Ống bọc nhôm dây cáp: Các chế độ cường độ, kích thước và lỗi

Ống bọc nhôm tạo ra liên kết cơ học hàn nguội, không chỉ là một điểm kẹp

A ống bọc nhôm dây cáp , được gọi đúng là ống bọc hoặc ống nối, có chức năng như một khớp nối đầu cuối giúp cố định vĩnh viễn đầu dây cáp vào mắt hoặc mối nối. Khi được nén bằng dụng cụ uốn phù hợp, vật liệu nhôm dẻo sẽ biến dạng dẻo xung quanh từng sợi dây riêng lẻ, chảy vào các rãnh giữa chúng và tạo ra một Khóa liên động cơ học được tạo hình nguội giúp phân bổ tải trọng kéo đều trên mỗi tao trong mặt cắt ngang của cáp . Ống bọc được quấn chính xác trên dây thép mạ kẽm hoặc thép không gỉ sử dụng ống bọc nhôm hình bầu dục đạt được độ bền giữ bằng 85% đến 90% độ bền đứt tối thiểu của dây cáp khi chiều dài tay áo, đường kính bên trong trước khi ép và thông số kỹ thuật nén sau khi ép đều được đáp ứng. Hợp kim nhôm được sử dụng—thường là 5052 hoặc 6061 ở dạng rèn hoặc A380 ở dạng đúc—được chọn vì sự kết hợp giữa độ dẻo trong quá trình nén, khả năng chống ăn mòn với vật liệu dây cáp và khả năng làm cứng giúp tăng độ bền sau khi quấn của ống bọc để chống lại ứng suất vòng do các sợi dây chịu tải cố gắng kéo tự do.

Ống bọc hình bầu dục và Ống bọc kín: Hai thành phần khác nhau cho các chức năng khác nhau

Thuật ngữ ống bọc nhôm dây cáp bao gồm hai loại phần cứng có chức năng riêng biệt thường bị nhầm lẫn. Một Ống bọc hình bầu dục, còn được gọi là ống bọc mắt Flemish, có hình bầu dục thon dài với hai lỗ bên trong song song tiếp nhận cả hai chân của vòng dây cáp . Nó được uốn dọc theo chiều rộng của nó, nén cả hai lỗ đồng thời và là đầu chịu lực chính để tạo mắt vĩnh viễn ở đầu dây cáp. Ngược lại, ống bọc chặn là một ống nhôm hình trụ ngắn có một lỗ xuyên duy nhất, được quấn trực tiếp vào một chân dây cáp để tạo ra một điểm dừng cơ học—chẳng hạn như vật giữ ngăn dây cáp kéo qua khối ròng rọc hoặc điểm dừng giữ chặt phần đuôi của dây cáp sau khi nó đi qua ống bọc hình bầu dục. Việc nhầm lẫn cả hai và sử dụng ống bọc chặn trong đó cần có ống bọc hình bầu dục để kết cuối chịu lực sẽ dẫn đến kết nối không thành công ở ít hơn 40% độ bền đứt của dây vì ống bọc chặn chỉ gắn vào một chân và thiếu khả năng phân bổ tải trọng cân bằng của thiết kế hình bầu dục hai lỗ.

Giao thức định cỡ và hậu quả của việc không khớp

Ống bọc nhôm có kích thước phù hợp với đường kính dây cáp cụ thể với cửa sổ dung sai cực kỳ hẹp. Đường kính bên trong trước khi ép của lỗ ống bọc ngoài phải là Lớn hơn 0,2 đến 0,5 mm so với đường kính dây danh nghĩa để cho phép dây đi qua mà không bị kẹt trong khi để lại khoảng trống tối thiểu mà nhôm phải lấp đầy trong quá trình nén. Ống bọc quá lớn sẽ không nén đủ vào các sợi dây; nhôm sẽ đạt đến giới hạn nén trước khi nó chảy hoàn toàn vào các khe hở của sợi, để lại các khoảng trống bên trong đóng vai trò là điểm tập trung ứng suất và giảm độ bền giữ tới 30%. Ống bọc có kích thước quá nhỏ không thể luồn vào dây mà không làm hỏng sợi và buộc nó làm cho từng sợi dây bên ngoài dịch chuyển và xoắn, tạo ra mặt cắt yếu tại điểm chính xác nơi đầu cuối tác dụng lực căng cao nhất. Biểu đồ kích thước ống bọc do nhà sản xuất xuất bản khớp từng đường kính cáp với một số bộ phận ống bọc cụ thể và kích thước cụ thể cho kết cấu cáp—dây lõi sợi 6x19 và cáp lõi cáp độc lập 7x19 có cùng đường kính danh nghĩa có thể yêu cầu thông số kỹ thuật ống bọc khác nhau vì đường kính ngoài thực tế hơi khác nhau do hình học bó sợi khác nhau.

