Cabluri de fibră de înaltă rezistență pentru macarale

Deși filamentele de plastic disponibile în prezent pe piață au o capacitate portantă mai mare decât firele de oțel comparabile, ele - u. A. datorită experienței practice insuficiente - încă nu este utilizat pe scară largă ca elemente portante în cablurile de rulare ale macaralei. Articolul introduce o frânghie de fibră de înaltă rezistență ca o frânghie de ridicare pentru aplicații cu macarale, care a fost dezvoltată în comun de Liebherr și Teufelberger.

Frânghia de ridicare de înaltă rezistență de tipul "soLITE", dezvoltată într-un parteneriat de 9 ani, se caracterizează nu numai prin greutatea redusă, ci și printr-o manevrabilitate considerabil mai confortabilă în timpul asamblării (tragere și reeving). Până la zece straturi pot fi înfășurate pe tamburi de frânghie. Cablul de fibră este fără rotație și, cu factorii de siguranță utilizați în mod obișnuit la macaralele de azi, realizează o durată de viață care este de multe ori mai lungă decât cea a cablurilor de oțel comparabile. Frânghia de fibră de înaltă rezistență este echipată cu caracteristici care permit utilizarea sa în condiții de siguranță pe diferite sisteme de macarale pentru a se asigura că este gata de aruncare.

Istoria parteneriatului de dezvoltare

Frânghiile din fibre polimerice de înaltă rezistență au fost utilizate într-o mare varietate de aplicații de mulți ani. Între timp, aceste frânghii sunt, de asemenea, din ce în ce mai utilizate în practica industrială, care, datorită cerințelor specifice care există acolo, a fost rezervată anterior exclusiv frânghiilor de oțel. În 2009, companiile Liebherr și Teufelberger au fondat un parteneriat de dezvoltare cu scopul de a utiliza cabluri de fibră de înaltă rezistență (HFFS) în macarale ca înlocuitor pentru cabluri de oțel. În aprilie 2016, prototipul unui HFFS a fost finalizat după aprox. 7 ani de lucrări de dezvoltare prezentate publicului pentru prima dată la un târg internațional de utilaje pentru construcții (Fig. 1).

Comparație de cabluri de fibră și cabluri de oțel în aplicații cu macarale

Cablurile din fibră de înaltă rezistență oferă forțe de rupere comparabile și economii de greutate de până la 80% în comparație directă cu cablurile din oțel disponibile în comerț cu un diametru exterior identic (Fig. 2). Atunci când utilizați un HFFS ca o frânghie de ridicare într-o macara, greutatea moartă mai mică are ca rezultat un câștig direct al cuplului de sarcină admisibil și al capacității maxime de încărcare. Comparația curbelor portante Load-plus din Figura 3 arată creșterea datorată trecerii la cablul de fibră utilizând exemplul macaralelor turn cu fibră 340 EC-B 12 și 370 EC-B 12. Cu aceeași construcție de oțel, fibra 370 EC-B 12 atinge o capacitate maximă de încărcare crescută cu 0,4 t.

Dezvoltarea unei frânghii de fibră ca o frânghie de ridicare

Cerințe care trebuie îndeplinite

Macaralele sunt mașini de construcții extrem de specializate, ale căror componente sunt potrivite în mod optim, astfel încât eficiența, durata de viață și siguranța dispozitivului și a utilizatorului de pe șantier să fie garantate pe termen lung. Pentru a putea rezista la o "aplicație de cablu de oțel" cu o coardă de fibră, trebuie îndeplinite multe cerințe diferite. Acestea includ u. A .:

Raportul acceptabil dintre diametru și forță de rupere:Macaraua și componentele sale sunt proiectate pentru o sarcină maximă de lucru definită. O pierdere a capacității portante datorită conversiei din cablu de oțel în HFFS nu este în mod normal acceptabilă [2].

Rezistență alternativă comparabilă la oboseală („durata de viață”): Pentru majoritatea aplicațiilor de macarale, prognozele de viață ale cablurilor de oțel sunt bine cunoscute/pot fi estimate și, prin urmare, pot fi planificate. Există, de asemenea, metode stabilite pentru recunoașterea stării de eliminare a cablurilor de oțel (ISO 4309 [3]). La începutul dezvoltării a fost exclusă o reducere a duratei de viață a cablului prin transformarea de la cablu de oțel la cablu de fibră.

Comportament bun la înfășurare în înfășurarea cu mai multe straturi: Cablul de oțel și tamburul cu mai multe straturi acționează ca un sistem de ridicare fin coordonat. Geometria tamburului, în special canelarea tamburului și toleranțele de diametru ale coardei trebuie să fie coordonate în mod optim. Aceasta este singura modalitate de a evita uzura excesivă a frânghiei în înfășurarea multistrat asociată cu erori de înfășurare.

Libertatea de rotație:Cablurile de oțel ca cabluri de ridicare a macaralelor sunt concepute în cea mai mare parte ca cabluri cu șuvițe rotunde cu mai multe straturi. Acestea au un cuplu foarte scăzut în domeniul de sarcină preconizat [4]. Datorită materialului din fibre, cablurile din fibră au o rigiditate la torsiune mai mică, ceea ce necesită o construcție atentă pentru a exclude riscul răsturnării unui bloc de cârlig.

