انواع سیم بکسل ها و ساختار آنها

سیم بکسل

یکی از تجهیزاتی است که به دلایل بسیاری از آن استفاده میکنند. طراحی منحصر به فرد آن شامل سیمهای فولادی متعدد است که با الگویی مارپیچ حول یک محور رشتهای واحد را تشکیل میدهند. این ساختار دارای استحکام و انعطافپذیری است و توانایی این را دارد که فشارهای نقاط عطف را متحمل شود. پیکربندیهای مختلف مواد، سیم و ساختار رشته مزایای متفاوتی را برای کاربردهای مختلف ایجاد کرده است که شامل موارد زیر می باشد.

استحکام
انعطاف پذیری
مقاومت در برابر ساییدگی
مقاومت در برابر خرد شدن
مقاومت در برابر فرسودگی
مقاومت در برابر زنگ زدگی
مقاومت در برابر چرخش

سیم بکسلها مطابق تصویر زیر از اجزای زیر تشکیل شده اند که بر همین اساس نامگذاری، سفاردهی و همچنین بازرسی می گردند و از تنوع زیادی برخوردار می باشند. در بازرسیهای و کنترل عملیتهای مربوطه بررسی این اجزا حایز اهمیت می باشد و می بایست موارد بدقت کنترل و در سوابق کنترل عملیات ثبت گردد. هر یک از اجزای زیر میتواند آسیبهای خاص خود را داشته باشد که خواه در کنترلهای ظاهری و یا بصورت پنهان میتوان آنها را ارزیابی نمود که ملاک از رده خارج کردن و یا آماده بکار بودن این تجهیز می باشد .

سیم / رشته (Wires) :

یک سیم بکسل کامل دارای سیمهایی منفرد است که یک رشته را میسازند. این سیم ها با الگویی مارپیچ حول یک هسته فولادی قرار میگیرند. سیم ها کوچکترین جزء سیم بکسل هستند و رشته های منفرد را تشکیل میدهند. سیم ها از مواد فلزی متفاوتی ساخته می شوند فولاد آهن فولاد ضد زنگ stainless steel ، فلز مونل و برنز سیمها را میتوان با درجه های متفاوتی از استحکام مقاومت در برابر فرسودگی زنگ زدگی و قابلیت انحنا ساخت میتوان سیم بکسل را روکش کرد اما معمولاً دارای پرداختی روشن و بدون روکش است. سیمهای فولادی برای سیم بکسلها معمولاً از فولاد کربنی غیر آلیاژی با محتوای کربن ۰٫۴ تا ۰/۹۵٪ ساخته می شوند. استحکام بسیار بالای سیمهای طناب سیم بکسلها ها را قادر میسازد تا نیروهای کششی زیادی را تحمل کنند و بر روی نوارهایی با قطر نسبتاً کوچک عبور کنند.

انواع اصلی هسته سیم بکسل ها (The main types of cores of steel ropes)

هسته مهمترین عنصر ساخت طناب فولادی است. این هسته ای است که وظیفه حفظ شکل و اندازه سطح مقطع طناب را بر عهده دارد و به عنوان منبع روانکاری برای ناحیه داخلی رشته های طناب در حین کار عمل می کند.

رشته(Strand)

رشته های سیم بکسل دارای دو یا چند سیم هستند که با نظمی خاص پیچیده شده اند. سپس رشته های منفرد با الگویی مارپیچ حول هسته سیم بکسل قرار میگیرند رشته هایی که دارای سیمهایی با قطر بیشتر هستند نسبت به ساییدگی مقاومت بیشتری دارند و رشته هایی که دارای سیمهایی با قطر کمتر هستند انعطاف پذیرتر میباشند. از مهمترین نکات کنترل عملیات سیم بکسلها کنترل طول گام ، جهت گام و نوع آسیب دیدگی رشته ها می باشد

الگوی رشته ها :

تعداد لایه های سیمها تعداد سیم ها در هر لایه سایز سیمهای موجود در هر لایه همگی بر روی نوع الگوی رشته تاثیر میگذارد میتوان با استفاده از یک یا چند الگوهای زیر سیم بکسل را ساخت:

هندسه رشته ها:

رشته ها از لحاظ هندسی نیز دارای تنوع میباشند که نوع های رایج آن در تصویر زیر نمایش داده می شود .