Kiểm tra trước khi chuyển đổi và quy tắc về độ dài đuôi

Trước khi nén, đuôi dây nhô ra khỏi ống bọc phải đủ dài để có thể xác minh bằng mắt rằng dây không bị trượt trong quá trình quấn. Quy tắc tiêu chuẩn là một chiều dài đuôi tối thiểu bằng một chiều dài tay áo đối với tay áo hình bầu dục và hai đường kính dây đối với tay áo chặn . Sau khi quấn, nếu phần đuôi đã rút vào ống tay áo, dây sẽ bị trượt trong quá trình nén và đầu cuối phải được cắt bỏ và làm lại. Đuôi cũng cung cấp vật liệu cho biện pháp an toàn thứ cấp: trong các ứng dụng nâng quan trọng, đuôi thường được đi kèm với dây hoặc được trang bị thêm ống chặn như một vật giữ dự phòng.

Yêu cầu về công cụ hoán đổi và quyết định về công cụ cầm tay so với thủy lực

Việc nén ống bọc nhôm của dây cáp yêu cầu một công cụ chuyển đổi áp dụng lực nén song song có kiểm soát đối với kích thước sau khi chuyển đổi được chỉ định. Dụng cụ cắt bu-lông hoặc búa và đục lỗ ở cửa hàng phần cứng không thể tạo ra vật cắt an toàn. Dụng cụ tối thiểu được chấp nhận cho các ống bọc hình bầu dục trên dây cáp có đường kính lên tới 5 mm là một công cụ chuyển đổi thủ công với hàm thép cứng được gia công theo biên dạng sau nén chính xác . Những công cụ này là thiết kế đòn bẩy tổng hợp giúp nhân lực tay thành áp suất nén vài tấn ở mặt hàm. Đối với đường kính dây trên 5 mm, cần có máy ép thủy lực với các khuôn có thể hoán đổi cho nhau để tạo ra lực ổn định từ 8 đến 15 tấn cần thiết để nén hoàn toàn ống bọc nhôm vào cấu trúc dây. Chỉ số chất lượng quan trọng đối với bất kỳ công cụ chuyển đổi nào là khả năng tạo ra kích thước lặp lại sau khi chuyển đổi - thường được chỉ định là phép đo thước đo trên ống bọc nén ở điểm rộng nhất của nó - và một công cụ có hàm bị mòn, bung hoặc không khớp với kích thước ống bọc sẽ tạo ra một ống lót bị nén dưới mức có vẻ chấp nhận được về mặt trực quan nhưng không đạt được dưới tải trọng định mức.

Thước đo Đi/Không Đi và Xác minh Sau khi Swage

Sau khi nén, ống bọc bị dịch chuyển phải được kiểm tra bằng thước đo đi/không đi do nhà sản xuất ống bọc cung cấp hoặc được chỉ định trên bảng dữ liệu của nhà sản xuất. Máy đo xác minh rằng chiều rộng nén của ống bọc nằm trong phạm vi chấp nhận được - thường cộng thêm 0,2 mm và trừ 0,1 mm so với kích thước danh nghĩa sau khi ép . Ống bọc đo kích thước quá khổ trên máy đo đã bị nén quá mức và sẽ không phát huy hết khả năng giữ chặt. Ống bọc có kích thước nhỏ hơn đã bị nén quá mức, có thể làm nứt nhôm hoặc đè bẹp các sợi dây cáp bên trong, tạo ra điểm bắt đầu hỏng hóc. Việc kiểm tra máy đo không phải là tùy chọn đối với bất kỳ ứng dụng nâng, lắp hoặc quan trọng về an toàn nào; đây là xác minh khách quan duy nhất rằng quá trình chuyển đổi đã được thực hiện chính xác.

