Кіріспе
Металл арқан: Бұралған арқан деп аталатын үлгіде, екі немесе одан да көп қатты металл сым спиральға бұралып, күрделі арқанды құрайды. Үлкен диаметрлі арқандарда мұндай бұралған арқандардың бірнеше қабаттары болады, олар кабельдік құралым деп аталады. Сымдарды өнеркәсіптік станок – страндер арқылы бірнеше барабаннан өткізіп, оларды соңғы күрделі түріне келтіреді. Нақтырақ айтқанда, «сым арқан» термині 0,5 дюймнен үлкен диаметрге ие арқандарды білдіреді, ал кіші өлшемдері кабельдер немесе тростар деп аталады. Бастапқыда ұрық темірден жасалған сымдар қолданылған, бірақ бүгінде сым арқандарды жасау үшін негізгі материал болат болып табылады. Тарихи тұрғыдан алғанда, сым арқандар механикалық жетіспеушіліктері бар ұрық темір тізбектерден пайда болды. Тізбектердегі буындар немесе қатты болат тақталардағы ақаулар катастрофалық бұзуға әкелсе, болат кабельді құрайтын сымдардағы ақаулар олардың орнын басқа сымдар оңай толтыра алатындықтан, олардың салдары аз болады. Сымдар мен қабаттар арасындағы үйкеліс арқанның тозуына себеп болса да, ол қысқа мерзімде ұсақ ақауларды өтеуге көмектеседі. Сым арқандар 1830 жылдары тау-кендегі көтергіштерді пайдалану үшін жасалған. Сым арқандар көтергіштер мен лифттерде жүк көтеру және иіскеу үшін, сондай-ақ механикалық қуатты беру үшін динамикалық түрде қолданылады. Сым арқандар механизмдерде күшті беру үшін де қолданылады, мысалы, Боуден кабелі немесе ұшақтың басқару беттері, пилот кабинасындағы тұтқалар мен педальдарға жалғанады. Ұшақ кабелінде ғана WSC (сым қабатты өзегі) болады. Сонымен қатар, ұшақ кабелінің диаметрі сым арқаннан кіші болады. Мысалы, ұшақ кабелінің диаметрі 0,25 дюймға жетеді, ал көптеген сым арқандардың диаметрі 0,5 дюймнан басталады. Статикалық сым арқандар аспалы көпірлер сияқты құрылымдарды немесе мұнараларды қолдау үшін, сондай-ақ тіреу сымдары ретінде қолданылады. Әуе трамвайы жүктерді тасымалдау және жылжыту үшін сым арқанға сенеді.
Wire rope is composed of as few as two solid, metal wires twisted into a helix that forms a composite rope, in a pattern known as laid rope. Larger diameter wire rope consists of multiple strands of such laid rope in a pattern known as cable laid. Manufactured using an industrial machine known as a strander, the wires are fed through a series of barrels and spun into their final composite orientation. In stricter senses, the term wire rope refers to a diameter larger than , with smaller gauges designated cable or cords. Initially wrought iron wires were used, but today steel is the main material used for wire ropes. Historically, wire rope evolved from wrought iron chains, which had a record of mechanical failure. While flaws in chain links or solid steel bars can lead to catastrophic failure, flaws in the wires making up a steel cable are less critical as the other wires easily take up the load. While friction between the individual wires and strands causes wear over the life of the rope, it also helps to compensate for minor failures in the short run. Wire ropes were developed starting with mining hoist applications in the 1830s. Wire ropes are used dynamically for lifting and hoisting in cranes and elevators, and for transmission of mechanical power. Wire rope is also used to transmit force in mechanisms, such as a Bowden cable or the control surfaces of an airplane connected to levers and pedals in the cockpit. Only aircraft cables have WSC (wire strand core). Also, aircraft cables are available in smaller diameters than wire rope. For example, aircraft cables are available in diameter while most wire ropes begin at a diameter. Static wire ropes are used to support structures such as suspension bridges or as guy wires to support towers. An aerial tramway relies on wire rope to support and move cargo overhead.