رشته های فشرده:

یکی از راههای موثر برای افزایش طول عمر طناب فولادی ساخت آن با رشته های فشرده است. قبل از اینکه رشته ها به یک سیم بکسل فولادی بافته شوند در معرض چرخش تابشی قرار میگیرند که باعث تغییر شکل سیم و در نتیجه ساختار جامد و مقطع متراکم میشود در فرآیند چرخاندن قطر خارجی رشته کاهش می یابد، سطح مقطع فلزی افزایش می یابد زیرا فضای خالی بین سیم های داخل رشته پر میشود. سطح رشته صاف تر می شود.

این فرآیند موجب مسطح شدن سطح سیمهای خارجی درون رشته میشود اما چگالی رشته را نیز افزایش میدهد. نتیجه این کار داشتن یک سطح نرم تر خارجی است و قدرت را نسبت به سیم بکسل گرد افزایش میدهد (اگر با قطر و دسته بندی یکسان آنها را مقایسه کنیم). همچنین کمک میکند تا طول عمر سطح نیز افزایش یابد.

مزایای رشته های فشرده

سیم بکسل با رشته های تنیده دارای استحکام کششی بالاتری در مقایسه با سیم بکسلهای معمولی با تمام قطرها است.
سیم های رشته های فشرده در مقایسه با سیمهای گرد رشته های معمولی تماس جذب تر و منظمی با یکدیگر دارند.
سطح صاف رشته های فشرده شده تماس بهتری با سطح قرقره ها و درامها ایجاد میکند و در نتیجه استقامت تجهیزات و خود سیم بکسل را افزایش می دهد.
سیم بکسلهایی با رشته های فشرده مقاومت در برابر سایش بالا و مقاومت در برابر خستگی خمشی دارند .
تماس بین رشته های بیرونی و تماس بین لایه های طناب روی درام در مقایسه با سیم بکسلهای رشته گرد معمولی بسیار بهتر است.

سیم بکسل (Rope)

مجموع کامل سیمها ، هسته و همچنین رشته، طناب را تشکیل میدهند که به آن سیم بکسل میگوییم. طنابها نیز از خود دارای ویژگیهای خاص و همچنین تکنولوژی ساخت متنوعی هستند که به خصوصیات آنها در زیر اشاره میگردد. در کنترل عملیاتهای مربوطه ثبت این ویژگی از اهمیت خاصی برخوردار میباشد.

انوع سیم بکسلهای رشته دار (Stranded ropes)

مجموعه ای از چندین رشته که به صورت مارپیچ در یک لایه طناب تک لایه یا چند لایه مقاوم در برابر چرخش یا طناب بسته موازی در اطراف یک هسته یا مرکز قرار گرفته اند. طنابهای رشته دار متشکل از سه یا چهار رشته بیرونی ممکن است دارای هسته باشند یا نداشته باشند.

سیم بکسلهای رشته ای تک لایه(single-layer rope): سیم بکسلهای رشته ای متشکل از یک لایه رشته است که به صورت مارپیچ در اطراف یک هسته قرار گرفته اند.

سیم بکسل مقاوم در برابر چرخش(rotation-resistant rope): سیم بکسل های مقاوم در برابر چرخش عموماً مجموعه ای از حداقل دو لایه از رشته ها را تشکیل میدهند که به صورت مارپیچ در اطراف یک مرکز قرار گرفته اند، جهت قرارگیری رشته های بیرونی مخالف با لایه زیرین است.

سیم بکسل بسته موازی(parallel-closed rope): سیم بکسل رشته ای متشکل از حداقل دو لایه رشته است که به صورت مارپیچی در یک عملیات بسته شدن در اطراف یک رشته یا مرکز الیاف قرار گرفته اند.

سیم بکسل رشته فشرده (compacted strand rope): سیم بکسل رشته ای که در آن رشته ها قبل از بسته شدن سیم بکسل ، تحت یک فرآیند فشرده سازی مانند کشیدن غلتیدن یا چرخاندن قرار میگیرند.

