Hliníkové objímky drátěného lana: Pevnost v pěchu, Dimenzování a Režimy selhání

Hliníková objímka vytváří za studena svařované mechanické spojení, nikoli pouze bod sevření

A ocelové lano hliníková objímka , správně známý jako objímka nebo objímka, funguje jako koncovka, která trvale zajišťuje konec ocelového lana v oku nebo spoji. Při stlačení správným pěchovacím nástrojem se tažný hliníkový materiál plasticky deformuje kolem jednotlivých pramenů drátu, vtéká do prohlubní mezi nimi a vytváří za studena tvarované mechanické blokování, které rozděluje tahové zatížení rovnoměrně na každý pramen v průřezu lana . Správně zkroucená manžeta na pozinkovaném nebo nerezovém ocelovém laně pomocí oválné hliníkové manžety dosahuje přídržné síly 85 % až 90 % minimální pevnosti při přetržení ocelového lana když jsou splněny specifikace délky objímky, vnitřního průměru před zhutněním a komprese po zhutnění. Použitá hliníková slitina – typicky 5052 nebo 6061 v tvářené formě nebo A380 v lité formě – je vybrána pro svou kombinaci tažnosti během stlačování, korozní kompatibilitu s materiálem ocelového lana a chování při mechanickém zpevňování, které zvyšuje pevnost objímky po pěchování, aby odolala namáhání obruče vyvíjeným zatíženými prameny lana, které se snaží vytáhnout.

Oválná objímka a dorazová objímka: Dvě různé součásti pro různé funkce

Termín hliníková objímka ocelového lana zahrnuje dva funkčně odlišné typy hardwaru, které jsou často zaměňovány. An oválná objímka, také nazývaná vlámská objímka, má podlouhlý oválný profil se dvěma rovnoběžnými vnitřními otvory, které přijímají obě nohy smyčky z ocelového lana . Je napěchován po celé šířce, přičemž stlačuje oba otvory současně, a je primárním nosným zakončením pro vytvoření trvalého oka na konci ocelového lana. Naproti tomu dorazová objímka je krátká válcovitá hliníková trubka s jedním průchozím otvorem, nalisovaná přímo na jednu nohu z ocelového lana, aby vytvořila mechanickou zarážku – jako je držák, který zabraňuje protažení ocelového lana přes kladku nebo zarážka, která zajišťuje konec ocelového lana poté, co projde oválným pouzdrem. Záměna těchto dvou a použití dorazové objímky tam, kde je pro nosné ukončení vyžadována oválná objímka, povede ke spojení, které selže na méně než 40 % pevnosti lana v přetržení protože dorazová objímka zabírá pouze jednu nohu a postrádá vyvážené rozložení zatížení oválného designu s dvojitým otvorem.

Protokol dimenzování a důsledek nesouladu

Hliníková objímka je dimenzována na specifický průměr ocelového lana s extrémně úzkým tolerančním oknem. Vnitřní průměr vývrtu objímky před zhutněním musí být o 0,2 až 0,5 milimetru větší než jmenovitý průměr lana aby lano prošlo bez zaseknutí a zároveň ponechalo minimální prázdný prostor, který musí hliník vyplnit během stlačování. Objímka, která je o jednu velikost příliš velká, se dostatečně nestlačí na prameny lana; hliník dosáhne svého kompresního limitu dříve, než plně zateče do mezer pásu, přičemž zanechá vnitřní dutiny, které působí jako body koncentrace napětí a snižují přídržnou pevnost až o 30 %. Objímku, která je o jednu velikost příliš malá, nelze navléknout na lano bez poškození pramene a její vynucení způsobí posunutí a zauzlení jednotlivých vnějších drátů, čímž vznikne oslabený průřez přesně v místě, kde zakončení působí nejvyšším napětím. Tabulky velikostí návleků publikované výrobci přiřazují každý průměr lana konkrétnímu číslu dílu objímky a dimenzování je specifické pro konstrukci lana – lano s vláknovým jádrem 6x19 a lano s nezávislým drátěným lanem 7x19 o stejném jmenovitém průměru mohou vyžadovat různé specifikace objímky, protože skutečné vnější průměry se mírně liší v důsledku různých geometrií balení pramenů.