Încheierea conexiunii:Cablurile de ridicare ale macaralei din oțel sunt livrate cu conexiuni de presă turnate sau din aluminiu, în funcție de dispozitiv. Pentru utilizarea într-o macara, cablurile din fibră trebuie, prin urmare, să fie echipate cu o conexiune finală care să îndeplinească cel puțin cerințele de siguranță aplicabile cablurilor de oțel.

Rezistența la influențele mediului și radiațiile UV:Cablurile din oțel sunt foarte rezistente la intemperii. Toate fibrele polimerice de înaltă rezistență cunoscute sunt mai puțin rezistente la UV decât firul de oțel și, de asemenea, diferă între ele în ceea ce privește rezistența la intemperii. Pentru a obține durabilitatea necesară pentru utilizarea ca o frânghie de ridicare a macaralei, în funcție de construcția de fibre și frânghii utilizate, poate fi necesar să se echipeze frânghiile de fibre cu impregnare și/sau caracteristici de construcție adecvate (de exemplu, manta de protecție).

Prezentări despre munca de dezvoltare

Utilizarea standurilor de testare în Biberach

Ca parte a proiectului, au fost dezvoltate peste 100 de prototipuri de frânghie de ridicare diferite, cu o lungime de frânghie mai mare de 85.000 m. Acestea au fost expuse la sarcini operaționale reale și testate pe platforme de testare construite special pentru proiectul de la Liebherr din Biberach. În acest fel, cablurile de fibră ar putea fi testate în mod cuprinzător pe dispozitivele de câmp înainte de a fi utilizate.

În plus față de mașinile clasice de îndoit frânghia (10 până la 250 kN), în incinta fabricii din Biberach a fost amenajată o bancă de testare a frânghiei macaralei cu o sarcină de încercare de până la 45 t și o înălțime de ridicare de 42 m (Fig. 4).

Pe standul de testare, frânghiile cu un diametru de până la 31 mm pot fi testate cu tamburi de frânghie înfășurate în mai multe straturi. Pentru proiectul de dezvoltare a fost creat un banc de testare a simulării climatice (-5 ° C până la 80 ° C) cu o sarcină de testare de 45 t. Aici au fost examinate influențele poluării mediului asupra cablului de fibră.

Dezvoltarea tamburului de frânghie

Proprietățile mecanice ale unei frânghii din fibră (de exemplu, rigiditatea longitudinală, rigiditatea transversală și coeficientul de frecare) diferă de cele ale unei frânghii de oțel. Pentru un model bun de înfășurare, tamburul cablului trebuie adaptat la proprietățile mecanice ale pachetului de înfășurare [5]. Prin urmare, Liebherr a dezvoltat tamburi speciale pentru frânghii. Schimbările de design ale discurilor de capăt și ale corpurilor tamburului asigură o înfășurare sigură în mai multe straturi și construirea unui pachet compact de frânghii cu frânghia de fibră de înaltă rezistență. De remarcat în mod special este atașarea optimizată a capătului cablului (Fig. 5), care permite un număr constant de viraje de siguranță, în ciuda înjumătățirii coeficientului de frecare în comparație cu cablul de oțel.

Dezvoltarea frânghiei

Pentru utilizarea cu succes în macara, coarda trebuie să aibă cel puțin cele de mai sus Îndepliniți cerințele. Coarda de fibră prezentată aici a fost dezvoltată iterativ în mai multe bucle de dezvoltare. Se compune dintr-un miez portant și o teacă de protecție, care, pe de o parte, protejează elementele portante ale miezului frânghiei și, pe de altă parte, este utilizată ca indicator al aruncării frânghiei.

În proiectul de dezvoltare, construcțiile miezului învelișului s-au dovedit a fi avantajoase în comparație cu construcțiile fără manta, în special în aplicații cu înfășurare cu mai multe straturi. Teaca protejează miezul frânghiei portante în timpul utilizării, astfel încât elementele portante să nu fie deteriorate de abraziunea externă. Acesta este motivul pentru care cablul de fibră de înaltă rezistență are în mod demonstrabil încă o forță de rupere de 100% din forța minimă de rupere specificată chiar și în momentul aruncării. Acest lucru asigură că frânghia poate fi acționată cu un factor de siguranță constant pe întreaga durată de viață. Tabelul 1 compară rezultatele testelor de îndoire la oboseală cu cabluri de oțel și cabluri de fibră cu aceiași parametri de testare.

Criterii pentru aruncare

Deoarece cablul de fibră de înaltă rezistență este utilizat acolo unde au fost utilizate anterior cabluri de oțel, ideea de bază a fost transferarea standardelor existente de cablu de oțel pe cablul de fibră. Mecanismele de avarie decisive într-o tracțiune prin cablu sunt:

Deteriorări datorate alternării sarcinilor de îndoire - abraziune internă între fire

Deteriorări datorate înfășurării cu mai multe straturi - abraziune externă pe lungime și pe lungime

Deteriorări prin răsucire, daune locale - zdrobire sau tăieturi.

