クレーンが建設現場で 50 トンの荷物を振り回しているのを後ろに立って見たり、鉱山のホイストが地下 1 キロメートルのトンネルボーリングマシンを降ろしたりしたことがあるなら、おそらく疑問に思ったことがあるでしょう。「あの鋼鉄の束は一体どうやってそのような応力に耐えられるのでしょうか?」スエージ加工されたスチール ワイヤ ロープの供給会社のオーナーである私は、この質問を常に受けます。通常、仕様書を見つめているプロジェクト マネージャーや、重量物を運ぶためのロープをテストしているリガーから、「このものの実際のスパン容量はどれくらいですか?」という質問を受けます。簡単に言うと、これは万能の数字ではないということです。それは、ロープの構造から、ロープが運ぶ荷重、ロープが置かれている環境、設置方法やメンテナンス方法まで、多数の変数によって決まります。当社が提供する製品を使用して、これを詳しく見てみましょう。スウェージド ロープを使用する場合、エンジニアリング データと同じくらい現実世界のアプリケーションが重要になるからです。
まず、この分野に慣れていない人のために、スウェージド スチール ワイヤ ロープとは何なのかを明確にしましょう。芯の周りにストランドを緩く撚り合わせる通常の撚りロープとは異なり、スウェージドロープは製造後にコールドスウェージングプロセスを経ます。ダイスでロープの外径を圧縮し、ストランドをよりきつく押しつぶし、ワイヤ間の隙間を埋め、エアポケットを排除します。これにより、より密度が高く、より強くなり、荷重がかかってもねじれや伸びに対する耐性が高まります。これは、わずかな伸びでもリフトを妨げたり、余分な応力を生み出すたるみを引き起こす可能性がある長いスパンにとって重要です。この密度がスパン容量の根幹です。スパン容量は単にロープが張った状態でどれだけの重量に耐えられるかということではありません。それは、安全限界を超えて垂れたり、自重と外部荷重で破損したりすることなく、距離を移動する際にどれだけの重量を支えることができるかということです。
スパン耐力の基本から始めましょう。ここでの 2 つの最大の要因は、ロープの破断強度と単位長さあたりの重量です。これは、たるみがカテナリー曲線の公式によって決まるためです。一定のスパンの場合、1 メートルあたりのロープが重くなると、たるみが大きくなります。たるみが大きすぎると、ロープが障害物に当たるほど低く沈むか、端の張力がロープの処理能力を超えて急上昇することを意味します。逆に、破断強度が高いということは、ロープの引張限界に達することなく、より長いスパンにわたってより多くの荷重に耐えることができることを意味します。そのため、お客様が選択するスウェージドロープの特定の構造には交渉の余地がなく、当社が在庫する製品はさまざまなスパンのニーズに合わせて調整されます。
たとえば、水平スパンが 50 メートルのドック クレーンや、70 メートルの湾を横切る必要がある係留索など、中規模の海洋プロジェクトに取り組んでいる場合、スチールケーブル 6X36WS+IWRC 非亜鉛メッキ海洋用は定番です。 6X36WS 構造とは、ワーリントン シール パターンに配置された 36 本のワイヤーを備えた 6 本のストランドに加え、ファイバー コアの代わりに独立したワイヤー ロープ コア (IWRC) を追加したことを意味します。これは、たわみ制御が重要なスパンに適しており、より剛性が高くなります。 1770 MPa の引張強度を持つこのロープの重量は 1 メートルあたり約 2.1 kg で、10 トンの作業荷重を運ぶ 60 メートルのスパンの場合、計算上のたわみはわずか約 0.8 メートルであり、OSHA および ISO の海洋索具の安全基準の範囲内に十分収まります。新しい釣り桟橋の全長65メートルのガントリークレーンに、まさにこのロープを使用した顧客がいますが、荒れた海で12トンの漁獲物を吊り上げても、たるみの問題はゼロと報告されました。これは、海洋、一般建設、および天井クレーンの用途における、50 ～ 80 メートルの中距離スパンのスイート スポットです。
建設現場の移動式クレーンや重機を持ち上げるための工場ホイストなど、10 ～ 30 メートルの吊り上げ用途など、より短いスパンをお探しの場合は、当社の6x9W+IWR非亜鉛メッキ鋼線ロープ1770Mpa完璧です。これはコンパクトで柔軟なロープです。各ストランドに平行 (ワーリントン) パターンの 9 本のワイヤを備えた 6 本のストランドと、独立したワイヤ コアがあり、引張定格は 1770 MPa です。 6X36WS よりも軽く、1 メートルあたり約 0.6 kg なので、25 メートルのスパンでもたわみはほとんどありません。直径が小さいため (通常 12 mm から 20 mm)、小型クレーンのドラムに巻き付けるのが簡単です。そのため、小規模な建設請負業者やオーバーヘッド リフトを備えた自動車販売店に多くの製品を販売しています。私はかつて、顧客がこのロープを使って 2 トンのエンジンを持ち上げて 15 メートルのスパンをテストするのを手伝いました。たわみは 10 cm 未満で、工場の狭いスペースで正確に持ち上げるには十分です。短時間で頻繁にリフトを使用する場合、これは主力製品であり、一般的な使用荷重に対して最大 30 メートルの信頼できるスパン容量を備えています。