Kontrola před pěchováním a pravidlo délky ocasu

Před stlačením musí být konec ocelového lana vyčnívající z objímky dostatečně dlouhý, aby umožnil vizuální ověření, že lano během pěchování nesklouzlo. Standardní pravidlo je a minimální délka ocasu rovna jedné délce rukávu u oválných rukávů a dvěma průměrům lanka u rukávů stop . Pokud se po pěchování ocas stáhl do objímky, lano při stlačení sklouzlo a zakončení se musí odříznout a znovu vyrobit. Ocas také poskytuje materiál pro sekundární bezpečnostní opatření: v kritických aplikacích zvedání je ocas často opatřen drátem nebo je vybaven přídavným dorazovým pouzdrem jako záložním držákem.

Požadavky na pěchovací nástroj a ruční nástroj vs. hydraulické rozhodnutí

Komprese hliníkové objímky ocelového lana vyžaduje pěchovací nástroj, který aplikuje řízenou paralelní kompresi na specifikovaný rozměr po zhutnění. Řezačka šroubů v železářství nebo kladivo a děrovač nedokážou vytvořit bezpečný výpal. Minimální přijatelný nástroj pro oválné návleky na ocelovém laně do průměru 5 milimetrů je a ruční pěchovací nástroj s kalenými ocelovými čelistmi opracovanými do správného profilu po stlačení . Tyto nástroje jsou konstrukce s kombinovaným pákovým efektem, které násobí sílu ruky do několika tun kompresního tlaku na čelech čelistí. Pro průměry lana nad 5 milimetrů je zapotřebí hydraulický pěchovací lis s vyměnitelnými matricemi, aby se vytvořila konzistentní síla 8 až 15 tun potřebná k úplnému stlačení hliníkové manžety do struktury lana. Kritickým indikátorem kvality jakéhokoli pěchovacího nástroje je jeho schopnost vytvořit opakovatelný rozměr po pěchování – obvykle specifikovaný jako měřidlo přes stlačenou objímku v jejím nejširším místě – a nástroj, jehož čelisti jsou opotřebované, odpružené nebo neodpovídající velikosti objímky, vytvoří nedostatečně stlačenou objímku, která se zdá být vizuálně přijatelná, ale nedosahuje jmenovitého zatížení.

Ukazatel Go/No-Go a ověření po swage

Po stlačení musí být zhutněná manžeta zkontrolována pomocí kalibru go/no-go dodávaného výrobcem manžety nebo specifikovaného v datovém listu výrobce. Měřidlo ověřuje, že stlačená šířka objímky spadá do přijatelného rozsahu – obvykle plus 0,2 milimetru a mínus 0,1 milimetru od jmenovitého rozměru dofuku . Objímka, která měří nadměrnou velikost na měřidlu, byla nedostatečně stlačena a nevyvine plnou přídržnou sílu. Objímka, která měří podměrek, byla nadměrně stlačena, což může prasknout hliník nebo rozdrtit vnitřní prameny ocelového lana a vytvořit tak iniciační bod selhání. Kontrola měřidla není volitelná pro žádné aplikace zvedání, laná nebo kritické aplikace; je to jediné objektivní ověření, že swage byla provedena správně.

