Hliníkové návleky na drôtené laná: Pevnosť v krútení, režimy dimenzovania a zlyhania

Hliníková objímka vytvára za studena zvárané mechanické spojenie, nie len štipku

A oceľové lano hliníková objímka , správne známy ako objímka alebo objímka, funguje ako koncovka, ktorá trvalo zaisťuje koniec drôteného lana v oku alebo spoji. Pri stlačení správnym lisovacím nástrojom sa tvárny hliníkový materiál plasticky deformuje okolo jednotlivých prameňov drôtu, preteká do žliabkov medzi nimi a vytvára za studena tvarované mechanické blokovanie, ktoré rozdeľuje ťahové zaťaženie rovnomerne na každý prameň v priereze lana . Správne nakrútená manžeta na pozinkovanom alebo nerezovom lane s použitím oválnej hliníkovej manžety dosahuje pevnosť držania 85 % až 90 % minimálnej pevnosti drôteného lana keď sú splnené špecifikácie dĺžky objímky, vnútorného priemeru pred stlačením a kompresie po stlačení. Použitá hliníková zliatina – zvyčajne 5052 alebo 6061 v tepanej forme alebo A380 v liatej forme – sa vyberá pre svoju kombináciu ťažnosti počas stláčania, koróznej kompatibility s materiálom oceľového lana a správania sa pri vytvrdzovaní, ktoré zvyšuje pevnosť objímky po skrútení, aby odolala namáhaniu obruče vyvolanému zaťaženými prameňmi lana, ktoré sa pokúšali vytiahnuť.

Oválny rukáv a dorazový rukáv: dva rôzne komponenty pre rôzne funkcie

Pojem hliníková objímka oceľového lana zahŕňa dva funkčne odlišné typy hardvéru, ktoré sa často zamieňajú. An oválny rukáv, tiež nazývaný flámsky rukáv, má predĺžený oválny profil s dvoma paralelnými vnútornými otvormi, ktoré prijímajú obe nohy slučky z drôteného lana . Je skrútený po celej šírke, pričom stláča oba otvory súčasne, a je primárnym nosným ukončením na vytvorenie trvalého oka na konci oceľového lana. Naproti tomu dorazová objímka je krátka valcovitá hliníková rúrka s jedným priechodným otvorom, nakrútená priamo na jedinú nohu z oceľového lana, aby vytvorila mechanickú zarážku – ako napríklad držiak, ktorý bráni pretiahnutiu oceľového lana cez kladku alebo zarážku, ktorá zaisťuje koniec lana po prechode cez oválnu objímku. Zámena týchto dvoch a použitie dorazovej objímky tam, kde sa na nosné ukončenie vyžaduje oválna objímka, bude mať za následok spojenie, ktoré zlyhá pri menej ako 40 % pevnosti lana v pretrhnutí pretože dorazová objímka zaberá len na jednej nohe a chýba jej vyvážené rozloženie zaťaženia oválneho dizajnu s dvojitým otvorom.

Protokol o veľkosti a dôsledok nesúladu

Hliníková manžeta je dimenzovaná na špecifický priemer drôteného lana s extrémne úzkym tolerančným oknom. Vnútorný priemer vývrtu objímky pred zápustkou musí byť o 0,2 až 0,5 milimetra väčší ako menovitý priemer lana aby lano mohlo prejsť bez zaseknutia a zároveň ponechať minimálny voľný priestor, ktorý musí hliník vyplniť počas stláčania. Objímka, ktorá je o jednu veľkosť príliš veľká, sa dostatočne nestlačí na pramene lana; hliník dosiahne svoj kompresný limit skôr, ako úplne vtečie do medzier povrazca, pričom zanechajú vnútorné dutiny, ktoré pôsobia ako body koncentrácie napätia a znižujú priľnavosť až o 30 %. Objímku, ktorá je o jednu veľkosť príliš malá, nie je možné navliecť na lano bez poškodenia prameňa a jej natlačenie spôsobí posunutie a zalomenie jednotlivých vonkajších drôtov, čím sa vytvorí oslabený prierez presne v mieste, kde koncovka pôsobí najvyššie namáhanie. Tabuľky veľkostí rukávov publikované výrobcami priraďujú každý priemer lana konkrétnemu číslu dielu objímky a veľkosť je špecifická pre konštrukciu lana – lano s vláknovým jadrom 6x19 a lano s nezávislým drôteným lanom 7x19 s rovnakým nominálnym priemerom môžu vyžadovať rôzne špecifikácie rukávov, pretože skutočné vonkajšie priemery sa mierne líšia v dôsledku rôznych geometrií balenia prameňov.

