Zmęczenie liny wciągnika dźwigowego: przyczyny, zapobieganie i kontrola

Dlaczego zmęczenie liny stalowej wciągnika dźwigowego występuje nawet bez widocznego przeciążenia? Podczas wielokrotnego podnoszenia i opuszczania liny stalowe wyginają się wokół bębnów i krążków pod wpływem naprężenia, co pozwala na przekształcenie się drobnych defektów w pęknięcia zmęczeniowe, a w konsekwencji w pękanie lin. Niedostateczne smarowanie, niewłaściwy rozmiar krążków i nierównomierne nawijanie mogą przyspieszyć ten proces. Zrozumienie przyczyn, środków zapobiegawczych i metod testowania jest kluczowe dla zarządzania ryzykiem zmęczenia i zapewnienia bezpiecznej eksploatacji dźwigu.

Czym jest pęknięcie zmęczeniowe liny wciągnika dźwigowego?

Zmęczenie liny wciągnika dźwigowego rozwija się podczas wielokrotnego nawijania i rozwijania na bęben i krążki linowe wciągnika. Liny są stale narażone na zmienne naprężenia spowodowane rozciąganiem, zginaniem i ściskaniem. Gdy powtarzające się naprężenia przekraczają wytrzymałość zmęczeniową materiału liny, na jej powierzchni tworzą się drobne pęknięcia zmęczeniowe. W miarę trwania cykli roboczych pęknięcia powiększają się do wewnątrz i ostatecznie powodują zerwanie liny.

Pęknięcia zmęczeniowe zazwyczaj mają stosunkowo płaskie powierzchnie i zazwyczaj nie wykazują wyraźnego przewężenia ani odkształcenia plastycznego. Pęknięcia drutów często koncentrują się w miejscach, gdzie lina styka się z kołem linowym lub bębnem i przenosi obciążenie, a pęknięcia mogą występować w regularnym rozkładzie. Różni się to od pęknięć plastycznych w kształcie miseczki, charakterystycznych dla pęknięć przeciążeniowych, oraz od ostrych pęknięć ściernych związanych ze zużyciem.

Główne przyczyny pęknięć zmęczeniowych w linach wciągników dźwigowych

1. Naprężenie zginające przemienne

Za każdym razem, gdy lina stalowa przechodzi nad bęben linowy dźwigu Lub bloczek dźwigowy, liny ulegają kolejnemu wygięciu w przód lub w tył. Wygięcie w tył ma zazwyczaj większy wpływ na trwałość zmęczeniową liny niż zginanie w tym samym kierunku. Gdy stosunek średnicy bębna lub krążka do średnicy liny, D/d, jest zbyt mały, krzywizna gięcia wzrasta, lokalna koncentracja naprężeń staje się większa, a trwałość zmęczeniowa może ulec znacznemu skróceniu. Częste podnoszenie i opuszczanie pozwala na gromadzenie się drobnych pęknięć pod wpływem obciążeń cyklicznych.

2. Zużycie wewnętrzne

Pod obciążeniem liny występują niewielkie ruchy względne między splotkami i poszczególnymi drutami. Powoduje to zużycie cierne. Na powierzchni drutu mogą tworzyć się koncentracje naprężeń i małe wżery, tworząc miejsca, w których mogą pojawić się pęknięcia zmęczeniowe. Brak smarowania lub wyschnięty smar przyspiesza zużycie wewnętrzne i skraca trwałość zmęczeniową.

3. Obciążenia udarowe i naprężenia o zmiennej amplitudzie

Nagłe podnoszenie lub opuszczanie, hamowanie awaryjne, ciągnięcie boczne i uderzenia podczas hamowania mogą powodować krótkotrwałe dodatkowe obciążenia dynamiczne. Każde ruszanie i zatrzymywanie zmienia rzeczywiste naprężenie liny i powoduje naprężenia zmęczeniowe o zmiennej amplitudzie, przyspieszając powstawanie pęknięć.

4. Problemy ze stanem bębna i koła pasowego

Zużyte lub nierównomiernie zużyte rowki krążków linowych, zdeformowane rowki, nieprawidłowe nawijanie liny, skrzyżowane lub nieuporządkowane nawinięcia oraz zgniatanie podczas nawijania wielowarstwowego mogą powodować nierównomierne obciążenie liny. Wynikająca z tego lokalna koncentracja naprężeń może prowadzić do przedwczesnego pojawienia się uszkodzeń zmęczeniowych w określonych odcinkach liny.

