Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica

WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I ROBOTYKI

ZAKŁAD KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI MASZYN

Projekt

Badania operacyjne i eksploatacyjne

Temat : Badanie eksploatacyjne karabinków wspinaczkowych.

Wykonał:

Nowak Bartosz

Rok IIA, gr5

Cel badania

Celem badania jest sprawdzenie wymiarów przekroju karabinka wspinaczkowego typu HMS w najbardziej narażonych na wytarcia miejscach aby dostarczyć informacji na temat przydatności do dalszej eksploatacji.

Charakterystyka obiektu

Zdjęcie obiektu

Opis badanego obiektu

Obiektem badań jest popularny karabinek wspinaczkowy firmy Mammut. Model katalogowy: HMS Element. Maksymalne obciążenie statyczne wzdłuż wymiaru 110mm wynosi 23kN przy zakręconym zamku oraz 9kN przy otwartym. Wzdłuż wymiaru 75mm obciążenie maksymalne wynosi 9 kN. Dopuszczalne naprężenia na rozciąganie k_r = 160MPa

Schemat obiektu wraz z wymiarami gabarytowymi oraz badanymi

Wybór obiektów do badania

Ze względu na to, że obiektem badań jest przedmiot którego wada (nadmierne zużycie) może spowodować w bezpośredni sposób śmierć człowieka, nie dokonujemy wyboru obiektów spośród zbioru. Do badania muszą przystąpić wszystkie elementy znajdujące się w zbiorze. W moim przypadku jest to zbiór składający się z 5 identycznych karabinków pochodzących z tej samej serii.

Sposób przeprowadzenia badania oraz metody pomiaru i rejestracji danych

Mierzony wymiar oraz sposób mierzenia

Badaniu został poddany wymiar d=13,5mm.

Mierzony był on w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach aby stwierdzić czy wytarcie doprowadziło do deformacji przekroju z kołowego do eliptycznego czy jedynie zmniejszyło wymiar średnicy koła. Pomiar został dokonany w dwóch miejscach najbardziej narażonych na wytarcia spowodowane ruchem liny (oznaczone na rysunku jako przekroje
A-A oraz B-B). Zarejestrowane zostały mniejsze z średnic przekrojów poszczególnych obiektów. Jeżeli przekrój kołowy został zdeformowany, w związku z czym powstała elipsa, dwie średnice wzajemnie prostopadłe oznaczono przez d₁oraz d₂. Jeżeli natomiast przekrój nie uległ deformacji średnica została oznaczona przez d.

Opis przyrządu pomiarowego

Pomiar został sporządzony za pomocą mikrometru zewnętrznego z płaskimi, zwężonymi powierzchniami pomiarowymi wg PN-59/M-53206 o zakresie pomiarowym 0 ÷ 16mm, wyprodukowany przez firmę Jarmet na licencji VIN. Model kalalogowy: MMZf-A.

Zdjęcie przyrządu pomiarowego

Opracowanie statystyczne oraz charakterystyka przydatności

Wzory

• Wzór na pole koła: $A = \pi\frac{d^{2}}{4}$

• Wzór na pole elipsy $A = \pi \cdot \frac{d_{1}}{2} \cdot \frac{d_{2}}{2}$

Tabela pomiarowa

Obiekt	1	2	3	4	5
Średnice [mm]	d=13	d=12,3	d=11	d1=13	d=9,6
				d2=11,2

Obliczenia

• Obiekt 1

$$A_{1} = \pi \cdot \frac{13^{2}}{4} = 132,73mm^{2}$$

• Obiekt 2

$$A_{2} = \pi \cdot \frac{{12,3}^{2}}{4} = 118,82mm^{2}$$

• Obiekt 3

$$A_{3} = \pi \cdot \frac{11^{2}}{4} = 95,03mm^{2}$$

• Obiekt 4

$$A_{4} = \pi \cdot \frac{13}{2} \cdot \frac{11,2}{2} = 114,35mm^{2}$$

• Obiekt 5

$$A_{5} = \pi \cdot \frac{{9,6}^{2}}{4} = 72,38mm^{2}$$

Zważywszy na to, że z tych obiektów korzysta jedynie jedna osoba której całkowita masa wraz ze sprzętem wspinaczkowym wynosi M=75kg, a naprężenia dopuszczalne dla tego materiału wynoszą 160MPa, przyjmuję współczynnik bezpieczeństwa x = 20, dzięki któremu wyliczam maksymalne rzeczywiste obciążenie wynoszące co najwyżej:

Q = M ⋅ x = 75 ⋅ 20 = 1500kg.

Uwzględniając ten warunek wyliczam naprężenia jakie będą występowały w przekrojach niebezpiecznych ze wzoru

$$\mathbf{\sigma =}\frac{\mathbf{Q\lbrack N\rbrack}}{\mathbf{A\lbrack m}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}\mathbf{\rbrack}}\mathbf{\leq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}\mathbf{\lbrack MPa\rbrack}$$

• $\sigma_{1} = \frac{Q}{A_{1}} = \frac{15000}{132,73} = 113,0\ MPa\mathbf{\leq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}$

• $\sigma_{2} = \frac{Q}{A_{2}} = \frac{15000}{118,82} = 126,24\ MPa\mathbf{\leq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}$

• $\sigma_{3} = \frac{Q}{A_{3}} = \frac{15000}{95,03} = 157,85\ MPa\mathbf{\leq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}$

• $\sigma_{4} = \frac{Q}{A_{4}} = \frac{15000}{114,35} = 131,18\ MPa\mathbf{\leq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}$

• $\sigma_{5} = \frac{Q}{A_{5}} = \frac{15000}{72,38} = 207,24\ MPa\mathbf{\geq}\mathbf{k}_{\mathbf{r}}$

Tabela wyników

Obiekt	1	2	3	4	5
Pole przekroju [mm^2]	132,73	118,82	95,03	114,35	72,38
Maksymalne naprężenia[MPa]	113,0	126,24	157,85	131,18	207,24

Charakterystyka użyteczności poszczególnych obiektów

Wnioski

Jak widać na wykresie tylko jeden karabinek (nr 5) nie spełnił wymogów o minimalnym przekroju przez co przekroczył on naprężenia dopuszczalne przyjęte dla danego materiału. Dalsza eksploatacja jest w takim wypadku ściśle zakazana, a obiekt powinien zostać przekazany do przetopu lub może zostać wykorzystany jako ozdoba.

Można również zauważyć, że naprężenia w karabinku nr 3 są bliskie przekroczenia dopuszczalnych co powinno nas skłonić do zwrócenia szczególnej uwagi na zachowywanie się obiektu pod obciążeniem oraz zastanowieniem się nad rezygnacją z dalszej eksploatacji w najbliższym czasie.

Ta metoda sprawdzania przydatności karabinków wspinaczkowych jest bardzo prosta a zarazem bardzo dobra, natomiast jest to dopiero pierwszy krok do całkowitej oceny poziomu zdatności do użytku tego rodzaju obiektów. Należałoby również sprawdzić czy karabinek nie posiada rys, pęknięć lub innych tym podobnych skaz na powierzchni jak i w głębi materiału, które mogłyby źle wpłynąć na jego wytrzymałość. W tym wypadku przydatna byłaby metoda badań nieniszczących do sprawdzenia wnętrza badanego obiektu.