Тарих
Қазіргі заманғы сым арқанды 1831 және 1834 жылдар аралығында неміс кен инженері Вильгельм Альберт Германияның Төменгі Саксониясы, Клаусталь қаласындағы Харц тауларында кен өндіру үшін ойлап тапты. Ол тез қабылданды, себебі бұрын қолданылған қымыз немесе металл тізбектерден жасалған арқандарға қарағанда мықтырақ екенін көрсетті. Вильгельм Альберттің алғашқы арқандары әрқайсысы төрт сымнан тұратын үш жіптен құралды. 1840 жылы шотландтық Роберт Стирлинг Ньюолл осы процесті одан әрі жетілдірді. Америкада сым арқанды Джон А. Роблинг 1841 жылдан бастап өндірді, ал Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N Co.) – Лихай аңғарындағы алғашқы доменді пештерді салғандай – 1848 жылы Пенсильвания штатының Джим Торп қаласында сым арқан фабрикасын құрды. Бұл фабрика Эшли Плейнс жобасы үшін көтергіш кабельдерді, содан кейін Саммит Хилл және Мауч Чанк темір жолының кері рельстік жолдары үшін кабельдерді қамтамасыз етті, бұл оның танымал туристік орын ретіндегі тартымдылығын арттырды және көмір өндірісін күрт арттырды, себебі вагондарды қайтару уақыты шамамен төрт сағаттан кеміне 20 минутқа дейін азайды. Келесі онжылдықтарда Еуропа мен Солтүстік Америкада терең шахталардың саны артып, жер бетіндегі минералдық қорлар таусылып, кеншілер көлбеу қабаттар бойындағы қабаттарды іздеуге мәжбүр болды. Бұл темір жол құрылысының бастапқы кезеңі болатын, ал бу машиналарының тік беткейлерге көтерілу үшін жеткілікті тартымды күші болмағандықтан, көлбеу темір жолдары кең таралған. Бұл Америка Құрама Штаттарында кабельді көтеру технологиясын дамытуға серпін берді, себебі Антрацит көмір аймағының солтүстігі мен оңтүстігіндегі кен орындары жыл сайын тереңдей түсті, тіпті Пантер Крик аңғарындағы бай кен орындарына LC&N Co. компаниясы Лансфорд және оның Шюлкилл округіндегі әріптес қаласы Коалдейлден басталатын төменгі беткейлерге алғашқы шахталарын қазуға мәжбүр болды. 1874 жылы құрылған Adolf Bleichert & Co. компаниясы Рур аңғарында тау-кен өндірісі үшін екі кабельді әуе трамвайларын салуды бастады. Маңызды патенттері мен Еуропадағы ондаған жұмыс істейтін жүйелерінің арқасында Bleichert әлемдік өнеркәсіпке үстемдік етті, кейіннен өзінің жобаларын және өндіріс әдістерін Американың Нью-Джерси штатындағы Trenton Iron Works компаниясына лицензиялады, ол бүкіл Америкада жүйелер құрды. Adolf Bleichert & Co. компаниясы бүкіл әлемде жүздеген әуе трамвайларын салды: Аляскадан Аргентинаға, Австралияға және Шпицбергенге дейін. Bleichert компаниясы сонымен қатар Германия әскері мен Вермахты үшін жүздеген әуе трамвайларын салды. 19 ғасырдың соңында сым арқан жүйелері жаңа канат жолдары сияқты механикалық қуатты беру құралы ретінде қолданылды. Сым арқан жүйелері желілік біліктерге қарағанда он есе арзан және сүрткіс жоғалтулары аз болды. Осы артықшылықтардың арқасында сым арқан жүйелері бірнеше шақырымға дейін қуатты жеткізу үшін қолданылды.
Сымдар
Арқан өрімдеріне арналған болат сымдар әдетте 0,4-0,95% көміртегі мөлшері бар, қорытпа емес көміртекті болаттан жасалады. Сымдардың өте жоғары беріктігі арқандардың үлкен тартылу күштерін көтеруіне және салыстырмалы түрде кішкентай диаметрлі дөңгелектердің үстінен жүруіне мүмкіндік береді.
Қылқалам
Крос-лей жиектері деп аталатында әр түрлі қабаттардың сымдары бір-бірін кесіп өтеді. Көбінесе қолданылатын параллельді жиектерде барлық сым қабаттарының жиек ұзындығы бірдей болады және кез келген екі үстіне орналасқан қабаттардың сымдары параллельді келеді, нәтижесінде сызықтық жанасу пайда болады. Сыртқы қабаттың сымы ішкі қабаттың екі сымымен тіреледі. Бұл сымдар жиектің бүкіл ұзындығы бойында көршілес болып орналасқан. Параллельді жиектер бір операцияда жасалады. Осындай жиектері бар сым арқандардың қызмет ету мерзімі, қиылысқан жиектері бар (сирек қолданылатын) сым арқандардан әлдеқайда ұзақ болады. Екі сым қабаттан тұратын параллельді жиектердің құрылымы Filler, Seale немесе Warrington болып табылады.
