Tapasztalatok a körkeresztmetszető (hagyományos)kötelek alkalmazása terén (méretezés, ellenırzés, karbantartás, élettartam,..)

Átírás

1 Tapasztalatok a körkeresztmetszető (hagyományos)kötelek alkalmazása terén (méretezés, ellenırzés, karbantartás, élettartam,..) 45 perc A kötél az egyik legrégibb gépelem! Az ötezer évvel ezelıtt élt alpesi jégember Ötzi kabátját növényi rostokból sodrott kötél tartotta össze. Ugyanakkor az acélsodrony köteleket pedig csak rövid ideje, mindössze a 17. század vége óta használjuk! A kötél egyszerő, de ellentmondásos szerkezet, amirıl viszonylag sokat, mégis igen keveset tudunk! Ez valószínőleg matematikailag meglehetısen nehezen kezelhetı szerkezetébıl következik! A kötelekrıl rengeteg mindent lehetne elmondani, ami ebbe az elıadásba nyilván nem fér bele! Ezért erıs válogatással kell élnünk! Hát kezdjünk válogatni! 1. A kötél szerkezete. Kötél nagyon sok féle van! Egy, termetesebb mérető, kenderbıl készült kötelet vizsgál kedvenc feleségem ezen a fotón. (2. Dia) Bennünket, felvonósokat, azonban jobbára csak a kereszt sodratú, kétszer sodrott zárt acél kötelek érdekelnek. Hogy ez a bonyolult meghatározás mit takar, megtudjuk, ha áttekintjük, hogy hogyan készül a kötél. Az acél kötelet úgy csinálják, hogy egy lágyacél belsı mag köré felcsévélik az elemi szálakat. Így jön létre a pászma.

2 Ahhoz, hogy zárt szerkezető kötélhez jussunk úgy kell megválasztani a mag és a huzalok, azaz az elemi szálak átmérıjét, hogy az elemi szálak kitöltsék, az általuk, a mag körül létrehozott réteg kerületét. (4. dia) Ke1=(dm+dh1)π = zdh1; ahol: Ke1: A belsı réteg kerülete. dm: A mag átmérıje, dh1: A belsı rétegben elhelyezkedı elemi szálak átmérıje, z1:a belsı réteg elemi szálainak száma. Ha a pászma külsı rétegét, a belsıvel azonos átmérıjő elemi szálakból készítjük, több problémába ütközünk. (5. dia) Elıször is távolról sem biztos, hogy az ide felcsévélt huzalok kitöltik a második réteg kerületét. Ezért a pászma nem lesz zárt. A második probléma, hogy a külsı réteg huzalainak emelkedési szöge kisebb lesz, mint a belsı rétegé, hiszen nagyobb átmérıre, nagyobb kerületre tekerednek fel. (6. dia) Ennek az a következménye, hogy a huzalok keresztezik egymást. Az egymáson felfekvı elemi szálak apró pontokban érintkeznek, ahol pontszerő, nagy értékő Hertz feszültségek keletkeznek, és a kötél szinte önmagát vágja el! Sokkal jobb kötelet kapunk, ha a külsı réteg elemi szálait vastagabb huzalból készítjük, így a huzalok között vonalszerő felfekvés keletkezik, ami lényegesen kedvezıbb! (7. dia). Kedvezıbb továbbá az is, hogy a pászmák és a kötél felületén megjelenı vastagabb elemi szálak kopása relatíve kisebb, ami az élettartam növeléséhez is hozzá járul. Így végül is a pászma és a kötél tényleg zárt szerkezető lesz. Ez a seale kötél! A név onnan adódik, hogy angolul a fókát seale -nek nevezik, mert olyan zárt bundája van, amin még a víz sem hatol át. Ezért hívják ezt a kötelet Seale szerkezetőnek.

3 Végül is az így sodrott pászmákat, hatot vagy nyolcat, újra összesodorják, ebbıl lesz a kétszer sodrott kötél. (8.dia). A kötél felülete nem hengerszerően folytonos! Az elemi szálak csak helyenként érik el kötél névleges átmérıjét képezı külsı kört! Mind az elemi szálak, mind a pászmák közeiben üres felületek vannak! A hatpászmás kötélnél nagyobb, a nyolc pászmás kötélnél kisebb a felület kimaradás. Ezért a nyolc pászmás kötél kedvezıbb felületi nyomást produkál a hajtótárcsában. Érdekes, hogy a pászmaszámot a Hymanns és Hellborn alapján végzett, a szabvány által elfogadott felületi nyomásszámítás nem veszi figyelembe. Úgy tesz, mintha a kötél felülete folyamatos lenne! Megjegyzem, hogy van páratlan pászmájú kötél is! Ennek azonban az átmérıjét nagyon nehéz mérni! Alkalmazását nem javaslom! Mind a pászmát, mind a kötelet értelem szerően lehet akár jobbra, akár balra sodorni! Ha a pászma és a kötél sodrási iránya megegyezik, akkor hossz sodratú kötélrıl beszélünk, ha a pászma és a kötél sodrási iránya ellenkezı, kereszt sodratú a kötél. Ezt a problémát próbáltam a kötél mátrix -nak nevezett táblázatban tisztázni. (9. dia)

