Ocelové lano - Wire rope

Ocelové lano (ležení pravou rukou)

Drátěné lano je několik pramenů kovového drátu stočených do šroubovice tvořících kompozitní lano , ve vzoru známém jako kladené lano . Drátěné lano o větším průměru se skládá z více pramenů takto položeného lana ve vzoru známém jako kladení kabelu .

V přísnějších smyslech se termínem drátěné lano rozumí průměr větší než 3/5 palce (9,52 mm), s menšími měřidly označenými kabely nebo šňůry. Zpočátku se používaly kované železné dráty, ale dnes je hlavním materiálem pro ocelová lana ocel .

Historicky se drátěné lano vyvinulo z tepaných železných řetězů, které měly záznam o mechanickém selhání. Zatímco vady v článcích řetězu nebo pevných ocelových tyčích mohou vést ke katastrofickému selhání , vady na drátech tvořících ocelové lano jsou méně kritické, protože ostatní dráty snadno přebírají zátěž. Zatímco tření mezi jednotlivými dráty a prameny způsobuje opotřebení po celou dobu životnosti lana, pomáhá také kompenzovat drobné poruchy v krátkodobém horizontu.

Lanová lana byla vyvinuta počínaje aplikacemi pro těžbu výtahů ve třicátých letech 19. století. Drátěná lana se používají dynamicky ke zvedání a zvedání jeřábů a výtahů a k přenosu mechanické síly . Drátěné lano se také používá k přenosu síly v mechanismech, jako je bowden nebo řídicí plochy letadla připojené k pákám a pedálům v kokpitu. Pouze kabely letadel mají WSC (drátové jádro). Kabely letadel jsou také k dispozici v menších průměrech než lana. Například kabely pro letadla jsou k dispozici v průměru 3/64 palce, zatímco většina drátěných lan začíná průměrem 1/4 palce. Statická drátěná lana se používají k podpírání konstrukcí, jako jsou visuté mosty, nebo jako upínací dráty k podpírání věží. Anténa tramway spoléhá na lana pro podporu a přesun nákladu nad hlavou.

Dějiny

Moderní drátěné lano vynalezl německý důlní inženýr Wilhelm Albert v letech 1831 až 1834 pro použití při těžbě v pohoří Harz v Clausthalu v Dolním Sasku v Německu . Bylo rychle přijato, protože se ukázalo lepší než lana vyrobená z konopí nebo kovových řetězů , jaké byly použity dříve.

První lana Wilhelma Alberta se skládala ze tří pramenů skládajících se vždy ze čtyř drátů. V roce 1840, Skot Robert Stirling Newall proces ještě vylepšil. V Americe vyráběl drátěné lano John A. Roebling , počínaje rokem 1841 a tvořil základ pro jeho úspěch při stavbě visutých mostů . Roebling představil řadu inovací v designu, materiálech a výrobě drátěného lana. Josiah White a Erskine Hazard , hlavní vlastníci společnosti Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N Co.) - jako vždy s prvními vysokými pecemi v údolí Lehigh - , kteří se zabývali technologickým vývojem v těžbě a železnici, postavili lanové lano továrna v Mauch Chunk v Pensylvánii v roce 1848, která poskytla zvedací kabely pro projekt Ashley Planes , pak zadní kolejová letadla Summit Hill & Mauch Chunk Railroad , zlepšující její atraktivitu jako přední destinace cestovního ruchu a výrazně zlepšující průchodnost uhlí kapacita od návratu aut klesla z téměř čtyř hodin na méně než 20 minut. Desítky let byly svědky narůstajícího nárůstu hlubinné těžby šachet v Evropě i Severní Americe, protože povrchová ložiska nerostů byla vyčerpána a horníci museli pronásledovat vrstvy podél nakloněných vrstev. Éra byla na počátku vývoje železnic a parním strojům chyběla dostatečná tažná síla ke stoupání do strmých svahů, takže šikmé rovinné železnice byly běžné. To urychlilo vývoj kabelových kladkostrojů ve Spojených státech, protože povrchová ložiska v antracitové uhelné oblasti se na severu a na jihu každoročně prohlubovaly, a dokonce i bohatá ložiska v údolí Panther Creek vyžadovala LC&N Co., aby zahnaly své první šachty do nižších svahů Lansford a jeho partnerské město Coaldale v okrese Schuylkill County .