Спиральды арқандар
Қағида бойынша, спиральді арқандар дөңгелек жіптер болып табылады, себебі олар орталыққа спираль тәрізді оралған сым қабаттарынан құралады, және кемінде бір сым қабаты сыртқы қабатқа қарама-қарсы бағытта оралған. Спиральді арқандар айналмауы үшін жасалуы мүмкін, яғни керілгенде арқанның бұрылу моменті дерлік нөлге тең болады. Ашық спиральді арқан тек дөңгелек сымдардан тұрады. Жартылай бекітілген және толық бекітілген арқандардың ортасы әрқашан дөңгелек сымдардан жасалады. Бекітілген арқандардың сыртқы қабаттарында бір немесе бірнеше профильді сымдар болады. Олардың артықшылығы – құрылымының өзі тозаң мен судың ішке енуін тиімді түрде болдырмайды, сондай-ақ майлау материалдарының жоғалуынан қорғайды. Бұған қоса, олардың маңызды артықшылығы бар: сымның өлшемдері дұрыс болса, сыртқы сымның үзілген ұштары арқаннан шыға алмайды.
Қалқандар
Қиылған арқандар – бір немесе бірнеше қабатта спираль тәрізді оралған бірнеше жіптерден тұратын жиынтық, олар өзекке орналасқан. Бұл өзек үш түрдің бірі болуы мүмкін. Біріншісі – синтетикалық материалдан немесе сизаль сияқты табиғи талшықтардан жасалған талшықты өзек. Синтетикалық талшықтар күштірек және біркелкірек, бірақ майлау құралын көп сіңіре алмайды. Табиғи талшықтар өз салмағының 15%-ға дейін майлау құралын сіңіре алады, соның арқасында ішкі сымдарды синтетикалық талшықтарға қарағанда коррозиядан жақсы қорғайды. Талшықты өзектер ең икемді және серпімді, бірақ оңай сығылуға бейім. Екінші түрі – сым арқаннан жасалған өзек, ол бір қосымша сымнан тұрады және көбінесе ілу үшін қолданылады. Үшінші түрі – тәуелсіз сым арқан өзегі (IWRC), ол барлық ортада ең төзімді. Көптеген қиылған арқандарда өзек үстінде тек бір жіп қабаты болады (талшықты немесе болаттан жасалған өзек). Арқандағы жіптердің оралу бағыты оңға (Z символы) немесе солға (S символы) болуы мүмкін, ал сымдардың оралу бағыты оңға (z символы) немесе солға (s символы) болуы мүмкін. Егер сыртқы жіптердегі сымдардың оралу бағыты сыртқы жіптердің өзінің оралу бағытына қарама-қарсы болса, онда бұл арқан қарапайым оралулы арқан деп аталады. Егер сыртқы жіптердегі сымдар да, сыртқы жіптердің өзі де бірдей оралу бағытына ие болса, арқан lang lay арқан деп аталады (голланд тіліндегі langslag, kruisslag, бұрын Альберт орамы немесе langs lay). Қалыпты оралу дегеніміз, жеке сымдар орталықтардың айналасында бір бағытта, ал жіптер кері бағытта оралған.
Пайдалануға байланысты жіктеу
Қолданылу орнына байланысты, сым арқандар әртүрлі талаптарды орындауы керек. Негізгі қолданылу түрлері: Жүретін арқандар (жіп арқандар) шынжырлар мен барабандар үстінен өтеді. Сондықтан олар негізінен иілуге, екінші кезекте керілуге ұшырайды. Тұрақты арқандар, тіреу арқандары (көбінесе толық бекітілген спиральді арқандар) тартылу күштерін көтеруге тиіс, сондықтан олар негізінен статикалық және өзгермелі тартылу кернеулерімен жүктеледі. Ілгіш арқандар көбінесе кабельдер деп аталады. Жол арқандары (толық бекітілген арқандар) әуе жолдарындағы және кабельді крандардағы кабиналардың немесе басқа жүктердің ролигі үшін рельс рөлінде болуы керек. Жүретін арқандардан өзгеше, жол арқандары роликтің қисықтығын қабылдамайды. Ролик күшінің әсерінен арқанның еркін иілу радиусы пайда болады. Бұл радиус тартылу күшімен артады (және иілу кернеуі төмендейді) және ролик күшімен кемиді. Сым арқанды ілгіштер (жіп арқандар) әртүрлі тауарларды көтеру үшін қолданылады. Бұл ілгіштер тартылу күштерімен, бірақ ең алдымен тауардың көбінесе өткір жиектерімен иіліп қысылғандағы иілу кернеулерімен жүктеледі.
