Teräsköysi - tekninen määritelmä

 

Teräslanka

Raaka-aineena on runsashiilinen valssilanka, joka on vedetty kylmänä halutun mittaiseksi ja lujuiseksi ja tarvittaessa lämpökäsitelty. Tavallisimmat luokat: 
Köyden luokka
Langan vetolujuus
Kovuus noin
ENAPI 9AMinMaxBrinelRockwell
N/mm²N/mm²HBHRC
1570PS13701770405/42545
1770IPS15701960445/47049
1960EIPS1770 2160470/48051
2160EEIPS1960 2160480/50052

Pintakäsittely

Lanka on pintakäsittelemätön (kirkas), sinkitty tai ruostumaton. Langan sinkitys parantaa teräsköyden kestävyyttä erityisesti syöpymistä aiheuttavassa ympäristössä. Äärimmäisen vaativissa tapauksissa käytetään ruostumatonta lankaa. Teräsköydet voidaan myös päällystää suojaavalla muovipinnoitteella.

Köysien venymäominaisuudet

Teräsköyden venyminen
Teräsköyden venyminen voidaan jakaa seuraaviksi venymälajeiksi:
• rakennevenymä
• kulumisvenymä
• kimmoinen venymä
• plastinen venymä
• lämpövenymä

Pysyvä rakennevenymä
Rakennevenymä johtuu köyden säikeiden ja vastaavasti säikeiden lankojen liikkumisesta toisiinsa nähden. Kuormitettuna säikeet ja langat etsiytyvät sellaiseen asentoon, joka parhaiten vastaa kuormitusta. Tämän venymän suuruus riippuu monesta eri tekijästä, joista tärkeimmät ovat köyden rakenne, kuormituksen suuruus ja kuormitusvaihteluiden lukumäärä. Rakennevenymän suuruuden arvioinnissa voidaan apuna käyttää allaolevia ohjearvoja. Terässydämisten köysien rakennevenymä on huomattavasti pienempi. Varmuuskertoimella tarkoitetaan varmuutta todelliseen murtokuormitukseen nähden.

Kuorma
VarmuuskerroinVenymä prosentteina köyden kokonaispituudesta
Köysi kuitusydämelläKöysi terässydämellä
Kevyt kuormitus80,25 %0,125 %
Normaali kuormitus50,5 %0,25 %
Raskas kuormitus30,75 %0,5 %
Raskas kuormitus taivutuksilla2 2 %1 %

Kimmoinen venymä:
Köyden kimmoinen venymä johtuu köyteen kohdistuvasta vetokuormituksesta ja se seuraa
suhteellisuusrajan alapuolella Hooken lakia:
I = (F x L)/(A x E)

I = köyden venymä (mm)
F = köyteen kohdistuva vetokuormitus (kg)
L = köyden pituus (mm)
A = köyden poikkipinta (mm2)
E = köyden kimmokerroin (kg/mm2)

Köyden rakenne vaikuttaa köyden kimmokekertoimeen; yleensä kimmokerroin suurenee teräksisen poikkipinnan suuretessa, läpimitan pysyessä muuttumattomana. Seuraavassa taulukossa on esitettu kimmokekerroinarvoja. Niitä tarkemmat arvot saadaan erikseen tehtävien vetokokeiden avulla.

Köyden kimmokerroin, E-moduuli

Teräsköyden rakenne
E-moduuli
kp/mm²
1x712600
Kompaktoitu 1x714000
1x1910900
Kompaktoitu 1x1913600
6x7+FC6300
6x7+WRS7000
6x36+FC5000
6x36+IWRC6000
Kompaktoitu 6x36+IWRC6400
Kompaktoitu DSC87900
18x74200
35x76900
Kompaktoitu 34x7+WSC7200
8x19S+FC4000
8x19S+IWRC6000
Arvot koskevat köysiä, joilla on varmuuskerroin 5:1. Kun käytetään pienempiä varmuuskertoimia, annettuja kimmomoduuleja korotetaan ja suuremmilla niitä pienennetään.

Lämpövenymä ja lyheneminen
Tämän tyyppinen venymä ja lyheneminen riippuvat köyden laajenemiskertoimesta pituussuunnassa.
Pituussuuntaan vaikuttava kerroin riippuu köysimateriaalin lämpötilan vaihtelusta ja sen suuruus on: 0,0000125/˚C.

Pituuden muutoksen kaava on seuraava: Muutos metreinä = 0,0000125 x L x t.
L = köyden pituus (m)
t = lämpötilan muutos (˚C)

Kiertymisen aiheuttama venymä
Venymä voi aiheutua siitä, että teräsköysi pääsee pyörimään kuormitettuna. Tällöin nousu pitenee ja aiheuttaa venymän.

Kulumisvenymä
Kulumisvenymä johtuu köyden säikeiden kulumisesta, jolloin köyden poikkipinta pienenee, mikä aiheuttaa ”rakennevenymän”.

