KR20090085664A

KR20090085664A - 다중 스트랜드 강선 와이어 로프

Info

Publication number: KR20090085664A
Application number: KR1020097011348A
Authority: KR
Inventors: 미히엘 니콜라스 반 질
Original assignee: 미히엘 니콜라스 반 질
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-08-07
Also published as: BRPI0716294A2; US20100043381A1; EP2094906A1; CA2668495A1; JP2010508450A; CN101553616A; ZA200903798B; MX2009004673A; WO2008053447A1; RU2009120577A; AU2007315696A1

Abstract

본 발명의 일 실시 형태는 코어(30, 34,) 상에 나선형으로 꼬여진 다중 스트랜드(3, 10, 38)들을 포함하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프(28, 32, 36, 46, 50)에 관한 것으로서, 상기 스트랜드의 적어도 일부는 높이:너비 비가 1보다 큰 디프 스트랜드(10, 38)인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 실시 형태는 디프 스트랜드(10, 38) 그 자체에 관한 것이다.

코어, 다중 스트랜드 강선 와이어 로프, 디프 스트랜드, 토크, 풀림

Description

다중 스트랜드 강선 와이어 로프{MULTI-STRAND STEEL WIRE ROPE}

본 발명은 다중 스트랜드 강선 와이어 로프와 와이어 로프의 개별적인 스트랜드에 관한 것이다.

다중 스트랜드 강선 와이어 로프는 스트랜드(strand)로 꼬인 다수의 강선을 구비하는 것으로, 상기 스트랜드들은 통상적으로는 코어를 중심으로 해서 하나 이상의 층으로 나선형으로 꼬인다. 도 1은 일반적으로 도면 부호 1로 나타낸 종래의 단층 다중 스트랜드 강선 와이어 로프의 전형적인 예를 보여준다. 로프(1)에는 코어(2)가 있고, 그 코어에 둘레에는 스트랜드(3)들이 단층으로 꼬인다. 코어(2)는 통상적으로 사이잘(sisal)과 같은 섬유나, 폴리프로필렌(polypropylene) 같은 합성 중합체 소재나, 또는 또 다른 강선 스트랜드로 제조하거나, 코어 영역을 비어있게 제조할 수 있다. 이와 같은 종래 구조의 예에서, 도면 부호 4는 각 스트랜드의 코어를 가리키고, 도면 부호 5는 스트랜드의 내부 와이어를 가리키며, 도면 부호 6은 스트랜드의 외부 와이어를 가리킨다. 외부 와이어(6)가 전체적인 스트랜드의 나선 방향과 반대인 나선 방향으로 꼬이는 경우, 그 로프는 보통 꼬임(ordinary lay) 또는 통상의 꼬임(regular lay) 구조라고 일컬어진다. 와이어(6)가 스트랜드 그 자체의 나선 방향과 동일하게 꼬이는 경우, 그 로프는 랭 꼬임(Lang's lay) 구조라고 일컬어진다.

스트랜드들이 단층으로 되어 있는 로프는 본 명세서에서는 편의상 "단층 로프"라고 일컬어지는데, 인장 하중(tensile load)을 받을 때에는 일반적으로 토크를 발생시킨다. 그 결과 로프의 한 단부가 자유롭게 회전하는 경우, 전체의 로프는 발생되는 토크를 줄이기 위하여 풀리게 된다. 이러한 풀림은 특정 적용 분야에서, 예를 들면 회전이 제한되지 않은 하물(荷物)을 들어올리는 데에 로프를 사용하는 곳에서는 아주 바람직하지 않을 수 있다. 이 경우에는 비회전(non-spin) 로프를 사용한다. 이와 같은 비회전 로프들은, 일반적으로 스트랜드 외층이 스트랜드 내층 위에 꼬이지만 내층의 스트랜드들과는 반대 방향으로 꼬이는 하나 이상의 스트랜드 층들을 구비한다. 이러한 방식에서는 로프가 인장 하중 하에 있을 때 각 층들에 의해 발생되는 토크의 균형을 맞추도록 하는 시도가 행해진다.

하나 이상의 스트랜드 층을 갖는 로프를 본 명세서에서는 편의상"다층(multi-layer)" 로프라고 칭한다.

비록 다층 로프들이 로프가 풀리는 경향을 저지할 수 있을지라도, 상기 다층 로프들은 일반적으로 단층 로프보다 덜 안정적이고 튼튼하다. 또한, 단층 로프의 자기 비파괴 검사(magnetic non-destructive testing)는 다층 로프들의 경우에 비해 좀 더 정확하고 신뢰성이 높다.