Au fost dezvoltate metode adecvate de detectare pentru cablul de fibră.

Coarda de fibră are u. A. printr-o jachetă de protecție care se uzează treptat și oferă astfel informații despre eliminarea iminentă. Această jachetă de protecție este concepută în așa fel încât să poată afișa toate mecanismele de avarie menționate anterior. Figura 6 prezintă exemple de diferite condiții de uzură a jachetei de protecție. Deoarece învelișul nu are o funcție portantă, frânghia își păstrează capacitatea portantă maximă în cazul unei pierderi locale complete a învelișului. Cablurile de fibră în construcția miezului-teacă pot fi, prin urmare, operate cu o creștere semnificativă a siguranței în comparație cu cablurile din oțel sau construcțiile fără manta.

Ghidul FEM 5.024 [6] publicat în 2017 necesită o durată de viață rămasă de cel puțin 60% în momentul în care o coardă de fibră este aruncată. Pentru cablul de fibră de înaltă rezistență dezvoltat „soLITE”, acest moment este de 100% uzură a învelișului.

Încercări pe teren cu cabluri de fibră ca cabluri de ridicare pentru macarale

Coarda de fibră dezvoltată a fost testată în teste de câmp în diferite diametre pe diferite macarale (macarale mobile, macarale turn) începând din 2016 (figurile 7 și 8). Pentru a obține cât mai multe informații cu privire la comportamentul frânghiilor în timpul lucrului, testele de teren sunt însoțite de personal special instruit, intervale înguste de testare și senzori suplimentari.

Macaralele mobile și diverse macarale turn au furnizat în mod continuu informații noi, care nu pot fi generate în cadrul testelor pe standurile de testare. Fiecare macara este utilizată diferit pe teren și operată individual de către diferiți conducători de macarale. Cunoștințele acumulate din acest lucru sunt foarte importante pentru optimizarea ulterioară a cablului de fibră.

Corzile folosite la testele de teren au arătat proprietățile dorite. Durata de viață, calitatea modelului de înfășurare și manevrabilitatea ușoară au fost apreciate foarte pozitiv de către operatori. Figura 8 prezintă utilizarea cablului de fibră pe macaraua mobilă LTM 1750-9.1. Coarda a supraviețuit fără probleme la mai multe lovituri de demontare. Inserțiile de demontare sunt deosebit de importante pentru cablurile de oțel din cauza inciziei cablului. Un cablu de oțel poate fi deteriorat rapid. Cablul de fibră testat în cazul figurii 8 a fost de aprox. 16 luni de utilizare. În acest timp, nu a existat nici o deteriorare semnificativă a jachetei de protecție; durata de viață în acest moment a fost de aprox. 7% consumat (calculat pe ruperea frânghiei). Conform ghidului FEM 5.024 [6], această frânghie trebuie aruncată după maxim 40% din durata de viață de rupere. Aceasta înseamnă că această frânghie și-a folosit 7%/40% ≈ 18% din durata de viață și are o durată de viață rămasă de 82%. Extrapolată la gama anterioară de aplicații, aceasta ar avea ca rezultat o durată de viață totală a acestei frânghii de aprox. 7,6 ani.

rezumat

Cablurile de fibră de înaltă rezistență (HFFS) oferă un mare potențial pentru aplicații de ridicare pe macarale. Prin utilizarea materialelor de înaltă rezistență, se obțin diametre similare pe forță de rupere. Acest lucru duce imediat la un avantaj de greutate în comparație cu cablurile de oțel. Reducerea greutății permite utilizarea brațelor mai lungi și a sarcinilor de vârf mai mari. Capacitatea de încărcare crește, de asemenea, pe întregul interval de sarcină (surplomb). Prin aprox. Durata de viață a cablului este de 4 ori mai mare, timpii de întreținere sunt reduși considerabil, iar îndoirea cablului este mult mai ușoară. Deoarece nu sunt necesare grăsimi lubrifiante sau uleiuri pentru cablul de fibră, nu mai există contaminare cauzată de grăsimea de cablu pe macara.

Coarda de fibră „soLITE” prezentată a fost special dezvoltată pentru a fi utilizată în aplicații de ridicare cu înfășurare multistrat pe tamburi de coardă. Prezintă o rezistență mare la oboseală la încovoiere și o durată lungă de viață în înfășurarea cu mai multe straturi.

Diferite mecanisme de avarie acționează în fiecare acționare pe cablu, care trebuie detectate cu mecanisme de detectare adecvate. Din acest motiv, cablul de fibră a fost proiectat într-o construcție miez-teacă. Disponibilitatea pentru aruncare poate fi văzută din învelișul de protecție care protejează miezul frânghiei portante. Datorită uzurii succesive, aruncarea poate fi împărțită în etape. Deoarece uzura este limitată la mantaua de protecție, aruncarea este determinată fără pierderi ale capacității de încărcare sau siguranței în timpul utilizării.