さて、鉱山ホイスト、長いスパンの橋梁、港湾コンテナクレーンなど、80 ～ 200 メートルの高耐久スパンの場合は、極度の張力と最小限の伸びを備えたロープが必要です。そこが私たちの亜鉛メッキされていないワイヤー ロープ 6X25Fi+IWRC 1960MPa の持ち上がるケーブル クレーン6X25Fi 構造はフィラー ワイヤ ストランドです。つまり、各ストランドには余分に圧縮されたワイヤがあり、過剰な重量を発生させることなく強度を高め、1960 MPa の引張定格は当社のスウェッジラインの中で最高のものの 1 つです。このロープの重さは 1 メートルあたり約 3.2 kg で、スパン 150 メートルの場合、20 トンの作業荷重を運ぶときのたるみは約 1.2 メートルと計算されます。私は、トンネルまで 180 メートル下を走る垂直ホイスト ラインにこのロープを使用した石炭採掘のクライアントと仕事をしたことがあります。待て、技術的には垂直ですが、同じ引張特性と伸び特性が適用され、35 トンの荷重を 2 年以上問題なく運用できました。ここで重要なのは、スエージングによって、スエージなしのロープと比較して弾性伸びが約 15% 減少するということです。そのため、長いスパンでは、これが伸びすぎるロープとその位置を保持するロープの違いとなり、大規模な高精度の吊り上げには重要です。
200 メートル以上など、非常に長いスパンの場合のもう 1 つのオプションは、6X37 + IWRC クレーン 42mm 用非亜鉛メッキ鋼線ロープ(直径42mm、当然です)。これは、より厚く、より堅牢なロープです。それぞれ 37 本のワイヤを 6 本撚り、IWRC を使用しており、極端な条件下でも最大限の耐久性を発揮するように設計されています。厚さは 42 mm で、重量は 1 メートルあたり 9.1 kg と軽量ではありませんが、破断強度は 500 kN 以上あるため、長いスパンにわたって大きな作業荷重に耐えることができます。たとえば、水平スパン 220 メートルの港湾コンテナ クレーンは、このロープを使用して 30 トンの輸送コンテナを吊り上げます。ここのサグは約 2.5 メートルと少し高くなりますが、港湾クレーンには固定端アンカーがあり、張力設定によってサグを調整できるため、これは管理可能です。 6X37 構造は耐摩耗性にも優れており、ロープが支柱や他の構造物と擦れる可能性のある長いスパンには不可欠です。私たちは最近、このバッチをヒューストンのコンテナ港に出荷しました。メンテナンス チームは、以前使用していた未加工のロープの場合は 2 年であったのに対し、5 年ごとに交換するだけで済むと言いました。
待ってください。しかし、ここで私が早い段階で学んだことがあります。スパン容量はロープ自体だけの問題ではありません。ファイバー コアとワイヤー コア、そして製品としてのロープの長さも重要です。当社のスウェージ加工されたロープはすべて標準の長さで提供されます。RHR L 繊維コアが付いている鋼線ロープ 305m 長さこれは、スプライスのない単一の連続した長さが必要なスパンに最適なオプションです。スプライスは一般的な弱点です。スプライスが良好であっても破断強度が 10 ～ 15% 低下する可能性があるため、既成の 305 メートルの長さを使用すると、100 メートルを超えるスパンの場合にそのリスクが排除されます。短いスパンの場合は、切断して接続できますが、長いスパンの場合は、事前にカットされた長さにより時間を節約し、安全性が向上します。
さて、細かい点について話しましょう。これらの要因を無視すると、スパン容量が 20% 以上削減される可能性がある要因があるからです。まず、環境条件です。塩気のある海岸地域や研磨粉塵のある鉱山にスパンがある場合、摩耗が促進されるため、亜鉛メッキロープを使用する必要がありますか?ちょっと待ってください。ここのリンクはすべて亜鉛メッキされていません。亜鉛メッキのオプションも提供していますが、亜鉛メッキされていない場合は、腐食をより頻繁に検査する必要があるだけで、個々のワイヤが弱くなり、全体の強度が低下します。 2 番目に、荷重のダイナミクス: 静的な荷重ではなく、動いている荷重を持ち上げている場合は、動的な張力を考慮する必要があります。荷重が開始または停止すると、静的な公式では考慮できない余分な力が発生します。動的荷重の場合、使用荷重制限を 25% 下げることを常にお勧めします。これにより、引張安全性が低下するため、スパン容量が実質的に減少します。第三に、取り付け: かしめたロープは優れていますが、鋭く曲げて取り付けたり、不適切なサイズの端金具を使用したりすると、応力集中が生じ、はるかに低い荷重で破損が発生する可能性があります。小さすぎるドラム缶に 6X25Fi ロープを取り付けた顧客を見たことがありますが、1 か月以内にひどくねじれ、有効スパン容量が半分に減ってしまいました。
