KR20010050175A - 회전저항성 와이어 로프 - Google Patents

Abstract

대체로 회전에 대하여 저항이 클 뿐만 아니라 와이어의 마모 및 피로에 의해서 쉽게 파손되지도 않는 레이들 크레인과 같은 고하중의 크레인을 위한 와이어 로프가 제공된다. 이 회전저항성 와이어 로프는 복수의 사이드 스트랜드를 갖는다. 각 사이드 스트랜드에 있어서, 와이어는 코어 스트랜드의 둘레에 코어 스트랜드 와이어와 동일 방향으로 적층된다. 사이드 스트랜드는 코어 스트랜드 와이어의 층과 반대 방향으로 적층되어 와이어 로프를 형성한다. 사이드 스트랜드는 와이어 로프의 피치배수보다 작은 피치배수를 갖는 것이 바람직하다. 사이드 스트랜드의 직경과 코어 스트랜드의 직경 간의 비는 약 1.3 내지 약 1.8인 것이 바람직하다. 스트랜드의 피치배수는 약 5 내지 약 8인 것이 바람직하고, 와이어 로프의 피치배수는 약 8 내지 약 10인 것이 바람직하다. 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드의 양자는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 구비하는 것이 바람직하다.

Description

회전저항성 와이어 로프{ROTATION-RESISTING WIRE ROPE}

본 발명은 회전저항성 와이어 로프에 관한 것으로, 특히 오버헤드 크레인 등에 사용하기 위한 길다란 회전저항성 와이어 로프에 관한 것이다.

(하기에서 로프로서 언급하는 바와 같이) 각종 유형의 와이어 로프 구조가 있고, 일본 공업 표준(JIS)과 같은 기준에 의거하여 로프가 사용된다. 그들 중에서, JIS 13번 및 18번의 로프가 크레인용으로 보통 사용되는데, 이들은 회전성 와이어 로프이다. 이 회전 특성은 와이어 로프에 장력을 가할 때 와이어 로프가 스스로 회전하는 특성을 말한다. 제강소에 있는 레이들 크레인의 경우에는, 길다란 와이어 로프가 복수의 도르래 위에서 이동하는데, 이 와이어 로프는 고하중을 지지할 수 있는 것이다. 그러한 크레인을 위한 회전성 와이어 로프의 사용시에는, 로프가 도르래 사이에서 반복 이동하고 있는 동안에 와이어 로프가 도르래(풀리) 사이에서 회전하는 경우도 있다. 이 와이어 로프는 복수의 도르래 위에서 이동하는 동안 서로 반대 방향으로 교대로 반복적으로 휘어져서, 피로에 의해 로프의 수명이 단축되며, 이것은 문제로 여겨져 왔다.

이 문제를 해결하기 위하여, 소위 비회전성 와이어 로프, 즉 회전저항성 와이어 로프를 이용하려는 시도가 있었다. 회전저항 성질이라 함은 와이어 로프에 장력이 가해질 때 와이어 로프의 회전력이 작다는 것을 말한다.

일본의 아직 심사되지 않은 특허출원 공개 제 8-92885 호에서, 적어도 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 구비한 다플라이형 적층 코어 스트랜드와, 상기 코어 스트랜드 둘레에 제공되고 상기 코어 스트랜드의 층과 동일방향으로 적층된 복수의 코어 스트랜드를 포함하는 회전방지성 와이어 로프가 제안된 바 있다. 사이드 스트랜드가 코어 스트랜드의 층과 반대방향으로 적층되어 와이어 로프를 형성하고, 이 로프의 피치배수는 사이드 스트랜드의 것보다 크다.

이 제안은, 와이어 로프가 도르래 위에서 이동할 때 굽힘 방향이 반전되는 종래의 문제와, 복수의 도르래 위에서 이동하는 동안 와이어 로프가 서로 반대 방향의 굽힘 응력을 교대로 반복적으로 수용하게 되어서 그 피로 때문에 와이어 로프의 수명이 단축되게 되는 종래의 문제를 다소는 해결할 수 있다. 그러나, 전술한 기술의 회전저항 성질은 중요하지 않다. 와이어 로프의 외부 와이어가 도르래에 접촉하는 것으로 인해서 야기되는 파손과, 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드의 접촉으로 인해서 야기되는 파손으로 인한 수명 감소를 비롯한 나머지 문제들도 몇가지 더 있다.

본 발명의 일 목적은 종래의 회전저항성 와이어 로프의 전술한 문제를 해결하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 실제로 비회전성이지만 마모 및 피로에 의하여 파손되기 어려운, 예를 들면 오버헤드 크레인용의 길다란 와이어 로프를 제공하는 것이다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 와이어 로프의 각종 구조를 생각하고 테스트하여 본 발명을 안출하였다.