Kontrola pred závalom a pravidlo dĺžky chvosta

Pred stlačením musí byť koniec drôteného lana vyčnievajúci z objímky dostatočne dlhý, aby bolo možné vizuálne overiť, či sa lano počas kovania neskĺzlo. Štandardné pravidlo je a minimálna dĺžka chvosta rovná jednej dĺžke objímky pre oválne rukávy a dva priemery lana pre dorazové rukávy . Ak sa chvost po nakrútení stiahol do objímky, lano sa počas stláčania pošmyklo a zakončenie sa musí odrezať a prerobiť. Chvost tiež poskytuje materiál pre sekundárne bezpečnostné opatrenie: pri kritických zdvíhacích aplikáciách sa chvost často používa s drôtom alebo je vybavený dodatočným dorazovým puzdrom ako záložným držiakom.

Požiadavky na lisovacie náradie a ručné náradie vs. hydraulické rozhodnutie

Stlačenie hliníkovej objímky oceľového lana vyžaduje lisovací nástroj, ktorý aplikuje kontrolované stlačenie na paralelných stranách na špecifikovaný rozmer dodatočného stlačenia. Rezačka skrutiek v železiarstve alebo kladivo a dierovač nemôžu vytvoriť bezpečný výboj. Minimálny prípustný nástroj pre oválne návleky na oceľovom lane do priemeru 5 milimetrov je a ručný lisovací nástroj s kalenými oceľovými čeľusťami opracovanými do správneho profilu po stlačení . Tieto nástroje sú konštrukcie so zloženou pákou, ktoré znásobujú silu ruky na niekoľko ton kompresného tlaku na čelných plochách čeľustí. Pre priemery lana nad 5 milimetrov je potrebný hydraulický kovací lis s vymeniteľnými zápustkami, aby sa vytvorila konzistentná sila 8 až 15 ton potrebná na úplné stlačenie hliníkovej manžety do konštrukcie lana. Kritickým indikátorom kvality pre akýkoľvek nástroj na kovania je jeho schopnosť vytvoriť opakovateľný rozmer po zalisovaní – zvyčajne špecifikovaný ako meradlo naprieč stlačeným puzdrom v jeho najširšom bode – a nástroj, ktorého čeľuste sú opotrebované, odpružené alebo nezodpovedajú veľkosti puzdra, vytvorí nedostatočne stlačenú objímku, ktorá sa zdá byť vizuálne prijateľná, ale zlyhá pod menovitým zaťažením.

Ukazovateľ Go/No-Go a overenie po splatení

Po stlačení sa musí stlačená manžeta skontrolovať pomocou meracieho prístroja, ktorý dodáva výrobca manžety alebo ktorý je špecifikovaný v údajovom liste výrobcu. Meradlo overí, že stlačená šírka objímky spadá do prijateľného rozsahu – zvyčajne plus 0,2 milimetra a mínus 0,1 milimetra od menovitého rozmeru dotlaku . Objímka, ktorá meria nadmernú veľkosť na mierke, bola nedostatočne stlačená a nevyvinie plnú priľnavosť. Objímka, ktorá meria poddimenzovanie, bola nadmerne stlačená, čo môže prasknúť hliník alebo rozdrviť vnútorné pramene drôteného lana, čím sa vytvorí iniciačný bod zlyhania. Kontrola meradla nie je voliteľná pre žiadne zdvíhacie, lanové alebo bezpečnostné aplikácie; je to jediné objektívne overenie, že swage bola vykonaná správne.