Tiêu chuẩn tay áo đôi cho các ứng dụng nâng

Các tiêu chuẩn công nghiệp dành cho dây cáp treo và cụm nâng, bao gồm ASME B30.9 và EN 13411-3, yêu cầu mối nối mắt Flemish được kết thúc bằng ống bọc hình bầu dục bằng nhôm. tối thiểu một ống bọc cho dây cáp có đường kính lên tới 6 mm, hai ống bọc cho đường kính từ 6 đến 12 mm và ba ống bọc cho đường kính trên 12 mm . Các tay áo được đặt cách đều nhau dọc theo đuôi, với tay áo đầu tiên được đặt càng gần cổ họng càng tốt và các tay áo tiếp theo cách nhau khoảng một chiều dài tay áo. Yêu cầu nhiều tay áo không phải là sự dư thừa vì lợi ích riêng của nó; nó giải quyết thực tế là một ống bọc duy nhất tập trung toàn bộ tải trọng kéo vào một điểm và nếu ống bọc đó bị tổn hại—do lỗi sản xuất, ăn mòn hoặc bị lệch ngoài thông số kỹ thuật— thì toàn bộ đầu cuối không thành công mà không có cảnh báo. Nhiều ống bọc phân phối tải trọng và cung cấp dấu hiệu hư hỏng tăng dần: nếu ống bọc thứ nhất bắt đầu trượt, tải trọng sẽ chuyển sang ống bọc thứ hai và phần đuôi nhô ra khỏi ống bọc thứ nhất sẽ thay đổi rõ ràng, cảnh báo cho người kiểm tra về sự hư hỏng đang phát triển trong quá trình kiểm tra định kỳ.

Các cân nhắc về ăn mòn và khả năng tương thích mạ nhôm-thép

Ống bọc nhôm tiếp xúc với dây cáp thép tạo ra cặp điện khi có chất điện phân, chẳng hạn như nước mưa, bụi muối hoặc hơi ẩm trong khí quyển công nghiệp. Nhôm là chất anốt với thép trong dãy mạ điện, nghĩa là tay áo nhôm tốt nhất sẽ bị ăn mòn để bảo vệ dây thép . Trong các ứng dụng trong nhà khô ráo, hiệu ứng điện này là không đáng kể và ống bọc ngoài sẽ bền hơn dây. Trong môi trường biển, lắp đặt ngoài trời ven biển hoặc các cơ sở xử lý hóa chất, tốc độ ăn mòn điện tăng lên đáng kể. Việc giảm nhẹ cho những môi trường này bao gồm việc lựa chọn các ống bọc nhôm được anod hóa với mức tối thiểu Lớp anodized 15 micron cách điện nhôm với thép , phủ một lớp sơn lót giàu kẽm lên cụm lắp ráp trước khi đưa nó vào sử dụng và giảm khoảng thời gian kiểm tra để phát hiện độ mỏng của thành ống bọc trước khi nó làm ảnh hưởng đến độ bền của đầu nối. Ống bọc bằng thép không gỉ—có sẵn loại 304 hoặc 316—loại bỏ hoàn toàn vấn đề ăn mòn điện khi sử dụng với dây cáp thép không gỉ, với chi phí yêu cầu lực uốn cao hơn do cường độ chảy của thép không gỉ cao hơn so với nhôm.

Các chế độ lỗi phổ biến và nhận dạng trường

Các đầu cuối ống bọc nhôm của dây cáp không thành công do một số cơ chế có thể dự đoán được, mỗi cơ chế đều có chỉ báo rõ ràng. Thất bại phổ biến nhất là kéo dây, trong đó dây cáp trượt qua ống bọc bị nén dưới tải, để ống bọc ở đúng vị trí trên một phần đuôi đã tách ra . Điều này cho thấy lực nén chưa đủ, ống bọc có kích thước sai hoặc bề mặt dây bị nhiễm bẩn khiến nhôm không thể bám vào dây. Kiểu thứ hai là gãy ống tay áo, trong đó nhôm nứt theo chiều dọc dọc theo trục nén, thường là do nén quá mức vượt quá giới hạn độ dẻo của nhôm. Thứ ba là hiện tượng mỏi của cáp tại điểm thoát ra của ống bọc, gây ra bởi sự chuyển tiếp đột ngột giữa phần ống bọc cứng và cáp tự do mềm dẻo, tạo ra sự tập trung ứng suất uốn. Chế độ hư hỏng này được giảm thiểu bằng cách sử dụng một ống lót trong mắt, giúp cung cấp bán kính uốn được kiểm soát và giảm ứng suất uốn theo chu kỳ tại bề mặt tiếp xúc giữa ống bọc và dây. Chế độ thứ tư là làm mỏng thành ống bọc do ăn mòn, trong đó ống bọc nhôm mất diện tích mặt cắt ngang cho đến khi thành còn lại không còn có thể chịu được sự giãn nở hướng tâm của dây khi chịu tải, dẫn đến tách ống bọc. Mỗi dạng hư hỏng này đều để lại bằng chứng chẩn đoán mà cơ quan kiểm tra có thẩm quyền có thể xác định trước khi xảy ra hư hỏng nghiêm trọng.

