Analisi dei cedimenti delle funi metalliche delle gru a ponte e fattori che ne influenzano la durata.

Le funi metalliche sono tra i componenti di sollevamento più diffusi. Offrono un'elevata capacità di carico, buona flessibilità, movimento fluido e bassa rumorosità. Quasi tutte le gru a ponte utilizzano funi metalliche per il sollevamento dei carichi. Se una fune metallica si rompe improvvisamente a causa di un cedimento, le conseguenze possono essere gravi. L'analisi dei guasti delle funi metalliche è quindi importante sia per motivi di sicurezza che economici. Questo articolo analizza i vari fattori che causano la rottura delle funi metalliche delle gru a ponte al fine di contribuire a prolungarne la durata.

1. Resistenza e allungamento delle funi metalliche delle gru a ponte

Per sua stessa natura, il carico di rottura massimo di una fune metallica è inferiore alla resistenza complessiva di tutti i suoi fili. Questo valore è correlato alla struttura della fune e alla qualità prestazionale di tutti i fili che la compongono. Nella progettazione di una fune metallica, è necessario considerare tutti i fattori di carico, inclusi i carichi aggiuntivi, l'accelerazione, la decelerazione, la velocità della fune e altri fattori. Occorre inoltre valutare il numero, la disposizione strutturale e il metodo di installazione delle pulegge e del tamburo, nonché le condizioni che causano corrosione e usura e la lunghezza della fune.

I fili di una fune metallica sono generalmente realizzati in acciaio strutturale al carbonio di alta qualità con un contenuto di carbonio compreso tra 0,5% e 0,8%. Il modulo elastico della fune metallica è di circa 1,6×10⁵ N/mm². Questo modulo misura la misura in cui i fili possono allungarsi sotto carico.

Quando una fune metallica viene caricata, i suoi fili si muovono l'uno rispetto all'altro, adattando la propria posizione per raggiungere uno stato stabile corrispondente al carico applicato. Questo produce due tipi di allungamento. Quando una fune metallica trasporta un carico per la prima volta, i fili si riorganizzano leggermente, generando un allungamento permanente, detto allungamento strutturale. Contemporaneamente, si verifica anche un allungamento reversibile, detto allungamento elastico. L'allungamento strutturale dipende in una certa misura dall'entità del carico applicato.

Minore è il diametro dei fili in una fune, minore è il momento flettente necessario per piegarli e maggiore è la flessibilità della fune stessa. Le funi metalliche con un maggior numero di fili e quelle con anima in fibra presentano generalmente una maggiore flessibilità. Le funi interamente metalliche, realizzate con un numero inferiore di fili, hanno una flessibilità inferiore, mentre le prime presentano generalmente un allungamento maggiore rispetto alle seconde. Una maggiore flessibilità garantisce una maggiore resistenza alla rottura.

2. Pulegge per gru a ponte

La dimensione della puleggia principale è generalmente espressa utilizzando il diametro della puleggia nella parte inferiore della scanalatura della fune più il diametro della fune metallica come diametro di avvolgimento minimo. Come puleggia della gru Quando la lunghezza della fune diminuisce, aumentano le sollecitazioni causate dalla flessione e dalla pressione di contatto tra la fune e la puleggia. Maggiore è la sollecitazione di flessione, più rapidamente i fili della fune si affaticano. L'aumento della sollecitazione di contatto accelera anche il danneggiamento della fune e l'usura della puleggia.

Man mano che il diametro della puleggia aumenta, la pressione tra la fune e la puleggia diminuisce, così come il grado di flessione. Se si considera solo la sollecitazione di flessione, il diametro della puleggia per una fune metallica a contatto puntiforme 6×19 può essere aumentato fino a 90 volte il diametro della fune per prolungarne la durata. Tuttavia, ad eccezione di apparecchiature speciali, pulegge di diametro così grande sono raramente utilizzate nella pratica per due motivi:

1. Una puleggia di tali dimensioni è poco pratica per la maggior parte delle attrezzature di sollevamento.
2. La flessione è raramente l'unico fattore presente in una determinata condizione operativa.

In pratica, oltre alla flessione, molti altri fattori influenzano la durata della fune, tra cui sollecitazioni ripetute, usura, martellamento, impatto, vibrazioni, torsione, velocità di rotazione, avvolgimento errato del tamburo, corrosione e manutenzione insufficiente. Uno o più di questi fattori possono avere un impatto maggiore sulla durata della fune rispetto alle dimensioni della puleggia.

La dimensione ottimale della puleggia dovrebbe essere determinata considerando congiuntamente la sicurezza, l'economicità di esercizio e altri fattori. Tuttavia, l'elevata pressione tra i fili nei punti di contatto della fune, combinata con l'elevata sollecitazione di flessione prodotta quando la fune scorre su una puleggia di piccole dimensioni, può contribuire al danneggiamento e alla rottura della fune stessa. In queste condizioni sfavorevoli, si verificano spesso rotture dei fili tra i punti di contatto dei trefoli adiacenti. Le rotture in questi punti sono spesso difficili, se non impossibili, da rilevare tramite ispezione esterna.

Pertanto, per le apparecchiature con requisiti di sicurezza più stringenti, è opportuno selezionare pulegge di dimensioni maggiori, in modo che il processo di danneggiamento della fune si sviluppi più gradualmente e il danno si verifichi sulla superficie della fune, dove è più facile da rilevare e valutare.