Štandard s dvojitým rukávom pre zdvíhacie aplikácie

Priemyselné normy pre závesy a zdvíhacie zostavy z oceľových lán, vrátane ASME B30.9 a EN 13411-3, vyžadujú, aby sa používal flámsky očný spoj zakončený hliníkovými oválnymi objímkami minimálne jedna objímka pre priemery oceľových lán do 6 milimetrov, dve objímky pre priemery od 6 do 12 milimetrov a tri objímky pre priemery nad 12 milimetrov . Rukávy sú rozmiestnené rovnomerne pozdĺž chvosta, pričom prvý rukáv je umiestnený čo najbližšie k hrdlu oka a ďalšie rukávy sú v intervaloch približne jednej dĺžky rukáva. Požiadavka na viacnásobný rukáv nie je nadbytočná sama osebe; rieši skutočnosť, že jedna objímka sústreďuje celé ťahové zaťaženie v jednom bode, a ak je objímka narušená – výrobnou chybou, koróziou alebo neštandardným stlačením – celá koncovka bez varovania zlyhá. Viacnásobné objímky rozdeľujú zaťaženie a poskytujú progresívnu indikáciu zlyhania: ak sa prvý rukáv začne šmýkať, zaťaženie sa prenesie na druhý rukáv a výstupok chvosta z prvého rukáva sa viditeľne zmení, čo upozorní inšpektora na rozvíjajúcu sa poruchu počas rutinného vyšetrenia.

Úvahy o korózii a galvanickej kompatibilite hliníka a ocele

Hliníkové puzdro v kontakte s oceľovým lanom vytvára galvanický pár v prítomnosti elektrolytu, ako je dažďová voda, soľná hmla alebo priemyselná atmosférická vlhkosť. Hliník je anodický voči oceli na galvanickej sérii, čo znamená hliníková manžeta bude prednostne korodovať, aby chránila oceľové lano . V suchých vnútorných aplikáciách je tento galvanický efekt zanedbateľný a návlek vydrží lano. V morskom prostredí, pobrežných vonkajších inštaláciách alebo chemických spracovateľských zariadeniach sa rýchlosť galvanickej korózie dramaticky zrýchľuje. Zmiernenie pre tieto prostredia zahŕňa výber objímok z eloxovaného hliníka s minimom 15-mikrónová eloxovaná vrstva, ktorá elektricky izoluje hliník od ocele , nanesenie základného náteru bohatého na zinok na zostavu stlačenej klátom pred jej uvedením do prevádzky a skrátenie intervalu kontroly, aby sa zistilo stenčenie steny objímky skôr, ako to ohrozí pevnosť koncovky. Objímky z nehrdzavejúcej ocele – dostupné v triede 304 alebo 316 – úplne eliminujú problém s galvanickou koróziou pri použití s ​​oceľovým lanom z nehrdzavejúcej ocele, za cenu potreby vyšších kovacích síl v dôsledku vyššej medze klzu nehrdzavejúcej ocele v porovnaní s hliníkom.

Bežné poruchové režimy a identifikácia poľa

Koncovky hliníkových objímok drôteného lana zlyhávajú prostredníctvom obmedzeného počtu predvídateľných mechanizmov, z ktorých každý má viditeľné indikátory. Najčastejším zlyhaním je vytiahnutie lana, kde drôtené lano pod zaťažením prekĺzne cez stlačenú objímku, pričom objímka zostane na mieste na teraz odpojenom chvoste . To naznačuje nedostatočné stlačenie, nesprávne dimenzované puzdro alebo kontaminovaný povrch lana, ktorý zabránil hliníku v uchytení drôtov. Druhým spôsobom je prasknutie puzdra, kde hliník praská pozdĺžne pozdĺž osi kompresie, zvyčajne z nadmerného stlačenia, ktoré presiahlo limit ťažnosti hliníka. Tretím je únavové zlyhanie oceľového lana na výstupnom bode objímky, spôsobené ostrým prechodom medzi tuhou objímkovou časťou a pružným voľným lanom, čo vytvára koncentráciu ohybového napätia. Tento spôsob zlyhania je zmiernený použitím náprstku v oku, ktorý poskytuje riadený polomer ohybu a znižuje cyklické ohybové napätie na rozhraní objímky a lana. Štvrtým režimom je stenčenie steny objímky spôsobené koróziou, kde hliníková objímka stráca prierezovú plochu, až kým zvyšná stena už nedokáže udržať radiálnu expanziu lana pri zaťažení, čo vedie k roztrhnutiu objímky. Každý z týchto spôsobov zlyhania zanecháva diagnostický dôkaz, ktorý môže kompetentná inšpekcia identifikovať skôr, ako dôjde ku katastrofickej poruche.