Running ropes (stranded ropes) are bent over sheaves and drums. They are therefore stressed mainly by bending and secondly by tension. Stationary ropes, stay ropes (spiral ropes, mostly full locked) have to carry tensile forces and are therefore mainly loaded by static and fluctuating tensile stresses. Ropes used for suspension are often called cables. Track ropes (full locked ropes) have to act as rails for the rollers of cabins or other loads in aerial ropeways and cable cranes. In contrast to running ropes, track ropes do not take on the curvature of the rollers. Under the roller force, a so called free bending radius of the rope occurs. This radius increases (and the bending stresses decrease) with the tensile force and decreases with the roller force. Wire rope slings (stranded ropes) are used to harness various kinds of goods. These slings are stressed by the tensile forces but first of all by bending stresses when bent over the more or less sharp edges of the goods.
Қауіпсіздік
Сым арқандары өзгермелі күштерге, тозуға, коррозияға және сирек жағдайларда шектен тыс күштерге ұшырайды. Арқанның қызмет ету мерзімі шектеулі, ал қауіпсіздік тек арқанның белгілі бір ұзындығында сымдардың үзілуін, көлденең қимасының азаюын және басқа да зақымдануларды анықтау арқылы қамтамасыз етіледі, сондай-ақ қауіпті жағдай туындамай тұрып арқанды ауыстыру қажет. Орналымдар сым арқандарды тексеруді жеңілдету үшін жобалануы керек. Жолаушы тасымалына арналған көтергіш құрылғылар вагондардың төмен құлауын болдырмау үшін бірнеше әдістің жиынтығын пайдалануды талап етеді. Лифттерде қосымша арқалық арқандар мен қауіпсіздік тежегіштері болуы тиіс. Арқанды жолдар мен шахталық көтергіштер жауапты басқарушының үнемі бақылауында болуы керек, ал арқан ішкі сымдардың үзілуін анықтай алатын магниттік әдіспен тексерілуі керек.
Аяқтаулар
Сым арқанның ұшы оңай тозығып, жабдық пен құралдарға қосу қиынға түседі. Сым арқан ұштарын тозудан сақтаудың әр түрлі тәсілдері бар. Сым арқанды бекітудің ең көп қолданылатын және тиімді әдісі – ұшын кері бұрып, ілмек жасау. Содан кейін бос ұшы сым арқанға қайта бекітіледі. Фламандтық ілмекке арналған терминация тиімділігі шамамен 70%-ды құрайды, ал фламандтық ілмек пен тігіс үшін – 90%-ға дейін, ал құйма ұштар мен престелген ұштар үшін – 100%-ға жетеді.
Ұяшықтар
Сым арқанның ұшы тізбек түрінде аяқталғанда, оның тым қатты бүгілу қаупі бар, әсіресе тізбек салыстырмалы түрде кішкентай аумаққа жүктемені шоғырландыратын құрылғыға қосылғанда. Тізбектің табиғи пішінін сақтау және кабельдің ішкі жағында қысылып немесе тозуынан қорғау үшін тізбектің ішіне балдақ орнатуға болады. Балдақтарды тізбектерде пайдалану – салалық қалыпты жағдай. Балдақ жүктеменің сымдармен тікелей жанасуына кедерес жасайды.
