Phân tích sự cố hỏng hóc dây cáp cần cẩu trên cao và các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng.

Dây cáp thép là một trong những bộ phận nâng hạ được sử dụng rộng rãi nhất. Nó có khả năng chịu tải cao, độ linh hoạt tốt, chuyển động trơn tru và tiếng ồn thấp. Hầu hết các cần cẩu trên cao đều sử dụng dây cáp thép để nâng hạ hàng hóa. Nếu dây cáp thép đột ngột bị đứt do hư hỏng, hậu quả có thể rất nghiêm trọng. Do đó, phân tích hư hỏng của dây cáp thép rất quan trọng vì cả lý do an toàn và kinh tế. Bài viết này phân tích các yếu tố khác nhau gây ra hư hỏng dây cáp thép của cần cẩu trên cao nhằm giúp kéo dài tuổi thọ của nó.

1. Độ bền và độ giãn của dây cáp thép cần cẩu trên cao

Theo thiết kế, cường độ chịu lực tối đa của dây cáp thép thấp hơn cường độ chịu lực tổng cộng của tất cả các sợi dây. Điều này liên quan đến cấu trúc dây cáp và cấp độ bền của tất cả các sợi dây trong dây. Khi thiết kế dây cáp thép, cần xem xét tất cả các yếu tố tải trọng, bao gồm tải trọng bổ sung, gia tốc, giảm tốc, tốc độ dây và các yếu tố khác. Số lượng, bố trí cấu trúc và phương pháp lắp đặt của ròng rọc và tang trống cũng cần được xem xét, cùng với các điều kiện gây ăn mòn và mài mòn và chiều dài dây cáp.

Các sợi dây trong cáp thép thường được làm bằng thép kết cấu cacbon chất lượng cao với hàm lượng cacbon từ 0,5% đến 0,8%. Mô đun đàn hồi của cáp thép xấp xỉ 1,6×10⁵ N/mm². Mô đun này đo lường mức độ giãn dài của các sợi dây dưới tải trọng.

Khi dây cáp thép chịu tải, các sợi dây sẽ di chuyển tương đối với nhau khi chúng điều chỉnh vị trí để đạt trạng thái ổn định tương ứng với tải trọng tác dụng. Điều này tạo ra hai loại giãn dài. Khi dây cáp thép chịu tải lần đầu tiên, các sợi dây sẽ sắp xếp lại một chút và tạo ra độ giãn dài vĩnh viễn, được gọi là độ giãn dài cấu trúc. Đồng thời, độ giãn dài có thể phục hồi, được gọi là độ giãn dài đàn hồi, cũng xảy ra. Độ giãn dài cấu trúc phụ thuộc ở một mức độ nhất định vào độ lớn của tải trọng tác dụng.

Đường kính dây càng nhỏ thì mômen uốn cần thiết để uốn cong chúng càng nhỏ và độ dẻo của dây càng lớn. Dây cáp thép có nhiều dây hơn và dây cáp thép lõi sợi thường có độ dẻo tốt hơn. Dây cáp thép hoàn toàn bằng kim loại được làm bằng ít dây hơn có độ dẻo kém hơn, trong khi loại trước thường có độ giãn dài lớn hơn loại sau. Độ dẻo lớn hơn giúp tăng khả năng chống đứt gãy.

2. Ròng rọc cần cẩu trên cao

Kích thước ròng rọc chính thường được biểu thị bằng đường kính ròng rọc ở đáy rãnh cáp cộng với đường kính dây cáp thép làm đường kính cuộn tối thiểu. Khi ròng rọc cần cẩu Khi đường kính của ròng rọc nhỏ đi, ứng suất do uốn cong và áp lực tiếp xúc giữa dây cáp và ròng rọc tăng lên. Ứng suất uốn cong càng cao, các sợi dây trong ròng rọc càng nhanh bị mỏi. Áp lực tiếp xúc tăng lên cũng làm tăng tốc độ hư hỏng của dây cáp và mài mòn ròng rọc.

