KR20010059953A - 비 자전 와이어 로프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비 자전 와이어 로프에 관한 것으로서, 별도 와이어 로프심(IWRC)을 구비하여 이루어진 와이어 로프에 있어서 로프심을 구성하는 외층 스트랜드의 골 사이에 씨엠피 스트랜드를 충진하고, 로프심의 연선 방향과 와이어 로프의 연선 방향을 반대로 하여 비 자전 특성을 부여한 와이어 로프에 관한 것이다.

본 발명에 의한 씨엠피 스트랜드의 직경은, 로프심 외주면과 씨엠피 스트랜드 좌우의 로프심 외층 스트랜드 외주면의 3개 면과 접하게 할 경우의 직경보다 20∼30% 크도록 제조함에 기술적 특징이 있다.

그리고, 와이어 로프의 연선 피치를 로프 경의 6.5∼7.0배로 하고, 로프심의 연선 피치는 로프심 경의 6.0∼6.5배로 연선하므로써 로프의 유연성과 권취 능력을 저하시키지 않음에 또 다른 기술적 특징이 있다.

상기 씨엠피 스트랜드는 로프의 외층 스트랜드의 지지 면적을 증대시키므로써, 상호 상반되는 연선 방향에 의해 급격히 상승하는 로프의 외층 스트랜드와 로프심의 외층 스트랜드 사이의 치압을 감소시킬 뿐아니라, 스트랜드의 단선시 로프심에 앞서 단선되도록 하여 와이어 로프의 내구성과 안정성을 개선시키는 역할을 한다.

또한, 씨엠피 스트랜드는 외층 스트랜드와 로프심 사이에 틈새를 형성시켜 로프 사용시 하중에 의한 스트랜드간 압축으로 로프심 외주면에서부터 외층 스트랜드로 이동하는 그리이스가 지속적으로 공급될 수 있도록 하므로써 로프의 윤활성을유지시킨다.

Description

비 자전 와이어 로프{Rotation-resistant wire rope}

본 발명은 비 자전 와이어 로프에 관한 것으로서, 더 자세하게는 별도 와이어 로프심(IWRC)의 6-스트랜드 혹은 8-스트랜드의 일반적인 와이어 로프를 대상으로 하여 로프심과 외층 스트랜드의 연 방향을 반대로 연선함에 있어서, 로프심을 구성하는 외층 스트랜드의 골에, 스트랜드를 압착하여 스트랜드 직경이 감소된 소경(小徑)의 씨엠피(CoMPacted) 스트랜드를 충진하여 로프의 외층 스트랜드를 지지해주는 면적을 증대시키므로써 로프심의 외층 스트랜드와 로프의 외층 스트랜드간 접촉에 의하여 유발되는 치압(齒壓)의 발생을 최소화 하여 치압에 의한 단선을 감소시킨 비 자전 로프에 관한 것이다.

일반적으로 다수의 금속 소선 또는 금속 스트랜드가 연선되어 이루어진 와이어 로프는 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되는 바, 이러한 와이어 로프의 기본적인 구조를 도1에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와같이, 일반적인 와이어 로프(R)는 중심에 위치하는 로프심(1)의 외측에 다수 개의 외층 스트랜드(2)가 꼬여진 구조를 취한다. 이때, 각 외층 스트랜드(2)는 한 개의 심선(2a)을 중심으로 하여 여러 가닥의 외층 소선(2b)이 소정의 꼬임 피치로 연선되어진 구조로서, 꼬임의 방향과 피치 및 동원되는 스트랜드 수와 꼬임 층수 등의 조건에 따라 다양한 규격의 와이어 로프가 제조된다.

상기와 같은 와이어 로프의 제조는 금속의 소성 변형을 이용한 것으로, 금속의 변형은 탄성 변형과 소성 변형으로 구분되며, 소성 변형은 영구 변형이나 탄성 변형은 외부 하중에 대한 일시적인 변형으로서 외부 힘이 제거되면 금속은 변형 전의 상태로 되돌아 가게 되는데, 이를 스프링 백(spring-back) 현상이라고 한다.

따라서, 상기와 같이 꼬임 가공을 받게되는 와이어 로프는, 소선 또는 스트랜드의 꼬임 변형 구조 중에서 탄성 변형 부분을 회복하려고 하는 힘에 의해 스스로 꼬임 구조를 풀려고 하는 경향을 갖게 되는 바, 이러한 경향은 연선 포이스를 통과하면서 목표한 선경으로 와이어 로프가 압착되기 때문에 상기의 탄성 변형 부분이 소성 변형으로 바뀌므로써 대부분 해소된다.