Německá strojírenská firma Adolf Bleichert & Co. byla založena v roce 1874 a začala stavět dvouboké letecké tramvaje pro těžbu v Porúří . Díky důležitým patentům a desítkám pracovních systémů v Evropě ovládl Bleichert globální průmysl a později licencoval své návrhy a výrobní technologie společnosti Trenton Iron Works, New Jersey, USA, která stavěla systémy po celé Americe. Společnost Adolf Bleichert & Co. pokračovala ve stavbě stovek leteckých tramvají po celém světě: od Aljašky po Argentinu, Austrálii a Špicberky. Společnost Bleichert také postavila stovky leteckých tramvají jak pro císařskou německou armádu, tak pro Wehrmacht.

V poslední polovině 19. století byly lanové systémy používány jako prostředek pro přenos mechanické síly, a to i pro nové lanovky . Systémy drátěného lana stály o jednu desetinu méně a měly nižší ztráty třením než lanové hřídele . Kvůli těmto výhodám byly systémy lanových lan používány k přenosu energie na vzdálenost několika mil nebo kilometrů.

Konstrukce

Pohled dovnitř na věž větrné turbíny , zobrazující drátěná lana používaná jako šlachy

Dráty

Ocelové dráty pro drátěná lana jsou obvykle vyrobeny z nelegované uhlíkové oceli s obsahem uhlíku 0,4 až 0,95%. Velmi vysoká pevnost lanových drátů umožňuje drátovým lanám odolat velkým tahovým silám a přejet kladky s relativně malými průměry.

Prameny

V takzvaných křížových lanech se dráty různých vrstev navzájem kříží. U většinou používaných paralelních kladených pramenů je délka pokládky všech vrstev drátu stejná a dráty jakýchkoli dvou překrývajících se vrstev jsou rovnoběžné, což vede k lineárnímu kontaktu. Drát vnější vrstvy je podepřen dvěma dráty vnitřní vrstvy. Tyto dráty sousedí po celé délce pramene. Paralelní lana se vyrábějí v rámci jedné operace. Výdrž drátěných lan s tímto druhem pramene je vždy mnohem větší než u lan (zřídka používaných) s křížovými lany. Paralelní kladené prameny se dvěma vrstvami drátu mají konstrukci Filler, Seale nebo Warrington.

Spirálová lana

V principu jsou spirálová lana kulatá, protože mají sestavu vrstev drátů uložených šroubovicovitě přes střed, přičemž alespoň jedna vrstva drátů je položena v opačném směru než vnější vrstva. Spirálová lana mohou být dimenzována tak, že jsou neotáčivá, což znamená, že pod napětím je točivý moment lana téměř nulový. Otevřené spirálové lano se skládá pouze z kulatých drátů. Napůl zamknuté cívkové lano a plně zamčené cívkové lano mají vždy střed z kulatých drátů. Uzamčená lana cívky mají jednu nebo více vnějších vrstev profilových drátů. Mají tu výhodu, že jejich konstrukce brání ve větší míře pronikání nečistot a vody a také je chrání před ztrátou maziva. Kromě toho mají ještě jednu velmi důležitou výhodu, protože konce přetrženého vnějšího drátu nemohou opustit lano, pokud má správné rozměry.

Uvízlá lana

Levé obyčejné lano (LHOL), lano (detail). Pravé kladené prameny jsou položeny do levého lana.
Pravé lano (RHLL), lano (detail). Pravé kladené prameny jsou položeny do pravého lana.