Khi đường kính ròng rọc lớn hơn, áp lực giữa dây cáp và ròng rọc giảm, đồng thời độ uốn cong cũng giảm. Nếu chỉ xét đến ứng suất uốn, đường kính ròng rọc cho dây cáp thép tiếp xúc điểm 6×19 có thể tăng lên gấp 90 lần đường kính dây cáp để kéo dài tuổi thọ dây cáp. Tuy nhiên, ngoại trừ các thiết bị đặc biệt, ròng rọc có đường kính lớn như vậy hiếm khi được sử dụng trong thực tế vì hai lý do:

1. Ròng rọc lớn như vậy không thực tế đối với hầu hết các thiết bị nâng hạ.
2. Uốn cong hiếm khi là yếu tố duy nhất xuất hiện trong bất kỳ điều kiện hoạt động nào.

Trên thực tế, ngoài độ uốn cong, nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của dây cáp, bao gồm ứng suất lặp đi lặp lại, mài mòn, hiện tượng đóng cục, va đập, rung động, xoắn, tốc độ quay, quấn dây không đúng cách, ăn mòn và bảo trì không đầy đủ. Một hoặc nhiều yếu tố này có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của dây cáp nhiều hơn cả kích thước ròng rọc.

Kích thước ròng rọc tối ưu cần được xác định bằng cách xem xét đồng thời các yếu tố an toàn, kinh tế vận hành và các yếu tố khác. Tuy nhiên, áp suất cao giữa các sợi dây tại các điểm tiếp xúc của dây cáp, kết hợp với ứng suất uốn cao sinh ra khi dây cáp chạy qua ròng rọc nhỏ, có thể góp phần gây hư hỏng và đứt dây cáp. Trong những điều kiện bất lợi này, hiện tượng đứt dây thường xảy ra giữa các điểm tiếp xúc của các sợi liền kề. Các vết đứt tại những vị trí này thường khó hoặc thậm chí không thể phát hiện được bằng cách kiểm tra bên ngoài.

Do đó, đối với các thiết bị có yêu cầu an toàn nghiêm ngặt khác, nên chọn ròng rọc lớn hơn để quá trình hư hỏng dây cáp diễn ra từ từ hơn và hư hỏng xảy ra trên bề mặt dây cáp, nơi dễ phát hiện và đánh giá hơn.

3. Rãnh dây cáp ròng rọc cần cẩu trên cao

Để dây cáp thép hoạt động tốt nhất, rãnh ròng rọc phải có đường kính đủ lớn để duy trì khe hở thích hợp xung quanh dây cáp. Đường kính rãnh ròng rọc không thể giữ nguyên. Sự thay đổi của nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi dây cáp thép và, ở mức độ lớn, bởi vật liệu của ròng rọc và áp lực tác dụng lên nó.

Do rãnh liên tục bị mòn, nên khi dây cáp thép gần hết tuổi thọ sử dụng, rãnh thường bị mòn đến kích thước nhỏ hơn. Điều này tạo ra một vấn đề: mỗi khi lắp đặt dây cáp thép mới, rãnh sẽ cần được gia công lại hoặc ròng rọc cần được thay thế. Tuy nhiên, trên thực tế, việc gia công lại rãnh hoặc thay thế ròng rọc là không kinh tế.

Khi gia công lại rãnh cáp, phần mặt bích thường được sửa chữa trước, sau đó phần đáy rãnh được cắt đến đường kính thích hợp. Nếu chỉ cắt phần đáy rãnh, góc họng gần đáy có thể trở nên quá nhỏ, không đảm bảo đủ khe hở, làm tăng đáng kể sự mài mòn của cáp thép.

4. Áp suất cáp thép của cần cẩu trên cao

Ngoài ứng suất uốn sinh ra khi dây cáp chạy qua ròng rọc, dây cáp còn chịu áp lực hướng tâm do tiếp xúc với ròng rọc. Áp lực này tạo ra ứng suất cắt trong dây cáp, làm thay đổi cấu trúc của nó và ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn của rãnh ròng rọc. Do đó, cần xem xét độ lớn của áp lực hướng tâm và khả năng chống mài mòn của vật liệu ròng rọc khi lựa chọn cấu trúc dây cáp phù hợp nhất.

