Temat 12 (2 godziny): Liny stalowe

Temat 12 (2 godziny): Liny stalowe
12.1. Wstęp
Podstawowymi surowcami służącymi do wykonania liny są: druty stalowe rdzeń oraz smar
konserwujący. Produkcja drutu odbywa się przez zastosowanie odpowiedniej technologii,
takiej jak: obróbka powierzchniowa, obróbka cieplna, obróbka plastyczna, cynkowanie
drutów. Obróbkę powierzchniową stosuje się w celu usunięcia warstwy zgorzeliny z
powierzchni walcowanej drutu. Może się to odbywać mechanicznie (szczotki druciane) albo
chemicznie (roztwór kwasu siarkowego lub solnego). Obróbka cieplna to „patentowanie”,
polegające na przelotowym nagrzaniu drutu do temperatury 880 – 950 C, a następnie
chłodzeniu w ołowiu w temperaturze 480 – 520 C. Obróbka plastyczna polega na ciągnieniu
drutu, w wyniku którego powstaje zgniot powodujący wzrost wytrzymałości na rozciąganie.
Cynkowanie drutu ma na celu jego ochronę przed korozją. Dokonywane jest w kąpieli z
płynnym cynkiem w temperaturze 450 – 470 C.
12.2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i klasyfikacją lin stalowych, a także poznanie
metod badania pojedynczych drutów, z których lina jest wykonana, na rozciąganie zginanie i
skręcanie [7].
12.3. Budowa lin stalowych
Splotka jest to element liny składający się z drutów splecionych spiralnie w jedną lub kilka
warstw wokół prostego drutu stanowiącego rdzeń splotki. Lina jest to szereg splotek
nawiniętych spiralnie w jedną lub kilka warstw wokół rdzenia liny (rys. 12.1). Rdzeń liny
może być wykonany z włókien naturalnych (bawełna, juta, konopie, sizal, manila),
syntetycznych lub z metalu. Stanowi on wewnętrzny zbiornik smaru. Dzięki rdzeniowi lina
jest elastyczna i miękka. Do smarowania zewnętrznych drutów lin oraz do nasycania rdzenia
stosuje się smar uniwersalny.
Splotki mogą mieć przekrój poprzeczny: okrągły, trójkątny, owalny lub płaski. Liny ze
względu na przekrój poprzeczny mogą być okrągłe, z oplotem lub płaskie. Liny z liniowym
stykiem drutów (o równoległym zwiciu) są to liny, w których druty w splotkach splecione są
tak, że mają jednakowy skok zwicia, w wyniku czego stykają się liniowo. Liny te wykonuje
się
na
jednej
maszynie
w jednej operacji. Wszędzie tam, gdzie głównym powodem zniszczenia lin jest zmęczenie,
należy stosować liny o liniowym styku drutów (maszyny budowlane, maszyny do robót
ziemnych, urządzenia transportowe).
Liny z punktowym stykiem drutów (o nierównoległym zwiciu) są to liny, w których druty w
następujących po sobie warstwach splotek splecione są pod jednakowym w przybliżeniu
kątem, w wyniku czego druty w kolejnych warstwach stykają się punktowo. Każda warstwa
drutu zwijana jest na innej maszynie, w oddzielnej operacji, z innym skokiem zwicia. Jeżeli
lina pracuje głównie na rozciąganie, należy stosować liny o punktowym styku drutów (maszty
telewizyjne i radiowe, liny nośne estakad, liny naciągowe).
Podstawową konstrukcję lin stalowych stanowi 6 splotek, każda skręcona z siedmiu drutów o
tej
samej
średnicy
(rys.
12.1).
Liczba
drutów
w
splotce
i w poszczególnych jej warstwach oraz średnice drutów decydują o konstrukcji
i typie liny oraz jej zastosowaniu. Odmianami tej podstawowej konstrukcji są liny, w których
występuje liniowy styk drutów.
Rys.
12.1.
Budowa
typowej
liny
w splotce po 7 drutów oraz rdzenia liny [21]
stalowej,
składającej
się
z
6
splotek,
Liny ze splotkami o jednakowej średnicy drutów w poszczególnych warstwach (rys. 12.2) są
to liny o konstrukcji typu Seale, zwykle oznaczane symbolem S [21].
Jeżeli w warstwie występują dwie różne średnice, to jest to lina o konstrukcji Warrington,
oznaczana symbolem W (rys. 12.3).
Istnieją także konstrukcje splotek o liniowym styku drutów w splotkach składające się z
warstw drutów o jednakowych średnicach i warstw drutów o niejednakowych średnicach (rys.
12.4). Takie konstrukcje nazywa się Warrington-Seale, są one oznaczane symbolem WS.
Rys.12.2.
Splotka
o
konstrukcji
mają takie same średnice [20]
Seale
(S).
Druty
w
poszczególnych
warstwach
Rys.12.3.