Esimerkki:
Kokonaisvenymä teräsköydessä, jonka pituus on 200 m ja tyyppi 28 mm, 265-säikeinen (6x36-IWRC), johon kohdistuu 10 tonnin kuormitus (varmuuskerroin 5:1) ja lämpötilan nousu 20 °C.

Rakennevenymä = 0,25% x köyden kokonaispituus = 0,25% x 200 m = 500 mm.

Kimmoinen venymä = (W x L) / (E x A) = (10000 x 200000) / (6000 x 615,8) = 540 mm.

Lämpövenymä = 0,0000125 x L x t = 0,0000125 x 200 x 20 = 50 mm.

Kokonaisvenymä = 500 mm + 540 mm + 50 mm = 1090 mm.

Langasta köydeksi

Teräsköyden valinta

Teräsköyden tilauksen yhteydessä tulee varmistaa oikea köysityyppi, köyden rakenne, halkaisija ja pituus. 
Noudata konevalmistajan suosituksia ja varmista, että laitteelle on valittu oikea koneryhmä/-luokitus.

Varoitus! Väärän teräsköyden valinta saattaa lyhentää käyttöikää ja aiheuttaa köyden murtumisen ja/tai laitevaurion.

Teräsköyden mitoitus
Teräsköyden langoissa syntyvät veto-, puristus- ja leikkausjännitykset voivat johtua mm:
• kuorman painosta.
• köyden taivutuksesta köysipyöriä tai -teloja vasten.
• lankojen puristuksesta toisiaan ja köysipyörien tai -telojen pintaa vasten.
• lankojen ja säikeiden ruuvimaisesta muodosta, joka vetokuormituksen alaisena aiheuttaa vääntömomentin lankoihin.
Koska langat ja säikeet kuormitettuina eivät pääse liikkumaan toisiinsa nähden, jännitykset esiintyvät
usein epätasaisina jännityshuippuina.
Kaikista näistä erillisjännityksistä syntyvän kokonaisjännityksen suuruutta ei pystytä laskennallisesti määrittämään.
Teräsköydet mitoitetaan tämän vuoksi vetolujuuden mukaan ja taivutusjännitykset otetaan huomioon
valitsemalla oikea suhde köysipyörien tai telojen halkaisijan D ja köyden halkaisijan d välillä.
Teräsköyden elinikä kasvaa, kun vetojännitys pienenee ja suhde D/d suurenee.
Monilla käyttöalueilla on suunnitteluohjeisiin liitetty täsmälliset D/d-suhteen vähimmäisarvot.

Teräsköyden rakenne

Teräsköysi on joukko langoista kierrettyjä säikeitä, jotka on vuorostaan
kierretty sydämen ympäri.

Lankojen määrä ja halkaisija määrittävät vaijerin ominaisuuksia. Paksummat langat antavat vaijerille korroosion- ja kulutuksenkestävyyttä ja ohuemmat langat tekevät vaijerista notkeamman ja helpomman käsitellä.

Teräsköyden rakenne ilmaistaan seuraavasti:

esim. 6x36-FC

     6 on teräsköyden säikeiden lukumäärä
     36 on säikeeseen sisältyvien lankojen lukumäärä
     FC on teräsköyden sydämen tyyppi

Rakennekuva:
 Core of steel or fibre = Teräsköyden sydän kuitua tai terästä
 Wire = Lanka
 Corewire in the strand of steel or fibre = Sydänlanka säikeessä kuitua tai terästä
 Strand = Säie

Säikeen punonta

Tasalankaisessa säierakenteessa, jossa on useampia kerroksia, eri kerrosten langoilla on erilainen nousukulma eli eri kerrosten langat risteävät.

Lankakerrokset ovat keskenään yhdensuuntaisia säie-rakenteissa, jossa langat ovat eri paksuisia.

Punontatavasta johtuen yhdensuuntaisesti punotuilla säikeillä on suurempi teräspoikkipinta tasalankaisiin verrattuna. Toinen yhdensuuntaisesti punottujen säikeiden etu on niiden parempi väsymisen ja kulumisen kestävyys, koska kaikilla langoilla on sama nousu.

Teräsköysi - tekninen määritelmä
Ristiinpunottu

Sydän

Säikeet punotaan kuitu- tai terässydämen ympäri.

Jos köydessä on kuitusydän (teko- tai luonnonkuitua), niin köyden merkintään lisätään esim. 6x19-FC

Jos köydessä on terässäiesydän, niin merkintään lisätään esim. 6x19-IWS / WSC
Jos köydessä on teräsköysisydän, niin merkintään lisätään esim. 6x36-IWRC

Terässydämisiä köysiä suositellaan, jos köyden käyttölämpötila on korkea tai rasitukset, työnopeudet, puristuspaineet köysitelalla tai -pyörällä ovat suuria jne. Terässydän antaa paremman tuen, joten köysi säilyttää hyvin muotonsa.