سیم بکسل کابلی (cable-laid rope): مجموعه ای از چندین سیم بکسل معمولاً شش رشته ای گرد که به آنها سیم بکسل های واحد گفته میشود که به صورت مارپیچ در اطراف یک هسته بسته می شوند.

سیم بکسل بافته (braided rope): مجموعه چندین رشته گرد که در هم آمیخته یا بافته شده اند.

سیم بکسل الکترومکانیکی(electro-mechanical rope): طناب رشته ای یا مارپیچی حاوی هادی های الکتریکی

سیم بکسل مسطح(flat rope): مجموعه ای از سیم بکسل های واحد معروف به “reddies” ، که هر کدام شامل چهار رشته است که معمولاً شش هشت یا ۱۰ تار قرمز در جهت چپ و راست متناوب قرار میگیرند در کنار هم قرار می گیرند و با دوخت و پرچ ها سیمها رشته ها یا در موقعیت خود قرار میگیرند.

سیم بکسلهای های مارپیچ (spiral rope) :

مجموعه ای از حداقل دو لایه سیم که به صورت مارپیچ روی یک سیم گرد مرکزی رشته توکار یا رشته موازی قرار گرفته اند با حداقل یک لایه سیم که در جهت مخالف گذاشته شده است. یعنی مخالف لایه (های) بیرونی است.

سیم بکسل رشته مارپیچی (spiral strand rope): طناب مارپیچی که فقط از سیمهای گرد تشکیل شده است.

سیم بکسل پیچ نیمه قفل شده (half-locked coil rope): طناب مارپیچی دارای لایه بیرونی سیمهای نیمه قفل و گرد است.

سیم بکسل پیچ تمام قفل شده (full-locked coil rope): طناب مارپیچی دارای یک لایه بیرونی از سیم های قفل کامل

سیم بکسل پر از پلیمر جامد (solid polymer-filled rope): طنابی که در آن فضاهای داخلی آزاد با یک پلیمر جامد پر شده است که تا یا کمی فراتر از محیط بیرونی طناب امتداد دارد.

سیم بکسل پوشانده و پر شده از پلیمر جامد(polymer covered and filled rope solid): طنابی که با یک پلیمر جامد پوشیده شده روکش شده و پر شده است.

سیم بکسل بالشتکی (cushioned rope): طنابی که در آن لایه های داخلی رشته های داخلی یا رشته های هسته با پلیمرها یا الیاف جامد پوشانده شده اند تا بالشتکی بین رشته های مجاور یا لایه های پوشاننده تشکیل شود.

درجه سیم بکسل :

قدرت سیم بکسل به درجه های مختلفی تقسیم بندی میشود شامل:

فولاد IPS
فولاد EIPS که 15درصد از فولاد IPS قدرتمندتر است.
فولاد EEIPS که 10 درصد قدرتمندتر از فولاد EIPS است

منحنی قدرت فولاد پایه محاسبه قدرت اکثر سیم بکسلهای فولادی است.

انواع جهت پیچش / گام (Lay directions and types)

فاصله موازی با محور سیم بکسل طولی که در آن سیمهای بیرونی یک سیم بکسل مارپیچ، رشته های بیرونی یک سیم بکسل رشته

دار یا سیم بکسلهای واحد یک سیم بکسل کابلی یک دور کامل (یا مارپیچ) حول محور سیم بکسل ایجاد می کنند.

جهت و نوع لایه به نحوه قرار گرفتن سیم ها شکل دادن رشته توسط آنها (چپ یا راست) و چگونگی قرار گرفتن رشته ها حول هسته (تاب معمولی تاب لنگ یا تاب متناوب) بستگی دارد. دسته بندی بر اساس گامها به شرح زیر می باشد :

الف – گام معمولی: سیم ها با سیم بکسل هم محور هستند. جهت تاب سیم در رشته مخالف جهت تاب رشته است. سیم بکسلهایی که دارای تاب معمولی هستند در برابر نیروهای خرد کننده و چرخش مقاومت بیشتری داشته و بهتر از سیم بکسلهای دارای تاب لنگ حول درام میپیچند.