그러나, 꼬임 구조의 와이어 로프에 외부의 인장 하중이 부여되면 로프를 구성하는 스트랜드와 소선들은 인장 하중에 대한 최적 응력 상태 즉, 하중 방향과 같은 직선 형태로 변형되려고 하기 때문에 꼬임 구조를 풀려고 하는 회전 특성을 갖게 되며, 이를 와이어 로프의 자전 특성이라고 한다.

상기와 같은 자전 특성을 가진 와이어 로프가 중량물의 운반, 이동 설비인 크레인에 사용되어 로프의 일단부에 중량물에 의한 하중이 부여된 상태에서 와이어 로프의 자전 특성으로 로프의 회전이 시작되면, 부여된 하중에 의한 관성력때문에 로프의 회전이 더욱 가속되어 로프의 단선 또는 형태 손상을 초래하거나 안전 사고가 발생할 위험이 있게 되므로, 특히 크레인용과 같은 물체의 운반·이동용 와이어 로프는 자전 특성이 없거나 최소화 되어야만 한다.

종래의 비 자전 와이어 로프는 로프심의 연선 방향과 로프심을 감싸는 외층 스트랜드의 연선 방향을 반대로 하여 층간 스트랜드의 자전특성에 의한 회전 방향을 서로 상쇄시키는 방법을 적용하여 왔다.

그러나, 상기의 방법은 인장 하중 작용시 와이어 로프의 자전 특성을 감소시키는 효과는 있으나 로프심과 외층 스트랜드의 연 방향이 반대인 바, 스트랜드간의 접촉이 점 접촉이 되어 스트랜드 사이의 치압이 급격히 상승하므로써 와이어 로프의 절단 하중 또한 현격한 감소를 초래하게 되어 로프의 내구성이 떨어지고, 스트랜드 단선에 의한 돌발적인 로프의 절손으로 안전 사고 발생 위험이 있어 그 제조 및 사용이 극히 제한되어 왔다.

따라서, 비 자전 로프가 필요시에는 통상적으로 일반 와이어 로프 형식의 비 자전 로프가 이닌 다층연 구조의 비 자전 와이어 로프를 사용하여야만 했다.

그리고, 일반 와이어 로프를 기본으로 한 비 자전 로프는 상기 급격한 치압 증가에 의한 스트랜드 단선의 위험 뿐만 아니라, 인장 하중과 강한 비틀림이 동시 작용할 경우 인장 하중에 의한 자전 특성은 감소되나 비틀림 방향과 동일한 연 방향의 스트랜드는 꼬임이 강화되어 스트랜드의 길이가 감소하게 되고, 비틀림 방향과 반대의 연 방향을 갖는 스트랜드는 꼬임이 풀리게 되므로서 스트랜드의 길이가 증가하는 효과를 갖게된다.

즉, 로프심의 연 방향이 비틀림 방향과 같을 경우에는 상기 스트랜드 길이의 증감 효과에 의하여 도2에 도시한 바와 같이 외층 스트랜드(21)가 로프심(22) 표면으로부터 이탈되는 현상이 발생될 수 있으며, 그 반대의 경우에는 도3에 도시한 바와 같이 길이가 증가한 로프심(31)이 외층 스트랜드(32) 사이를 뚫고 밖으로 돌출될 수가 있게된다.

상기 로프심과 외층 스트랜드 간의 이탈 방지를 위하여 통상의 와이어 로프 제조 방법과 달리 로프의 스트랜드층을 단층으로 하고 스트랜드의 연 피치를 감소시키되 로프의 연 피치는 증가시키는 방법이 일본특허출원공고 소51-18537에 개시되어 있으나, 이는 로프의 유연성 및 권취 능력을 저하시키고 피로 수명의 감소를 초래하기 쉬운 단점이 지적되고 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 다층연 와이어 로프가 아닌 일반 와이어 로프에 비 자전 특성을 부여하기 위해서는 스트랜드층 간의 연선 방향을 서로 반대로 하는 것이 불가피한 바, 상이 연 방향에 의해 급격히 상승하는 치압을 상쇄할 수 있는 구조의 와이어 로프를 제공함에 발명의 목적이 있다.

그 위에, 유연성을 저하시켜 피로 수명을 감소시키지 않는 최적의 스트랜드 연선 피치와 로프의 연선 피치로 제조되는 와이어 로프를 제공하고자 한다.

도 1은 기본적인 와이어 로프의 사시도.

도 2는 비틀림에 의해 외층 스트랜드와 로프심이 분리된 비 자전 와이어 로프의 사시도.

도 3은 비틀림에 의해 외층 스트랜드의 틈새로 로프심이 돌출된 비 자전 와이어 로프의 사시도.

