Teknisk beskrivning för stållinor

Vad är en stållina?

En stållina är uppbyggd av individuella trådar, sammanslagna till en kardel. Ett antal kardeler är slagna runt en central kärna till en färdig stållina. Mixen av tråd (dimension och antal) ska ge en bra kombination av grövre trådar mot korrosion och nötning och klenare trådar för flexibilitet.

En stållinas konstruktion uttrycks enligt följande:

ex 6x36-FC

     6 är antalet kardeler i stållinan
     36 är antalet trådar i kardelen
     FC är typen av kärna

Från stång till stållina

I illustrationen till höger ser du hur en stållina tillverkas och vilka processer den går igenom innan stållinan kan rullas upp på trumman.

Lintråden

Utgångsmaterialet är valstråd, som kalldras till olika dimensioner och hållfasthetsklasser. De vanligaste klasserna är:

Ytbehandling
Tråden är antingen obehandlad (blank), förzinkad eller rostfri. Förzinkning av tråden i stållinan ger ett utökat skydd speciellt i korrosiv miljö. I extrema fall används rostfri lina. Stållinor kan även förses med plastmaterial som utvändigt skydd.

Kardelen

Kardelen byggs upp av individuella trådar som slås runt en kärntråd i ett eller flera lager oftast till någon av följande konstruktioner:

Liktrådig:
Korsslagna trådar - alla trådar har samma diameter.

Seale (S):
Parallellslagna trådar - olika tråddiametrar, samma trådantal i yttre och inre lager.

Warrington (W):
Parallellslagna trådar - yttre lagrets trådar har två olika diametrar, dubbelt så många yttertrådar som innertrådar.

Warrington-Seale (WS):
Parallellslagna trådar - en kombination av Seale och Warrington, med tre eller flera lager av tråd.

Fyllnadstrådar (F):
Parallellslagna trådar - dubbelt så många yttertrådar som innertrådar, med "fyllnadstrådar" i utrymmet mellan trådlagren.

Kompakterad kardel:
En kardel som utsatts för komprimering genom dragning eller smidning med bibehållen stålarea.

Kardelslagning

I en liktrådig kardelkonstruktion med flera trådlager korsar de olika trådlagren varandra. I en oliktrådig kardelkonstruktion ligger trådlagren parallellt med varandra.

Parallellslagna kardeler får genom sitt slagningssätt större stålarea i förhållande till de liktrådiga kardelerna. En annan fördel med de parallellslagna kardelerna är de förbättrade utmattnings- och nötningsegenskaperna som följer av att alla trådar har samma stigningslängd och stigningsvinkel.

Kärnan

Kardelerna i en stållina slås kring en kärna antingen av fiber, stål eller solid plastkärna.

Om linan är uppbyggd kring en fiberkärna används beteckningen -FC, ex vis 6x19-FC.

Linor med stålkärna är att föredra om linan utsätts för höga arbetstemperaturer, hårda påfrestningar, höga arbetshastigheter, hård sammanpressning på trummor och block etc. Stålkärnan ger ett bättre stöd för kardelerna, vilket gör att linan lättare behåller sin form och ger en bättre spänningsfördelning i de individuella trådarna.

Om linan har en stålkärna bestående av en kardel är beteckningen -WSC, ex vis 6x19-WSC.

Om linan har en stålkärna bestående av en stållina är beteckningen -IWRC, ex vis 6x36-IWRC.

Stålkärnan kan hos vissa linor kläs med plast för att ge en ökad stabilitet åt linan och för att minska det inre slitaget och korrosionen, ex Turboplast.

Linans slagningssätt

Korsslagen
Trådarna och kardelerna har olika slagningsriktning. Linan har mindre benägenhet att vrida sig och är mer motståndskraftig mot omild behandling.

Langslagen
Trådarna och kardelerna har samma slagningsriktning. Langslagning ger varje tråd större anliggningsyta i linskivor och på lintrummor, vilket ger minskat slitage på tråden och ökad livslängd på linan. De inbyggda vridningskrafterna verkar endast i en riktning. En langslagen lina kan därför lätt vrida upp sig. Linans båda ändar måste vara fast inmonterade.

Högerslagen
Kardelerna slagna i högervarv runt kärnan. Högerslagning är det normala hos lagerlinor.