Splétaná lana jsou sestava několika vláken spirálovitě uložených v jedné nebo více vrstvách kolem jádra. Toto jádro může být jedním ze tří typů. Prvním je vláknové jádro tvořené syntetickým materiálem nebo přírodními vlákny jako sisal. Syntetická vlákna jsou pevnější a rovnoměrnější, ale nemohou absorbovat mnoho maziva. Přírodní vlákna mohou absorbovat až 15% své hmotnosti v mazivu, a tak chrání vnitřní dráty mnohem lépe před korozí než syntetická vlákna. Vláknová jádra jsou nejpružnější a nejelastičtější, ale jejich nevýhodou je snadné rozdrcení. Druhý typ, jádro lankového vlákna, je tvořeno jedním dalším vláknem drátu a obvykle se používá pro zavěšení. Třetím typem je nezávislé jádro z drátěného lana (IWRC), které je nejtrvanlivější ve všech typech prostředí. Většina typů splétaných lan má pouze jednu vláknovou vrstvu přes jádro (vláknové jádro nebo ocelové jádro). Směr kladení pramenů v laně může být pravý (symbol Z) nebo levý (symbol S) a směr kladení drátů může být pravý (symbol z) nebo vlevo (symbol s). Tento druh lana se nazývá obyčejné lano, pokud je směr kladení drátů ve vnějších pramenech v opačném směru než položení samotných vnějších pramenů. Pokud mají oba dráty ve vnějších pramenech a samotné vnější prameny stejný směr pokládky, nazývá se lano lano lano (z holandského langslag na rozdíl od kruisslag , dříve Albertovo ležení nebo langs lay). Pravidelné pokládání znamená, že jednotlivé dráty byly omotány kolem středů v jednom směru a prameny byly omotány kolem jádra v opačném směru.

Vícepramenná lana jsou víceméně odolná vůči otáčení a mají alespoň dvě vrstvy pramenů položených šroubovicovitě kolem středu. Směr vnějších pramenů je opačný ke směru podkladových vrstev vláken. Lana se třemi vrstvami vláken se mohou téměř neotáčet. Lana se dvěma vrstvami vláken jsou většinou pouze nízkootáčivá.

Klasifikace podle použití

V závislosti na tom, kde jsou použity, musí drátěná lana splňovat různé požadavky. Hlavní použití jsou:

  • Běžecká lana (splétaná lana) jsou ohnuta přes kladky a bubny. Jsou tedy namáhány hlavně ohybem a za druhé napětím.
  • Stacionární lana, napínací lana (spirálová lana, většinou plně uzamčená) musí přenášet tahové síly, a jsou proto zatížena hlavně statickými a kolísavými tahovými napětími. Lana používaná k zavěšení se často nazývají kabely.
  • Pásová lana (plně uzamčená lana) musí působit jako kolejnice pro válečky kabin nebo jiné břemena v lanovkách a lanových jeřábech. Na rozdíl od běžících lan, dráhová lana neberou zakřivení válečků. Pod válečkovou silou dochází k takzvanému volnému poloměru ohybu lana. Tento poloměr se zvětšuje (a napětí v ohybu se zmenšuje) s tahovou silou a zmenšuje se s válečkovou silou.
  • Lanové závěsy (lanová lana) se používají k zapínání různých druhů zboží. Tyto popruhy jsou namáhány tahovými silami, ale především ohybovými napětími při ohnutí přes více či méně ostré hrany zboží.

Lanový pohon

Existují technické předpisy pro lanové pohony jeřábů, výtahů, lanových drah a těžebních zařízení, které nepřekračují danou tažnou sílu a nesnižují daný průměrný poměr D/d průměrů kladek a lan. Obecná metoda dimenzování lanových pohonů (a používaná kromě technických předpisů) vypočítává pět limitů