Tiettyjen köysien sydän voidaan pinnoittaa muovilla, joka lisää köyden kestävyyttä ja vähentää sen sisäistä kulumista.  esim. Turboplast.

Teräsköysi - tekninen määritelmä
6x19-FC

Köyden punonta

Ristiinpunonta
Säikeillä ja sydänsäikeillä on eri punontasuunta. Köyden kiertymistaipumus on vähäisempi ja se kestää paremmin raskasta käsittelyä.

Langinpunonta
Säikeillä ja sydänsäikeillä on sama punontasuunta. Tällöin jokaisella säikeellä on suurempi kulutuspinta köysipyörissä ja köysirummuissa, mikä vähentää säikeiden kulumista ja pidentää köyden käyttöikää. Sisäiset vääntövoimat kohdistuvat ainoastaan yhteen suuntaan. Siksi langinpunottu köysi voi helposti mennä kierteille itsestään.  Köyden molemmat päät täytyy asentaa tukevasti kiinni.

Oikeakätinen punontasuunta
Sydänsäikeet on punottu oikeakätisesti ytimen ympärille. Oikeakätisyys on normaali käytäntö kerrosrakenteisissa köysissä.

Vasenkätinen punontasuunta
Sydänsäikeet on punottu vasenkätisesti ytimen ympärille.

Teräsköysi - tekninen määritelmä
Oikea ristiinpunonta (sZ)

Kiertymättömyys

Jotta suurilla nostokorkeuksilla päästäisiin mahdollisimman vähäiseen kiertymiseen, on nostoköysinä käytettävä kiertymättömiä köysirakenteita.

Näissä köysissä on useita säiekerroksia, päällekkäiset kerrokset on punottu erisuuntaisiksi, jolloin niiden vääntömomentit kumoavat toisiaan.

Esimuokkaus

Esimuokkaus on prosessi, jossa säikeet muokataan siihen kierteismuotoon, joka niillä on valmiissa teräsköydessä.  Esimuokatun teräsköyden edut:

– Teräsköydestä tulee jännitevapaa ja helposti käsiteltävä.
– Kun köysi katkaistaan, säikeet säilyttävät muotonsa ja köysi ei purkaannu

Esimuokkaus tehdään tru-lay päällä, jonka läpi säie kulkee ennen punontapistettä.

Nousu

Nousu ilmaisee langan tai säiekierroksen pituuden. Nousu on määritelty jokaiselle köysirakenteelle ja sitä ei saa muuttaa. Muussa tapauksessa köyden käyttöikä lyhenee ratkaisevasti.

Murtokuormitus

Vähimmäismurtokuorma
Vähimmäismurtokuorma ilmaistaan kilonewtoneissa. Köyden täytyy kestää vähimmäismurtokuormaa pienemmät voimat vetolujuustestauksessa.

Laskennallinen murtokuorma
Tämä on laskennallinen arvo, joka saadaan kun köyteen sisältyvien kaikkien säikeiden teräspoikkipinta-alojen summa kerrotaan lankojen lujuudella. Punontahäviö, joka syntyy, kun langat punotaan säikeeksi ja säikeet punotaan köydeksi jätetään huomioimatta.

Erikoisköydet

Pyrkimys pitempään käyttöikään ja suurempiin kuormiin on vienyt kehitystä standardiköysistä erikoisköysiin, jotka kestävät paremmin rasittavissa olosuhteissa.

Erikoisköydet valmistetaan erikoislujasta langasta (yli 2000 N/mm²) ja säikeiden rakenne on valittu mahdollisimman tiiviiksi, jolloin päästään suurempaan teräspoikkipintaan ja murtokuormaan. Tiivisrakenteisissa esim. "Kompaktoiduissa" köysissä pintasäikeet on vedetty erikoismuotoisiksi ja tiiviimpi pinnan rakenne kestää paremmin hankausta ja lisää köyden käyttöikää.

Joissakin käyttöolosuhteissa vaaditaan köydeltä erityisen pientä sisäistä kitkaa. Tätä tarkoitusta varten valmistetaan sellaisia kompaktoituja köysiä, joissa terässydämen ja säikeiden välissä on muovi vähentämässä kulumista. Erikoisköysien ulkoinen ja sisäinen kitka on pieni, niiden toleranssit ovat tarkemmat, niiden taipuisuus on parempi, ne ovat pyöreämpiä ja niiden kosketuspinta köysipyörää vastaan on suurempi. Näin saadaan käyttöikää pidennetyksi ankarissakin olosuhteissa.


Teräsköysi - tekninen määritelmä
Kompaktoitu

Certex Finland Oy * Juvan teollisuuskatu 25 C * 02920 Espoo * Puh: 0201 550 220 * sales@certex.fi