Laná z vysokopevnostných vlákien pre žeriavy

Aj keď plastové vlákna, ktoré sú v súčasnosti dostupné na trhu, majú vyššiu únosnosť ako porovnateľné oceľové drôty, okrem iného nimi boli. z dôvodu nedostatočných praktických skúseností - zatiaľ sa veľmi nepoužíva ako nosné prvky pri vedení žeriavových lán. Tento článok predstavuje vysoko pevné vláknové lano ako zdvíhacie lano pre žeriavové aplikácie, ktoré spoločne vyvinuli Liebherr a Teufelberger.

Vysoko pevné zdvíhacie lano typu „soLITE“ vyvinuté v 9-ročnom partnerstve sa vyznačuje nielen nízkou hmotnosťou, ale aj podstatne pohodlnejšou manipuláciou počas montáže (vtiahnutie a vzad). Na lanových bubnoch je možné navinúť až desať vrstiev. Vláknové lano je bez rotácie a s bezpečnostnými faktormi, ktoré sa dnes bežne používajú v žeriavoch, dosahuje životnosť, ktorá je mnohonásobne dlhšia ako v prípade porovnateľných oceľových lán. Vysoko pevné vláknové lano je vybavené vlastnosťami, ktoré umožňujú jeho bezpečné použitie na rôznych žeriavových systémoch a je tak pripravené na vyhodenie.

História rozvojového partnerstva

Laná vyrobené z vysoko pevných polymérnych vlákien sa už mnoho rokov používajú v najrôznejších aplikáciách. Medzitým sa tieto laná čoraz viac využívajú aj v priemyselnej praxi, ktorá bola predtým vyhradená pre oceľové laná z dôvodu ich osobitných požiadaviek. V roku 2009 Liebherr a Teufelberger založili vývojové partnerstvo s cieľom používať vysokopevnostné laná (HFFS) v žeriavoch ako náhradu za oceľové laná. V apríli 2016 bol prototyp HFFS prvýkrát predstavený verejnosti po približne 7 rokoch vývojových prác na medzinárodnom veľtrhu stavebných strojov (obr. 1).

Porovnanie vláknových a oceľových lán v žeriavových aplikáciách

Vysokopevnostné laná z vlákien ponúkajú porovnateľné sily na pretrhnutie a úsporu hmotnosti až 80% v priamom porovnaní s dnes komerčne dostupnými oceľovými lanami s rovnakým vonkajším priemerom (obr. 2). Pri použití HFFS ako zdvíhacieho lana v žeriave vedie nižšia vlastná hmotnosť k priamemu zvýšeniu prípustného zaťažovacieho momentu a maximálnej nosnosti. Porovnanie nosných kriviek Load-plus na obrázku 3 ukazuje nárast v dôsledku prechodu na vláknové lano na príklade vežových žeriavov 340 EC-B 12 a 370 EC-B 12 Fiber. S rovnakou oceľovou konštrukciou dosahuje vlákno 370 EC-B 12 Fiber maximálnu nosnosť zvýšenú o 0,4 t.

Vývoj lana z vlákien ako zdvíhacieho lana

Požiadavky, ktoré musia byť splnené

Žeriavy sú vysoko špecializované stavebné stroje, ktorých komponenty sú navzájom optimálne zladené, aby bola dlhodobo zaručená účinnosť, životnosť a bezpečnosť zariadenia a používateľa na stavenisku. Aby bolo možné odolávať „aplikácii oceľového lana“ pomocou lana s vláknami, je potrebné splniť mnoho rôznych požiadaviek. Tie obsahujú:

Prijateľný pomer priemeru k brzdnej sile:Žeriav a jeho súčasti sú konštruované pre definované maximálne pracovné zaťaženie. Strata únosnosti v dôsledku prechodu z oceľového lana na HFFS nie je zvyčajne prijateľná [2].

Porovnateľná striedavá únavová pevnosť („životnosť“): Pre väčšinu žeriavových aplikácií sú prognózy životnosti oceľových lán dobre známe/je možné ich odhadnúť, a preto ich možno naplánovať. Existujú tiež zavedené metódy na rozpoznávanie stavu vyradenia oceľových káblov (ISO 4309 [3]). Na začiatku vývoja bolo vylúčené zníženie životnosti lana prechodom z oceľového lana na lano vláknové.

Dobré chovanie vinutia vo viacvrstvovom vinutí: Oceľové lano a viacvrstvový bubon pôsobia ako jemne koordinovaný zdvíhací systém. Geometria bubna, najmä drážka bubna, a tolerancie priemeru lana musia byť optimálne zosúladené. Iba tak sa zabráni nadmernému opotrebovaniu lana vo viacvrstvovom vinutí spojenému s chybami vinutia.

Sloboda rotácie:Oceľové laná ako žeriavové ťažné laná sú väčšinou konštruované ako viacvrstvové laná s guľatými lanami. Majú veľmi nízky krútiaci moment v zamýšľanom rozsahu zaťaženia [4]. Vďaka vláknitému materiálu majú vláknové laná nižšiu torznú tuhosť, čo si vyžaduje starostlivú konštrukciu, aby sa vylúčilo riziko prevrátenia háčikového bloku.

