ワイヤーロープ

ワイヤーロープは、わずか 2 本の金属線をらせん状に撚り合わせて複合ロープを形成し、レイドロープと呼ばれるパターンを形成します。直径の大きいワイヤーロープは、ケーブルレイドと呼ばれるパターンで、このようなレイドロープを複数撚り合わせたものです。ストランダーと呼ばれる工業用機械を使用して製造され、ワイヤーは一連のバレルに通されて、最終的な複合方向に紡がれます。

より厳密な意味では、ワイヤーロープという用語は直径が9.5 mm ( 3 ⁄ 8 インチ)を超えるものを指し、より小さいゲージはケーブルまたはコードと呼ばれます。 ^[1]当初は錬鉄製のワイヤーが使用されていましたが、今日ではワイヤーロープに使用される主な材料は 鋼です。

歴史的に、ワイヤーロープは、機械的な故障の記録がある錬鉄製のチェーンから発展しました。チェーンリンクや頑丈な鋼棒の欠陥は壊滅的な故障につながる可能性がありますが、鋼ケーブルを構成するワイヤーの欠陥は、他のワイヤーが簡単に負荷を吸収するため、それほど重大ではありません。個々のワイヤーとストランド間の摩擦は、ロープの寿命にわたって摩耗を引き起こしますが、短期的には軽微な故障を補うのにも役立ちます。

ワイヤーロープは、1830年代に鉱山のホイスト用途から開発が始まりました。ワイヤーロープは、クレーンやエレベーターでの持ち上げや巻き上げ、および機械的動力の伝達に動的に使用されます。ワイヤーロープは、ボーデンケーブルや、コックピットのレバーやペダルに接続された飛行機の操縦翼面などの機構で力を伝達するためにも使用されます。航空機用ケーブルのみがWSC（ワイヤストランドコア）を備えています。また、航空機用ケーブルはワイヤーロープよりも直径が小さいものがあります。たとえば、航空機用ケーブルは直径1.2 mm（3 ⁄ 64 インチ）のものが使用されていますが、ほとんどのワイヤーロープは直径6.4 mm（1 ⁄ 4 インチ）から始まります。^[2]静的ワイヤーロープは、吊り橋などの構造物を支えたり 、塔を支える支線として使用されます。

現代のワイヤーロープは、1831年から1834年の間に、ドイツのニーダーザクセン州クラウスタールのハルツ山脈の鉱山で使用するために、ドイツの鉱山技師ヴィルヘルム・アルベルトによって発明されました。^{[3] [4] [5]}ワイヤーロープは、それまで使用されていた麻や金属チェーンで作られたロープよりも優れた強度があることが証明されたため、すぐに受け入れられました。 ^[6]

ヴィルヘルム・アルバートの最初のロープは、それぞれ4本のワイヤからなる3本のストランドで構成されていました。1840年にスコットランド人のロバート・スターリング・ニューオールがこの工程をさらに改良しました。^[7]アメリカでは、 1841年にジョン・A・ローブリングがワイヤロープの製造を開始し、 ^[8]吊り橋建設における彼の成功の基礎を築きました。ローブリングは、ワイヤロープの設計、材料、製造において多くの革新をもたらしました。鉱山と鉄道の技術進歩に常に耳を傾けていた、リーハイ炭鉱会社（LC&N社）の主要所有者^[9]であるジョサイア・ホワイトとアースキン・ハザードは、リーハイ渓谷で最初の高炉を建設したのと同じように、 1848年にペンシルベニア州ジム・ソープにワイヤーロープ工場^{[8] [10]を建設し、}アシュリー・プレーンズ・プロジェクトにリフトケーブルを供給し、その後、サミット・ヒル・アンド・モーク・チャンク鉄道のバックトラックプレーンを供給しました。これにより、一流の観光地としての魅力が向上し、車の返却時間がほぼ4時間から20分未満に短縮されたため、石炭の処理能力が大幅に向上しました。

その後の数十年間は、地表の鉱床が枯渇し、鉱夫たちが傾斜地に沿って地層をたどらなければならなくなったため、ヨーロッパと北米の両方で深層立坑採掘が急増した。当時は鉄道開発の初期段階で、蒸気機関では急斜面を登るのに十分な牽引力がなかったため、傾斜鉄道が一般的だった。これにより、米国ではケーブルホイストの開発が急速に進み、北と南の無煙炭地域の地表鉱床は年々深くなり、パンサークリーク渓谷の豊富な鉱床でさえ、LC&N社がランズフォードとスクールキル郡の姉妹都市であるコールデールから始まる低い斜面に最初の立坑を掘る必要があった。