ب – گام لنگ: سیم ها زاویه ای را با محور سیم بکسل تشکیل میدهند. تاب سیم و تاب رشته حول هسته در یک جهت میباشد. سیم بکسل هایی که دارای تاب لنگ میباشند در برابر فرسودگی و ساییدگی مقاومت بهتری دارند.

ج – گام متناوب: سیم بکسل رشته ای که در آن جهت قرار گرفتن سیم ها در رشته های بیرونی به طور متناوب چپ و راست است به طوری که نیمی از طناب گام معمولی و نیم دیگر لنگ است و جهت قرار گرفتن طناب یا راست و یا چپ می باشد که دارای کاربردهای خاصی هستند.

د – گام مخالف (contra-lay ): سیم بکسلی که در آن حداقل یک لایه سیم در یک طناب مارپیچ یا یک لایه رشته در یک سیم بکسل رشته ای در جهت مخالف لایه های دیگر گذاشته شده است. گام مخاف فقط در طنابهای مارپیچی که بیش از یک لایه سیم دارند و در طنابهای رشته دار مثلاً مقاوم در برابر چرخش که بیش از یک لایه رشته دارند امکان پذیر است.

ه – گام فنر (spring lay): سیم بکسلی حاوی سه رشته سیم فولادی که به طور متناوب با سه رشته فیبر گذاشته شده است.

یک هسته با پوشش پلیمری (A core with polymer coating):

سیم طناب فوالدی با هسته فلزی با روکش پلیمری شامل الیه ای از رشته بافته شده در اطراف هسته فلزی است که به روش اکستروژن با پلیمر پوشانده شده است. پوشش پلیمری لغزش احتمالی بین عناصر طناب را به شدت کاهش می دهد و از تغییر هندسی طناب جلوگیری می کند.

پوشش پالستیکی دارای اهداف زیر است:

ایجاد کران فیزیکی که موقعیت اجزای خاصی از سیم طناب فوالدی را ثابت می کند و جابجایی مورد نیاز آنها را فراهم می کند
کاهش خوردگی داخلی ناشی از آلاینده ها به دلیل وضعیت هرمتیک بالاتر طناب
پر کردن شکاف بین رشته های بیرونی و هسته برای از بین بردن سایش
پلیمر نوع خاص برای استفاده بین 35- تا 94+ بدون تغییر ابعاد یا شکستگی ایجاد شده است.
اثر تثبیت کننده پوشش پلاستیکی در هنگام تأثیر رانش جانبی، چرخش، ناشی از زاویه انحراف گسترده بر روی قرقره ها، تأثیر تنش ضربه، بیشتر دیده می شود.

طناب های فولادی سازگار(Adapted steel ropes)

ماهیت این راه حل، پیش طراحی و ساخت یک طناب بالابر با پارامترهای هندسی تا حد امکان نزدیک به پارامترهایی است که طناب در یک وضعیت معلق عمودی به دلیل چرخش گرانشی به دست می آورد. برای این رشته ها با طولهای مختلف در امتداد طناب بافته می شوند. منطق تغییر طول پیچش (گام) به نوع و پارامترهای تجهیزات معلق بستگی دارد که این طناب برای آن پیشنهاد شده است. بنابراین، ما به چنین طنابهای بالابر سازگار میگوییم این تکنیک پردازش تحت هدایت پروفسور V. Malinovsky توسعه یافته است. (پتنت شماره ۸۵۰۷۸) امکان کاهش چرخش گرانشی طناب در شفت معدن را فراهم میکند و منجر به توزیع یکنواخت تر تنشها در بین سیمهای رشته های طناب میشود که باعث افزایش قدرت خستگی و عمر مفید معدن میشود. طناب های بالابر طناب های سازگار برای استفاده در معادن با عمق (طول طناب در یک خط آویز عمودی) بیش از ۱۰۰۰ متر توصیه می شود.

طرح چرخش طناب بالابر در یک شفت عمودی و نمودارهای تنش معمولی برای یک طناب استاندارد قطر 42 میلی متر مطابق با Std. EN 12385-4 6x36WS-IWRC (GOST 7669-80) و یک طناب از همان ساختار بر اساس تصویر زیر نشان داده شده است.