구체적으로 말하면, 본 발명의 회전방지성 와이어 로프는 복수의 사이드 스트랜드를 갖고, 각각의 사이드 스트랜드는 코어 스트랜드의 둘레에 코어 스트랜드 와이어의 층과 동일 방향으로 적층된 와이어를 갖는다. 사이드 스트랜드는 코어 스트랜드 와이어의 층과 반대 방향으로 적층되어 와이어 로프를 형성한다. 사이드 스트랜드 와이어의 피치배수는 와이어 로프의 피치배수보다 작은 것이 바람직하다. 사이드 스트랜드의 직경과 코어 스트랜드의 직경 간의 비는 약 1.3 내지 약 1.8인 것이 바람직하다. 사이드 스트랜드 와이어의 피치배수는 약 5 내지 약 8인 것이 바람직하고, 와이어 로프의 피치배수는 약 8 내지 약 10인 것이 바람직하다. 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드의 양자는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 구비하는 것이 바람직하다.

도 1a은 본 발명에 따른 와이어 로프의 구조를 도시하는 정면도,

도 1b는 도 1a에 도시한 와이어 로프의 단면도,

도 2는 스트랜드 피치배수가 회전 토크에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 도시하는 도면[스트랜드 수: 8, 로프의 외경(D): 35.5㎜, S-S-Z 층],

도 3은 스트랜드 피치배수가 회전 토크에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 도시하는 도면[스트랜드 수: 6, 로프의 외경(D): 35.5㎜, S-S-Z 층],

도 4는 코어 스트랜드 외경과 사이드 스트랜드 외경 간의 비가 파손시까지의반복 굽힘 수에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 도시하는 도면,

도 5는 본 발명의 와이어 로프와 비교예의 와이어 로프의 수명을 도시하는 표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 회전저항성 와이어 로프 2: 코어 스트랜드

3: 사이드 스트랜드 4: 코어 스트랜드 와이어

5: 사이드 스트랜드 와이어

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 관한 회전방지성 와이어 로프(1)의 기본 구성을 도시한다. 본 발명에 따른 회전방지성 와이어 로프(1)는 복수의 사이드 스트랜드(3)를 갖는데, 이 사이드 스트랜드(3)의 와이어(5)는 코어 스트랜드(2)의 둘레에 코어 스트랜드 와이어(4)의 층(S층)과 동일 방향으로 적층(S층)된다. 사이드 스트랜드(3)는 코어 스트랜드 와이어(4)의 층과 반대방향으로 적층(Z층)되어 와이어 로프를 형성한다. 층의 이러한 혼합 방향은 이하에서 간단히 S-S-Z이라 할 것이다. 층의 방향을 혼합시키는 것에 의해서, 회전방지 성질이 와이어 로프(1)에 추가된다.

스트랜드 피치배수는 사이드 스트랜드의 외경(d2)에 대한 사이드 스트랜드의 피치 길이(l)의 비(l/d2)이다. 로프 피치배수는 로프의 외경(D)에 대한 로프 피치 길이(L)의 비(L/D)이다.

본 발명자는 와이어 로프의 피치배수와 스트랜드의 피치배수를 적절히 조합하여 실험하는 것에 의해서 회전방지 성질을 제공하였다. 와이어 로프의 회전방지 성질에 대한 매개변수로서 회전 토크를 사용하였다. 회전 토크는 일정한 조건에서 와이어 로프에 장력이 가해질 때 와이어 로프에 축으로서 발생되는 토크이다. 회전 토크가 작다는 것은 와이어 로프의 회전저항 성질이 좋다는 것을 말한다. 본 발명에 있어서는, 1 ×10^-3kgm 미만의 회전 토크가 회전저항 성질을 나타낸다.

실험 결과를 하기에 나타낸다. 도 2는 8개의 스트랜드와 35.5㎜의 와이어 로프 외경을 갖는 S-S-Z 층의 와이어 로프의 회전 토크에 스트랜드 피치배수가 미치는 영향을 도시한다. 로프 피치배수가 6, 8 및 10인 각 경우에 대해서 그 결과를 도시한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 로프 피치배수가 증가하고 스트랜드 피치배수가 감소하면 회전 토크가 감소하여 회전저항 성질을 제공한다.

또한 로프 피치배수가 8 내지 10이고 스트랜드 피치배수가 8 미만일 때에는 로프가 거의 회전하지 않는다는 것을 발견할 수 있다.

