Hiện tượng mỏi cáp thép của cần cẩu: Nguyên nhân, biện pháp phòng ngừa và kiểm tra

Tại sao dây cáp tời cần cẩu bị mỏi ngay cả khi không có dấu hiệu quá tải rõ ràng? Trong quá trình nâng hạ lặp đi lặp lại, dây cáp bị uốn cong quanh tang trống và ròng rọc dưới sức căng, cho phép các khuyết tật nhỏ phát triển thành các vết nứt do mỏi và cuối cùng gây ra đứt dây. Bôi trơn không đầy đủ, kích thước ròng rọc không phù hợp và cuộn dây không đều có thể đẩy nhanh quá trình này. Hiểu rõ nguyên nhân, các biện pháp phòng ngừa và phương pháp kiểm tra là điều cần thiết để quản lý rủi ro mỏi và duy trì hoạt động an toàn của cần cẩu.

Hiện tượng đứt gãy do mỏi của dây cáp tời cẩu là gì?

Hiện tượng mỏi dây cáp tời cẩu xảy ra trong quá trình quấn và tháo dây liên tục trên tang cuốn và ròng rọc của tời. Dây cáp liên tục chịu các ứng suất thay đổi do lực căng, uốn và nén. Khi ứng suất lặp đi lặp lại vượt quá khả năng chịu mỏi của vật liệu dây, các vết nứt nhỏ do mỏi sẽ hình thành trên bề mặt dây. Khi chu kỳ vận hành tiếp tục, các vết nứt phát triển vào bên trong và cuối cùng gây ra hiện tượng đứt dây.

Các vết đứt do mỏi thường có bề mặt gãy tương đối phẳng và thường không có hiện tượng thắt cổ hoặc biến dạng dẻo rõ ràng. Các sợi dây bị đứt thường tập trung ở những nơi dây cáp tiếp xúc và chịu tải trên ròng rọc hoặc tang trống, và các vết đứt có thể xuất hiện theo một phân bố đều đặn. Điều này khác với vết gãy dẻo hình chén do quá tải và vết gãy mài mòn sắc nhọn liên quan đến sự hao mòn.

Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng đứt gãy do mỏi ở dây cáp tời cẩu

1. Ứng suất uốn luân phiên

Mỗi lần dây cáp thép đi qua một trống dây cẩu hoặc ròng rọc cần cẩuKhi đó, dây cáp sẽ trải qua một lần uốn cong thuận hoặc nghịch khác. Uốn cong ngược chiều thường có tác động lớn hơn đến tuổi thọ mỏi của dây cáp so với uốn cong cùng chiều. Khi tỷ lệ đường kính tang trống hoặc ròng rọc so với đường kính dây cáp, D/d, quá nhỏ, độ cong khi uốn tăng lên, sự tập trung ứng suất cục bộ trở nên nghiêm trọng hơn và tuổi thọ mỏi có thể bị rút ngắn đáng kể. Việc nâng hạ thường xuyên khiến các vết nứt nhỏ tích tụ dưới tải trọng chu kỳ.

2. Sự mài mòn bên trong

Khi dây cáp chịu tải, các chuyển động tương đối nhỏ xảy ra giữa các sợi và giữa các dây dẫn riêng lẻ. Điều này tạo ra sự mài mòn do ma sát. Sự tập trung ứng suất và các vết lõm nhỏ có thể hình thành trên bề mặt dây dẫn, tạo ra các vị trí mà vết nứt mỏi có thể bắt đầu. Thiếu chất bôi trơn hoặc mỡ bị khô sẽ làm tăng tốc độ mài mòn bên trong và làm giảm tuổi thọ mỏi.

3. Tải trọng va đập và ứng suất biên độ thay đổi

Việc nâng hoặc hạ đột ngột, phanh khẩn cấp, kéo ngang và va đập khi phanh có thể tạo ra các tải trọng động bổ sung trong thời gian ngắn. Mỗi lần khởi động và dừng đều làm thay đổi lực căng thực tế của dây cáp và tạo ra ứng suất mỏi có biên độ thay đổi, đẩy nhanh sự phát triển vết nứt.

4. Các vấn đề về tình trạng của tang trống và ròng rọc

Rãnh ròng rọc bị mòn hoặc mòn không đều, rãnh bị biến dạng, cuộn dây kém, các vòng quấn chéo hoặc rối loạn, và hiện tượng ép trong quá trình quấn nhiều lớp đều có thể tạo ra tải trọng không đều lên dây. Sự tập trung ứng suất cục bộ do đó có thể gây ra hư hỏng do mỏi xuất hiện sớm ở các đoạn dây cụ thể.