ドイツのエンジニアリング会社であるアドルフ・ブライヒャート社は1874 年に設立され、ルール渓谷の鉱山用に 2 階建てのロープウェイを建設し始めました。重要な特許とヨーロッパで稼働している数十のシステムにより、ブライヒャート社は世界の業界を独占し、後にその設計と製造技術を米国ニュージャージー州のトレントン鉄工所にライセンス供与し、アメリカ全土にシステムを建設しました。アドルフ・ブライヒャート社は、アラスカからアルゼンチン、オーストラリア、スピッツベルゲンまで、世界中で数百のロープウェイを建設しました。ブライヒャート社は、ドイツ帝国軍とドイツ国防軍向けにも数百のロープウェイを建設しました。

19世紀後半には、ワイヤーロープシステムが新しいケーブルカーを含む機械動力の伝達手段として使用されました^{[11] 。ワイヤーロープシステムは}ラインシャフトに比べて10分の1のコストで摩擦損失が低かった。これらの利点により、ワイヤーロープシステムは数マイルまたは数キロメートルの距離に電力を伝達するために使用されました。^[12]

ワイヤーロープ用の鋼線は、通常、炭素含有量が 0.4 ～ 0.95% の非合金炭素鋼で作られています。ロープの鋼線は非常に強度が高いため、ワイヤーロープは大きな引張力に耐えることができ、比較的直径の小さい滑車の上を走行することができます。

いわゆるクロス レイ ストランドでは、異なる層のワイヤが互いに交差します。最もよく使用されるパラレル レイ ストランドでは、すべてのワイヤ層のレイ長が等しく、重ねられた任意の 2 つの層のワイヤが平行であるため、線接触になります。外層のワイヤは、内層の 2 本のワイヤによって支えられます。これらのワイヤは、ストランドの全長にわたって隣接しています。パラレル レイ ストランドは、1 回の操作で作成されます。この種類のストランドを使用したワイヤ ロープの耐久性は、クロス レイ ストランドを使用したワイヤ ロープ (めったに使用されません) よりも常にはるかに優れています。2 つのワイヤ層を持つパラレル レイ ストランドは、Filler、Seale、または Warrington 構造です。

原則として、スパイラルロープは、中心に螺旋状に配置されたワイヤ層の集合体であり、少なくとも 1 つのワイヤ層は外側の層とは反対方向に配置されています。スパイラルロープは、回転しないように寸法を決めることができます。つまり、張力下でロープのトルクがほぼゼロになります。オープン スパイラル ロープは、丸いワイヤのみで構成されています。ハーフ ロック コイル ロープとフル ロック コイル ロープは、常に中心が丸いワイヤで構成されています。ロック コイル ロープには、1 つ以上の外層にプロファイル ワイヤがあります。その構造の利点は、汚れや水の浸入を大幅に防ぎ、潤滑剤の損失からも保護することです。さらに、適切な寸法であれば、外側のワイヤが破損してもその端がロープから離れないという、非常に重要な利点もあります。

撚りロープは、芯の周りに 1 層以上のらせん状に敷かれた数本の撚り糸の集合体です。この芯には 3 つのタイプがあります。1 つ目は繊維芯で、合成素材またはサイザル麻などの天然繊維でできています。合成繊維は強度が高く均一ですが、潤滑剤をあまり吸収できません。天然繊維は重量の最大 15% の潤滑剤を吸収できるため、合成繊維よりも内部のワイヤーを腐食から保護します。繊維芯は最も柔軟で弾力性がありますが、簡単に潰れてしまうという欠点があります。2 つ目のタイプであるワイヤー ストランド コアは、さらに 1 本の撚り糸で構成され、通常は吊り下げに使用されます。3 つ目のタイプは独立ワイヤー ロープ コア (IWRC) で、あらゆる環境で最も耐久性に優れています。^[13]ほとんどのタイプの撚りロープは、芯 (繊維芯または鋼芯) の上に 1 層の撚り糸しかありません。ロープのストランドの撚り方向は右（記号 Z）または左（記号 S）で、ワイヤの撚り方向は右（記号 z）または左（記号 s）です。外側のストランドのワイヤの撚り方向が外側のストランド自体の撚り方向と逆方向である場合、この種類のロープは通常の撚りロープと呼ばれます。外側のストランドのワイヤと外側のストランド自体の撚り方向が同じである場合、ロープはラング・レイ・ロープと呼ばれます（オランダ語のlangslag対kruisslagから、^[14]以前は Albert's lay または langs lay でした）。通常の撚りとは、個々のワイヤが一方向に中心に巻き付けられ、ストランドが反対方向にコアに巻き付けられていることを意味します。^[2]

