Cabos de aço: Tipos, especificações e guia de seleção

I. Tipos de cabos de aço

O cabo de aço é fabricado através da torção de muitos fios de aço-carbono de alta resistência com diâmetros que variam entre 0,3 e 3 mm em cordões e, em seguida, torcendo vários cordões em torno de um núcleo para formar o cabo. Existem muitos tipos de cabos de aço, que podem ser divididos em diferentes categorias de acordo com diferentes métodos.

1. Classificação pelo método de torção

De acordo com os diferentes métodos de torção, podem ser divididos em quatro tipos: colocação à esquerda, colocação à direita, colocação alternada à esquerda e colocação alternada à direita. Os cabos de aço de colocação alternada à direita são normalmente utilizados em operações de elevação.

2. Classificação por material da alma do cabo de aço

De acordo com os diferentes materiais do núcleo, podem ser divididos em três tipos: núcleo de cânhamo, núcleo de amianto e núcleo de metal. Os cabos de aço com núcleo de cânhamo, impregnados com óleo lubrificante, são normalmente utilizados em operações de elevação para reduzir a fricção entre os fios e os arames e para evitar a corrosão.

3. Classificação em função do número de cordões e fios do cabo de aço

De acordo com o número diferente de fios e cordas, pode ser dividido em três tipos: 6×19, 6×37 e 6×61. Os mais utilizados em operações de elevação são os cabos de aço 6×19 e 6×37.

4. Classificação por tratamento de superfície do fio

5. Classificação por tratamento de superfície do fio

De acordo com os diferentes tratamentos da superfície do fio, pode ser dividido em dois tipos: liso e galvanizado. Os cabos de aço lisos são normalmente utilizados em operações de elevação.

6. Classificação segundo a estrutura dos fios do cabo de aço

De acordo com a estrutura dos fios do cabo de aço, este pode ser dividido em cabos de contacto pontual, cabos de contacto em linha e cabos de contacto superficial.

(1) Cabo de contacto pontual

Os cabos de contacto pontual têm o mesmo diâmetro de fios de aço em cada camada, mas diferentes passos de hélice, pelo que os fios se cruzam para formar contactos pontuais. A tensão de contacto é muito elevada durante o funcionamento, tornando os fios propensos ao desgaste e à rutura, mas o seu processo de fabrico é simples.

(2) Cabo de contacto da linha

Os cabos de contacto de linha têm fios de aço de diferentes espessuras dentro do cordão, com fios finos colocados nas ranhuras dos fios mais grossos, criando um estado de contacto de linha entre os fios grossos e finos. Uma vez que a tensão de contacto dos cabos de aço de contacto em linha é menor, a vida útil do cabo de aço é mais longa e, ao mesmo tempo, a flexibilidade é aumentada.

Devido ao contacto de linha densa do cabo de aço, o mesmo diâmetro do cabo de aço tem uma maior tensão de rutura. O cabo de aço de torção unidirecional com o mesmo diâmetro de fios de aço no interior do cordão também pertence ao tipo de contacto de linha.

(3) Corda de contacto facial

Os fios do cabo de contacto facial têm uma forma especial, utilizando arames de aço de secção perfilada, que entram em contacto uns com os outros de forma plana. As suas vantagens são uma superfície lisa, boa resistência à corrosão e ao desgaste, e pode suportar forças laterais maiores; no entanto, é dispendioso, pelo que só é utilizado em ocasiões especiais.

II. Especificações dos cabos de aço

Para operações de elevação gerais, podem ser utilizados cabos de aço 6×19 e 6×37 da norma GB/T8918-1996 "Cabos de aço" e as suas especificações são apresentadas no Quadro 1 e no Quadro 2.

Quadro 1 Tensão de rutura do cabo de aço

Quadro 2 Tensão de rutura do cabo de aço

III. Marcação dos cabos de aço

Os cabos de aço atualmente utilizados nas gruas são principalmente de estrutura do tipo comum, cabos 6×19 e cabos 6×37.