5. Interakcja korozji ze zmęczeniem

Środowisko zewnętrzne lub wilgotne może powodować rdzewienie i powstawanie wżerów na powierzchni liny. Wżery korozyjne mogą same w sobie stać się miejscem inicjacji pęknięcia zmęczeniowego. Współdziałanie korozji i zmęczenia cyklicznego może przyspieszyć awarię. Wewnętrzna korozja i uszkodzenia zmęczeniowe mogą być trudne do zidentyfikowania wyłącznie na podstawie oględzin.

6. Niewłaściwy dobór lub układ liny

Odporność na zmęczenie konstrukcji linowych o styku punktowym jest generalnie niższa niż konstrukcji o styku liniowym. Niewłaściwe nawinięcie lub układ krążków, w tym wielokrotne odwrotne zginanie, może prowadzić do osłabienia zmęczeniowego na etapie projektowania sprzętu.

Jak zapobiegać pęknięciom zmęczeniowym liny wciągnika dźwigowego

1. Wybór sprzętu sterującego i współczynnik D/D

Dobierz średnice bębnów i krążków linowych zgodnie z obowiązującymi wymaganiami. Unikaj zbyt małych bębnów lub krążków linowych, które powodują nadmierne wygięcie. W zależności od warunków pracy, rozważ konstrukcję liny o dobrej odporności na zmęczenie, np. 6×36WS. Podczas projektowania układu przewleczenia, w miarę możliwości minimalizuj ryzyko zginania w przeciwnym kierunku.

2. Stosuj prawidłowe procedury podnoszenia, aby zmniejszyć zmęczenie spowodowane uderzeniami

Nie należy gwałtownie ruszać ani zatrzymywać się, gwałtownie zmieniać kierunku jazdy w celu hamowania ani wykonywać ruchów bocznych. Obciążenie należy przykładać powoli i równomiernie na początku podnoszenia, aby zminimalizować uderzenia i naprężenia przemienne. Należy ściśle kontrolować obciążenie znamionowe i nie należy pracować w warunkach przeciążenia.

3. Konserwacja układu prowadzenia i nawijania liny

Utrzymuj prowadnicę liny bębna i urządzenie nawijające w dobrym stanie, aby zapobiec krzyżowaniu się liny, jej zgniataniu i zaciskaniu. Krążki powinny obracać się swobodnie, bez zacięć. Regularnie sprawdzaj, naprawiaj lub wymieniaj rowki krążków, aby zapobiec jednostronnemu zużyciu.

4. Stosuj standardowe smarowanie i konserwację

Użyj smaru przeznaczonego specjalnie do lin stalowych i upewnij się, że przenika on w kierunku rdzenia liny i między druty, aby zmniejszyć tarcie cierne. Nakładaj smar w odpowiednich odstępach czasu, aby zapobiec jego wysychaniu lub utracie, co pomoże spowolnić uszkodzenia zmęczeniowe i korozyjne.

5. Ustal procedury stopniowanej kontroli i utylizacji

Rutynowe kontrole powinny obejmować sprawdzenie liczby pękniętych drutów w zwoju liny, zmniejszenia średnicy, odkształceń i korozji. Kontrole okresowe mogą obejmować elektromagnetyczne badania nieniszczące lub inne odpowiednie metody w celu identyfikacji ukrytych, wewnętrznych pęknięć drutów. Należy stosować odpowiednie kryteria dotyczące wymiany liny stalowej i natychmiast wymienić linę po osiągnięciu limitu. Nie należy kontynuować użytkowania liny z niedopuszczalnym uszkodzeniem.

6. Kontroluj intensywność pracy i prowadź dokumentację serwisową

W przypadku urządzeń o częstych cyklach podnoszenia, należy odpowiednio skrócić okres między wymianami. Prowadź rejestr serwisowy liny stalowej, dokumentuj liczbę cykli roboczych i oceniaj zużycie zmęczeniowe liny w odniesieniu do rzeczywistych warunków pracy.

Metody określania wytrzymałości zmęczeniowej lin stalowych

Źródło podaje GB/T 38814-2020, Zawiesia linowe ze stali nierdzewnej – metoda badania zmęczeniowego, dotyczące badań zmęczeniowych zawiesi linowych. Przed publikacją należy zweryfikować aktualny stan i obowiązującą normę zastępczą.

