Biztonságosan rögzíthető-e nehéz rakomány egyetlen szegecseléses szerelvénnyel?

Egyetlen szegecseléses szerelvény terhelhetősége: amit a mérnöki számítások és tesztek feltárnak

Anyag szilárdsága, menetbekapcsolódás és befogási mélység mint alapvető meghatározó tényezők

Amikor a csavarkötések húzószilárdságáról van szó, három fő tényező játszik közre: az anyagminőség, a menetek mélysége a felületbe való besüllyesztésben, valamint az, hogy megfelelően be vannak-e ágyazva. Vegyünk például nagy szilárdságú ötvözött acélokat, mint az ASTM A354 BD minőségű anyagokat – ezek a darabok körülbelül 120 000 psi húzófeszültséget bírnak ki, ami mintegy háromszorosa a hagyományos szénacél (ASTM A36) teljesítményének, hiszen az mindössze 36 000 psi-nél szakad el. Fontos még a megfelelő menetbekapcsolódás is: általánosságban legalább a csavar átmérőjének 1,5-szeresét kell biztosítani, hogy ne aggódjunk a kihúzódott menetek miatt. Ha a menetek nem kapcsolódnak elég mélyre, a terhelés rosszul oszlik el a kapcsolódási felületen, akár 40%-kal kevésbé hatékonyan is. Az ágyazási mélység egy másik kulcsfontosságú tényező. Betonba helyezett horgonyok esetén a legtöbb előírás szerint legalább a csavarátmérő hétszeresére van szükség ahhoz, hogy megakadályozzuk a kihúzódást. Fémből fémba való kapcsolásnál viszont teljesen más a szabály: a csatlakoztatandó felület teljes vastagságán keresztül kell hatnia a kötésnek. A 2023-as Ipari Biztonsági Jelentés valós világbeli tesztjei éppen ezt hangsúlyozzák: a meghibásodások 78%-a azért következett be, mert valami nem volt elég mélyre ágyazva. Semmilyen kifinomult anyagminőség nem pótolhatja a gyenge szerelést, ha azt akarjuk, hogy minden terhelés alatt is a helyén maradjon.

ASTM F1957-22 és ISO 11612 Húzóerő-adatok: Statikus és dinamikus valóság nehéz áruk esetén

A tesztek azt mutatják, hogy jelentős eltérés van a laboratóriumok által megadott kapacitás és a valós körülmények közötti teljesítmény között. Az ASTM F1957-22 szabvány szerint egyetlen csavarrögzítések akár 1200 kg terhelést is elbírnak szabályozott laboratóriumi körülmények között. Amikor azonban az ISO 11612 szabványnak megfelelő, a közúti rezgéseket szimuláló teszteket vizsgáljuk, ugyanezek a rögzítések kb. a megadott érték 40%-ánál hibásodnak meg. Mi okozza ezt a csökkenést? Valami, amit dinamikus erősítési tényezőnek neveznek – ez mozgás közben fellépő harmonikus rezonanciából adódik. A szállítás során fellépő igénybevételi csúcsok valójában 2,8-szer magasabbak, mint amit a statikus számítások előrejeznek. A helyzet hajón még rosszabb. Mindössze 50, az óceáni hullámok által okozott, alkatrészeket torzító terhelési ciklus után a fáradási ellenállás 60%-kal csökken. Mindezen számok egy komoly problémára utalnak: kizárólag a statikus teherbírási értékekre hagyatkozni kockázatos, ha 500 kg feletti tömegekkel dolgozunk olyan szállítási helyzetekben, ahol folyamatosan hatnak mozgási erők.

Egycsavarrögzítés vs. Kéttámaszú alternatívák: Stabilitás, rezgésállóság és torziós kockázat 1200 kg felett

Dinamikus feszültségnövekedés úti és tengeri szállítás során

Amikor 1200 kg-nál nehezebb rakományt szállítanak, a dinamikus erők valódi problémává válnak a megfelelő rögzítés szempontjából. A közúti utak rezgése és a tengeri himbálódzás állandó mozgása a súly hatását akár háromszorosára is növelheti a rögzítőelemekre nézve az elmúlt időszaki szállítási adatok szerint. Amikor csupán egy rögzítőcsavar tartja össze az egészet, mindezen erők éppen a kapcsolódási pontnál koncentrálódnak, ami végül anyagfáradáshoz vezet, különösen ütközések vagy zegzugos tengeri útvonalak során. Ezért sok logisztikai cég jelenleg áttér a dupla rögzítőpontos rendszerekre. Ezek a rendszerek elosztják a terhelést két rögzítési pont között, így az egyedi igénybevételt majdnem felére csökkentik az elmúlt évben végzett Rakományrögzítési kutatások alapján. Emellett tervezésük hozzájárul ahhoz, hogy elnyeljék azokat a kellemetlen rezgéseket, amelyek fokozatosan gyengítik az idővel a fémet – olyasmit, amit a hagyományos egypontos rögzítések egyszerűen nem tudnak kezelni.