5. Tương tác giữa ăn mòn và mỏi

Môi trường ngoài trời hoặc ẩm ướt có thể gây ra rỉ sét và rỗ trên bề mặt dây thừng. Bản thân vết rỗ ăn mòn có thể trở thành điểm khởi phát vết nứt do mỏi. Khi ăn mòn và mỏi chu kỳ tác động cùng nhau, sự hư hỏng có thể tăng tốc. Ăn mòn bên trong và hư hỏng do mỏi có thể khó nhận biết chỉ bằng cách kiểm tra bằng mắt thường.

6. Lựa chọn hoặc bố trí dây thừng không phù hợp

Khả năng chịu mỏi của kết cấu dây cáp tiếp xúc điểm thường thấp hơn so với kết cấu tiếp xúc đường thẳng. Việc bố trí ròng rọc hoặc lưới luồn kém, bao gồm cả việc uốn ngược chiều nhiều lần, có thể tạo ra điểm yếu về độ bền mỏi ngay từ giai đoạn thiết kế thiết bị.

Cách phòng ngừa hiện tượng đứt gãy do mỏi ở dây cáp tời cẩu

1. Lựa chọn thiết bị điều khiển và tỷ lệ D/d

Chọn đường kính tang trống và ròng rọc theo đúng yêu cầu hiện hành. Tránh sử dụng tang trống hoặc ròng rọc quá nhỏ gây ra độ cong vênh quá mức. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành, hãy xem xét loại dây cáp có khả năng chịu mỏi tốt, chẳng hạn như loại 6×36WS. Khi bố trí hệ thống luồn dây, hãy giảm thiểu tình trạng uốn ngược chiều nếu có thể.

2. Sử dụng quy trình nâng vật đúng cách để giảm mệt mỏi do va đập

Không được khởi động hoặc dừng đột ngột, đảo chiều động cơ đột ngột để phanh, hoặc kéo ngang. Áp dụng tải trọng từ từ và đều đặn khi bắt đầu nâng để giảm tác động và ứng suất thay đổi. Kiểm soát chặt chẽ tải trọng định mức và không vận hành trong điều kiện quá tải.

3. Bảo trì hệ thống dẫn hướng và cuộn dây

Hãy giữ cho bộ phận dẫn hướng và cuộn dây của tang trống luôn trong tình trạng tốt để tránh bị xoắn chéo, bị bẹp và bị kẹp dây. Các ròng rọc phải quay tự do mà không bị kẹt. Kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế các rãnh ròng rọc thường xuyên để tránh bị mòn không đều.

4. Áp dụng quy trình bôi trơn và bảo dưỡng tiêu chuẩn.

Hãy sử dụng chất bôi trơn chuyên dụng cho dây cáp thép và đảm bảo chất bôi trơn có thể thấm sâu vào lõi cáp và giữa các sợi dây để giảm ma sát. Bôi lại chất bôi trơn định kỳ để tránh bị khô hoặc mất đi, giúp làm chậm quá trình hư hỏng do mỏi và ăn mòn kết hợp.

5. Xây dựng quy trình kiểm tra và loại bỏ theo cấp độ

Việc kiểm tra định kỳ cần kiểm tra số lượng dây bị đứt trong một bó dây, độ giảm đường kính, biến dạng và ăn mòn. Việc kiểm tra định kỳ có thể sử dụng phương pháp kiểm tra không phá hủy bằng điện từ hoặc các phương pháp phù hợp khác để xác định các đoạn dây bị đứt ẩn bên trong. Áp dụng các tiêu chí loại bỏ dây cáp thích hợp và thay thế dây cáp ngay lập tức khi đạt đến giới hạn cho phép. Không tiếp tục sử dụng dây cáp bị hư hỏng không thể chấp nhận được.

6. Kiểm soát cường độ vận hành và duy trì hồ sơ bảo dưỡng

Đối với thiết bị có chu kỳ nâng hạ thường xuyên, hãy rút ngắn khoảng thời gian thay thế cho phù hợp. Lưu giữ hồ sơ bảo dưỡng cáp thép, ghi lại số chu kỳ hoạt động và đánh giá mức độ hao mòn do mỏi cùng với điều kiện làm việc thực tế.

Các phương pháp xác định hiệu suất mỏi của dây cáp thép

Nguồn tham khảo dẫn chiếu GB/T 38814-2020, Dây cáp thép dùng làm dây treo - Phương pháp thử nghiệm độ bền mỏi, dùng để kiểm tra độ bền mỏi của dây cáp thép. Tình trạng hiện tại và tiêu chuẩn thay thế áp dụng cần được xác minh trước khi công bố.