5. Tang trống cẩu trục trên cao

Các trống cần cẩu Kích thước, hình dạng rãnh và áp suất tương tự như các điều kiện đã thảo luận ở trên đối với ròng rọc.

Khi tang trống có bề mặt nhẵn, áp suất hướng tâm thực tế tương đối cao vì dây cáp chỉ được đỡ ở một phía và phần rìa không được đỡ. Với loại tang trống này, cả dây cáp và tang trống đều bị mòn nhanh hơn so với tang trống có rãnh, và dây cáp dễ bị hư hại hơn do áp suất.

Khi ứng suất uốn là yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của dây cáp thép, đường kính tang cuốn có thể nhỏ hơn một chút so với đường kính ròng rọc trong hệ thống. Điều này là do, trong quá trình chuyển động theo một hướng, dây cáp uốn cong hai lần trên mỗi ròng rọc nhưng chỉ uốn cong một lần trên tang cuốn. Dây cáp uốn cong lần đầu tiên khi nó tiến đến gần một ròng rọc và chuyển từ đường thẳng sang độ cong của ròng rọc. Nó uốn cong lần thứ hai khi nó thẳng trở lại khi rời khỏi ròng rọc.

Trong một số trường hợp, quãng đường di chuyển của dây ngắn. Khi một phần dây di chuyển qua lại trên tang cuốn mà không đi qua ròng rọc, số chu kỳ uốn cong sẽ giảm và quá trình hư hỏng diễn ra chậm hơn.

Khi sử dụng trống có rãnh, hình dạng rãnh phù hợp giúp giữ cho dây quấn ở đúng vị trí. Duy trì khoảng cách phù hợp giữa các rãnh rất quan trọng để các vòng dây liền kề có đủ khoảng trống, nhưng không quá lớn. Điều này giúp ngăn dây đang được quấn vào trống bị ép chặt hoặc cọ xát với dây đã được quấn trên trống.

Đối với kiểu quấn nhiều lớp, khoảng cách giữa tâm các rãnh phải đủ lớn để ngăn các dây cáp chạm vào nhau ở góc căng tối đa.

6. Các yếu tố gây hỏng hóc khác

1. Ăn mòn: Ăn mòn là nguyên nhân phổ biến gây ra sự hỏng hóc của dây cáp thép. Môi trường ăn mòn do hoạt động tạo ra có thể ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của dây cáp.
2. Tải trọng va đập và rung động: Việc tác động tải trọng lên dây cáp thép và làm cho nó chịu rung động sẽ tạo ra ứng suất uốn cong tần số cao. Tác động của rung động đặc biệt nghiêm trọng ở đầu dây cáp và có thể gây ra hỏng hóc do mỏi.
3. Nhiệt độ quá cao: Nếu dây cáp thép hoạt động ở nhiệt độ quá cao, nó có thể bị hỏng do độ bền kéo giảm.

Phân tích nguyên nhân sự cố nêu trên cho thấy rằng sự cố đứt cáp thép cần cẩu trên cao thường là kết quả của sự tích lũy đồng thời nhiều yếu tố. Trong một cuộc điều tra sự cố thực tế, cần phải phân tích toàn diện các yếu tố, phân biệt tầm quan trọng tương đối của chúng và xác định nguyên nhân chính gây ra sự cố để giúp kéo dài tuổi thọ của cáp thép.

Zora Zhao

Chuyên gia về Cầu trục/Cầu trục/Cẩu trục/Giải pháp phụ tùng cầu trục

Với hơn 10 năm kinh nghiệm trong ngành xuất khẩu cần cẩu ra nước ngoài, đã giúp hơn 10.000 khách hàng giải đáp các thắc mắc và thắc mắc trước khi bán hàng, nếu bạn có bất kỳ nhu cầu nào liên quan, vui lòng liên hệ với tôi!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

E-mail: zorazhao@dgcrane.com