Analyse van kabelbreuken bij bovenloopkranen en factoren die de levensduur beïnvloeden

Staalkabel is een van de meest gebruikte hijscomponenten. Het biedt een hoog draagvermogen, goede flexibiliteit, soepele beweging en een laag geluidsniveau. Bijna alle bovenloopkranen gebruiken staalkabel om lasten te hijsen. Als een staalkabel plotseling breekt, kunnen de gevolgen ernstig zijn. Foutanalyse van staalkabels is daarom belangrijk, zowel vanuit veiligheidsoogpunt als vanuit economisch oogpunt. Dit artikel analyseert de verschillende factoren die leiden tot het breken van staalkabels in bovenloopkranen, met als doel de levensduur ervan te verlengen.

1. Sterkte en rek van de staalkabel van een bovenloopkraan

De maximale breeksterkte van een staalkabel is per ontwerp lager dan de bundelsterkte van alle draden waaruit de kabel bestaat. Dit hangt samen met de constructie van de kabel en de kwaliteitsklasse van alle draden in de kabel. Bij het ontwerpen van een staalkabel moet rekening worden gehouden met alle belastingsfactoren, waaronder extra belastingen, versnelling, vertraging, kabelsnelheid en andere factoren. Ook het aantal, de constructie en de installatiemethode van de schijven en de trommel moeten in overweging worden genomen, evenals de omstandigheden die corrosie en slijtage veroorzaken en de kabellengte.

De draden in een staalkabel zijn meestal gemaakt van hoogwaardig koolstofconstructiestaal met een koolstofgehalte van 0,5%–0,8%. De elasticiteitsmodulus van de staalkabel is ongeveer 1,6 × 10⁵ N/mm². Deze modulus meet de mate waarin de draden onder belasting kunnen uitrekken.

Wanneer een staalkabel wordt belast, bewegen de draden ten opzichte van elkaar terwijl ze hun positie aanpassen om een stabiele toestand te bereiken die overeenkomt met de toegepaste belasting. Dit veroorzaakt twee soorten rek. Wanneer een staalkabel voor het eerst wordt belast, herschikken de draden zich enigszins en ontstaat er een permanente rek, ook wel constructierek genoemd. Tegelijkertijd treedt er ook herstelbare rek op, ook wel elastische rek genoemd. Constructierek is tot op zekere hoogte afhankelijk van de grootte van de toegepaste belasting.

Hoe kleiner de diameter van de draden in een kabel, hoe kleiner het buigmoment dat nodig is om ze te buigen en hoe flexibeler de kabel. Staalkabels met meer draden en staalkabels met een vezelkern zijn over het algemeen flexibeler. Volledig metalen staalkabels met minder draden zijn minder flexibel, maar hebben doorgaans een grotere rek dan de eerstgenoemde. Een grotere flexibiliteit zorgt voor een betere weerstand tegen breuk.

2. Katrollen voor bovenloopkranen

De afmeting van de hoofdschijf wordt over het algemeen uitgedrukt als de schijfdiameter aan de onderkant van de kabelgroef plus de diameter van de staalkabel als minimale wikkeldiameter. kraanschijf Naarmate de diameter kleiner wordt, nemen de spanningen toe die ontstaan door buiging en contactdruk tussen de staalkabel en de katrol. Hoe hoger de buigspanning, hoe sneller de kabels in de kabel vermoeid raken. Verhoogde contactspanning versnelt ook kabelbeschadiging en slijtage van de katrol.

Naarmate de schijf groter wordt, neemt de druk tussen het touw en de schijf af, evenals de mate van buiging. Als alleen buigspanning in aanmerking wordt genomen, kan de schijfdiameter voor een 6×19 puntcontactstaalkabel tot 90 keer de touwdiameter worden vergroot om de levensduur van het touw te verlengen. Behalve voor speciale apparatuur worden schijven met een dergelijke grote diameter in de praktijk echter zelden gebruikt, om twee redenen:

1. Zo'n grote katrol is onpraktisch voor de meeste hijsinstallaties.
2. Buiging is zelden de enige factor die een rol speelt bij bepaalde bedrijfsomstandigheden.

In de praktijk beïnvloeden naast buiging nog vele andere factoren de levensduur van het touw, waaronder herhaalde belasting, slijtage, klinknagels, stoten, trillingen, torsie, rotatiesnelheid, onjuiste trommelwikkeling, corrosie en onvoldoende onderhoud. Een of meer van deze factoren kunnen een grotere invloed hebben op de levensduur van het touw dan de grootte van de katrol.

De optimale schijfgrootte moet worden bepaald door rekening te houden met veiligheid, economische bedrijfsvoering en andere factoren. De hoge druk tussen de draden op de contactpunten van de kabel, in combinatie met de hoge buigspanning die ontstaat wanneer de kabel over een kleine schijf loopt, kan echter bijdragen aan kabelbeschadiging en -breuk. Onder deze ongunstige omstandigheden komen draadbreuken vaak voor tussen de contactpunten van aangrenzende strengen. Breuken op deze plaatsen zijn vaak moeilijk of zelfs onmogelijk te detecteren door middel van een externe inspectie.

Daarom moeten voor apparatuur met andere strenge veiligheidseisen grotere katrollen worden gekozen, zodat het beschadigingsproces van het touw zich geleidelijker ontwikkelt en de schade aan het touwoppervlak optreedt, waar deze gemakkelijker te detecteren en te beoordelen is.