도 3은 35.5㎜의 와이어 로프 외경(D)과 6개의 스트랜드를 갖는 S-S-Z 층의 와이어 로프의 회전 토크에 스트랜드 피치배수가 미치는 영향을 도시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 로프 피치배수가 증가하고 스트랜드 피치배수가 감소하면 회전 토크가 감소하여 회전저항 성질을 제공하게 된다.

또한 로프 피치배수가 8 내지 10이고 스트랜드 피치배수가 8 미만일 때에는 로프가 거의 회전하지 않는다는 것을 발견할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 실험결과로부터 하기의 결론을 내렸다.

(1) 와이어 로프의 피치배수는 회전 토크에 미치는 영향이 사이드 스트랜드의 피치배수보다 훨씬 크다.

(2) 와이어 로프의 피치배수가 종래기술에 있어서의 스트랜드의 피치배수보다 크다고 하여도, 약 7.5의 통상의 와이어 로프 피치배수는 충분한 정도의 회전저항 성질을 제공할 수 없다.

(3) 따라서, 본 발명에 있어서 와이어 로프의 피치배수는 약 8 내지 약 10인 것이 바람직하고, 이것은 종래기술에서 통상적인 정도인 7.5보다 크다.

(4) 게다가, 이 조건에서 충분한 회전저항 성질을 제공하려면, 스트랜드 피치배수가 약 5 내지 약 8인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 코어 스트랜드의 외경(d1)과 사이드 스트랜드의 외경(d2) 간의 비율(d1/d2로 표현함)에 의하여 최적의 값을 결정한다. 최적의 d1/d2는 와이어 로프의 수명 표시라 할 수 있는 파손시까지의 반복 굽힘수에 대하여 상당한 영향을 미치기 때문에 결정한 것이다. 게다가, d1/d2의 비가 1.0이란 것은 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드의 외경이 동일하고, 코어 스트랜드 둘레에 여섯개의 사이드 스트랜드가 권취된다는 것을 뜻한다. 도 4는 d1/d2가 파손시까지의 반복 굽힘수에 미치는 영향의 실험 결과를 도시한 것이다. d1/d2가 증가함에 따라, 반복 굽힘수가 증가하여 와이어 로프의 수명이 연장된다. d1/d2가 1.8을 초과하면, 파손시까지의 반복 굽힘수가 감소하여 와이어 로프의 수명이 단축된다. 그 이유는 하기에서 설명한다. d1/d2의 증가는 사이드 스트랜드의 수가 증가한다는 것을 의미한다. 도르래와 드럼의 접촉 면적이 증가함에 따라 마모가 감소한다. 그러나, 사이드 스트랜드가 너무 많으면, 와이어가 더욱 얇아져서 쉽게 파손될 수 있다. 그 결과는 d1/d2가 1.8인 경우에 와이어 로프의 수명이 최대라는 것을 나타낸다. d1/d2가 1.8인 경우에는, 8개의 사이드 스트랜드가 있다. 실제의 사용시, d1/d2의 최대 레벨은 약 1.3 내지 약 1.8인 것이 바람직하다.

전술한 실험 결과에 의거해서, 스트랜드 피치배수와 로프 피치배수와 d1/d2의 최적 범위를 결정함으로써, 와이어 로프가 레이들 크레인 등의 복수의 도르래 위에서 반복적으로 이동할 때 조차도 와이어 로프의 회전 성질을 거의 완전히 감소시키고, 굽힘 피로로 인한 와이어의 파손을 방지할 수 있게 된다.

그러나, 레이들 크레인과 같은 고하중의 크레인의 경우에는, 굽힘 피로에 의해서 뿐만이 아니라 와이어 간의 접촉 피로에 의해서도 와이어가 파손된다. 게다가, 사이드 스트랜드에 대하여는 도르래의 홈에서 접촉 응력에 의한 파손을 고려하여야 한다.

따라서, 본 발명에 있어서 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드의 양자는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 구비한다. 결과적으로, 와이어 간의 접촉 면적이 종래의 접촉 면적보다 훤씬 넓을 수 있으며, 소위 침식이 감소될 수도 있다는 것을 발견하였다. 통상의 원형 코어 와이어로 만들어진 스트랜드를 인발 다이로 통과시키는 것에 의해서 스트랜드의 표면을 편평하게 할 수도 있다.