マルチストランドロープは、多かれ少なかれ回転に抵抗し、中心の周りにらせん状に配置された少なくとも2層のストランドを持っています。外側のストランドの方向は、下層のストランドの方向と反対です。3層のストランドを持つロープは、ほとんど回転しません。2層のストランドを持つロープは、ほとんどが低回転です。^[15]

ワイヤーロープは、使用される場所に応じてさまざまな要件を満たす必要があります。主な用途は次のとおりです。

• 走行ロープ（撚りロープ）は滑車やドラム上で曲げられます。そのため、主に曲げによるストレスがかかり、次に張力によるストレスがかかります。
• 固定ロープ、ステーロープ（スパイラルロープ、ほとんどがフルロック）は引張力を支える必要があるため、主に静的および変動する引張応力によって負荷されます。吊り下げに使用されるロープは、しばしばケーブルと呼ばれます。 ^[16]
• トラックロープ (フルロックロープ) は、空中ロープウェイやケーブルクレーンのキャビンのローラーやその他の荷物のレールとして機能しなければなりません。ランニングロープとは異なり、トラックロープはローラーの曲率を引き継ぎません。ローラーの力により、ロープのいわゆる自由曲げ半径が発生します。この半径は引張力とともに増加し (曲げ応力は減少し)、ローラーの力とともに減少します。
• ワイヤーロープスリング（撚りロープ）は、さまざまな品物を束ねるために使用されます。これらのスリングは、引張力によっても応力を受けますが、何よりもまず、品物の多かれ少なかれ鋭い角に沿って曲げられるときに、曲げ応力によって応力を受けます。

クレーン、エレベーター、ロープウェイ、鉱山施設のロープ駆動装置の設計には技術規制が適用されます。設計で考慮される要素には次のものがあります: ^[17]

• ロープの交換または破損までに許容される作業サイクル数
• ドナント力（与えられた曲げ直径比D / dに対する降伏張力） - 厳密な制限。公称ロープ張力S はドナント力SD ₁よりも小さくなければなりません。
• ロープの安全係数、ロープの破断強度と予想される最大荷重の比率
• 交換前の許容断線数
• 最高の耐用年数を得るために、所定の滑車直径に対して最適なロープ直径

ロープドライブの制限の計算は、次の要素に依存します。

• 使用ワイヤーロープのデータ
• ロープ引張力S
• 滑車またはドラムの直径D
• 作業サイクルごとの単純曲げ（シミュレーション_）
• 作業サイクルあたりの逆曲げw _rev
• 作業サイクルごとの変動張力と曲げの組み合わせw _com
• 相対変動張力ΔS / S
• ロープ曲げ長さl

ワイヤーロープは、変動する力、摩耗、腐食、そしてまれに極端な力によってストレスを受けます。ロープの寿命は有限であり、基準ロープ長さでのワイヤーの破断、断面積の減少、その他の故障を検出するための検査によってのみ安全性が確保され、危険な状況が発生する前にワイヤーロープを交換できます。設備は、ワイヤーロープの検査を容易にするように設計する必要があります。

乗客輸送用のリフト設備では、車両が下に落ちるのを防ぐために、いくつかの方法を組み合わせて使用​​する必要があります。エレベーターには、冗長ベアリングロープと安全装置が必要です。ロープウェイと鉱山の巻き上げは、責任ある管理者によって常時監視され、ロープは内部のワイヤーの破損を検出できる磁気的方法で検査されなければなりません。

ワイヤーロープの端はほつれやすく、設備や機器に簡単に接続できません。ほつれを防ぐためにワイヤーロープの端を固定する方法はいくつかあります。ワイヤーロープの端の固定方法として一般的で便利なのは、端を折り返してループ状にすることです。その後、緩んだ端をワイヤーロープに再び固定します。終端効率は、フランドルアイのみの場合は約 70%、フランドルアイとスプライスの場合はほぼ 90%、ポットエンドとスウェージングの場合は 100% です。^{[引用が必要]}

ワイヤーロープの末端がループになっている場合、特に比較的狭い範囲に負荷を集中させる装置にループが接続されている場合は、ワイヤーロープがきつく曲がりすぎるリスクがあります。ループの自然な形状を維持し、ループの内側でケーブルが挟まれたり摩耗したりするのを防ぐために、ループの内側にシンブルを取り付けることができます。ループにシンブルを使用することは、業界のベストプラクティスです。シンブルは、負荷がワイヤーに直接接触するのを防ぎます。