Ukončiť pripojenie:Žeriavové zdvíhacie laná z ocele sa dodávajú so zalievacími alebo hliníkovými lisovanými spojmi, v závislosti od zariadenia. Na použitie v žeriave musia byť preto laná z vlákien vybavené koncovým spojom, ktorý spĺňa prinajmenšom bezpečnostné požiadavky platné pre oceľové laná.

Odolnosť proti vplyvom prostredia a UV žiareniu:Oceľové káble sú veľmi odolné voči poveternostným vplyvom. Všetky známe vysokopevnostné polymérové vlákna sú menej odolné voči UV žiareniu ako oceľový drôt a líšia sa tiež svojou odolnosťou proti poveternostným vplyvom. Na dosiahnutie životnosti potrebnej na použitie ako lano žeriavového zdviháka môže byť v závislosti na použitom vlákne a konštrukcii lana potrebné vybaviť laná vláknami vhodnou impregnáciou a/alebo konštrukčnými vlastnosťami (napr. Ochranným plášťom).

Pohľady na vývojové práce

Používanie testovacích stanovíšť v Biberachu

V rámci projektu bolo vyvinutých viac ako 100 rôznych prototypov zdvíhacích lán s dĺžkou lana viac ako 85 000 m. Boli vystavené skutočnému prevádzkovému zaťaženiu a testované na testovacích zariadeniach vyrobených špeciálne pre projekt v spoločnosti Liebherr v Biberachu. Týmto spôsobom bolo možné vláknové laná pred ich použitím komplexne otestovať na poľných zariadeniach.

Okrem klasických strojov na ohýbanie lán (10 až 250 kN) bola v areáli továrne v Biberachu zriadená skúšobná lavica pre žeriavové laná so skúšobným zaťažením do 45 t a výškou zdvihu 42 m (obr. 4).

Na skúšobnom stanovišti je možné skúšať laná s priemerom do 31 mm s lanovými bubnami navinutými vo viacerých vrstvách. Pre vývojový projekt bola zriadená skúšobná stolica na simuláciu podnebia (-5 ° C až 80 ° C) so skúšobným zaťažením 45 t. Tu sa skúmali vplyvy znečistenia životného prostredia na vláknové lano.

Vývoj lanového bubna

Mechanické vlastnosti lana z vlákien (napr. Pozdĺžna tuhosť, priečna tuhosť a koeficient trenia) sa líšia od vlastností oceľového lana. Pre dobrý vzor navíjania musí byť káblový bubon prispôsobený mechanickým vlastnostiam balíka navíjania [5]. Spoločnosť Liebherr preto vyvinula špeciálne lanové bubny pre laná s vláknami. Konštrukčné zmeny koncových diskov a telies bubnov zaisťujú bezpečné viacvrstvové navíjanie a konštrukciu kompaktného zväzku lán s vysokopevnostným vláknovým lanom. Obzvlášť pozoruhodné je optimalizované uchytenie konca lana (obr. 5), ktoré umožňuje konštantný počet bezpečnostných zákrutov napriek zníženiu koeficientu trenia na polovicu v porovnaní s oceľovým lanom.

Vývoj lana

Pre úspešné použitie v žeriave musí byť lano vybavené minimálne vyššie uvedeným Splniť požiadavky. Tu prezentované vláknové lano bolo vyvinuté iteratívne v niekoľkých vývojových slučkách. Skladá sa z nosného jadra a ochranného plášťa, ktorý na jednej strane chráni nosné prvky jadra lana a na druhej strane slúži ako indikátor vyradenia lana.

Vo vývojovom projekte sa konštrukcie jadra a plášťa osvedčili ako výhodné v porovnaní s plášťovými konštrukciami, najmä v aplikáciách s viacvrstvovým vinutím. Plášť chráni jadro nosného lana počas používania, aby sa nosné prvky nepoškodili vonkajším oderom. To je dôvod, prečo má vysokopevnostné lano preukázateľne stále pevnosť v pretrhnutí 100% stanovenej minimálnej sily v pretrhnutí aj v čase odhodenia. To zaisťuje, že lano je možné počas celej životnosti prevádzkovať s konštantným bezpečnostným faktorom. Tabuľka 1 porovnáva výsledky skúšok únavovým ohybom s oceľovými a vláknovými káblami s rovnakými parametrami skúšky.

Kritériá pre vyradenie

Pretože sa vysokopevnostné lano používa tam, kde sa predtým používali oceľové laná, základnou myšlienkou bolo preniesť existujúce štandardy oceľových lán na lano z vlákien. Mechanizmy rozhodujúceho poškodenia lana sú:

Poškodenie striedavým zaťažením v ohybe - vnútorné obrusovanie medzi prameňmi

Poškodenie v dôsledku viacvrstvového vinutia - vonkajšie a pozdĺžne opotrebenie

Poškodenie skrútením, lokálne poškodenie - drvenie alebo porezanie.

