenů. Přetržení v těchto místech je často obtížné nebo dokonce nemožné odhalit vnější kontrolou.

Proto by u zařízení s dalšími přísnými bezpečnostními požadavky měly být zvoleny větší kladky, aby se proces poškození lana rozvíjel postupněji a k poškození docházelo na povrchu lana, kde je snazší jej odhalit a posoudit.

3. Drážky pro lana kladek mostového jeřábu

Aby ocelové lano fungovalo co nejlépe, musí mít drážka kladky dostatečně velký průměr, aby kolem lana byla zachována vhodná vůle. Průměr drážky lana nemůže zůstat konstantní. Jeho změna je ovlivněna především ocelovým lanem a do značné míry materiálem kladky a tlakem, který na ni působí.

Protože se drážka neustále opotřebovává, obvykle se zmenší na menší velikost, než se ocelové lano blíží ke konci své životnosti. To vytváří problém: pokaždé, když se instaluje nové ocelové lano, je nutné drážku znovu opracovat nebo vyměnit kladku. V praxi je však opětovné opracování drážky nebo výměna kladky neekonomické.

Při opravě drážky se obvykle nejprve opraví příruba a poté se dno drážky ořeže na vhodný průměr. Pokud se ořeže pouze dno drážky, úhel hrdla vedle dna se může stát příliš malým, aby poskytoval dostatečnou vůli, což vážně zvyšuje opotřebení ocelového lana.

4. Tlak ocelového lana mostového jeřábu

Kromě ohybového napětí, které vzniká při pohybu lana přes kladku, je ocelové lano vystaveno radiálnímu tlaku způsobenému kontaktem s kladkou. Tento tlak vytváří smykové napětí v laně, mění jeho konstrukci a ovlivňuje rychlost opotřebení drážky kladky. Proto je třeba při výběru nejvhodnější konstrukce ocelového lana zohlednit velikost radiálního tlaku a odolnost materiálu kladky proti opotřebení.

5. Bubny mostových jeřábů

The jeřábový buben Rozměry, profil drážky a tlak jsou podobné podmínkám popsaným výše pro kladky.

Pokud má buben hladký povrch, je skutečný radiální tlak relativně vysoký, protože ocelové lano je podepřeno pouze na jedné straně a jeho obvodová oblast není podepřena. U tohoto typu bubnu se lano i buben opotřebovávají více než u drážkovaného bubnu a lano se tlakem snadněji poškozuje.

Pokud je ohybové napětí hlavním faktorem ovlivňujícím životnost ocelového lana, může být průměr bubnu o něco menší než průměr kladky v systému. Je to proto, že během pohybu v jednom směru se lano dvakrát ohne přes každou kladku, ale pouze jednou na bubnu. Lano se poprvé ohne, když se přiblíží ke kladce, a změní se z přímé linie na zakřivení kladky. Podruhé se ohne, když se znovu narovná, když opouští kladku.

V některých případech je dráha lana krátká. Když se část lana pohybuje na bubnu tam a zpět, aniž by přecházela přes kladku, počet ohybových cyklů se sníží a porušení postupuje pomaleji.

Při použití drážkovaného bubnu pomáhá vhodný profil drážky udržet navinuté lano ve správné poloze. Udržování vhodné rozteče mezi drážkami je důležité, aby sousední ovinutí lana mělo dostatečnou, ale ne nadměrnou, vůli. To pomáhá zabránit tomu, aby se lano navíjené na buben tlačilo o lano, které je již navinuté na bubnu, nebo o něj třílo.

U vícevrstvého navíjení by měla být rozteč mezi středovými liniemi drážek dostatečná, aby se zabránilo vzájemnému dotyku ocelových lan pod maximálním úhlem natažení.

6. Další faktory selhání

1. Koroze: Koroze je častou příčinou selhání ocelových lan. Korozivní atmosféra vytvářená provozním prostředím může mít významný vliv na životnost lana.
2. Rázové zatížení a vibrace: Působení rázového zatížení na ocelové lano a jeho vystavení vibracím vytváří vysokofrekvenční, vysoká ohybová napětí. Vliv vibrací je obzvláště silný na konci lana a může způsobit únavové porušení.
3. Nadměrná teplota: Pokud ocelové lano pracuje při nadměrně vysoké teplotě, může selhat, protože se sníží jeho pevnost v tahu.

Výše uvedená analýza poruch ukazuje, že porucha ocelového lana mostového jeřábu je často výsledkem kombinované akumulace více faktorů. Při skutečném vyšetřování poruchy by měly být faktory analyzovány komplexně, měl by být rozlišen jejich relativní význam a měla by být identifikována primární příčina poruchy, aby se prodloužila životnost ocelového lana.

Zora Zhao

Expert na mostové jeřáby/portálové jeřáby/výložníkové jeřáby/řešení dílů pro jeřáby

S více než 10 lety zkušeností v exportním průmyslu Crane Overseas jsme pomohli více než 10 000 zákazníkům s jejich předprodejními otázkami a obavami, pokud máte nějaké související potřeby, neváhejte mě kontaktovat!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

E-mailem: zorazhao@dgcrane.com