ワイヤーロープ クリップはクランプとも呼ばれ、ループの緩んだ端をワイヤーロープに固定するために使用されます。通常、U ボルト、鍛造サドル、および 2 つのナットで構成されます。2 層のワイヤーロープを U ボルトに入れます。次に、ロープ上のボルトにサドルを取り付けます (サドルには U ボルトに合う 2 つの穴があります)。ナットで配置を固定します。通常、ワイヤーロープの終端には、直径に応じて 2 つ以上のクリップが使用されます。直径 2 インチ (50.8 mm) のロープの場合は、8 個ほど必要になる場合があります。

「死んだ馬に鞍を付けるな」という暗記法は、クリップを取り付けるときに、アセンブリの鞍の部分をケーブルの非荷重側または「デッド」側ではなく、荷重側または「ライブ」側に配置することを意味します。これは、ロープのライブまたはストレスベアリング端を圧迫や乱用から保護するためです。本体の平らなベアリングシートと延長された突起はロープを保護するように設計されており、常にライブ端に配置されます。^[18]

米海軍およびほとんどの規制機関は、定期的に点検して締め直さない限り、このようなクリップを永久的な終端として使用することを推奨していません。

アイスプライスは、ループを形成する際にワイヤー ロープの緩んだ端を終端するために使用できます。ワイヤー ロープの端のストランドは、一定の距離ほどかれ、その後、ほどかれた長さの端がアイを形成するように曲げられます。その後、ほどかれたストランドはワイヤー ロープに編み戻され、ループまたはアイ (アイ スプライスと呼ばれる) が形成されます。

フラマンアイ、またはダッチスプライスは、ワイヤの 3 本のストランド (ストランドは交互にではなく、互いに隣接している必要があります) をほどき、片側に寄せて保管します。残りのストランドは、ワイヤの端が「V」のところでほどきが終わったところまで曲げられ、アイを形成します。片側に寄せて保管されたストランドは、ワイヤの端からアイの「V」まで巻き戻すことで再び巻き付けられます。これらのストランドは、ワイヤに沿って元の撚りとは反対方向に効果的に再び巻き付けられます。このタイプのロープスプライスが特にワイヤロープに使用される場合、それは「モリーホーガン」と呼ばれ、一部の人は「フラマン」アイではなく「ダッチ」アイと呼びます。^[19]

スウェージングとは、ワイヤーロープの終端処理方法の一種で、設置技術を指します。ワイヤーロープ継手をスウェージングする目的は、2本のワイヤーロープの端を互いに接続すること、またはワイヤーロープの一方の端を他のものに終端することです。機械式または油圧式のスウェージャーを使用して継手を圧縮および変形し、永久的な接続を作成します。ねじ付きスタッド、フェルール、ソケット、スリーブは、さまざまなスウェージング終端の例です。^{[20] [21]}ファイバーコアのロープをスウェージングすることは推奨されません。

ウェッジソケット終端は、継手を頻繁に交換する必要がある場合に便利です。たとえば、ワイヤーロープの端が摩耗しやすい部分にある場合、ロープは定期的にトリミングされる可能性があり、終端ハードウェアを取り外して再取り付けする必要があります。この例として、ドラッグラインのドラッグロープの端が挙げられます。ワイヤーロープの端のループは、ウェッジと呼ばれる別のコンポーネントに巻き付けられたソケットの先細りの開口部に入ります。この配置は所定の位置に打ち込まれ、ロープへの負荷が徐々に軽減されます。ワイヤーロープへの負荷が増加すると、ウェッジはよりしっかりと固定され、ロープをよりしっかりと掴みます。

流し込みソケットは、高強度で恒久的な終端を作るのに使われます。これは、意図した張力の方向と一直線に向いた円錐形の空洞の狭い端にワイヤーロープを挿入することによって作られます。個々のワイヤーは円錐または「カペル」の内側に広げられ、円錐は、溶融した鉛・アンチモン・スズ（Pb ₈₀ Sb ₁₅ Sn ₅）はんだまたは「ホワイトメタルキャッピング」^{[22] 、} 亜鉛^[要出典]、または現在ではより一般的になっている不飽和ポリエステル樹脂化合物で満たされます。^{[23] [24]}

• 繊維ロープ
• 張力構造
• ワイヤーロープ巻き取り技術

• ワイヤーロープストランドとケーブルの種類と構造
• 米国海軍ワイヤーおよび繊維ロープ技術マニュアル
• ワイヤーロープの近代史
• 海洋学用ウインチ、ワイヤー、ケーブル技術ハンドブック 2013-10-23 にWayback Machineでアーカイブ
• 米国連邦規格 RR-W-410 ワイヤーロープおよびストランド