Аналіз руйнування тросів мостових кранів та фактори, що впливають на термін служби

Дротяний канат є одним із найпоширеніших вантажопідйомних компонентів. Він пропонує високу вантажопідйомність, добру гнучкість, плавний рух та низький рівень шуму. Майже всі мостові крани використовують дротяний канат для перенесення вантажів. Якщо дротяний канат раптово порветься через поломку, наслідки можуть бути серйозними. Тому аналіз пошкоджень дротяного каната важливий як з міркувань безпеки, так і з економічних міркувань. У цій статті аналізуються різні фактори, що спричиняють поломку дротяного каната мостового крана, щоб допомогти продовжити термін його служби.

1. Міцність та подовження дротяного каната мостового крана

За конструкцією, максимальна розривна міцність дротяного каната нижча, ніж міцність зв'язки всіх його дротів. Вона пов'язана з конструкцією каната та класом експлуатаційних характеристик усіх дротів у канаті. Під час проектування дротяного каната слід враховувати всі коефіцієнти навантаження, включаючи додаткові навантаження, прискорення, уповільнення, швидкість каната та інші фактори. Також слід враховувати кількість, структурне розташування та спосіб встановлення шківів і барабана, а також умови, що викликають корозію та знос, та довжину каната.

Дроти в дротяному канаті зазвичай виготовляються з високоякісної вуглецевої конструкційної сталі з вмістом вуглецю 0,5%–0,8%. Модуль пружності дротяного каната становить приблизно 1,6×10⁵ Н/мм². Цей модуль вимірює ступінь подовження дротів під навантаженням.

Коли дротяний канат навантажується, його дроти рухаються відносно один одного, змінюючи своє положення для досягнення стабільного стану, що відповідає прикладеному навантаженню. Це призводить до двох типів подовження. Коли дротяний канат вперше несе навантаження, дроти трохи перебудовуються та створюють постійне подовження, відоме як конструкційне подовження. Водночас також відбувається відновне подовження, відоме як пружне подовження. Конструкційне подовження певною мірою залежить від величини прикладеного навантаження.

Чим менший діаметр дротів у канаті, тим менший згинальний момент, необхідний для їх згинання, і тим більша гнучкість каната. Дротові канати, що містять більше дротів, і дротяні канати з волоконним сердечником, як правило, мають кращу гнучкість. Повністю металеві дротяні канати, виготовлені з меншою кількістю дротів, мають меншу гнучкість, тоді як перші, як правило, мають більше подовження, ніж другі. Більша гнучкість забезпечує кращу стійкість до руйнування.

2. Шківи мостових кранів

Розмір головного шківа зазвичай виражається за допомогою діаметра шківа внизу канавки каната плюс діаметр дротяного каната як мінімальний діаметр намотування. Оскільки крановий шків зменшується, напруження, спричинені згинанням та контактним тиском між дротяним канатом та шківом, збільшуються. Чим вище напруження згину, тим швидше втомлюються дроти в канаті. Збільшене контактне напруження також прискорює пошкодження каната та знос шківа.

Зі збільшенням шківа тиск між канатом і шківом зменшується, як і ступінь вигину. Якщо враховувати лише напруження вигину, діаметр шківа для дротяного каната з точковим контактом 6×19 можна збільшити до 90 разів від діаметра каната, щоб продовжити термін його служби. Однак, за винятком спеціального обладнання, шківи такого великого діаметра рідко використовуються на практиці з двох причин:

1. Такий великий шків непрактичний для більшості підйомного обладнання.
2. Вигин рідко є єдиним фактором, присутнім у будь-яких робочих умовах.

На практиці, окрім вигину, на термін служби каната впливає багато інших факторів, включаючи повторювані навантаження, знос, проколювання, удари, вібрацію, скручування, швидкість обертання, неправильне намотування барабана, корозію та недостатнє технічне обслуговування. Один або декілька з цих факторів можуть мати більший вплив на термін служби каната, ніж розмір шківа.

Оптимальний розмір шківа слід визначати з урахуванням безпеки, економічності експлуатації та інших факторів разом. Однак високий тиск між дротами в точках контакту каната, у поєднанні з високим напруженням згину, що виникає, коли канат проходить через маленький шків, може сприяти пошкодженню та руйнуванню каната. За цих несприятливих умов часто виникають розриви дротів між точками контакту сусідніх пасм. Розриви в цих місцях часто важко або навіть неможливо виявити за допомогою зовнішнього огляду.