Lina
o
konstrukcji
drutów występują dwie średnice drutów [20]
Warrington
(W),
w
warstwie
zewnętrznej
Rys. 12.4. Splotka o konstrukcji Warrington-Seale (WS), składa się z warstw drutów o jednakowych średnicach i
warstw drutów o niejednakowych średnicach [20]
Ostatnią odmianą lin stalowych o liniowym styku drutów w splotkach są liny z drutami
wypełniającymi typu Filler (rys. 12.5), oznaczane symbolem F.
Rys. 12.5. Splotka typu Filler (F), z drutami wypełniającymi [20]
Konstrukcje z częściowo liniowym i częściowo punktowym stykiem drutów w splotkach
przedstawione są na rys. 12.6. Oznaczane są symbolami ST lub WT.
Rys. 12.6. Splotka z punktowo-liniowym stykiem drutów (ST) lub (SW) [20]
Kierunek zwicia drutów w splotce prawy i lewy oznacza się odpowiednio literami „z” i „s”.
Duże litery „Z” i „S” oznaczają kierunek zwicia splotek w linę. Wzajemny układ kierunków
zwicia splotek i liny oznacza się następująco:
–
–
–
–
liny przeciwzwite prawe: Z/s, kierunek zwicia splotek – lewy, a liny – prawy,
liny przeciwzwite lewe: S/z, kierunek zwicia splotek – prawy, a liny lewy,
liny współzwite prawe: Z/z, kierunek zwicia splotek i liny – prawy,
liny współzwite lewe: Z/z, kierunek zwicia splotek i liny – prawy.
Liny wykonuje się przeważnie jako przeciwzwite prawe, znajdują one zastosowanie w
większości urządzeń przemysłowych. Liny współzwite są bardzo giętkie i mają dużą
wytrzymałość zmęczeniową. Mają jednak wadę, lina taka obciążona ciężarem swobodnie
zwisającym rozkręca się a zluzowana zapętla się. Nadaje się do pracy, gdzie jest stale pod
obciążeniem: kolejki linowe, windy osobowe, górnicze urządzenia wyciągowe.
12.4. Badania lin stalowych
Liny podlegają następującym badaniom:
1. Oględziny i pomiary liny w całości:
a) sprawdzenie wzrokowe wyglądu zewnętrznego liny. Na powierzchni drutów liny nie
może być rdzy pęknięć rozwarstwień,
b) sprawdzenie średnicy liny polega na zmierzeniu średnicy liny w dwóch wzajemnie
do siebie prostopadłych kierunkach jednego przekroju (rys.12.7),
Rys. 12.7. Pomiar średnicy liny
c) sprawdzenie skoku zwicia liny i splotek; jako długość skoku zwicia należy
przyjmować średnią arytmetyczną długości trzech kolejnych skoków,
d) sprawdzenie masy liny,
e) sprawdzenie odprężania liny; polega to na badaniu zachowania się splotek po zdjęciu
końcowych oplotów z drutu, sploty w linie odprężonej nie powinny się rozkręcać,
2. Oględziny i pomiary drutów odkręconych z liny:
a) sprawdzenie stanu powierzchni drutów i rdzeni; oględziny nieuzbrojonym okiem,
b) sprawdzenie średnic drutów; wykonujemy mikromierzem w dwóch wzajemnie do
siebie prostopadłych kierunkach i w dwóch miejscach,
c) sprawdzenie jakości powłoki cynkowej; polega na sprawdzeniu ilości cynku,
równomierności powłoki cynkowej, przyczepności cynku,
3. Badania wytrzymałościowe i technologiczne:
a) określenie siły zrywającej poszczególne druty; badanie przeprowadza się na
uniwersalnej zrywarce, długość pomiarowa powinna wynosić 100 mm [10],
b) określenie liczby skręceń drutów liny [8]; odbywa się na maszynie do skręcania
drutów. Liczba skręceń do zniszczenia drutu świadczy o odkształceniach
plastycznych.
Liczba
ta
zawiera
się
w
przedziale
(21 70) w zależności od średnicy drutu i nominalnej wytrzymałości na rozciąganie.
Długość pomiarowa dla drutów o średnicy do 1mm powinna być równa 200-krotnej
średnicy drutu, dla drutów od 1mm do 5 mm 100-krotnej średnicy drutu dla drutów,
zaś o średnicy większej od 5 mm długość pomiarowa powinna być równa 50-krotnej
średnicy drutu. Siła osiowa powinna wynosić 2% nominalnego obciążenia
zrywającego drut,
c) określenie przegięć drutów liny [9] – odbywa się na specjalnym przyrządzie. Liczba
przegięć do zniszczenia określa podatność drutu na odkształcenia plastyczne. Liczba
ta
zawiera
się
w
przedziale
(9
20),
w zależności od średnicy drutu i nominalnej wytrzymałości na rozciąganie.
