Investigation of the Effects of Tensile Force on the Stripping Process in Crane Drum-Rope Mechanisms

Abstract

One of the most important problems is the stripping of the rope, which is a part of the drum-rope mechanisms required in the weight lifting operations used in today's crane systems, from the drum rope clamps under load. In this study, the focus is on investigating the design and process parameters of the drum rope clamps used on the drum to carry the desired load under a certain pulling force in drum-rope mechanisms in overhead cranes, simplifying and improving the production. In order to fulfil this objective, firstly, a prototype table-top experimental system that constructs a drum-rope connection has been established. In the experimental study, flat and radius clamps were used as design parameters and the tightening forces of the bolts connecting the clamps to the drum were considered as process parameters. The tensile force to be applied throughout the study was obtained by making various mathematical calculations. As a result, it was concluded that design and process parameters have significant effects on crane drum-rope systems and comparisons were made on drum rope clamp designs. In addition, it is seen from the experimental results that design parameters are more effective than process parameters to increase production cost and efficiency.

Keywords

• steel rope
• winch drum
• torque
• grooved plate
• drum rope clamp

Vinç Tambur-Halat Mekanizmalarında Çekme Kuvvetinin Sıyrılma İşlemi Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Günümüzdeki vinç sistemlerinde kullanılan ağırlık kaldırma işlemlerinde gerekli tambur-halat mekanizmalarının bir parçası olan halatın, yük altında sıkma pabuçlarından sıyrılması en önemli problemlerden birisidir. Bu çalışmada, tavan vinçlerindeki tambur – halat mekanizmalarında belirli bir çekme kuvveti altında istenilen yükü taşımak için tambur üzerinde kullanılan halat sıkma pabuçların tasarım ve işlem parametrelerinin araştırılması, üretimin basitleştirilmesi ve geliştirilmesi üzerine odaklanılmıştır. Bu amacı yerine getirebilmek için, öncelikle bir tambur-halat bağlantısını kurgulayan prototip masa üstü bir deneysel sistem kurulmuştur. Deneysel çalışmada tasarım parametreleri olarak düz ve radiuslu pabuçlar kullanılırken işlem parametreleri olarak da pabuçların tambur ile olan bağlantısını sağlayan cıvataların sıkma kuvvetleri işleme alınmıştır. Çalışma boyunca uygulanması gereken çekme kuvveti çeşitli matematiksel hesaplamalar yapılarak elde edilmiştir. Sonuç olarak tasarım ve işlem parametrelerinin vinç tambur-halat sistemleri üzerinde önemli etkileri olduğu sonucuna varılmış ve halat sıkma pabucu tasarımlarıyla ilgili karşılaştırmalar yapılmıştır. Ayrıca üretim maliyeti ve verimliliği artırmak için işlem parametrelerinden daha çok tasarım parametrelerinin etkili olduğu elde edilen deneysel sonuçlardan görülmüştür.