Standard s dvojitým pouzdrem pro zdvihací aplikace

Průmyslové normy pro smyčky a zvedací sestavy z ocelových lan, včetně ASME B30.9 a EN 13411-3, vyžadují použití vlámského oka zakončeného hliníkovými oválnými pouzdry minimálně jedna objímka pro průměr ocelového lana do 6 milimetrů, dvě pouzdra pro průměry od 6 do 12 milimetrů a tři pouzdra pro průměry nad 12 milimetrů . Rukávy jsou rozmístěny rovnoměrně podél ocasu, přičemž první rukáv je umístěn co nejblíže k hrdlu oka a další rukávy v intervalech přibližně jedné délky rukávu. Požadavek na vícenásobné pouzdro není sám o sobě nadbytečný; řeší skutečnost, že jediná objímka soustřeďuje celé tahové zatížení v jednom bodě, a pokud je tato objímka narušena – výrobní vadou, korozí nebo pěchováním nevyhovujícím specifikacím – celé zakončení bez varování selže. Více rukávů rozděluje zatížení a poskytuje progresivní indikaci selhání: pokud první rukáv začne prokluzovat, zatížení se přenese na druhý rukáv a výstupek ocasu z prvního rukávu se viditelně změní, což upozorní inspektora na rozvíjející se poruchu během rutinního vyšetření.

Úvahy o korozi a galvanická kompatibilita hliník-ocel

Hliníková manžeta v kontaktu s ocelovým lanem vytváří galvanický pár v přítomnosti elektrolytu, jako je dešťová voda, solná mlha nebo průmyslová atmosférická vlhkost. Hliník je u galvanické řady anodický vůči oceli, tzn hliníková manžeta bude přednostně korodovat, aby chránila ocelové lano . V suchých vnitřních aplikacích je tento galvanický efekt zanedbatelný a pouzdro vydrží lano. V mořském prostředí, pobřežních venkovních instalacích nebo chemických zpracovatelských zařízeních se rychlost galvanické koroze dramaticky zrychluje. Zmírnění dopadů na tato prostředí zahrnuje výběr objímek z eloxovaného hliníku s minimem 15mikronová eloxovaná vrstva, která elektricky izoluje hliník od oceli , nanesením základního nátěru bohatého na zinek na sestavu zhutněnou před uvedením do provozu a zkrácením intervalu kontroly k detekci ztenčení stěny pouzdra dříve, než dojde ke snížení pevnosti zakončení. Objímky z nerezové oceli – dostupné v jakosti 304 nebo 316 – zcela eliminují problém s galvanickou korozí při použití s ​​ocelovým lanem za cenu vyšších pěchovacích sil kvůli vyšší meze kluzu nerezové oceli ve srovnání s hliníkem.

Běžné poruchové režimy a identifikace pole

Zakončení hliníkových objímek drátěného lana selhává prostřednictvím omezeného počtu předvídatelných mechanismů, z nichž každý má viditelné indikátory. Nejčastějším selháním je vytažení lana, kdy ocelové lano pod zatížením proklouzne skrz stlačenou objímku, přičemž objímka zůstane na místě na nyní odpojeném ocasu . To ukazuje na podtlak, špatně dimenzovanou manžetu nebo kontaminovaný povrch lana, který bránil hliníku v uchycení drátů. Druhým způsobem je lom pouzdra, kdy hliník praská podélně podél osy komprese, obvykle z nadměrného stlačení, které překročilo mez tažnosti hliníku. Třetím je únavové selhání ocelového lana v místě výstupu objímky způsobené ostrým přechodem mezi tuhou objímkovou částí a pružným volným lanem, což vytváří koncentraci ohybového napětí. Tento způsob selhání je zmírněn použitím náprstku v oku, který poskytuje řízený poloměr ohybu a snižuje cyklické ohybové napětí na rozhraní objímky a lana. Čtvrtým způsobem je ztenčování stěny objímky způsobené korozí, kdy hliníková objímka ztrácí plochu průřezu, dokud zbývající stěna již nemůže zadržovat radiální expanzi lana pod zatížením, což vede k roztržení objímky. Každý z těchto poruchových režimů zanechává diagnostický důkaz, který může kompetentní inspekce identifikovat dříve, než dojde ke katastrofické poruše.