공지의 강선 와이어 로프의 스트랜드들은 다른 형태를 취할 수 있다. 원형 스트랜드의 예가 도 2에서 도시되었는데, 이 도면에서 도면 부호 7과 도면 부호 8은 각각 스트랜드의 "높이"와 "너비"를 가리킨다. 스트랜드의 "높이"는 꼬여진 로 프에 있어서 표시된 Y-Y축에 대응하는 반경 방향으로 측정된 스트랜드의 단면 치수이다.

스트랜드의 "너비"는 꼬여진 로프에 있어서 표시된 X-X축에 대응하는 원주 방향 또는 접선 방향으로 측정된 단면 치수이다. 도 2의 스트랜드와 같은 둥근 스트랜드의 경우에, 높이:너비 비는 실질적으로 1과 같고 스트랜드의 X-X축에 대한 굽힘 강성(bending stiffness)은 실질적으로 Y-Y축에 대한 굽힘 강성과 같다.

도 3은 코어(4)가 등변 삼각형의 단면 형태를 갖는 공지의 삼각형 스트랜드의 예를 도시하는 것이다. 이 경우에, 높이:너비 비는 통상적으로 0.98 수준으로 1에 가깝다. 그 결과, X-X축에 대한 굽힘 강성은 다시 Y-Y 축에 대한 굽힘 강성과 실질적으로 동일하다.

도 4는 와이어(9)로 구성된 "2개 와이어 위의 8개 와이어(8 over 2 wire)"라고 알려진 또 다른 공지된 스트랜드 형태의 예를 도시하는 것이다. 이 경우에, 높이:너비 비는 실질적으로 1보다 작은데, 예를 들면 0.69일 수 있다. 이러한 스트랜드의 X-X축에 대한 굽힘 강성은 Y-Y축에 대한 굽힘 강성보다 실질적으로 작다.

본 발명에 따르면, 코어 상에 나선형으로 꼬인 다중 스트랜드들을 포함하되 상기 스트랜드들 중 적어도 일부는 높이:너비의 비가 1보다 크고 바람직하게는 1.04 이상인 디프 스트랜드(deep strand)로 구성된 다중 스트랜드 강선 와이어 로프가 제공된다.

바람직한 실시예에서, 로프는 단층 구조이다. 예를 들면, 코어 상에 다른 스트랜드들은 없이 디프 스트랜드가 나선형으로 꼬인 단층이 있을 수 있다. 선택적으로, 코어 상에 디프 스트랜드와 디프 스트랜드가 아닌 다른 스트랜드가 함께 꼬인 스트랜드들의 단층이 있을 수 있다.

디프 스트랜드 각각은 횡단면 형상이 부등변 삼각형(non-equilateral triangle)인 코어를 포함할 수 있다. 선택적으로, 디프 스트랜드 각각은 단면에서 보았을 때에 대체로 반경 방향으로 정렬되어 평행한 열을 이루는 와이어들을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다중 강선 와이어 로프용 스트랜드가 제공되는데, 이 스트랜드는 높이:너비 비가 1.04 이상인 디프 스트랜드다. 앞서 언급했듯이, 상기 스트랜드는 횡단면 형상이 부등변 삼각형인 코어와 이 코어 상에 꼬인 와이어들을 구비하거나, 또는 단면에서 보았을 때에 대체로 반경 방향으로 정렬되어 평행한 열을 이루는 와이어들을 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 단지 일례로서 더 자세히 설명한다.

도 1은 종래의 다중 스트랜드 강선 와이어 로프를 도시하는 도면.

도 2 내지 도 4는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프로 사용된 종래의 또 다른 스트랜드들의 구성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 다중 스트랜드 강선 와이어 로프의 디프 스트랜드를 도시하는 도면.

도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 다른 다중 스트랜드 강선 와이어 로프들을 도시하는 도면.

도 1에 도시된 다중 스트랜드 강선 와이어 로프에 대해서는 앞에서 이미 설명되었고, 도 2 내지 도 4에서는 이와 다른 스트랜드 구조를 갖는 것이 도시되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 디프 스트랜드(10)를 나타낸다. 스트랜드(10)는 길이가 같은 두 변(14, 16)과 이보다 길이가 짧은 제3의 변(18)으로 된 부등변인 이등변 삼각형의 단면 형상을 갖는 코어(12)를 구비한다. 내층의 강선(20)이 코어(12) 위에 나선 방향으로 꼬여 있고, 외층의 강선(22)들이 상기 내층의 강선들 위에 나선 방향으로 꼬여 있다.