3. Touwgroeven voor katrollen van bovenloopkranen

Om een staalkabel optimaal te laten presteren, moet de kabelgroef in de schijf een voldoende grote diameter hebben om een geschikte speling rond de kabel te garanderen. De diameter van de kabelgroef kan niet constant blijven. De variatie ervan wordt voornamelijk beïnvloed door de staalkabel zelf en, in grote mate, door het materiaal van de schijf en de druk die erop wordt uitgeoefend.

Omdat de groef continu slijt, is deze meestal kleiner geworden tegen de tijd dat een staalkabel het einde van zijn levensduur nadert. Dit levert een probleem op: elke keer dat een nieuwe staalkabel wordt geïnstalleerd, zou de groef opnieuw bewerkt moeten worden of de schijf vervangen moeten worden. In de praktijk is het echter niet economisch om de groef opnieuw te bewerken of de schijf te vervangen.

Bij het opnieuw bewerken van een groef wordt doorgaans eerst de flens gerepareerd, waarna de bodem van de groef op de juiste diameter wordt gefreesd. Als alleen de bodem van de groef wordt gefreesd, kan de keelhoek naast de bodem te klein worden om voldoende speling te bieden, waardoor de slijtage van de staalkabel aanzienlijk toeneemt.

4. Druk van de staalkabel van de bovenloopkraan

Naast de buigspanning die ontstaat wanneer de kabel over een schijf loopt, wordt de staalkabel blootgesteld aan radiale druk door het contact met de schijf. Deze druk veroorzaakt schuifspanning in de kabel, verandert de constructie ervan en beïnvloedt de slijtage van de groef in de schijf. Daarom moet bij de keuze van de meest geschikte kabelconstructie rekening worden gehouden met de omvang van de radiale druk en de slijtvastheid van het schijfmateriaal.

5. Trommels van bovenloopkranen

De kraan trommel De afmetingen, het groefprofiel en de druk zijn vergelijkbaar met de hierboven besproken omstandigheden voor katrollen.

Bij een trommel met een glad oppervlak is de radiale druk relatief hoog, omdat de staalkabel slechts aan één zijde wordt ondersteund en het perifere gedeelte niet wordt ondersteund. Bij dit type trommel slijten zowel de kabel als de trommel sneller dan bij een trommel met groeven, en raakt de kabel gemakkelijker beschadigd door de druk.

Wanneer buigspanning de belangrijkste factor is die de levensduur van staalkabels beïnvloedt, kan de diameter van de trommel iets kleiner zijn dan de diameter van de katrollen in het systeem. Dit komt doordat de kabel tijdens beweging in één richting tweemaal buigt over elke katrol, maar slechts eenmaal op de trommel. De kabel buigt voor de eerste keer wanneer hij een katrol nadert en van een rechte lijn overgaat in de kromming van de katrol. De kabel buigt voor de tweede keer wanneer hij weer recht wordt bij het verlaten van de katrol.

In sommige gevallen is de touwverplaatsing kort. Wanneer een deel van het touw heen en weer beweegt op de trommel zonder over een katrol te gaan, wordt het aantal buigcycli verminderd en verloopt de breuk langzamer.

Bij gebruik van een gegroefde trommel zorgt een geschikt groefprofiel ervoor dat het opgerolde touw in de juiste positie blijft. Het is belangrijk om een geschikte afstand tussen de groeven aan te houden, zodat aangrenzende touwwikkelingen voldoende, maar niet te veel, ruimte hebben. Dit voorkomt dat het touw dat op de trommel wordt gewikkeld, tegen het reeds op de trommel gewikkelde touw aan komt te liggen of ertegenaan schuurt.

Bij meerlaagse wikkelingen moet de afstand tussen de hartlijnen van de groeven voldoende zijn om te voorkomen dat de staalkabels elkaar raken bij de maximale wikkelhoek.

6. Andere faalfactoren

1. Corrosie: Corrosie is een veelvoorkomende oorzaak van kabelbreuk. De corrosieve atmosfeer die ontstaat in de werkomgeving kan een aanzienlijke invloed hebben op de levensduur van de kabel.
2. Stootbelasting en trillingen: Door schokbelastingen op een staalkabel uit te oefenen en deze aan trillingen bloot te stellen, ontstaan hoogfrequente, hoge buigspanningen. Het effect van trillingen is met name ernstig bij het uiteinde van de kabel en kan leiden tot vermoeiingsbreuk.
3. Overmatige temperatuur: Als een staalkabel bij een te hoge temperatuur wordt gebruikt, kan deze breken doordat de treksterkte afneemt.

Uit de bovenstaande analyse van de oorzaak van het falen blijkt dat het bezwijken van staalkabels van bovenloopkranen vaak het gevolg is van een combinatie van meerdere factoren. Bij een daadwerkelijke analyse van het falen moeten deze factoren uitgebreid worden geanalyseerd, hun relatieve belang worden vastgesteld en de primaire oorzaak van het falen worden geïdentificeerd om de levensduur van de staalkabel te verlengen.

Zora Zhao

Expert in oplossingen voor bovenloopkranen/portaalkranen/zwenkkranen/kraanonderdelen

Met meer dan 10 jaar ervaring in de Crane Overseas Export Industry, heb ik meer dan 10.000 klanten geholpen met hun pre-sales vragen en zorgen. Als u gerelateerde behoeften heeft, neem dan gerust contact met mij op!

Whatsappen: +86 189 3735 0200

E-mail: zorazhao@dgcrane.com