Тому для обладнання з іншими суворими вимогами безпеки слід вибирати більші шківи, щоб процес пошкодження каната розвивався поступовіше, а пошкодження відбувалося на поверхні каната, де їх легше виявити та оцінити.

3. Канавки для канатів шківа мостового крана

Щоб дротяний канат працював найкращим чином, паз шківа повинен мати достатньо великий діаметр, щоб підтримувати відповідний зазор навколо каната. Діаметр паза канавки каната не може залишатися постійним. Його зміна головним чином залежить від дротяного каната та, значною мірою, від матеріалу шківа та тиску, що на нього прикладається.

Оскільки паз постійно зношується, він зазвичай зношується до меншого розміру, коли термін служби дротяного каната наближається до кінця. Це створює проблему: щоразу, коли встановлюється новий дротяний канат, паз потрібно повторно обробити або замінити шків. Однак на практиці повторна обробка паза або заміна шківа є неекономічною.

Під час повторної обробки канавки спочатку зазвичай ремонтують фланець, а потім дно канавки обрізають до відповідного діаметра. Якщо обрізається лише дно канавки, кут горловини поруч із дном може стати занадто малим для забезпечення належного зазору, що серйозно збільшує знос дротяного каната.

4. Тиск троса мостового крана

Окрім напруги згину, що виникає, коли канат проходить через шків, дротяний канат піддається радіальному тиску, спричиненому контактом зі шківом. Цей тиск створює напругу зсуву в канаті, змінює його конструкцію та впливає на швидкість зношування паза шківа. Тому при виборі найбільш підходящої конструкції дротяного каната слід враховувати величину радіального тиску та зносостійкість матеріалу шківа.

5. Барабани мостових кранів

The крановий барабан Розміри, профіль канавки та тиск аналогічні умовам, розглянутим вище для шківів.

Коли барабан має гладку поверхню, фактичний радіальний тиск є відносно високим, оскільки дротяний канат підтримується лише з одного боку, а його периферійна область не підтримується. У цьому типі барабана і канат, і барабан зношуються сильніше, ніж у випадку з барабаном з пазами, і канат легше пошкоджується під тиском.

Коли напруження згину є основним фактором, що впливає на термін служби дротяного каната, діаметр барабана може бути трохи меншим за діаметр шківа в системі. Це пояснюється тим, що під час руху в одному напрямку канат двічі згинається над кожним шківом, але лише один раз над барабаном. Канат згинається вперше, коли наближається до шківа, і змінює свою форму з прямої на кривизну шківа. Він згинається вдруге, коли знову випрямляється, коли відходить від шківа.

У деяких випадках хід каната короткий. Коли частина каната рухається вперед і назад на барабані, не проходячи через шків, кількість циклів згинання зменшується, і руйнування прогресує повільніше.

Коли використовується барабан з пазами, відповідний профіль пазів допомагає утримувати намотаний канат у правильному положенні. Підтримка відповідного кроку між пазами є важливою для того, щоб сусідні обмотки каната мали достатній, але не надмірний, зазор. Це допомагає запобігти зміщенню або тертю каната, що намотується на барабан, об уже намотаний на барабан канат.

Для багатошарового намотування крок між центральними лініями канавок повинен бути достатнім, щоб запобігти контакту дротяних канатів один з одним під максимальним кутом нахилу.

6. Інші фактори відмови

1. Корозія: Корозія є поширеною причиною руйнування дротяного каната. Корозійна атмосфера, що створюється робочим середовищем, може суттєво впливати на термін служби каната.
2. Ударне навантаження та вібрація: Прикладання ударних навантажень до дротяного каната та піддавання його вібрації створює високочастотні, високі згинальні напруження. Вплив вібрації особливо сильний на кінці каната та може спричинити втомне руйнування.
3. Надмірна температура: Якщо дротяний канат працює за надмірно високої температури, він може вийти з ладу, оскільки його міцність на розтяг зменшується.

Наведений вище аналіз відмов показує, що руйнування троса мостового крана часто є результатом сукупності кількох факторів. Під час фактичного розслідування відмови фактори слід всебічно проаналізувати, визначити їх відносну важливість та визначити основну причину відмови, щоб допомогти продовжити термін служби троса.

Зора Чжао

Експерт із рішень мостових/козлових кранів/стрілових кранів/кранів

Маючи понад 10 років досвіду роботи в крановій галузі експорту за кордоном, ми допомогли 10 000+ клієнтам із їхніми передпродажними запитаннями та проблемами, якщо у вас є якісь пов’язані потреби, будь ласка, зв’яжіться зі мною!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

Електронна пошта: zorazhao@dgcrane.com