1. Nguyên tắc kiểm tra

Áp dụng ứng suất kéo chu kỳ dọc trục hình sin lên mẫu dây cáp và duy trì biên độ ứng suất và tần số tải trọng đã xác định. Tiếp tục chu kỳ cho đến khi mẫu đạt số chu kỳ yêu cầu hoặc dây cáp bị đứt dây, đứt sợi, nứt khớp nối hoặc xuất hiện các hư hỏng xác định khác. Kết quả được sử dụng để đánh giá độ bền mỏi.

2. Yêu cầu về thiết bị thử nghiệm

Độ chính xác lực của máy thử độ bền mỏi cần được kiểm soát ở mức ±0,5%. Dạng sóng tải trọng nên là hình sin, và tần số thử nghiệm nói chung nên được kiểm soát ở mức 0,1–2 Hz để giảm ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng.

3. Chuẩn bị mẫu vật

Cắt mẫu vật theo chiều dài yêu cầu và cố định hai đầu bằng phương pháp đáng tin cậy như ép hoặc nối ống. Các đầu nối không được hỏng sớm, để tránh xảy ra hiện tượng hỏng do mỏi ở thân dây chứ không phải ở phần kẹp.

4. Quy trình thử nghiệm

• Kiểm tra mẫu vật và ghi lại tình trạng ban đầu của nó.
• Cố định mẫu vật và thiết lập tải trọng chu kỳ tối đa và tối thiểu.
• Bắt đầu quá trình tải mỏi chu kỳ và tiếp tục thử nghiệm.
• Dừng thử nghiệm khi đạt đến số chu kỳ quy định hoặc khi xảy ra hiện tượng đứt dây, đứt sợi, nứt đầu dây hoặc lỗi khác được xác định.
• Sau khi thực hiện thử nghiệm độ bền mỏi, hãy kiểm tra khả năng chịu tải còn lại bằng phương pháp thử lực phá vỡ thích hợp.
• Lập báo cáo thử nghiệm độ bền mỏi hoàn chỉnh, ghi rõ kiểu hỏng, số chu kỳ và lực phá vỡ còn lại.

5. Đánh giá kết quả

Sau khi thử nghiệm, kiểm tra mẫu vật xem có bị đứt do mỏi hay không. Đối với các loại dây cáp có phương pháp lắp đầu khác nhau, hãy xác định xem lực đứt còn lại có đáp ứng giá trị tối thiểu áp dụng được quy định trong tiêu chuẩn liên quan hay không. Nguồn tài liệu đưa ra các giá trị tham khảo là ít nhất 80% đối với lực đứt tối thiểu cho dây cáp được ép và ít nhất 90% đối với dây cáp được đúc bằng phương pháp nối ổ cắm. Các giới hạn này phải được kiểm tra so với phiên bản tiêu chuẩn áp dụng, phương pháp lắp đầu và loại mẫu vật.

Cần phân biệt thử nghiệm mỏi kéo dọc trục với thử nghiệm mỏi uốn do việc quấn dây lặp đi lặp lại trên tang trống và ròng rọc. Các thử nghiệm này mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau và không nên được coi là có thể thay thế cho nhau nếu không có cơ sở kỹ thuật phù hợp.

Phần kết luận

Hiện tượng mỏi cáp của dây cáp tời cẩu là một rủi ro an toàn tích lũy dần dần. Sự cố thường không xảy ra đột ngột; chúng là kết quả của sự hư hỏng tích lũy qua nhiều chu kỳ vận hành. Kiểm soát rủi ro này đòi hỏi vận hành đúng cách, bố trí thiết bị phù hợp, bôi trơn, bảo trì và kiểm tra định kỳ. Ở giai đoạn mua hàng và kiểm tra đầu vào, hiệu suất chịu mỏi của dây cáp cũng cần được đánh giá so với các yêu cầu hiện hành.

Dây cáp, tang trống, ròng rọc, hệ thống cuộn dây và hệ thống điều khiển phanh cần được kiểm tra như một hệ thống thống nhất. Việc kiểm soát lựa chọn thiết bị, tải trọng va đập, điều kiện uốn cong, bôi trơn, ăn mòn và quản lý loại bỏ có thể làm giảm nguy cơ đứt do mỏi ở dây cáp nâng.

Cindy

WhatsApp: +86 191 3738 6654

E-mail: cindywang@hndfcrane.com

Tôi là Cindy, với 10 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành cần cẩu và tích lũy được nhiều kiến thức chuyên môn. Tôi đã lựa chọn những chiếc cần cẩu thỏa mãn cho hơn 500 khách hàng. Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu hoặc câu hỏi nào về cần cẩu, vui lòng liên hệ với tôi, tôi sẽ sử dụng chuyên môn và kinh nghiệm thực tế của mình để giúp bạn giải quyết vấn đề!