  • Pracovní cykly až do vyřazení nebo přetržení lana (průměr nebo 10% limit) - Požadavek uživatele
  • Donandtova síla (poskytující tahovou sílu pro daný poměr průměru ohybu D/d) - přísná mez. Jmenovitá tahová síla lana S musí být menší než Donandtova síla SD1.
  • Součinitel bezpečnosti lana = minimální vypínací síla Fmin / nominální tahová síla lana S. (schopnost odolávat extrémním nárazovým silám) - Fmin / S ≥ 2,5 pro jednoduché zvedací zařízení
  • Vyřazení počtu přetržení drátu (detekce potřeby výměny lana) Minimální počet přetržení drátu na referenční délce lana 30 d by měl být BA30 ≥ 8 pro zvedací zařízení
  • Optimální průměr lana s max. vytrvalost lana pro daný průměr kladky D a tahová síla lana S - Z ekonomických důvodů by měl být průměr lana blízký, ale menší než optimální průměr lana d ≤ dopt.

Výpočet mezí pohonu lana závisí na:

  • Údaje o použitém ocelovém laně
  • Tažná síla lana S
  • Průměr D kladky a/nebo bubnu
  • Jednoduché ohyby na pracovní cyklus w-sim
  • Zpětné ohyby na pracovní cyklus w-ot
  • Kombinované kolísavé napětí a ohyb na pracovní cyklus w-com
  • Relativní kolísavá tahová síla deltaS/S
  • Délka ohybu lana l

Bezpečnost

Ocelová lana jsou namáhána kolísavými silami, opotřebením, korozí a v ojedinělých případech extrémními silami. Životnost lana je konečná a bezpečnost je zajištěna pouze kontrolou detekce přerušení drátu na referenční délce lana, ztráty průřezu a dalších poruch, aby bylo možné drátěné lano vyměnit dříve, než dojde k nebezpečné situaci. Zařízení by měla být navržena tak, aby usnadňovala kontrolu lan.

Zvedací zařízení pro přepravu osob vyžadují, aby byla použita kombinace několika metod, které zabrání pádu vozu dolů. Výtahy musí mít nadbytečná nosná lana a bezpečnostní zařízení. Dráhy a důlní výtahy musí být trvale pod dohledem odpovědného vedoucího a lano musí být kontrolováno magnetickou metodou schopnou detekovat přerušení vnitřního drátu.

Ukončení

Pravostranné obyčejné kladené (RHOL) lano ukončené smyčkou s náprstkem a dutinkou

Konec lana má tendenci se snadno třepit a nelze jej snadno připojit k zařízení a vybavení. Existují různé způsoby zajištění konců drátěných lan, aby se zabránilo třepení. Běžným a užitečným typem koncového kování pro lano je otočit konec zpět a vytvořit smyčku. Volný konec je poté upevněn zpět na drátěné lano. Účinnost ukončení se pohybuje přibližně od 70% pouze pro vlámské oko; téměř 90% pro vlámské oko a spoj; až 100% pro hrnkové konce a výkyvy.

Náprstky

Když je drátěné lano ukončeno smyčkou, existuje riziko, že se ohne příliš pevně, zvláště když je smyčka připojena k zařízení, které koncentruje zátěž na relativně malou plochu. Do smyčky lze nainstalovat náprstek, aby byl zachován přirozený tvar smyčky a aby byl kabel chráněn před přiskřípnutím a odřením na vnitřní straně smyčky. Použití náprstků ve smyčkách je nejlepší praxí v oboru . Náprstek zabraňuje přímému kontaktu zátěže s dráty.

Spony z ocelového lana

Svorky zajišťující lana na těžebním zařízení

K upevnění volného konce smyčky zpět k drátěnému lanu slouží svorka z drátěného lana, někdy nazývaná také svorka. Obvykle se skládá z U-šroubu , kovaného sedla a dvou matic. Dvě vrstvy drátěného lana jsou umístěny ve svorníku. Sedlo se poté upevní na šroub přes lana (sedlo obsahuje dva otvory, které se vejdou do U-šroubu). Matice zajišťují uspořádání na místě. K ukončení lana se obvykle používají dva nebo více klipů v závislosti na průměru. Na lano o průměru 2 palce (50,8 mm) může být potřeba až osm.