De acordo com a norma nacional "Cabos de aço de fio redondo" (GB1102-74), o método de marcação para cabos de aço é o seguinte:

Por exemplo, o cabo de aço 6×37-15.0-170-I com revestimento de zinco, deitado à direita GB1102-74

Isto indica que o cabo de aço de cordão redondo é constituído por 6 cordões, com uma estrutura de contacto pontual, 37 fios por cordão, um núcleo de fibra, um diâmetro de cabo de aço de 15,0 mm, feito de fio de aço revestido a zinco de grau I com uma resistência à tração nominal de 1700 MPa, e a disposição do cabo de aço é uma disposição regular direita.

IV. Seleção do cabo de aço

Quando os cabos de aço têm o mesmo diâmetro, quanto menor for a resistência à tração nominal, quanto maior for o número de fios por cordão e quanto mais fino for o diâmetro dos fios, melhor será a flexibilidade do cabo, mas o cabo de aço é mais propenso ao desgaste. Inversamente, quanto mais grosso for o diâmetro do fio em cada fio, pior será a flexibilidade do cabo de aço, mas mais resistente ao desgaste.

Por conseguinte, os diferentes tipos de cabos de aço têm diferentes gamas de utilização. Com base nas necessidades reais das operações de elevação e aparelhamento, a seleção dos cabos de aço pode geralmente considerar os seguintes princípios:

• Os cabos de aço 6×19 são utilizados como cabos de sustentação, tirantes e para fazer lingas de elevação, geralmente utilizados em locais com pequenas cargas de flexão ou onde o desgaste ocorre.
• Os cabos de aço 6×37 são utilizados em operações de elevação para amarrar vários objectos, equipamento e para passar através de blocos de polias e fazer lingas de elevação. Adequado para quando o cabo está dobrado.
• Os cabos de aço 6×61 são utilizados para amarrar vários objectos. O cabo tem baixa rigidez, é fácil de dobrar e é utilizado em locais onde a força não é grande.

Os cabos de aço com a mesma direção de assentamento têm uma superfície mais lisa, são mais macios e têm boa resistência à fadiga por flexão, o que os torna mais duráveis; no entanto, a desvantagem é que os fios tendem a soltar-se na extremidade quebrada do cabo, causando rotação ao suspender objectos pesados, e são propensos a enrolar e torcer, pelo que não devem ser utilizados sozinhos em operações de elevação. Os cabos de aço de disposição alternada são normalmente utilizados em operações de elevação.

V. Cálculo da tensão no cabo de aço

A força de tração máxima que um cabo de aço com uma determinada especificação pode suportar tem um determinado limite. Excedendo este limite, o cabo de aço será danificado ou partido, pelo que é necessário calcular a tensão no cabo de aço durante o trabalho.

1. Força de controlo de rutura do cabo de aço

A força de tração de rutura do cabo de aço pode ser consultada nos quadros 1 e 2. Considerando a força desigual em cada fio devido à torção do cabo de aço, a força de tração de rutura de todo o cabo de aço deve ser calculada da seguinte forma:

  S_P =ΨΣS_i 

Onde

• S _P - a força de tração de rutura do cabo de aço, kN;
• ΣS_i  - a força de tração total de rutura do fio indicada no quadro de especificações do cabo de aço, kN;
• Ψ - o coeficiente de redução para torção irregular do fio, para cabo 6 × 19, Ψ = 0,85; para cabo 6 × 37, Ψ = 0,82; para cabo 6 × 61, Ψ = 0,80.

No entanto, no local de trabalho, há geralmente uma falta de dados gráficos e não são necessários cálculos exactos. Neste caso, podem ser utilizadas outras fórmulas relacionadas (apenas para estimativa de dados, não fórmulas padrão) para estimar a força de tração de rutura do cabo de aço.

2. Fator de segurança do cabo de aço

Para garantir a segurança das operações de elevação, a força de tração admissível do cabo de aço é apenas uma fração da sua força de tração de rutura. A relação entre a força de tração de rutura e a força de tração admissível é o fator de segurança. O quadro 3 seguinte apresenta os factores de segurança para cabos de aço de diferentes utilizações.