도 5에서 도면 부호 24는 스트랜드(10)의 단면 높이를 나타낸다. 이는, 종래의 로프와 스트랜드에 대하여 전술한 바와 같이, 스트랜드의 반경 치수, 즉 다중 스트랜드 강선 와이어 로프 형태로 꼬인 상태에서 로프의 중심축에 대하여 반경 방향으로 측정된 스트랜드의 단면 치수이다.

도면 부호 26은 스트랜드(10)의 단면 너비, 즉 로프 형태로 꼬인 상태에서 반경 방향에 수직한 방향에서 측정된 스트랜드의 원주 방향 혹은 접선 방향 단면 치수를 나타낸다. 도 5에서 이러한 매개 변수들은 높이:너비 비가 1.12 정도로 유지되도록 한다.

도 5의 스트랜드(10)는 편의상 삼각형 디프 스트랜드라고 칭한다. 본 발명에 따른 디프 스트랜드는 도 5에서처럼 다층 와이어 대신에 단층 와이어를 가지며 도 5에 도시된 바와 같은 형상의 코어를 포함할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.

도 6은 코어(30)와 이 코어에 단층으로 나선 방향으로 꼬인 도 5 형태의 다섯 개의 긴밀히 인접하고 등간격으로 놓인 삼각형 디프 스트랜드(10)를 구비하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프(28)의 단면도를 나타낸다.

도 7은 코어(34)와 이 코어 위에 단층으로 나선 방향으로 꼬인 도 5 형태의 아홉 개의 긴밀히 인접하고 등간격으로 놓인 삼각형 디프 스트랜드(10)를 구비하는 단층 다중 스트랜드 강선 와이어 로프(32)의 단면도를 나타낸다.

도 8은 도 5의 삼각형 디프 스트랜드와는 다른 형태를 갖는 디프 스트랜드를 포함하는 단층 다중 스트랜드 강선 와이어 로프(36)의 단면도를 나타낸다. 이 경우에서, 디프 스트랜드(38) 각각은, 스트랜드의 높이(42)를 너비(44)보다 더 크게, 즉 높이:너비의 비를 1보다 크게 한, 대체로 반경 방향으로 연장되는 평행한 열(41)로 배열된 열 개의 강선(40)들을 구비한다. 높이:너비의 비는 예를 들면 대략 1.46:1로 할 수 있다.

도 8에서, 세 개의 디프 스트랜드(38)들이 서로 이격되고, 도 2를 참고하여 앞에서 설명한 스트랜드(3)와 유사한 종래의 세 개의 둥근 스트랜드들과 원주 방향으로 번갈아 놓인다.

도 9는 디프 스트랜드(38)를 포함하는 단층 다중-스트랜드 강선 와이어 로프(46)의 단면도를 나타낸다. 다시 더 설명하면, 각각의 스트랜드(38) 높이:너비 비는 1보다 크고, 도 8에서처럼 1.46:1 정도로 할 수도 있다.

도 9의 실시예는 네 개의 디프 스트랜드(38)들이 이격되고, 도 2 형태의 네 개의 둥근 스트랜드(3)들과 번갈아 놓인다는 점에서, 도 8의 실시예와 다르다.

도 10은 네 개의 가까이 인접한 디프 스트랜드(38)와 네 개의 둥근 스트랜드(3)들을 포함하는 단층 다중 스트랜드 강선 와이어 로프(50)의 단면도를 나타낸다.

둥근 스트랜드(3)들은 디프 스트랜드(38)들 사이에서 충전물로서 나선형으로 꼬이지만 상기 디프 스트랜드(38)들을 덮지 않으므로 그 구조는 사실상 단층 구조로 남아있게 된다.

상술한 바와 같이, 로프가 인장 하중(tensile load)을 받는 경우, 단층 다중 스트랜드 로프에 작용하는 장력이 토크, 즉 로프를 풀려고 하는 힘을 발생시킬 것이라는 점을 알 수 있다. 본 발명은 로프의 장력이 전단력을 발생시키는 토크 성분과 종방향 힘 성분으로 분해될 수 있다는 발명자의 인식에 기초한다. 더 나아가 본 발명자가 알아낸 바로는, 단층 다중 스트랜드 로프가 인장 하중 하에서 풀리는 성향을 감소시키기 위해서는, 적절한 축들에 대한 로프 스트랜드의 굽힘 강성(bending stiffness)이 스트랜드의 비틀림 강성(torsional stiffness)에 비해서, 즉 스트랜드 축들에 대하여 작용하는 전단력 발생 및 인가 토크 하에서의 스트랜드의 비틀림 저항력에 비해서 증가되어야 한다는 것이다.