Vänsterslagen
Kardelerna slagna i vänstervarv runt kärnan.

Rotationsfrihet

För att uppnå en så liten rotationstendens som möjligt vid stora lyfthöjder bör ”rotationsfria” linor användas.

Dessa linor byggs upp av flera lager kardeler. Varje lager är slaget i motsatt riktning till det närmast liggande så att vridmomenten i de olika lagren tar ut varandra.

Förformning

Förformning är en process där kardelerna i förväg ges den form de ska ha i den färdiga stållinan. En förformad stållina har följande fördelar:

– Stållinan blir spänningsfri och lätthanterlig.
– När linan kapas ligger kardelerna kvar i sitt förutbestämda läge.

Förformningen sker i ett förformningshuvud där kardelen passerar omedelbart före sammanslagningen. Förformade linor har många benämningar, t ex spänningsfri, lamslagen, pree-formed och tru-lay.

Stigning

Stigningen är ett uttryck för längden på ett ”tråd- eller kardelvarv”. Stigningen är noggrant avpassad för varje linkonstruktion och måste bibehållas. I annat fall kortas linans livslängd avsevärt.

Definition av brottlast

”Min brottlast”
Min brottkraft (min brottlast), uttryckt i kilonewton, är den kraft som måste uppnås vid dragprov till brott.

Beräknad brottlast
Ett kalkylerat värde som beräknas genom att summan av den totala stålarean multipliceras med trådens hållfasthet. Ingen hänsyn tas till den slagningsförlust som uppstår vid hopslagningen av kardeler och lina.

Speciallinor

Krav på längre driftstider och högre brottlaster har medverkat till en utveckling av standardlinor till "speciallinor" för att användas inom områden där driften är hård.

Speciallinorna är i regel tillverkade av högre trådhållfasthet och kardelerna är i många fall kompakterade för att erhålla större stålarea och därigenom högre brottlast. Detta medför att arbetslasten får ökas vid en viss given lindiameter. Kompakteringen av linan medför också en ökning av livslängden och därigenom en bättre driftsekonomi.

Till vissa användningsområden krävs linor med bättre stabilitet och extra låg inre friktion. För det ändamålet tillverkas linor där stålkärnan är klädd med plast.

Speciallinorna tillverkas ofta med dubbel parallellitet vilket betyder att både trådarna och kardelerna sinsemellan ligger parallellt. Därigenom förhindras trådöverkorsningar som kan ge brottanvisning på trådarna.

Gemensamt för speciallinor är mindre yttre och inre friktion, snävare toleranser, böjligare, rundare och större anliggningsyta mot linspår. Detta medför en ökad livslängd vid hårda driftsförhållanden.

Stållinors förlängning

Alla kombinationer av trådar som slagits samman i spiralform (såväl kardeler som färdiga linor) genomgår en förlängning när de utsätts för belastning. Beroende på ett flertal faktorer kan förlängningens storlek variera. Den grundläggande orsaken till en stållinas förlängning återfinns i någon av de följande faserna:

    Fas 1: initiell förlängning
    Fas 2: elastisk förlängning (töjning)
    Fas 3: permanent förlängning (termisk förlängning och kontraktion, rotation, förslitning och korrosion)

Fas 1 och 2 är av stor betydelse då de utgör en del av en linas egenskaper. Fas 3 däremot kan vara orsakad av något fel vid linvalet eller bristande inspektion av linan. Faserna hör intimt samman och bildar ett förlopp i alla linor som utsätts för successivt ökad belastning. Detta innebär att t ex en ny lina, som utsätts för överbelastning, genomgår fas 1 och 2 först innan den tredje fasen (permanent förlängning) påbörjas.

Fas 1: Initiell eller permanent förlängning
Denna fas av stållinans förlängning är beroende på linans konstruktion och kan förklaras på följande sätt:

När en ny stållina utsätts för belastning sker en viss förlängning genom att de ingående trådarna pressas samman och så långt som möjligt fyller igen hålrummen mellan de individuella trådarna. Detta ger också en viss reduktion av linans diameter och en förlängning av stigningen.