Pre vláknové lano boli vyvinuté vhodné detekčné metódy.

Vláknové lano má okrem iného. Cez ochranný plášť, ktorý sa postupne opotrebováva a poskytuje tak informácie o blížiacom sa vyradení. Tento ochranný plášť je navrhnutý tak, aby dokázal zobraziť všetky vyššie uvedené mechanizmy poškodenia. Obrázok 6 zobrazuje príklady rôznych podmienok opotrebenia ochranného plášťa. Pretože plášť nemá nosnú funkciu, lano si zachováva svoju úplnú nosnosť v prípade úplnej miestnej straty plášťa. Vláknové laná v konštrukcii jadro-plášť môžu byť preto prevádzkované s významným zvýšením bezpečnosti v porovnaní s oceľovými lanami alebo bez plášťových konštrukcií.

Usmernenie FEM 5.024 [6] zverejnené v roku 2017 vyžaduje zvyškovú životnosť minimálne 60% v čase vyradenia vláknového lana. V prípade vyvinutého vysoko pevného vláknového lana „soLITE“ predstavuje tento okamih 100% opotrebenie plášťa.

Polné skúšky s vláknovými lanami ako zdvíhacími lanami pre žeriavy

Vyvinuté vláknové lano bolo od roku 2016 testované v teréne v rôznych priemeroch na rôznych žeriavoch (mobilné žeriavy, vežové žeriavy) (obrázky 7 a 8). Aby bolo možné získať čo najviac informácií o správaní sa lán počas práce, sú skúšky v teréne sprevádzané špeciálne vyškoleným personálom, úzkymi intervalmi skúšok a ďalšími snímačmi.

Mobilné žeriavy a rôzne vežové žeriavy neustále poskytovali nové informácie, ktoré sa nedajú generovať pri testoch na skúšobných stanovištiach. Každý žeriav sa v teréne používa odlišne a individuálne ho obsluhujú rôzni vodiči žeriavu. Poznatky získané z toho sú veľmi dôležité pre ďalšiu optimalizáciu vláknového lana.

Laná použité pri poľných skúškach vykazovali požadované vlastnosti. Prevádzkovatelia hodnotili životnosť, kvalitu vinutia a ľahkú manipuláciu veľmi pozitívne. Obrázok 8 zobrazuje použitie vláknového lana na mobilnom žeriave LTM 1750-9.1. Lano bez problémov prežilo niekoľko demontážnych rázov. Demontovateľné vložky sú obzvlášť dôležité pre oceľové laná z dôvodu prerezania lana. Oceľový kábel sa môže rýchlo poškodiť. Vláknové lano testované v prípade obrázku 8 sa používalo asi 16 mesiacov. Počas tejto doby nedošlo k výraznému poškodeniu ochranného plášťa, v tomto okamihu sa vyčerpalo asi 7% životnosti (počítané na zlomenie lana). Podľa smernice FEM 5.024 [6] musí byť toto lano vyradené po maximálne 40% životnosti pri pretrhnutí. Toto lano teda využilo 7%/40% ≈ 18% svojej životnosti a zostávajúca životnosť je 82%. Extrapolované na predchádzajúcu škálu aplikácií by to malo za následok celkovú životnosť tohto lana okolo 7,6 rokov.

Zhrnutie

Laná z vysokopevnostných vlákien (HFFS) ponúkajú veľký potenciál pre zdvíhanie žeriavov. Použitie vysokopevnostných materiálov umožňuje dosiahnuť podobné priemery na jednu brzdnú silu. To okamžite vedie k váhovej výhode v porovnaní s oceľovými lanami. Redukcia hmotnosti umožňuje použitie dlhších výložníkov a vyšších maximálnych zaťažení. Nosnosť sa tiež zvyšuje v celom rozsahu zaťaženia (previsu). Zhruba 4-krát dlhšia životnosť lana výrazne skracuje dobu údržby a výrazne uľahčuje vzpieranie. Pretože pre lano z vlákien nie je potrebný žiadny mazací tuk alebo olej, na žeriave už nie sú žiadne nečistoty spôsobené mastnotou z lana.

Prezentované vláknové lano „soLITE“ bolo špeciálne vyvinuté na použitie pri zdvíhacích aplikáciách s viacvrstvovým navíjaním na lanové bubny. Vykazuje vysokú únavovú pevnosť v ohybe a dlhú životnosť vo viacvrstvovom vinutí.

V každom lanovom pohone fungujú rôzne mechanizmy poškodenia, ktoré musia byť detekované príslušnými detekčnými mechanizmami. Z tohto dôvodu bolo vláknové lano navrhnuté v konštrukcii jadro-plášť. Pripravenosť na vyradenie je zrejmá z ochranného plášťa, ktorý chráni nosné jadro lana. Z dôvodu postupného opotrebovania je možné odhodenie rozdeliť do niekoľkých etáp. Pretože opotrebenie je obmedzené na ochranný plášť, odhodenie sa určuje bez straty nosnosti alebo bezpečnosti pri používaní.