도 4는 본 발명 비 자전 로프의 사시도.

도 5는 본 발명 비 자전 로프의 단면도.

도 6은 본 발명 비 자전 로프의 로프심 부분 단면도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1,22,31. 로프심 2,21,32. 외층 스트랜드

41. 와이어 로프의 외층 스트랜드

42,67. 로프심의 외층 스트랜드

43,61. 씨엠피 스트랜드

본 발명의 상기 목적은 외층이 6 또는 8본의 스트랜드로 구성되는 와이어 로프의 로프심을 구성하는 외층 스트랜드의 골 사이에 충진되는 씨엠피(CoMPacted) 스트랜드에 의하여 달성된다.

즉, 씨엠피 스트랜드는 와이어 로프의 로프심과 외층을 구성하는 소선들의 경의 수분의 일에 해당하는 세선으로 꼬아 만든 작은 스트랜드로서, 로프심의 외층스트랜드간 골에 배열되어 로프심과 와이어 로프 외층 스트랜드 사이의 접촉 면적을 증대시키므로써 역방향 연선 방향에 의해 상승되는 치압을 감소시키고, 다른 스트랜드에 우선적으로 단선되므로써 와이어 로프의 내구성을 향상시켜 주는 역활을 한다.

통상적으로 와이어 로프는 외층 스트랜드의 단면적이 60%이상을 차지하는 바, 이는 외층 스트랜드의 단선은 급격한 응력 집중을 초래하여 로프의 완전한 절손을 초래하여 안전 사고를 유발시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 와이어 로프는 로프심에서 우선적으로 단선이 발생하도록 설계·제작되며, 본 발명의 씨엠피 스트랜드는 로프심에 앞서 단선이 되도록 하므로써 와이어 로프의 수명을 연장시키게 되는 것이다.

그리고, 상기의 씨엠피 스트랜드는 앞서의 두 외층 스트랜드 - 로프심의 외층 스트랜드와 로프의 외층 스트랜드 사이에 일정한 틈새를 확보해주므로써, 와이어 로프에 인장 하중이 부여되어 상기 두 외층 스트랜드를 압착하여도 로프심 외주면에 도포된 그리이스가 로프의 외층 스트랜드간 틈새를 통하여 일시에 다량으로 스며나오지 않게 되므로써 지속적인 그리이스의 공급이 가능하게 된다.

본 발명의 목적과 자세한 기술적 특성 및 작용 효과는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도6에 도시한 바와 같이, 씨엠피 스트랜드(61)는 중심 소선(62)의 외주면을 6본의 외층 소선(63)이 둘러싸면서 꼬인 1 ×7 구조의 단일 스트랜드이다.

이때, 씨엠피 스트랜드(61)의 직경(65)은, 로프심의 외주면(68)과 로프심을 구성하는 외층 스트랜드(67) 외주면(68)과 공통으로 접하면서 외층 스트랜드 사이의 골(64)에 들어갈 수 있는 원(69)의 직경(66)보다 20∼30%가 크게 되도록 제조함에 기술적 특징이 있다.

상기 씨엠피 스트랜드(61)의 직경(65)이 스트랜드 사이의 골(64)에서 벗어나지 않는 경우의 원(69) 직경(66)보다 크되 20% 미만일 경우에는 씨엠피 스트랜드(61)의 경이 너무 작아 절손이 쉽게 될 뿐아니라, 상기 두 외층 스트랜드(41)(42)간의 틈새가 적어 그 사이에 도포·형성되는 그리이스층(44)의 두께가 얇고, 두 스트랜드간(41)(42) 압착에 저항하는 씨엠피 스트랜드(61)의 역활도 미미하게 된다.

그리고, 씨엠피 스트랜드(61)의 직경(65)이 스트랜드 사이의 골(64)에서 벗어나지 않는 경우의 원(69) 직경(66)보다 크되 30%를 초과하게 되면, 와이어 로프의 외층 스트랜드(41)에 의하여 씨엠피 스트랜드(43)에 부과되는 치압이 급격히 상승하여 씨엠피 스트랜드(43)의 단선이 쉽게 발생하고, 상기 외층 스트랜드(41) 또한 씨엠피 스트랜드(43)와의 접촉 부위에서 국부적인 굴곡 변형을 일으키게 된다.

본 발명의 또 다른 기술적 특징은 로프의 외층 스트랜드와 로프심의 외층 스트랜드간 상호 연선 방향이 상반되는, 와이어 로프의 연선 피치와 로프심을 구성하는 외층 스트랜드의 연선 피치에 있으며, 종래 일반적인 연선 피치와 비교한 것이 다음의 표1이다.