1. Zasada testowania

Przyłóż sinusoidalne osiowe cykliczne naprężenie rozciągające do próbki liny stalowej i utrzymuj określoną amplitudę naprężenia i częstotliwość obciążania. Kontynuuj cykle rozciągania, aż próbka osiągnie wymaganą liczbę cykli lub lina ulegnie zerwaniu drutów, zerwaniu splotu, pęknięciu końcówek lub innej określonej awarii. Wynik służy do oceny trwałości zmęczeniowej.

2. Wymagania dotyczące sprzętu testowego

Dokładność siły maszyny do badań zmęczeniowych powinna być kontrolowana z dokładnością ±0,5%. Przebieg obciążenia powinien być sinusoidalny, a częstotliwość testu powinna mieścić się w zakresie 0,1–2 Hz, aby ograniczyć wpływ rezonansu.

3. Przygotowanie próbek

Przytnij próbkę do wymaganej długości i zabezpiecz jej końce niezawodną metodą, taką jak zaciskanie lub tulejowanie. Końcówki nie powinny ulegać przedwczesnemu uszkodzeniu, aby uszkodzenie zmęczeniowe nastąpiło w korpusie liny, a nie w części zaciskowej.

4. Procedura testowa

• Dokonaj przeglądu okazu i zanotuj jego stan początkowy.
• Zabezpiecz próbkę i ustaw maksymalne i minimalne obciążenia cykliczne.
• Rozpocznij cykliczne obciążenie zmęczeniowe i kontynuuj test.
• Zatrzymaj test po osiągnięciu określonej liczby cykli lub w przypadku pęknięcia drutu, zerwania pasma, pęknięcia końcówki lub wystąpienia innej określonej usterki.
• Po przeprowadzeniu badania zmęczeniowego należy sprawdzić pozostałą nośność, stosując odpowiednią metodę badania siły zrywającej.
• Sporządzenie kompletnego raportu z testu zmęczeniowego, w którym należy uwzględnić rodzaj awarii, liczbę cykli i pozostałą siłę niszczącą.

5. Ocena wyników

Po badaniu należy sprawdzić próbkę pod kątem pęknięć zmęczeniowych. W przypadku zawiesi o różnych metodach mocowania końcówek, należy ustalić, czy resztkowa siła zrywająca spełnia obowiązującą wartość minimalną określoną w odpowiedniej normie. Źródło podaje wartości odniesienia co najmniej 80% minimalnej siły zrywającej dla zawiesi kutych i co najmniej 90% dla zawiesi z tuleją odlewaną. Wartości te należy sprawdzić w odniesieniu do obowiązującej wersji normy, metody mocowania końcówek i rodzaju próbki.

Badanie zmęczenia osiowego na rozciąganie należy odróżnić od badania zmęczenia zginającego, spowodowanego wielokrotnym nawijaniem na bębny i koła pasowe. Badania te symulują różne warunki pracy i nie powinny być traktowane jako zamienne bez odpowiedniej podstawy technicznej.

Wniosek

Zmęczenie liny wciągnika dźwigowego stanowi stopniowo narastające ryzyko dla bezpieczeństwa. Awarie często nie pojawiają się bez ostrzeżenia; wynikają one z uszkodzeń kumulujących się w powtarzających się cyklach pracy. Kontrola ryzyka wymaga prawidłowej obsługi, odpowiedniego rozmieszczenia sprzętu, smarowania, konserwacji i stopniowej kontroli. Na etapie zakupu i kontroli odbiorczej należy również ocenić wytrzymałość zmęczeniową liny pod kątem obowiązujących wymagań.

Linę, bęben, krążki linowe, układ nawijania i układ sterowania hamulcem należy kontrolować jako jeden system. Jednoczesna kontrola doboru sprzętu, obciążenia udarowego, warunków gięcia, smarowania, korozji i zarządzania utylizacją może zmniejszyć ryzyko pęknięć zmęczeniowych liny wciągnika.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Jestem Cindy, mam 10 lat doświadczenia w branży dźwigowej i zgromadziłam bogactwo wiedzy zawodowej. Wybrałam satysfakcjonujące dźwigi dla ponad 500 klientów. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby lub pytania dotyczące dźwigów, skontaktuj się ze mną, wykorzystam swoją wiedzę specjalistyczną i praktyczne doświadczenie, aby pomóc Ci rozwiązać problem!