12.5. Określenie siły zrywającej linę
Operuje się trzema pojęciami siły zrywającej linę w całości:
– nominalną siłą zrywającą linę w całości Fn:
Fn = Sn Rm,
(12.1)
gdzie: Sn – przekrój metaliczny wszystkich drutów w linie,
Rm – wytrzymałość na rozciąganie materiału, z którego druty są wykonane;
– obliczeniową siłą zrywająca linę w całości Fo:
n
z
Fo = (F1 + F2 +........ + Fz) ,
(12.2)
gdzie: F1 + F2 +........ + Fz – suma sił zrywających druty wzięte do badań,
z – liczba drutów wziętych do badań,
n – liczba wszystkich drutów w linie;
– rzeczywistą siłą zrywającą linę w całości Frz = Fo , gdzie: – współczynnik zmniejszający,
uwzględniający nachylenie drutów i splotów, nierównomierny rozkład sił na poszczególne druty
oraz tarcie występujące w linie. Najczęściej
= 0,85. Im budowa liny jest bardziej
skomplikowana, tym ten współczynnik jest mniejszy.
12.6. Wykonanie ćwiczenia
–
–
–
–
–
zmierzyć średnicę liny i jej skok, określić budowę liny,
przygotować odcinki drutów do prób,
wykonać próbę rozciągania na wybranych losowo drutach,
wyznaczyć obliczeniową Fo i rzeczywistą Frz siłę zrywającą linę w całości,
wyznaczyć na skręcarce liczbę skręceń, wyniki porównać z wymaganiami zawartymi w tab.
12.1 (PN-68/M-80021 [23]).
– wyznaczyć na zginarce liczbę zgięć, wyniki porównać z wymaganiami zawartymi w tab. 12.1
(PN-68/M-80021 [23]).
12.7. Opracowanie wyników badań
Sprawozdanie powinno zawierać:
– protokół badań, tabela protokółu dostępna jest na pulpicie monitora komputerowego pod nazwą
liny.xls,
– wykres słupkowy sił zrywających poszczególne druty,
– obliczenie średniej wartości rozrzutu sił zrywających druty:
min =
Fm min Fmś
100 %,
Fmś
gdzie:
Fmmax, Fmmin, Fmś –
min =
Fm max Fmś
100 %,
Fmś
(12.3)
siły: maksymalna, minimalna i średnia zrywająca druty.
Tabela 12.1
Druty stalowe ocynkowane do produkcji lin [23]
Średnica
drutu
d
mm
Nominal Liczba przegięć drutu
na
wytrzym
ałość na
rozciąga
nie
Długość
pomiaro
wa
próbki
Liczba skręceń drutu
MPa
Średnica
wałka
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
Klasa
jakości
drutu 1
Klasa
jakości
drutu 2
Próbę zginania drutów
o średnicy poniżej 0,80
mm zastępuje się próbą
rozciągania węzłem, przy
czym siła zrywająca drut
nie powinna być mniejsza 200 d
od 50% siły zrywającej
drut bez węzła.
5,0
19
18
17
16
16
15
14
13
Klasa
jakości
drutu 1
Klasa
jakości
drutu 2
71
67
63
70
66
62
69
65
61
68
65
61
68
64
60
67
63
59
66
62
58
65
61
57
69
66
61
57
59
55
51
58
54
50
57
53
49
57
53
49
56
52
48
55
51
47
54
50
46
53
50
45
57
54
49
45
Średnica
drutu
d
mm
Nominal Liczba przegięć drutu
na
wytrzym
ałość na
rozciąga
nie
Długość
pomiaro
wa
próbki
Liczba skręceń drutu
MPa
Średnica
wałka
0,85
0,90
0,95
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
1370
1570
1770
1960
5,0
5,0
5,0
5,0
7,5
7,5
7,5
7,5
Klasa
jakości
drutu 1
Klasa
jakości
drutu 2
Klasa
jakości
drutu 1
Klasa
jakości
drutu 2
18
17
16
15
17
16
15
14
16
15
14
13
15
14
13
12
13
12
10
9
11
10
8
7
28
26
24
22
25
23
20
18
15
14
13
12
14
13
12
10
13
12
11
10
12
11
10
9
11
10
9
8
9
8
7
6
24
22
20
18
21
18
17
16
69
65
60
56
68
64
59
55
67
63
58
54
67
63
58
54
34
32
29
27
34
32
29
27
34
32
29
27
34
32
29
27
57
53
48
44
56
52
47
43
55
51
47
42
55
51
46
42
28
26
23
21
28
26
23
21
28
26
23
21
28
26
23
21
200 d
100 d
Protokół badania liny
Zrywarka:
Zakres siłomierza:
Posuw roboczy
Symbol liny
Średnica liny
Średnica drutu
Liczba drutów
Rodzaj rdzenia
Budowa
Sposób zwicia
Próba rozciągania drutów
Lp. Średnica drutu Pole przekroju
2
d
S = d /4
[mm]
2
[mm ]
1
2
3
4
Próba skręcania drutów
Lp. Średnica
Długość
drutu
drutu
d
[mm]
[N]
[mm/min]
[mm]
[mm]
Siła zrywająca Wytrzymałość drutu Uwagi
Fm
Rm
[N]
[MPa]
Liczba skręceń
otrzymana
wymagana
Uwagi
Liczba zgięć
otrzymana
Uwagi
L = 200 d
[mm]
1
2
3
4
Próba zginania drutów
Lp. Średnica
Średnica
drutu
rolki
d
D
[mm]
[mm]
1
2
3
4
wymagana