구 분	종래 와이어 로프	본 발명의 와이어 로프
와이어 로프 연선 피치	6∼8	6.5∼7.0
로프심 연선 피치	6∼8	6.0∼6.5

표1에서 보듯이, 본 발명의 와이어 로프는 로프의 연선 피치와 로프심의 연선 피치를 종래 범위 내의 하한치에 가깝게 하면서 허용 범위를 종래보다 줄이므로써, 와이어 로프의 유연성과 권취 능력을 저하시키지 않으면서도 비 자전 특성을 갖도록 하였으며, 비틀림시 발생하는 스트랜드간 길이 차이에 의한 부정합은 씨엠피 스트랜드가 형성시켜준 틈새에 의하여 완화될 수 있게 한다.

그리고, 본 발명의 와이어 로프와 종래 와이어 로프의 자전 특성과 절단 하중을 비교한 것이 다음 표2이다.

구 분	종 래와이어 로프	본 발명의와이어 로프
로 프	직 경 (mm)	37	37
	절단하중 (Ton)	104.2	102.8
	연 방 향	OZ	OZ
중 심	연 방 향	LZ	LS
자전 각도(。)	10 %	41.8	19.1
	20 %	78.7	30.6
	30 %	109.5	41.8

상기 표2에서 자전 각도는 로프경의 10배에 해당하는 길이의 와이어 로프를 대상으로 하여 일측 단부를 고정시킨 후, 타 단부에 규격 절단력의 10%, 20%, 30%에 해당하는 인장력을 부여했을 때 단부가 회전하는 와이어의 자전 각도를 뜻하며,비 자전 와이어 로프는 20% 하중 부여시 자전 각도가 40。이하이어야 한다.

표2에서 알 수 있듯이, 연선 방향이 반대인 비자전 와이어 로프의 특성상 절단력의 미미한 감소가 나타나지만, 그 감소치는 1.3%정도로 두 로프의 절단 하중은 거의 유사한 수준이면서 비자전 특성은 비 자전 로프의 특성을 충분히 만족시킴을 알 수가 있다.

본 발명의 비자전 와이어 로프는 앞서 살펴본 바와 같이, 로프심의 외주면에 형성된 외층 스트랜드의 골 사이에 별도의 씨엠피 스트랜드가 충진되고, 로프와 로프심의 연선 피치가 적절히 제어되므로써 유연성과 권취 능력의 저하 없이 우수한 비 자전 특성을 보여준다.

따라서, 비 자전 로프가 필요한 경우 고가의 다층연 비 자전 와이어 로프를 사용하거나 불안정한 종래 일반 로프를 기본 구조로 한 비자전 로프를 사용하지 않고 본 발명의 비 자전 로프를 효과적으로 사용할 수가 있다.

Claims (6)

1. 로프심의 주위에 6본의 외층 스트랜드가 클로징(closing)된 구조의 6-스트랜드 와이어 로프에 있어서, 로프의 연선 방향과 스트랜드심의 연선 방향이 반대이며, 로프심을 구성하는 외층 스트랜드 사이의 골을 따라 씨엠피 스트랜드가 충진됨을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.
2. 제 1항에 있어서, 로프심의 연선 피치가 로프심 경의 6.0∼6.5배이며, 와이어 로프의 연선 피치는 와이어 로프 경의 6.5∼7.0배 임을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.
3. 제 1항에 있어서, 로프심의 외층 스트랜드 사이 골에 충진되는 상기 씨엠피 스트랜드의 경은, 로프심 외주면과 씨엠피 스트랜드 좌우의 로프심 외층 스트랜드 외주면의 3개 면과 공통으로 접하는 원의 직경보다 20∼30% 큼을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.
4. 로프심의 주위에 8본의 외층 스트랜드가 클로징된 구조의 8-스트랜드 와이어 로프에 있어서, 로프의 연선 방향과 로프심의 연선 방향이 반대이며, 로프심을 구성하는 외층 스트랜드 사이의 골을 따라 씨엠피 스트랜드가 충진됨을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.
5. 제 4항에 있어서, 로프심의 연선 피치가 로프심 경의 6.0∼6.5배이며, 와이어 로프의 연선 피치는 와이어 로프 경의 6.5∼7.0배 임을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.
6. 제 4항에 있어서, 로프심의 외층 스트랜드 사이 골에 충진되는 상기 씨엠피 스트랜드의 경은, 로프심 외주면과 씨엠피 스트랜드 좌우의 로프심 외층 스트랜드 외주면의 3개 면과 공통으로 접하는 원의 직경보다 20∼30% 큼을 특징으로 하는 비자전 와이어 로프.