4 Kötél mátrix: Kötél sodrási iránya: Z=jobb: Kötél sodrási iránya: S=bal: Pászma sodrási iránya: z=jobb: Hossz sodratú Kötél, jobbra sodrott. Z/z kötél. Kereszt sodratú, balra sodrott kötél: S/z kötél. Pászma sodrási iránya: s=bal: Kereszt sodratú, jobbra sodrott kötél. Z/s kötél. Hossz sodratú kötél: balra sodrott S/s kötél. Felvonós felhasználás szempontjából a kötél sodrási iránya közömbös. A hossz sodratú kötelek, lágyabbak, hajlékonyabbak, azonban hajtótárcsában való használatra alkalmatlanok, mert a hajtótárcsa oldalirányú nyomása szétzilálja a hossz sodratú köteleket! A pászmák elmozdulnak egymástól, a kötél hurkos, lukacsos lesz, ami balesethez vezet! A kereszt sodratú kötelek merevebbek, nem hajlamosak szétsodródásra. Hajtótárcsás hajtásra csak ezeket a köteleket lehet használni. De! Egy hajtótárcsára, egy hajtótárcsa egymás melletti hornyaiba csak azonos típusú, azonos szerkezető, azonos mérető és rugalmasságú kötelet szabad tenni! Ezért írjuk elı, hogy egy adott hajtótárcsára mindig csak azonos kötéldobról származó köteleket használjunk! 2. A kötélben keletkezı feszültségi állapotok. Miután felvázoltam a kötél szerkezetét, nézzük meg, a teljesség igénye nélkül, hogy milyen feszültségek keletkeznek eben a viszonylag egyszerő szerkezetben.

5 Az elsıdleges feszültség a kötél végére függesztett fülke, ill. ellensúly súlyából adódó húzó feszültség. De mivel a kötél tulajdonképpen egy tekercsrúgó, ezért az elemi szálakban, a húzóerı hatására csavaró feszültség is keletkezik. (10. dia) Ha egy tekercsrúgót meghúzunk, az igyekszik az átmérıjét csökkenteni. Ezért az elemiszál nyomást gyakorol a pászmára, a pászma tengelye irányában. Ezt teszik a pászmába feltekert elemi szálak is, amitıl a kötél, illetve a pászma tengelyére merıleges nyomó feszültség jön létre. Ez a nyomóerı rendkívül hasznos, mert ennek hatására a szakadt elemi szálban levı húzóerıt átadódik a mellette levı huzalokra, és így a kötél a szakadás helyétıl kis távolságra újra felveszi az eredeti terhelhetıségét! Amikor a kötél belefut a hajtótárcsába tetemes oldalirányú nyomást kap! További feszültség keletkezik, méghozzá hajlító, akkor, amikor a kötelet a tárcsára ráhajlítjuk! Illetve, amikor a kötél a tárcsáról lefutva újra kiegyenesedik. Ha a felvonó jól szerkesztett, akkor valamennyi tárcsa azonos irányban hajlítja a köteleket. Ebben az esetben Wöhler II.-es, azaz lüktetı feszültség jön létre a kötélben. Ha azonban a tárcsák különbözı irányokban hajlítgatják a kötelet, Wöhler III.-as, azaz lengı igénybevétel keletkezik, amit a kötél kevésbé tőr! (11. dia. Smith diagram) Különben is az egész terhelési rendszer idıben változó-, tehát ismételt igénybevétel, mert egyrészt a fülke terhelési állapota változó, de a fülke tömege és az ellensúly tömeg is csak véletlenszerően egyezik meg, tehát a kötél a hajtótárcsán áthaladva folyamatosan változó igénybevételt kap! Szerencsére ez a változás csak Wöhler II.-es, tehát lüktetı ismételt igénybevétel és nem lengı! Mindehhez képest az, hogy mi a kötelet csupán csak az elsıdleges, húzó igénybevételre ellenırizzük, igaz, hogy 12-16

6 szoros biztonsággal, meglehetısen struccpolitikának tőnik! Hozzáteszem, hogy a kötelek szigorú ellenırzése és a magas biztonsági tényezı következtében kötélszakadásos baleset igen ritka! Itt szeretném megemlíteni az elemiszál szakadások ellenırzésének módját! Ökölszabályként vehetjük, hogy ha a mintegy 150 elemi szálból álló kötél felületén, 30 kötélátmérınyi hosszon (10-es kötél esetén, 300 mm-en) a látható törések száma több mint 20, (13 %), a kötelet ki kell cserélni! Pontosabb értelmezés érdekében tessék a gyártó elıírásait figyelembe venni! 3. A kötél anyaga. A kötél anyagáról is el lehet mondani, hogy szinte végtelen a variációk száma. Ma már az egyszerő szénacéltól a magas ötvözı tartalmú, rozsdamentes köteleken keresztül a különbözı mőanyagok: nylon, kevlár és még ki tudja milyen fantázia nevő anyag, szinte bármi lehet a kötél anyaga. Felvonós felhasználásra azonban az egyszerő szénacél kötelek a legjobbak! Ha bele gondolunk, hogy a drótkötél drótja egy cm-es keresztmetszető bugából válik számtalan hıkezelés és átkovácsolás után néhány tized milliméteres huzallá, azok a szerkezeti hibák interlokációk, - amelyek a kiöntött bugában még benne voltak, mire az acél elemi szállá válik, nagyrészt eltőnnek. Az acél szilárdsága lényegesen megnı. Eléri a nagy ötvözı tartalmú acélok szilárdságát. Viszont megtartja az ismételt igénybevételekkel szembeni tőrı képességét! Erre pedig igen nagy szükségünk van! A felhasznált acél szakítószilárdsága általában 1570 ±200 N/mm 2.