طناب های مقاوم در برابر چرخش و طنابهای گشتاور کم (چرخش کم)

طناب های مقاوم در برابر چرخش طناب هایی (عمدتاً چند لایه) هستند که در آنها تعادل گشتاورها حاصل می شود. دو راه سازنده برای دستیابی به شرایط تعادل برای طنابهای فولادی وجود دارد:

طنابهای چند رشته ای با حداقل ۳ لایه رشته در اطراف هسته که دارای حداقل ۱۵ رشته در لایه بیرونی هستند را می توان طناب های مقاوم در برابر چرخش در نظر گرفت.

علاوه بر این رشته های بیرونی باید در مقایسه با رشته های لایه های داخلی طناب جهت مخالف قرارگیری داشته باشند. چنین طناب هایی گشتاور بسیار کمی دارند یا در محدوده خاصی از بارها اصلاً آن را ندارند. آنها ممکن است با یک انتهای آزاد، با یا بدون چرخان استفاده شوند.

طنابهای کم گشتاور (چرخش کم) شامل طنابهایی با بیش از ده رشته بیرونی و دارای حداقل دو لایه از رشته ها در اطراف هسته با یک لایه بیرونی رشته ها در جهت مخالف نسبت به لایه های داخلی است. مقاومت پیچشی قابل توجهی دارند. اما برای داشتن عملکرد پایدار استفاده از آنها با یک سر آزاد و با چرخان توصیه نمی شود.

به دلیل پیچیدگی ساخت و ساز چنین طنابهایی، رویکرد خاصی برای جابجایی این طناب ها مورد نیاز است.

در طنابهای تک لایه کم رشته غیر چرخشی و معمولی اصل دیگری از تعادل گشتاور وجود دارد. در پارامترهای لایه خاصی از هر دو رشته و طناب گشتاور برابری حاصل می شود.

طناب های کم رشته سطح تماس کوچکی دارند که باعث کاهش استقامت آنها در حین کار بر روی بلوکها و درام ها می شود. اما این مشکل با استفاده از رشته های فشرده حل میشود. طنابهای چهار رشته ای برای استفاده با چرخان توصیه نمی شود.

طنابهای کم رشته بسیار ساده تر از طنابهای غیر چرخشی چند رشته ای هستند و از پایداری ساختاری بالایی برخوردار هستند. بنابراین کاربرد آنها در موارد خاص نسبتاً مؤثر است.

روان کننده ها و عوامل نگهدارنده سیم بکسل :

روان کننده سیم بکسل: ماده ای است که در طول ساخت یک رشته هسته یا سیم بکسل به منظور کاهش اصطکاک داخلی و یا کمک به محافظت در برابر خوردگی استفاده می شود.
عامل اشباع کننده: ماده ای است که در ساخت هسته های الیاف طبیعی، پوششها یا درجها به منظور کمک به جلوگیری از پوسیدگی و پوسیدگی استفاده می شود.
عامل نگهدارنده: مواد، معمولاً نوعی ترکیب مسدود کننده، که در طول و/یا پس از ساخت سیم بکسل و/یا روی درزها و پوششهای فیبر به منظور کمک به محافظت در برابر خوردگی اعمال میشود.

نام گذاری سیم بکسل طبق EN 12385(Rope designation according to EN 12385):

حداقل اطلاعات مورد نیاز برای سفارش سیم بکسل (Minimal required information for rope order):

تعیین طناب (Rope designation)
قطر اسمی طناب (Nominal diameter of the rope)
ساخت طناب (Rope construction)
تراکم رشته (Strand compaction)
مواد هسته و ضرورت در پوشش آن با مواد پلیمری (Core material and necessity in its covering with polymer materials)
استحکام کششی (Tensile Strength)
نوع پوشش روشن گالوانیزه (Type of coating(Bright, Galvanized))
جهت و نوع گام (Lay direction and type)
سند تنظیمی استاندارد (Regulatory document(standard))
حداقل نیروی شکست(Minimum breaking force)
کد روغن کاری (Lubrication code)
طول اسمى (Nominal length)
الزامات مربوط به وزن و بسته بندی (Requirements to tare and packing)
گواهینامه های مورد نیاز (ثبت دریایی APIو غیره) (Required certificates (Maritime Register, API, etc))