  Quadro 3 Fator de segurança do cabo de aço

3. Binário admissível do cabo de aço

P = S_P / K

Na fórmula

• P - Força de tração admissível do cabo de aço, N;
• S_P - Força de tração de rutura do cabo de aço, N;
• K - Fator de segurança do cabo de aço.

VI. Normas de desmantelamento de cabos de aço

Quando um cabo de aço está danificado até um certo ponto, deve ser desmantelado de acordo com os regulamentos. As normas de desmantelamento são as seguintes:

1. O cabo deve ser eliminado quando o número de rupturas de fio num mesmo passo (também designado por "lay", que se refere ao comprimento axial de qualquer fio enrolado uma vez) exceder o número especificado no quadro 4. O cabo também deve ser eliminado se o número de rupturas de fio não for elevado, mas aumentar rapidamente.

2. O cabo deve ser desmantelado quando o desgaste ou a corrosão do cabo de aço atingirem ou excederem 40% do diâmetro original do cabo. Se estiver dentro de 40%, deve ser desclassificado de acordo com o Quadro 5. Quando toda a superfície do cabo de aço estiver corroída ao ponto de a superfície esburacada ser facilmente visível a olho nu, deve ser desmantelado.

            Quadro 4 Contagem de rupturas de cabos de aço de sucata

Quadro 5 Coeficiente de redução

3. Os cabos de aço que tenham sido queimados ou afectados por arcos eléctricos localizados devem ser eliminados.

4. Os cabos de aço devem ser eliminados se estiverem achatados, deformados, com fios ou arames salientes, distorções tipo gaiola, aumento localizado do diâmetro do cabo, dobras ou curvas.

5. Os cabos de aço devem ser desmantelados se a alma estiver danificada, resultando numa redução significativa do diâmetro do cabo (atingindo 7%).

6. Para os cabos de aço utilizados para elevar metais ou materiais perigosos, o número de fios partidos para desmantelamento deve ser metade do número de cabos de aço das máquinas de elevação em geral, incluindo a redução devida ao desgaste da superfície do fio ou à corrosão.

VII. Utilização, manutenção e cuidados com o cabo de aço

1. Os cabos de aço devem ser desenrolados corretamente. Para evitar torcer e enfraquecer o cabo de aço durante desenrolamentoA máquina deve ser fixada firmemente para evitar que se solte ao ser cortada.

2. Os cabos de aço não devem ser sobrecarregados, não devem trabalhar sob cargas de impacto e a velocidade de trabalho deve ser estável.

3. Ao amarrar ou levantar objectos, os cabos de aço devem evitar o contacto direto com arestas e cantos afiados dos objectos e devem ser amortecidos com blocos de madeira, serapilheira ou outros materiais de enchimento nos pontos de contacto.

4. O contacto entre os cabos de aço e os fios eléctricos é estritamente proibido para evitar danos ou choques eléctricos. Devem ser tomadas medidas de isolamento na proximidade de objectos a alta temperatura.

5. Os cabos de aço devem evitar torcer-se durante a utilização e, se estiverem torcidos, devem ser imediatamente endireitados. O número de dobras deve ser reduzido ao mínimo durante a utilização e a dobragem inversa deve ser evitada tanto quanto possível.

6. Quando os cabos de aço são utilizados com tambores ou roldanas, o diâmetro do tambor ou da roldana deve ser, pelo menos, 16 vezes superior ao diâmetro do cabo de aço. Não passe por uma roldana danificada para evitar o desgaste do cabo de aço ou o deslizamento do cabo para fora da roldana, provocando um acidente.

7. Quando os cabos de aço passam através de roldanas, o diâmetro da ranhura da roldana deve ser 1 a 2,5 mm superior ao diâmetro do cabo de aço. Se o diâmetro da ranhura da polia for demasiado grande, o cabo fica facilmente achatado; se for demasiado pequeno, o cabo fica facilmente desgastado.