7 Az azonban fontos, hogy a kötél anyaga homogén legyen! Inhomogén anyagból, legyen az akár a kötél mag, vagy a huzal anyaga, nem lehet jó kötelet készíteni! 4. A kötél rugalmassága. A huzal rugalmassági tényezıje: kg/cm 2. Illetve mai mértékegységben: 206 GPa. Ez egy meglehetısen nagy érték! A kötél azonban- mivel ı tulajdonképpen egy rúgó nem ezt mutatja. A kötél rugóállandója: GPa. Amíg a felvonó rakodása gyalogos, addig ez a kérdés nem szokott probléma lenni. De! Ha a felvonót kerekes jármővel, például a fülkébe bejáró villástargoncával rakodják, menten szembesülünk vele! A hirtelen lesüllyedı fülke akkora küszöböt képez, ami a villástargonca számára már kellemetlen! Ilyenkor a küszöbterhelést, és a kötelek terhelés hatására történı nyúlását a hajtás méretezésekor feltétlenül figyelembe kell venni! Az utólagos hajtótárcsa csere, kötél szám növelés nagyon kellemetlen problémákat teremthet! 5. A kötél átmérı tőrése, avagy a horonyalak problémája. Ha a gépházba belépve a 12. dián látható forgács tömeget látjuk, biztosra vehetjük, hogy rossz átmérı tőréső kötéllel van dolgunk! (12. dia. Forgács a gépalapon.) Az adott felvonónál a 13. dián látható kötél méreteket mértem. (13. dia: Kötél méretek.) Egy ilyen kötélzet napok, hetek alatt képes a hajtótárcsát tönkretenni, a hornyokat bekoptatni, elrágni, ahogy az a 13. dián látszik! (14. dia. Kikoptatott hajtótárcsa.)

8 Ez a probléma különösen az ék alakú hornyok esetében veszélyes! Ugyan is, ha megnézzük, hogyan helyezkedik el a kötél az ék alakú horonyban, azt látjuk, hogy a vastagabb kötél dr értékkel nagyobb sugáron fut, mint a vékony kötél. A vastagon kihúzott háromszögbıl látszik, hogy a kötél sugár irányú tőrése és a hajtótárcsa sugár változása között szinuszos az összefüggés: sin d/2 = dr/dr; innen: dr=dr/sin d/2. Mivel a horony szöge fok között van, a sin d/2 értéke 0.2 és 0,25 között változik. Ennek megfelelıen a hajtótárcsa átmérıjének változása szöröse a kötél átmérı tőrésének. A táblázatból látszik, hogy a kötelek között 0,8 mm-es átmérı különbség is van, ami 3-4 mm-es hajtótárcsa sugárváltozást is okozhat. Ez a hajtótárcsa kerületén: 2 pi, azaz 6,28 szoros kötél hosszváltozást hoz létre. Ha csak 6-tal számolok, az már 6 x 4 azaz 24 mm-t tesz ki. Mivel a hajtótárcsa 5 6 fordulatot tesz meg az emelımagasság megtételekor, az így áthordott kötelek között akár 120 mm kötél hossz különbség is létre jöhet! Ekkora differenciát egyetlen kötél kiegyenlítı mő sem tud korrigálni! Óhatatlan, hogy a kötelek el kezdjenek csúszkálni a hajtótárcsa hornyokban, ami a hajtótárcsa rohamos tönkremeneteléhez vezet! Távol álljon tılem, hogy az ékhorony használatát lebecsüljem, vagy teljes egészében tagadjam! De ha az azonos húzóképességő és horonnyomású alámetszett, ill. ékhorony horonnyomás görbéjét felrajzoljuk, a 16. dián látható diagramot kapjuk. (16. dia: Horonnyomás görbék) Errıl az látszik, hogy az alámetszett horony horonnyomása az a=0,75d

9 értékig, ahol : a: az alámetszés szélessége, d: a kötél (horony) átmérıje, alacsonyabb, mint az ékhoronyban keletkezı. Ezért: a kisebb áthúzási viszonyszámok, a kisebb alámetszések esetén célszerő alámetszett hornyot alkalmazni, e fölött az ék horony tulajdonságai a kedvezıbbek! Köszönöm a megtisztelı figyelmet!