3. Scanalature per funi della puleggia della gru a ponte

Affinché una fune metallica offra prestazioni ottimali, la scanalatura della fune sulla puleggia deve avere un diametro sufficientemente ampio da mantenere un gioco adeguato attorno alla fune stessa. Il diametro della scanalatura non può rimanere costante. La sua variazione è influenzata principalmente dalla fune metallica e, in larga misura, dal materiale della puleggia e dalla pressione a cui è sottoposta.

Poiché la scanalatura si usura continuamente, di solito si riduce di dimensioni quando una fune metallica si avvicina alla fine della sua vita utile. Questo crea un problema: ogni volta che si installa una nuova fune metallica, la scanalatura dovrebbe essere rielaborata o la puleggia sostituita. In pratica, tuttavia, rielaborare la scanalatura o sostituire la puleggia non è economicamente vantaggioso.

Quando si esegue una rilavorazione di una scanalatura, in genere si ripara prima la flangia e poi si taglia il fondo della scanalatura al diametro appropriato. Se si taglia solo il fondo della scanalatura, l'angolo della gola in prossimità del fondo potrebbe diventare troppo piccolo per garantire un gioco adeguato, aumentando notevolmente l'usura della fune metallica.

4. Pressione della fune metallica della gru a ponte

Oltre alle sollecitazioni di flessione generate dallo scorrimento della fune sulla puleggia, quest'ultima è soggetta a una pressione radiale dovuta al contatto con la puleggia stessa. Tale pressione produce sollecitazioni di taglio nella fune, ne modifica la struttura e influenza il tasso di usura della scanalatura della puleggia. Pertanto, l'entità della pressione radiale e la resistenza all'usura del materiale della puleggia devono essere considerate nella scelta della struttura più appropriata per la fune metallica.

5. Tamburi per gru a ponte

Il tamburo della gru Le dimensioni, il profilo della scanalatura e la pressione sono simili alle condizioni discusse in precedenza per le pulegge.

Quando un tamburo ha una superficie liscia, la pressione radiale effettiva è relativamente elevata perché la fune metallica è supportata solo su un lato, mentre la sua area periferica non è supportata. Con questo tipo di tamburo, sia la fune che il tamburo si usurano più rapidamente rispetto a un tamburo scanalato, e la fune si danneggia più facilmente a causa della pressione.

Quando la sollecitazione di flessione è il fattore principale che influenza la durata di servizio della fune metallica, il diametro del tamburo può essere leggermente inferiore al diametro della puleggia nel sistema. Questo perché, durante il movimento in una direzione, la fune si flette due volte su ciascuna puleggia, ma solo una volta sul tamburo. La fune si flette una prima volta quando si avvicina a una puleggia e passa da una linea retta alla curvatura della puleggia. Si flette una seconda volta quando si raddrizza uscendo dalla puleggia.

In alcuni casi, la corsa della fune è breve. Quando una parte della fune si muove avanti e indietro sul tamburo senza passare su una puleggia, il numero di cicli di flessione si riduce e la rottura progredisce più lentamente.

Quando si utilizza un tamburo scanalato, un profilo di scanalatura appropriato contribuisce a mantenere la fune avvolta nella posizione corretta. Mantenere un passo adeguato tra le scanalature è importante affinché gli avvolgimenti di fune adiacenti abbiano uno spazio sufficiente, ma non eccessivo. Ciò aiuta a evitare che la fune in fase di avvolgimento sul tamburo si accalchi o sfreghi contro la fune già avvolta.

Per gli avvolgimenti multistrato, il passo tra gli assi centrali delle scanalature deve essere sufficiente a impedire che le funi metalliche si tocchino tra loro all'angolo di inclinazione massimo.

6. Altri fattori di guasto

1. Corrosione: La corrosione è una causa comune di rottura delle funi metalliche. L'atmosfera corrosiva creata dall'ambiente operativo può avere un impatto significativo sulla durata della fune.
2. Carico d'impatto e vibrazioni: L'applicazione di carichi d'urto a una fune metallica e la sua successiva vibrazione generano sollecitazioni di flessione ad alta frequenza e di elevata intensità. L'effetto delle vibrazioni è particolarmente grave all'estremità della fune e può causare cedimenti per fatica.
3. Temperatura eccessiva: Se una fune metallica opera a temperature eccessivamente elevate, può rompersi a causa della diminuzione della sua resistenza alla trazione.

L'analisi dei guasti sopra riportata mostra che la rottura delle funi metalliche delle gru a ponte è spesso il risultato della combinazione di molteplici fattori. In un'indagine su un guasto reale, i fattori dovrebbero essere analizzati in modo esaustivo, la loro importanza relativa dovrebbe essere distinta e la causa principale del guasto dovrebbe essere identificata per contribuire a prolungare la durata di servizio delle funi metalliche.

Zora Zhao

Esperto in soluzioni per gru a ponte/gru a cavalletto/gru a bandiera/parti di gru

Con oltre 10 anni di esperienza nel settore delle esportazioni di gru all'estero, ho aiutato oltre 10.000 clienti con le loro domande e preoccupazioni pre-vendita, se hai esigenze correlate, non esitare a contattarmi!

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