Dây thép không gỉ và hộp đựng đặc biệt cho ống bọc nhôm

Khi sử dụng ống bọc nhôm trên dây cáp thép không gỉ, sự kết hợp đưa ra những cân nhắc cụ thể ngoài những cân nhắc đối với dây mạ kẽm. Dây cáp thép không gỉ có bề mặt mịn hơn và hệ số ma sát thấp hơn dây mạ kẽm , có nghĩa là ống bọc nhôm phải đạt được khóa liên động cơ học sâu hơn vào hình dạng sợi để bù cho thành phần ma sát giảm của lực giữ. Điều này đạt được bằng cách chỉ định kích thước sau khi quấn nhỏ hơn một chút cho dây không gỉ so với dây mạ kẽm có cùng đường kính, tăng hiệu quả tỷ lệ nén để đẩy nhôm vào sâu hơn trong các rãnh cáp. Ngoài ra, điện thế giữa nhôm và thép không gỉ là khoảng 0,5 volt trong nước biển, so với 0,3 volt giữa nhôm và thép carbon , có nghĩa là ống bọc nhôm trên dây không gỉ trong môi trường biển sẽ bị ăn mòn nhanh hơn đáng kể so với ống bọc tương tự trên dây mạ kẽm. Chiến lược ống bọc anot hóa với sơn lót kẽm trở thành bắt buộc, không phải là tùy chọn, đối với các tổ hợp nhôm không gỉ khi sử dụng ngoài trời hoặc trên biển.

Vật liệu bọc thay thế và các tùy chọn đồng và kẽm

Nhôm không phải là vật liệu bọc duy nhất có sẵn để làm đầu cuối dây cáp và một số ứng dụng nhất định được hưởng lợi từ các vật liệu thay thế. Vỏ đồng, được chỉ định là đồng khử phốt pho C12200, là tiêu chuẩn cho dây cáp được sử dụng trong khai thác mỏ và môi trường dễ cháy nổ vì đồng không tạo ra tia lửa khi bị va đập hoặc mài mòn . Ống bọc đồng yêu cầu lực nén cao hơn khoảng 15% so với ống bọc nhôm có cùng kích thước do độ bền chảy của đồng cao hơn và chúng tạo ra điểm cuối có độ bền giữ tương đương với nhôm khi được quấn chính xác. Ống bọc kẽm, được sản xuất từ ​​hợp kim kẽm có độ tinh khiết cao, được chỉ định cho các ứng dụng chìm và dưới nước, trong đó kẽm đóng vai trò kép vừa là đầu cuối cơ học vừa là cực dương hy sinh giúp bảo vệ dây cáp khỏi bị ăn mòn. Ống bọc kẽm được tiêu thụ có chủ ý theo thời gian và độ dày thành của nó được chỉ định với mức cho phép ăn mòn để đảm bảo đầu cuối cơ học vẫn hoạt động trong suốt tuổi thọ thiết kế của hệ thống lắp đặt. Như đã lưu ý, ống bọc bằng thép không gỉ là sự lựa chọn cho cụm dây không gỉ trong môi trường ăn mòn và cho hệ thống treo cấp thực phẩm, dược phẩm và phòng sạch nơi bụi oxit nhôm từ ăn mòn ống bọc là không thể chấp nhận được.

Vai trò của Thimble trong việc bảo vệ cả tay áo và dây thừng

Thimble là một miếng chèn bằng kim loại hoặc nhựa có rãnh được đặt bên trong mắt của đầu dây cáp trước khi ống bọc được quấn. Chức năng của nó là duy trì bán kính uốn cong được kiểm soát ở đường cong bên trong của mắt và để tránh dây cáp bị đè bẹp bởi bề mặt chịu lực của bất cứ thứ gì mà mắt được gắn vào . Đối với các đầu cuối ống bọc nhôm, ống lót còn có một chức năng quan trọng bổ sung: nó giúp ngăn các sợi dây ở cổ mắt bị xoắn khi chịu tải, điều này sẽ tạo ra sự tập trung ứng suất ngay sát ống bọc và dẫn đến hiện tượng mỏi dây sớm. Ống lót tiêu chuẩn cho đường kính dây nhất định sẽ cung cấp một bán kính uốn tối thiểu từ 2,5 đến 3 lần đường kính dây ở cổ họng mắt. Nếu không có ống lót—cấu hình được gọi là mắt mềm—dây sẽ uốn quanh bán kính chặt hơn nhiều do chốt gắn hoặc cùm gắn vào, và các dây ở bên trong chỗ uốn bị nén vượt quá giới hạn đàn hồi của chúng trong chu kỳ tải đầu tiên, làm hỏng vĩnh viễn dây ở điểm chịu ứng suất cao nhất. Mắt mềm với đầu cuối ống bọc nhôm chỉ được chấp nhận đối với các ứng dụng tĩnh không quan trọng trong đó dây sẽ không bao giờ đạt tới giới hạn tải trọng làm việc và khi độ mỏi không phải là vấn đề cần cân nhắc khi vận hành.