Қылқанды жіптің клиптері
Сым арқанның бос ұшын бекіту үшін сым арқан клипі немесе қысқыш қолданылады. Ол әдетте U-төбешік, соғылған ілмек және екі гайкадан тұрады. Сым арқанның екі қабаты U-төбешікке салынады. Содан кейін ілмек арқан үстінен төбешікке бекітіледі (ілмекте U-төбешікке сәйкес келетін екі тесік бар). Гайкалар бұл құрылымды бекітеді. Сым арқанның диаметріне байланысты, оны бекіту үшін әдетте екі немесе одан көп клип қолданылады. Диаметріне қарай сегіздей клип қажет болуы мүмкін. "Өлі жылқыны мінгізбе" деген есте сақтау қағидасы клиптерді орнатқанда, жинаманың ілмек бөлігі арқанның жүк көтеретін немесе "тірі" жағына, жүк көтермейтін немесе "өлі" жағына емес, орналастырылуын білдіреді. Бұл арқанның жүкке төзілетін ұшын сығудан және зақымданудан қорғау үшін жасалған. Ілмектің жалпақ тіреуі және ұзартылған тіректер арқанды қорғауға арналған және әрқашан тірі ұшына орналастырылады. АҚШ Әскери-теңіз күштері және көптеген реттеуші органдар мұндай клиптерді тұрақты бекіту ретінде пайдалануды ұсынбайды, егер олар мерзімді түрде тексерілмесе және қайта тартылмаса.
Көзді тігу немесе фламандтық көз
Бұранда жасау кезінде сым арқанның бос ұшын бекіту үшін көзді жалғау қолданылуы мүмкін. Сым арқан ұшының талшықтары белгілі бір қашықтыққа дейін ашылып, содан кейін иілген бөлігінің ұшы көзді құрайды. Ашылған талшықтар қайтадан сым арқанға тоқылып, бұранда немесе көзді жасайды. Фламанд көзі немесе голландтық тоқу сымның үш талшығын (талшықтар бір-біріне жақын болуы керек, бірін соң бірін алмастырмау керек) ашып, бір жаққа жинауды қамтиды. Қалған талшықтар сымның ұшы "V" пішімінде аяқталған жерге дейін иіліп, көзді құрайды. Бір жаққа жиналған талшықтар енді сымның ұшынан көздің "V" пішіміне дейін кері оралып қайтадан тоқылады. Бұл талшықтар бастапқы бұрылысынан кері бағытта сым бойымен тоқылады. Егер осы типтегі арқан тоқу сым арқанға арнайы қолданылса, ол "Молли Хоган" деп аталады, ал кейбіреулер "фламанд" көзінен гөрі "голланд" көзі дейді.
Таратылған аяқталулар
Swaging – сым арқанды бекіту әдісі, ол орнату техникасына сілтеме жасайды. Сым арқан арматурасын орнатудың мақсаты – екі сым арқан ұшын біріктіру немесе сым арқанның бір ұшын басқа нәрсеге бекіту. Механикалық немесе гидравликалық сығу станогы арматураны қысып, деформациялап, берік қосылыс құрайды. Бұрандалы шпилькалар, муфталар, ұялар және гильзалар – әртүрлі сығу арқылы бекітілетін арматуралардың мысалдары. Талшықты өзектері бар арқандарды сығу ұсынылмайды.
Қиыршық тұйық
Қиыршық ұясының бекітілуі, құрылғыны жиі ауыстыру қажет болғанда тиімді. Мысалы, егер сым арқанның ұшы тозуы жоғары аймақта болса, арқанды мерзімімен қысқарту қажет болады, бұл ретте бекіту жабдығын алып тастап, қайта орнату қажет. Мұның мысалы – сүйреу арқандарының ұштары. Сым арқанның соңғы тізбегі, кене деп аталатын жеке компонентке оралған, сокеттегі конус тәрізді тесікке енгізіледі. Бұл конструкция орнына қағылып, жүктеме арқанға біртіндеп түсіріледі. Сым арқанға түсетін жүктеме артқан сайын, кене арқанды тығыз қысып, берік ұстайды.
Құймалы ұштары немесе құйылған тұйық жерлері
Құйылған ұялар жоғары беріктікті, тұрақты бекіту үшін қолданылады; олар сым арқанды конус тәрізді қуыстың тар ұшына салыстыру арқылы жасалады, бұл қуыс күштің күтілетін бағытымен сәйкес келеді. Жеке сымдар конус ішіне немесе "капельге" таратылады, содан кейін конус балқытылған қорғасын-антимон-қалайы (Pb80Sb15Sn5) қорытпасымен немесе "ақ металл қаптамасымен", мырышпен немесе қазіргі кезде көбінесе қанықпаған полиэстер шайыр қосылысымен толтырылады.