Keywords

• yivli plaka
• çelik halat
• vinç tamburu
• tork
• halat sıkma pabucu

References

1. [1] I. Ridge, C. R. Chaplin, and J. Zheng, "Effect of degradation and impaired quality on wire rope bending over sheave fatigue endurance," Engineering Failure Analysis, pp. 173-187, 2001.
2. [2] L. Xiang, H. Wang, Y. Chen, Y. Guan, and L. Dai, "Elastic-plastic modeling of metallic strands and wire ropes under axial tension and torsion loads," Int. J. Solid Struct., pp. 103-118, 2017. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2017.09.008
3. [3] G. Kutay, "Nasıl Vinç Yaparım", guven-kutay.com, 2009. [Online]. Available: https://www.guven-kutay.ch/. [Accessed: Aug. 14, 2024].
4. [4] H. Adatepe and T. Güneş, "Cıvatalı Bağlantılarda Emniyetli Tork Değerinin Teorik ve Deneysel Olarak Belirlenmesi," TMMOB MMO Mühendis ve Makina Dergisi, vol. 53, no. 633, pp. 43-51, 2012.
5. [5] H. Ernst, "Untersuchungen über die Beanspruchung der Seiltrommeln von Kranen und Winden," Mitteilung der Forschungsanstalten des GHH-Konzerns, pp. 195–215, 1938.
6. [6] X. Chang, H. Huang, Y. Peng, and S. Li, "Friction, wear and residual strength properties of steel wire rope with different corrosion types," Wear, Vol. 458–459, 203425, 2020. doi: 10.1016/j.wear.2020.203425
7. [7] X. Chang, Y. Peng, Z. Zhu, D. Cheng, H. Lu, W. Tang, and G. Chen, "Tribological Behavior and Mechanical Properties of Transmission Wire Rope Bending Over Sheaves Under Different Sliding Conditions," Wear, Vol. 514-515, 204582, 2022. doi: 10.1016/j.wear.2022.204582
8. [8] H. Ye, W. Li, H. Zhang, S. Lin, D. Zhang, Y. Ge, and Z. Li, "Experimental evaluation of dimension-stable synthetic fibre rope under investigation of spooling test on the multilayer winch drum," Ocean Engineering, vol. 279, 114585, 2023. doi:10.1016/j.oceaneng.2023.114585

9. [9] Z. Hu, E. Wang, F. Jia, and M. Dong, "Experimental study on effect of additional torsional load on bending fatigue behavior and failure mechanism of steel wire rope," International Journal of Fatigue, vol. 167, 107399, 2023. doi:10.1016/j.ijfatigue.2022.107399
10. [10] Y. Onur, C. İmrak, and T. Onur, "Discarding lifetime investigation of a rotation resistant rope subjected to bending over sheave fatigue," Measurement, vol. 142, pp. 163-169, 2019. doi:10.1016/j.measurement.2019.04.078
11. [11] J. Brandon, C. Chaplin, and N. Ermolaeva, "Modelling the cabling of rope systems," Engineering Failure Analysis, pp. 920-934, 2007. 10.1016/j.engfailanal.2006.11.032
12. [12] Q. Zhang, Y. Peng, Z. Zhu, X. Chang, H. Lu, Z. Zhou, G. Cao, W. Tang, and G. Chen, "Influence of longitudinal vibration on the friction and wear characteristics of multi-layer winding hoisting wire rope," Wear, vol. 492-493, 204211, 2022. doi:10.1016/j.wear.2021.204211
13. [13] X. Chang, Y. Peng, and Z. Zhu, "Effects of strand lay direction and crossing angle on tribological behavior of winding hoist rope," Materials, vol. 10, no. 6, 630, 2018. doi:10.3390/ma10060630
14. [14] A. Wahid, N. Mouhib, A. Kartouni, H. Chakir, and M. Elghorba, "Energy method for experimental life prediction of central core strand constituting a steel wire rope," Eng. Fail. Anal., vol. 97, pp. 61-71, 2019. doi: 10.1016/j.engfailanal.2018.12.005
15. [15] Y. Peng, X. Chang, Z. Zhu, D. Wang, X. Gong, S. Zou, S. Sun, and W. Xu, "Sliding friction and wear behavior of winding hoist rope in ultra-deep coal mine under different conditions," Wear, vol. 368-369, pp. 423-434, 2016. doi:10.1016/j.wear.2016.10.012
16. [16] L. Qiong, X. Haifeng, and L. Xiande, "Analysis of communication protocol in the infrared control system of intelligent home," Control and Automation, vol. 23, pp. 28-30, 2007.
17. [17] I. Gerdemeli, "Krenlerde Kullanılan Elemanlar ve Hesap Esasları". [Online]. Available: https://transport.itu.edu.tr/docs/librariesprovider99/dersnotlari/dersnotlarimak625/sunum/ek-a4-krenlerde-kullan%C4%B1lan-elemanlar-ve-hesap-esaslar%C4%B1.pdf?sfvrsn=2. [Accessed: Aug. 14, 2024].