När tillräckligt stora kontaktytor har bildats mellan närliggande trådar, för att motstå den radiella kraften, upphör den mekaniskt bildade förlängning och en förlängning enligt fas 2 påbörjas.

Den initiella förlängningen är mycket svårbestämbar och beror på, förutom kardelens eller linans konstruktion, även på variationen i belastning och den aktuella belastningsfrekvensen.

Några exakta siffror för olika konstruktioner finns inte men värdena i nedanstående tabell kan användas för att ge en uppfattning om den initiella förlängningens storlek.

Fas 2: Elastisk förlängning (töjning)
Förlängningen enligt fas 1 följs vid ytterligare belastning av den elastiska förlängningen, som i princip följer "Hooks lag", dvs förlängningen är direkt proportionell mot belastningen.

Proportionalitetsfaktorn är normalt en materialkonstant som kallas för elasticitetsmodul (E-modul). För stållinor är elasticitetsmodulen mer en konstruktionskonstant än en materialkonstant.

Det går att beräkna den elastiska förlängningen (Hooks lag), enligt följande:

Elastisk förlängning (mm) = (W x L) / (E x A)

W = last (kg)
L = stållinans längd (mm)
E = elasticitetsmodulen (kg/mm²)
A = area - omskrivna cirkelns area (mm²)

Det faktum att elasticitetsmodulen mer är en konstruktionskonstant än en materialkonstant gör att den varierar för olika linkonstruktioner. Beroende på tillverkningsfaktorer, ingående tråddimensioner och flera andra faktorer varierar även elasticitetsmodulen mellan linor av samma konstruktion och dimension. Om man behöver veta den exakta elasticitetsmodulen för en speciell lina måste mätningar göras på just den linan.

Den elastiska förlängningen är giltig upp till dess den s k proportionalitets- eller elasticitetsgränsen har uppnåtts. Vid belastningar över denna gräns vidtar förlängning enligt fas 3. Elasticitetsgränsen definieras som den största spänning vid vilken linan efter avlastning återtar sin ursprungliga längd.

Linkonstruktionens generella E-modul

Fas 3: Permanent förlängning
Vid laster som ger spänningar i stållinan, som överstiger det som fordras för att uppnå elasticitetsgränsen, upphör det linjära förhållandet, enligt fas 2, mellan belastning och förlängning. I korthet innebär detta att en liten ökning av belastningen ger en större förlängning än vad fallet skulle vara inom det elastiska förlängningsområdet. Fortsätter man att öka belastningen så ökar förlängningen snabbare än lastökningen. Detta förhållande accelererar tills man uppnår ett tillstånd av permanent förlängning och slutgiltigt brott av linan utan att ytterligare last lagts på.

Termisk förlängning och kontraktion
Denna typ av förlängning eller kontraktion är beroende av linans längdutvidgningskoefficient.

Koefficienten är linjärt beroende av temperaturvariationen hos materialet och har värdet: 0,0000125/˚C.

Formeln för längdförändringen är följande: Förändring i m = 0,0000125 x L x t.

L = linlängd (m)
t = temperaturförändring (˚C)

Förlängning orsakad av rotation
Förlängningen kan bero på att stållinan tillåts rotera vid belastning, t ex "frihängande" last eller vid montage av lekare. Stigningen kommer då att förlängas och orsaka en förlängning.

Förlängning orsakad av slitage
Förlängningen kan bero på inre trådslitage vilket reducerar stålarean i linan som i sin tur medför en "konstruktionsförlängning".


Exempel:
Den totala förlängningen på en 200 m lång stållina av typen 28 mm 265-trådig (6x36-IWRC) med belastningen 10 ton (säkerhetsfaktor 5:1) och en temperaturökning på 20°C.

Enl fas 1:
Initialförlängning = 0,25% x total linlängd = 0,25% x 200 m = 500 mm.

Enl fas 2:
Elastisk förlängning = (W x L) / (E x A) = (10000 x 200000) / (6000 x 615,4) = 540 mm.

Enl fas 3:
Termisk förlängning = 0,0000125 x L x t = 0,0000125 x 200 x 20 = 50 mm.

Total förlängning = 500 mm + 540 mm + 50 mm = 1090 mm.

Lininfästningar

De vanligaste infästningarna med angivelse om kvarvarande procent av stållinas min brottkraft.