이하, 35.5㎜의 외경을 갖는 S-S-Z 층의 와이어 로프의 수명을 제강소에서 와이어 로프로 사용하고, 이 로프는 5의 사이드 스트랜드 피치배수와, 9.5의 로프 피치배수를 갖는 것으로서, 1.4의 사이드 스트랜드의 직경과 코어 스트랜드의 직경 비를 비교한다. 원형 코어 스트랜드와 원형 사이드 스트랜드를 갖는 와이어 로프의 수명은 1.0인 것으로 고려된다. 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 와이어 파손 전의 와이어 로프 수명은 사이드 스트랜드의 주변 표면이 편평해짐(성형)에 따라 급격히 연장된다.

코어 스트랜드	사이드 스트랜드	수명 비
원형	원형	1.0
원형	성형	1.5
성형	원형	1.0
성형	성형	2.0

도 5는 본 발명과 비교예의 와이어 로프의 수명을 도시한다. 도 5에 14개의 상이한 구성의 와이어 로프를 준비하여서, 제강소에서 레이들 크레인에 사용하였다. 1번 내지 6번은 본 발명의 와이어 로프이고, 7번 내지 14번은 비교예의 와이어 로프이다. 와이어 로프 폐기시의 작업 기간에 의거하여 추정한 파손시까지의 반복적인 축적 굽힘수로부터 와이어 로프의 수명을 평가한다. 다시 말해서, 와이어 로프는 어느 정도 마모되었을 때 교체되기 때문에 실제로 완전히 파손되는 일은 없었다. 따라서, 와이어 로프가 교체되는 시점까지만 수명을 평가한다. 와이어 로프의 작업 조건은 상승 거리가 38m이고 도르래의 직경이 925㎜이며 하중을 유지하기 위하여 사용된 와이어 로프의 수가 44개이고 하중이 455톤이다. 파손시까지의 반복 굽힘수가 크다는 것은 와이어 로프의 수명이 길어진다는 것이고, 이것은 바람직한 일이다.

도 5에 있어서 비교예 12번은 종래의 평균 기술 레벨이다. 비교예 12번에서 파손시까지의 반복 굽힘수는 200,411회였다. 다른 예의 결과는 이 수에 대한 퍼센트로서 나타낸다. 실시예 1 내지 6번의 수명은 비교예들의 수명보다 전부 더 길었다. 특히 d1/d2가 1.8이었을 때, 성능이 최적이었다. 예를 들면 실시예 5에서, 파손시까지의 반복 굽힘수는 392,864회였고, 수명은 196%였는데, 이것은 비교예 12번에서 파손시까지의 반복 굽힘수가 200,441회인 것에 비교하면 대단히 긴 것이다.

이상에서는 전술한 실시예와 관련하여 본 발명을 기술하였지만, 당업자라면 이 개시설명에 제공된 기술에 대한 많은 균등한 대안, 변경예 및 변형예를 명백히 알 것이다. 따라서, 전술한 발명의 실시예는 예시적인 것이며 제한적인 것으로 여겨서는 안된다. 전술한 실시예의 많은 변화가 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 만들어질 수도 있다.

본 발명은 피로로 인한 와이어 파손의 가능성이 적은 비회전성 와이어 로프를 제공할 수 있으며, 제강소에서 레이들 크레인과 같은 고하중의 크레인에 와이어 로프를 사용하고 사용시 반복적으로 굽힘이 일어난다고 하더라도 와이어의 수명을 대폭 연장시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 제 1 층 방향으로 적층된 복수의 코어 스트랜드 와이어를 구비하는 코어 스트랜드와, 상기 제 1 층 방향과 반대의 제 2 층 방향으로 상기 코어 스트랜드의 둘레에 적층된 복수의 사이드 스트랜드를 포함하며, 각각의 사이드 스트랜드는 상기 제 1 층 방향으로 적층된 사이드 스트랜드 와이어를 구비하고, 사이드 스트랜드의 피치배수보다 큰 피치배수를 갖는 회전방지성 와이어 로프에 있어서,

   사이드 스트랜드의 직경에 대한 코어 스트랜드의 직경 비는 약 1.3 내지 약 1.8인 회전방지성 와이어 로프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 사이드 스트랜드의 피치배수는 약 5 내지 약 8이고, 와이어 로프의 피치배수는 약 8 내지 약 10인 회전방지성 와이어 로프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드중 하나 또는 양자는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 포함하는 회전방지성 와이어 로프.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드중 하나 또는 양자는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 포함하는 회전방지성 와이어 로프.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 포함하는 회전방지성 와이어 로프.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 코어 스트랜드와 사이드 스트랜드는 최외측 플라이에 편평한 표면을 갖는 성형 와이어를 포함하는 회전방지성 와이어 로프.
7. 제 1 항의 회전방지성 와이어 로프를 구비하는 크레인.