Drátěné lano z nerezové oceli a speciální pouzdro na hliníkové návleky

Když jsou hliníkové objímky použity na ocelové lano z nerezové oceli, tato kombinace zavádí specifické úvahy nad rámec těch pro galvanizované lano. Lano z nerezové oceli má a hladší povrchová úprava a nižší koeficient tření než u galvanizovaného lana což znamená, že hliníkové pouzdro musí dosáhnout hlubšího mechanického spojení do geometrie pramene, aby se kompenzovala snížená třecí složka přídržné síly. Toho je dosaženo zadáním o něco menšího rozměru po zhutnění nerezového lana než u pozinkovaného lana o stejném průměru, čímž se účinně zvyšuje procento stlačení, aby se hliník dostal hlouběji do prohlubní pramenů. Navíc je galvanický potenciál mezi hliníkem a nerezovou ocelí přibližně 0,5 voltu v mořské vodě, ve srovnání s 0,3 voltu mezi hliníkem a uhlíkovou ocelí , což znamená, že hliníková manžeta na nerezovém laně v námořním prostředí bude korodovat měřitelně rychleji než stejná manžeta na galvanizovaném laně. Eloxované pouzdro se zinkovým základním nátěrem se stává povinným, nikoli volitelným, pro kombinace nerez-hliník ve venkovním nebo námořním provozu.

Alternativní materiály pouzder a možnosti mědi a zinku

Hliník není jediným materiálem objímky, který je k dispozici pro zakončení ocelových lan, a některé aplikace využívají alternativní materiály. Měděné návleky, specifikované jako C12200 měď deoxidovaná fosforem, jsou standardem pro ocelová lana používaná v důlních a výbušných prostředích, protože měď nevytváří jiskry při úderu nebo oděru . Měděné objímky vyžadují přibližně o 15 % větší kompresní sílu než hliníkové objímky stejné velikosti kvůli vyšší meze kluzu mědi a vytvářejí zakončení s přídržnou pevností srovnatelnou s hliníkem, pokud jsou správně zhutněny. Zinkové manžety vyrobené z vysoce čisté slitiny zinku jsou určeny pro ponorné a podvodní aplikace, kde zinek slouží dvojím způsobem jako mechanické zakončení i jako obětní anoda, která chrání ocelové lano před korozí. Zinkové pouzdro se v průběhu času záměrně spotřebovává a jeho tloušťka stěny je specifikována s přídavkem na korozi, který zajišťuje, že mechanické zakončení zůstane funkční po dobu projektované životnosti instalace. Objímky z nerezové oceli, jak již bylo uvedeno, jsou volbou pro sestavy nerezových lan v korozivním prostředí a pro vybavení potravinářských, farmaceutických a čistých prostor, kde je prach z oxidu hlinitého z koroze pouzdra nepřijatelný.

Role náprstku při ochraně rukávu i lana

Náprstek je rýhovaná kovová nebo plastová vložka umístěná uvnitř oka zakončení drátěného lana předtím, než je objímka vypěstována. Jeho funkcí je udržovat kontrolovaný poloměr ohybu na vnitřní křivce oka a zabránit rozdrcení ocelového lana nosným povrchem čehokoli, k čemu je oko připevněno . U zakončení hliníkové objímky plní objímka další kritickou funkci: zabraňuje zauzlování pramenů lana u hrdla oka při zatížení, což by vytvořilo koncentraci napětí v bezprostřední blízkosti objímky a vedlo k předčasnému únavovému selhání drátu. Standardní náprstek pro daný průměr lana poskytuje a minimální poloměr ohybu 2,5 až 3 násobek průměru lana u oka hrdla. Bez náprstku – konfigurace nazývaná měkké oko – se lano ohýbá kolem mnohem užšího poloměru, který ukládá připevňovací kolík nebo třmen, a dráty na vnitřní straně ohybu jsou při prvním zatěžovacím cyklu stlačeny nad svou mez pružnosti, což trvale poškodí lano v jeho nejvíce namáhaném místě. Měkké oko s ukončením hliníkové objímky je přijatelné pouze pro nekritické statické aplikace, kde se lano nikdy nepřiblíží své provozní zátěži a kde únava není hlediskem služby.