8. Os cabos de aço devem ser protegidos contra o desgaste, a corrosão ou outras condições físicas e químicas que provoquem a degradação do seu desempenho. Os cabos de aço utilizados para a elevação de metais fundidos e incandescentes devem ser objeto de medidas destinadas a evitar danos causados por temperaturas elevadas.

9. Antes da utilização, selecionar o cabo de aço com o diâmetro adequado de acordo com a situação de utilização; durante a utilização, verificar frequentemente a sua capacidade de carga e o estado de danificação; após a utilização, fazer a manutenção atempada e armazená-lo corretamente.

VIII. Inspeção de segurança dos cabos de aço

A inspeção dos cabos de aço pode ser dividida em inspeção de rotina, inspeção periódica e inspeção especial. A inspeção de rotina é a auto-inspeção; a inspeção periódica pode ser determinada como mensal ou anual com base no tipo de equipamento, taxa de utilização, ambiente e resultados da última inspeção. O conteúdo e os requisitos da inspeção para cabos de aço são apresentados no Quadro 6 abaixo.

Os métodos de inspeção específicos são os seguintes:

1. Fios partidos

Contar o número de fios partidos dentro de um comprimento de assentamento, incluindo os fios partidos externos e internos. Mesmo que existam duas roturas no mesmo fio, estas devem ser contadas como dois fios partidos. Se a parte partida do fio exceder metade do seu próprio raio, deve ser tratada como um fio partido.

(1) Durante a inspeção, prestar atenção à localização dos fios partidos (por exemplo, a que distância da extremidade) e à concentração de fios partidos para determinar o método de tratamento.

(2) Prestar atenção à localização e à forma dos fios partidos, ou seja, se a rutura ocorre na parte saliente do fio ou no vale. A causa da rutura dos fios pode ser determinada com base na sua forma.

                                            Quadro 6 Elementos de inspeção dos cabos de aço

2. Desgaste

A inspeção do desgaste envolve principalmente o estado de desgaste e a medição do diâmetro.

Existem dois tipos de estados de desgaste: desgaste concêntrico e desgaste excêntrico. O desgaste excêntrico dos cabos de aço ocorre principalmente em situações em que não há muito movimento do cabo, o equipamento de elevação é pesado e há grandes mudanças de tensão. Por exemplo, o cabo de elevação de uma grua de ventosas electromagnéticas é propenso a este tipo de desgaste. Tanto o desgaste excêntrico como o desgaste concêntrico reduzem a resistência do cabo de aço.

3. Corrosão

Existem dois tipos de corrosão: a corrosão externa e a corrosão interna.

Inspeção da corrosão externa e da corrosão interna: inspeção visual da ferrugem e da corrosão no cabo de aço, bem como do estado de relaxamento do cabo. A corrosão interna não é fácil de inspecionar.

A corrosão interna não é fácil de inspecionar. Se o diâmetro do cabo de aço for fino (≤20mm), pode ser dobrado à mão para inspeção; se o diâmetro for maior, a inspeção interna pode ser realizada utilizando uma emenda de cabo de aço. Após a inspeção, o cabo de aço deve ser restaurado ao seu estado original, tendo o cuidado de não danificar o núcleo, e deve ser aplicada massa lubrificante.

4. Inspecionar visualmente o cabo de aço quanto a nós, ondulações, achatamento, etc.

O cabo de aço não deve apresentar nós nem deformações ondulatórias significativas.

5. Inspecionar visualmente o cabo de aço quanto aos efeitos do aquecimento por arco elétrico e por chama; não deve haver coloração da temperatura nem danos por soldadura.

Os danos causados pela soldadura devem ser tratados como fios partidos.

6. Inspeção da lubrificação do cabo de aço O cabo de aço deve estar em bom estado de lubrificação.

De acordo com os testes, um cabo de aço bem lubrificado pode suportar 48.500 ciclos de testes de fadiga e flexão repetida com 10% do número total de fios quebrados numa colocação, enquanto a mesma especificação de cabo de aço sem lubrificação dura apenas 22.500 ciclos, o que realça a importância da lubrificação.