Existuje staré přísloví ; „nikdy nesedět mrtvého koně“, což znamená, že při instalaci příchytek je sedlová část sestavy umístěna na nosnou nebo „živou“ stranu, nikoli na nenosnou nebo „mrtvou“ stranu kabelu . To má chránit živý nebo namáhaný konec lana před rozdrcením a zneužitím. Ploché sedlo ložiska a prodloužené hroty těla jsou navrženy tak, aby chránily lano a jsou vždy umístěny proti živému konci.

Americké námořnictvo a většina regulačních orgánů nedoporučují používat takové klipy jako trvalé ukončení, pokud nebudou pravidelně kontrolovány a dotahovány.

Oční spoj nebo vlámské oko

Konce jednotlivých pramenů tohoto očního spoje použitého na palubě nákladní lodi jsou po spojení spojeny šňůrkou z přírodních vláken, která pomáhá chránit ruce námořníků při manipulaci.

Spojovací oko může být použit k ukončení volný konec lana při vytváření smyčky. Prameny konce drátěného lana se odvinou v určité vzdálenosti a poté se ohnou tak, že konec rozbalené délky vytvoří oko. Rozbalené prameny jsou poté spleteny zpět do drátěného lana a tvoří smyčku neboli oko, nazývané oční spoj.

Vlámské oko nebo holandský spoj zahrnuje rozbalení tří pramenů (prameny musí být vedle sebe, nikoli střídavé) drátu a jejich držení na jedné straně. Zbývající prameny jsou ohnuty, dokud se konec drátu nesetká s „V“, kde odvíjení skončilo, aby se vytvořilo oko. Prameny držené na jedné straně jsou nyní znovu omotány omotáním od konce drátu zpět k „V“ oka. Tyto prameny jsou účinně přebaleny podél drátu v opačném směru než jejich původní pokládka. Když se tento typ provazového spoje používá specificky na drátěném laně, říká se mu „Molly Hogan“ a podle některých „holandské“ oko místo „vlámského“.

Rychlé ukončení

Pouzdro z drátěného lana před a po švihu nebo krimpování

Swaging je metoda ukončení drátěného lana, která odkazuje na instalační techniku. Účelem výměnných tvarovek z ocelového lana je spojit dva konce ocelových lan dohromady, nebo jinak ukončit jeden konec ocelového lana něčím jiným. Ke stlačení a deformaci armatury se používá mechanický nebo hydraulický pilař, který vytváří trvalé spojení. Závitové čepy, dutinky, objímky a objímky jsou příklady různých svislých zakončení. Swing lana s vláknovými jádry se nedoporučuje.

Klínové zásuvky

Klínové zakončení zásuvky je užitečné tam, kde je třeba často měnit tvarovku. Pokud je například konec drátěného lana v oblasti s vysokým opotřebením, může být lano periodicky ořezáváno, což vyžaduje odstranění a opětovné použití ukončovacího hardwaru. Příklad toho je na koncích vlečných lan na vlečném laně . Koncová smyčka drátěného lana vstupuje do zúženého otvoru v zásuvce, omotaného kolem samostatné součásti zvané klín. Uspořádání je zaklepáno na místo a zátěž se postupně uvolňuje na lano. Jak se zatížení na ocelovém laně zvyšuje, klín se stává bezpečnějším a lano sevře pevněji.

Hrnkové konce nebo lité zásuvky

Lité zásuvky se používají k vytvoření trvalého ukončení s vysokou pevností; jsou vytvořeny vložením drátěného lana do úzkého konce kuželové dutiny, která je orientována v souladu se zamýšleným směrem napětí. Jednotlivé dráty jsou roztaženy dovnitř kužele nebo 'capel' a kužel je pak naplněn roztavenou pájkou olovo-antimon-cín (Pb 80 Sb 15 Sn 5 ) nebo 'bílým kovovým uzávěrem', zinkem , nebo nyní běžněji, směs nenasycené polyesterové pryskyřice .

Viz také

Reference

externí odkazy