これを実際の例でまとめてみましょう。昨年、私は太平洋岸北西部の橋建設チームと協力して、主径間 120 メートルの歩道橋を建設しました。サスペンション ケーブルには 2 本のガイド ロープが必要でしたが、テストの結果、6X25Fi+IWRC 1960MPa の非亜鉛メッキ ロープを推奨しました。各ガイド ロープの使用荷重は 15 トンで、スパンが 120 メートルの場合、計算上のたわみは 1.1 メートルで、橋の設計仕様の範囲内でした。 305 メートルの長さを使用したため、接続する必要がなく、雨が降る湿気の多い条件で 6 か月間テストした後も、目に見えるたるみやワイヤーの破損はありませんでした。これはまさにスパン容量の目的であり、実際の状況を考慮しながら、ロープの強度と重量を特定のスパンと荷重に適合させることです。
もう 1 つのよくある間違いは、「破断強度」と「使用荷重制限」を混同することです。破断強度は、ロープが破損する前に保持できる総重量であり、通常の操作では決して使用されません。使用荷重制限 (WLL) は、破壊強度を安全係数で割ったもので、建設および吊り上げ用途では通常 5:1 になります。したがって、破断強度が 100 kN のロープの場合、WLL は 20 kN となり、これをスパン容量の計算に使用します。これは重要な違いです。たわみの計算に破断強度の数値を使用すると、スパンが長すぎて過度のたわみが発生し、故障の可能性が生じるからです。
長年にわたり、私はお客様から「お金を節約するために、より小さなロープをより長いスパンで使用できますか?」と尋ねられてきました。簡単な答えはノーです。たとえ同じ WLL を持っていても、細いロープの方が軽いため、自重によるたるみがはるかに大きくなります。たとえば、16 mm 1770 MPa ロープの WLL は約 5 トンで、重量は 1 メートルあたり 0.6 kg です。 24 mm 1770 MPa ロープの WLL は同じですが、重量は 1 メートルあたり 1.3 kg です。 100 メートルのスパンの場合、16 mm のロープは 4.2 メートルたわみますが、24 mm のロープは 1.9 メートルしかたわみません。これにより、エンドアンカーや周囲の構造物にかかるストレスが大幅に軽減されます。したがって、WLL が同じであっても、たるみが発生するため、スパンが長い場合には、より重くて太いロープの方が適しています。
極端な場合はどうでしょうか？大きな吊り橋の主径間のような 200 メートルを超える径間では、スウェージド ワイヤ ロープだけを使用するのではなく、スエージド ロープから一歩進んだ平行ワイヤ ストランドまたはケーブル ステーを使用します。しかし、クレーン、船舶用索具、鉱山ホイスト、建設などのほとんどの産業用途では、適切な構造を選択し、安全ガイドラインに従っている限り、当社が供給するスウェージドラインは 10 メートルから 200 メートルまでのスパンに十分対応できます。
サプライヤーとして、私はロープを販売するだけではありません。お客様がプロジェクトに基づいて必要なスパン容量を正確に把握できるようお手伝いします。小型のオーバーヘッド リフトに取り組んでいる場合は、6x9W+IWR をおすすめします。ドック用のマリンラインが必要な場合は、6X36WS が最適です。重い鉱山ホイストや長い橋梁には 6X25Fi、港湾クレーンや非常に長いスパンには 6X37 が最適です。また、長い連続長さが必要な場合は、継ぎ目や余分な弱点のない 305 メートルのスプールもご用意しています。
結局のところ、スウェージ加工されたスチール ワイヤ ロープのスパン容量は固定された数値ではなく、ロープの選択、スパンの長さ、積載重量、環境、設置に応じて計算されます。しかし、適切にかしめられたロープと適切な仕様を使用すれば、安全かつ確実に必要な正確なスパン性能を得ることができます。
プロジェクトを計画していて、スパンに適したスウェージ加工されたスチール ワイヤ ロープを確認する必要がある場合は、当社のチームに連絡して要件について話し合ってください。当社は、お客様の特定の負荷、スパン長、用途に基づいたカスタム計算を提供し、プロジェクトを安全に実行し続けるための完璧な製品を見つけるお手伝いをします。
参考文献
- アメリカ機械学会。 （2018年）。 ASME B30.5: 移動式および機関車用クレーン。米国規格協会。
- 国際標準化機構。 （2020年）。 ISO 22677: リフティング機器用スチール ワイヤー ロープ – 分類と仕様。 ISOプレス。
- 鉱山安全衛生局。 （2021年）。地下採掘のためのホイスト ロープの安全ガイドライン。米国労働省。
- テイラー、L. (2019)。ワイヤーロープエンジニアリング：設計、選択、メンテナンス。第3版産業用プレス。
- 全国腐食技術者協会。 （2022年）。沿岸および海洋環境におけるスチール ワイヤ ロープの腐食制御。 NACEインターナショナル。