Miért okozza az aszimmetrikus terheléseloszlás torziós instabilitást

Amikor a rakomány nincs egyenletesen elhelyezve a szállítókonténerekben, forgató erők keletkeznek, amelyekkel a szabványos egypontos rögzítő rendszerek egyszerűen nem tudnak megbirkózni. A középponttól eltérő helyre helyezett terhek karhosszként hatnak, és csavaró erőket hoznak létre az egyetlen központi rögzítőpont körül. Ez komoly terhelést jelent a rögzítőelemek és az azokhoz rögzített felület számára is. Az elmúlt év Global Cargo Safety Initiative iparági jelentései szerint kb. minden hatodik, 1200 kilogramm feletti rakománnyal kapcsolatos baleset ezekből a csavaró törésekből adódik. A megoldás? Két rögzítési pont használata egyetlen helyett. Kettős rögzítési ponttal az erők sokkal egyenletesebben oszlanak el. Ezek az ellentétes rögzítések kiegyensúlyozó hatást hoznak létre, amely semlegesíti a veszélyes csavaró mozgásokat akkor, amikor a járművek hirtelen kanyarodnak, vagy a fedélzet váratlanul dől. Az egypontos rendszereknek egyszerűen nincs meg a szükséges szerkezeti kialakítása ahhoz, hogy ellenálljanak az ilyen forgató erőknek a valós körülmények között.

Szabályozási megfelelőség és biztonsági hiányosságok: Amikor az egycsavos rögzítés nem felel meg az FMCSA, az EN 12195-1 és a DNV GL követelményeinek

A nehézáruk szállítását szabályozó előírások egy dologra utalnak: a tartalékrendszerek fontosak. Egyetlen szegecskötés nem elegendő nagyobb rakományok rögzítésénél. Vegyük például az FMCSA szabályait, amelyek bármilyen 1000 kg feletti tömegnél több rögzítési pontot követelnek meg, különben a rakomány veszélyesen elmozdulhat hirtelen fékezéskor. Az egypontos rögzítések gyakorlatilag bajt hoznak, mivel az összes terhelést egyetlen pontra helyezik. Az EN 12195-1 szabvány még részletesebben határozza meg a biztonsági követelményeket, és dinamikus erőkkel szemben minimálisan 1,5-szeres biztonsági tényezőt ír elő – olyan értéket, amelyet a legtöbb egyszegecses rendszer nehezen képes teljesíteni normál közúti rezgések vagy tengeri hajómozgások során. A DNV GL hasonló alapon áll a konténerbiztosítási irányelveiben, és olyan terheléselosztó rendszereket követel meg, amelyek akár hat szeres gravitációs erők hatását is kibírják. Ne feledjük azt sem, mi történik, ha a vállalatok figyelmen kívül hagyják ezeket az előírásokat: az FMCSA büntetései darabonként meghaladhatják a 10 000 dollárt, ráadásul jelentős biztosítási problémák léphetnek fel tengeri szállítások esetén. Összességében az egyszegecses rögzítőelemek használata szabályozott szállítás során minden területen indokolatlan kockázatot jelent.

Súlyos helytelen alkalmazások: Valós világbeli kudarcok és a túlzott megbízás egyetlen csavarral rögzített szerelésben

2023-as közép-nyugati raktárincidens: Tanulságok egy villástargoncára szerelt teherbírás meghibásodásáról

2023 végén egy raktárban történt baleset valahol az Amerikai Közép-Nyugaton figyelemfelhívó példája annak, mi történik akkor, amikor olyan terhelésre használnak egycsavarrögzítéseket, amire nem tervezték őket. Képzeljük el a következő helyzetet: egy rakodógép körülbelül 1400 kilogramm árut szállítva hirtelen irányíthatatlanná válik az üzemben való mozgás közben. Az egycsavarrögzítés, amely mindent egyben tartott, teljesen szétesik a rázkódásokból eredő folyamatos remegés és csavarodás hatására. Ezek az erők messze meghaladták azt a terhelhetőséget, amire a rögzítés álló helyzetben lett volna méretezve. A tavaly közzétett Ponemon Intézet adatai szerint ez a baleset körülbelül 740 ezer dolláros kárt okozott, beleértve az összetört berendezéseket és több működési napig tartó leállást is. Amikor a nyomozók kivizsgálták, mi okozta a balesetet, kiderült, hogy a rendszer összeállítása során két jelentős hibát is elkövettek.

• A gyorsítás és a fékezés során a dinamikus feszültség erősödésének figyelmen kívül hagyása
• Az aszimmetrikus terhelés eloszlásának a fonalszintű vágásra gyakorolt hatása alábecsülése

A vizsgálatok megerősítették, hogy a beépítés megsértette az EN 12195-1 szabvány biztonsági határát valós rezgési forgatókönyvek esetén. A 800 kg-ot meghaladó terhelések esetében ez az esemény igazolja a kétpontú rendszerek mérnöki szükségességétés költséghatékonyságát, hogy eloszlassák az erőket és megelőzzék a megelőzhető, súlyos meghibásodásokat.