Drôtené lano z nehrdzavejúcej ocele a špeciálne puzdro na hliníkové rukávy

Keď sa hliníkové objímky používajú na oceľové lano z nehrdzavejúcej ocele, táto kombinácia prináša špecifické hľadiská nad rámec tých, ktoré sa vzťahujú na galvanizované lano. Nerezové lano má a hladšia povrchová úprava a nižší koeficient trenia ako galvanizované lano , čo znamená, že hliníkové puzdro musí dosiahnuť hlbšie mechanické spojenie s geometriou prameňa, aby sa kompenzovala znížená trecia zložka prídržnej sily. Toto je dosiahnuté špecifikovaním o niečo menšieho rozmeru pre nerezové lano, než má galvanizované lano rovnakého priemeru, čím sa efektívne zvyšuje percento kompresie, aby sa hliník dostal hlbšie do úžľabia prameňa. Okrem toho je galvanický potenciál medzi hliníkom a nehrdzavejúcou oceľou približne 0,5 voltu v morskej vode v porovnaní s 0,3 voltu medzi hliníkom a uhlíkovou oceľou , čo znamená, že hliníková manžeta na nerezovom lane v námornom prostredí bude korodovať merateľne rýchlejšie ako rovnaká manžeta na galvanizovanom lane. Stratégia eloxovaného puzdra so zinkovým základným náterom sa stáva povinným, nie voliteľným, pre kombinácie nerez-hliník vo vonkajšom alebo námornom použití.

Alternatívne materiály rukávov a možnosti medi a zinku

Hliník nie je jediným materiálom objímky, ktorý je k dispozícii na ukončenie drôteného lana, a niektoré aplikácie využívajú alternatívne materiály. Medené návleky, špecifikované ako C12200 fosforom deoxidovaná meď, sú štandardom pre oceľové laná používané v banských a výbušných prostrediach, pretože meď nevytvára iskry pri úderoch alebo odieraní. . Medené objímky vyžadujú približne o 15 % väčšiu kompresnú silu ako hliníkové objímky rovnakej veľkosti v dôsledku vyššej medze klzu a vytvárajú ukončenie s prídržnou pevnosťou porovnateľnou s hliníkom, ak sú správne nakované. Zinkové návleky vyrobené z vysoko čistej zliatiny zinku sú určené pre ponorné a podvodné aplikácie, kde zinok slúži ako mechanické ukončenie aj ako obetná anóda, ktorá chráni oceľové lano pred koróziou. Zinkové puzdro sa v priebehu času zámerne spotrebuje a hrúbka jeho steny je špecifikovaná s prídavkom na koróziu, ktorý zaisťuje, že mechanické ukončenie zostane funkčné počas projektovanej životnosti inštalácie. Ako už bolo uvedené, objímky z nehrdzavejúcej ocele sú voľbou pre zostavy lán z nehrdzavejúcej ocele v korozívnych prostrediach a pre vybavenie potravinárskych, farmaceutických a čistých priestorov, kde je prach z oxidu hlinitého z korózie objímky neprijateľný.

Úloha náprstku pri ochrane rukáva aj lana

Náprstok je ryhovaná kovová alebo plastová vložka umiestnená vo vnútri oka zakončenia drôteného lana predtým, ako sa objímka zatlačí. Jeho funkciou je udržiavať kontrolovaný polomer ohybu vo vnútornej krivke oka a zabrániť rozdrveniu drôteného lana nosným povrchom čohokoľvek, na čo je oko pripevnené . V prípade hliníkových zakončení objímky plní náprstok dodatočnú kritickú funkciu: zabraňuje zalomeniu prameňov lana v hrdle oka pri zaťažení, čo by vytvorilo koncentráciu napätia v bezprostrednej blízkosti objímky a viedlo k predčasnému zlyhaniu únavy drôtu. Štandardný náprstok pre daný priemer lana poskytuje a minimálny polomer ohybu 2,5 až 3 násobok priemeru lana pri oku hrdlo. Bez náprstku - konfigurácia nazývaná mäkké oko - sa lano ohýba okolo oveľa užšieho polomeru, ktorý ukladá pripevňovací kolík alebo strmeň, a drôty na vnútornej strane ohybu sú stlačené za hranicu ich pružnosti pri prvom zaťažovacom cykle, čím sa lano trvalo poškodí v jeho najviac namáhanom bode. Mäkké oko s koncovkou z hliníkovej manžety je prijateľné len pre nekritické statické aplikácie, kde sa lano nikdy nepriblíži k limitu pracovného zaťaženia a kde únava nie je pri servise dôležitá.