높이:너비의 비가 대부분의 경우에서 1을 상당히 많이 초과하게 된 결과, 상기 설명된 디프 스트랜드(10 및 38)들에 있어서는, 상기 비에 대응하는 비가 1 또 는 그보다 작은 종래 스트랜드 구조에 비하여, 도 2 내지 도 4의 X-X축에 대응하고 반경 방향에 수직인 도 6의 A-A 축에 대한 굽힘 강성이 증가됨을 보인다.

따라서 도 6 내지 도 10에 도시된 로프에 있어서는 인장 하중의 작용 하에서 풀리려는 경향이 감소하게 되거나, 그러한 로프들은 풀리는 경향을 전혀 갖지 않거나 심지어 부하가 가해진 경우에 조금 비틀리게 되는 경향조차도 가지지 않는다는 것을 알 수 있다.

더욱이, 전체 로프로서의 로프에 있어서 인장 하중 하에서 풀리려는 경향을 적절히 감소시킬 수 있게 하기 위해 가장 바람직하다고 생각할 수 있는 것으로는, 축 A-A에 대한 굽힘 강성을 소망하는 만큼 증가시킨 디프 스트랜드는 3개 이상이어야 한다는 것이고, 설령 이러한 디프 스트랜드가 3개 미만이어도 어떤 면에서는 유리하다고 할 수 있는 반-비틀림(anti-twist) 효과는 경험할 수 있다는 점은 알 수 있을 것이다.

본 발명의 원리는, 우방향 또는 좌방향 꼬임 로프들과, 랭 꼬임(Lang's lay) 또는 보통 꼬임(ordinary lay) 로프들과, 코어 위에 단층인 와이어층이 있는 간단한 스트랜드들로 구성된 로프들과, 와이어들이 각기 다른 층들에서 동일한 나선 방향 혹은 다른 나선 방향으로 꼬이는지에는 무관한 두 개 이상의 와이어층들이 코어 상에 꼬인 복합 스트랜드로 구성된 로프들과, 스트랜드 코어가 주름형 또는 다른 구조인지에는 무관한 금속 또는 비금속 스트랜드 코어를 갖는 스트랜드로 구성된 로프들과, 로프의 코어가 금속 또는 비금속이거나 또는 스트랜드 혹은 다른 형상일 수 있는 로프들과, 스트랜드들 및/또는 로프들은 자체가 밀봉되는 로프들을 포함하 는, 다양한 다른 유형의 다중 스트랜드 강선 와이어 로프에 적용 가능하다.

본 발명의 주요 이점은 단층 로프에서 실현될 수 있는데, 로프의 풀림 경향의 감소는 다층 로프의 경우에서도 달성될 수 있다고 생각된다.

Claims

코어 상에 나선형으로 꼬인 다중 스트랜드들을 포함하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프에 있어서,

상기 스트랜드들 중 적어도 일부는 높이:너비 비가 1보다 큰 디프 스트랜드들인 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
제1항에 있어서,

로프의 디프 스트랜드의 상기 높이:너비의 비가 1.04 이상인 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
제2항에 있어서,

로프가 단층 구조인 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
제3항에 있어서,

로프가 코어와, 상기 코어 상에 다른 스트랜드들 없이 디프 스트랜드가 나선형으로 꼬인 단층을 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
제3항에 있어서,

로프가 코어와, 상기 코어 상에 디프 스트랜드와 디프 스트랜드가 아닌 다른 스트랜드가 함께 꼬인 단층을 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 디프 스트랜드들은 횡단면 형상이 부등변 삼각형인 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 디프 스트랜드들은 단면에서 보았을 때에 대체로 반경 방향으로 정렬되어 평행한 열을 이루는 와이어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프.
높이:너비의 비가 1.04 이상인 디프 스트랜드인 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 강선 와이어 로프용 스트랜드.
제8항에 있어서,

횡단면 형상이 부등변 삼각형인 코어와, 코어 상에 꼬인 와이어들을 구비하는 것을 특징으로 하는 디프 스트랜드.
제8항에 있어서,

단면에서 보았을 때에 대체로 반경 방향으로 정렬되어 평행한 열을 이루는 와이어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디프 스트랜드.