حبل سلكي

يتكون الحبل السلكي من سلكين معدنيين صلبين ملتويين على شكل حلزوني ، يشكلان حبلاً مركباً ، في نمط يُعرف بالحبل المجدول . أما الحبال السلكية ذات الأقطار الأكبر فتتكون من عدة خيوط من هذا الحبل المجدول في نمط يُعرف بالحبل الكابلي المجدول . ويتم تصنيعها باستخدام آلة صناعية تُعرف باسم آلة التجديل، حيث تُمرر الأسلاك عبر سلسلة من البراميل وتُغزل لتشكيلها النهائي المركب.

بالمعنى الدقيق، يشير مصطلح حبل السلك إلى قطر أكبر من 9.5 مم ( 3/8 بوصة ) ، بينما تُسمى المقاييس الأصغر بالكابلات أو الحبال. ^{[ 1 ]} في البداية، كانت تُستخدم أسلاك الحديد المطاوع ، ولكن اليوم يُعد الفولاذ المادة الرئيسية المستخدمة في حبال الأسلاك.  

تطورت الحبال السلكية تاريخيًا من سلاسل الحديد المطاوع، التي عُرفت بكثرة أعطالها الميكانيكية. وبينما قد تؤدي العيوب في حلقات السلسلة أو قضبان الفولاذ الصلبة إلى انهيار كارثي ، فإن العيوب في الأسلاك المكونة للكابل الفولاذي أقل خطورة، إذ تتحمل الأسلاك الأخرى الحمل بسهولة. ورغم أن الاحتكاك بين الأسلاك والجدائل الفردية يُسبب تآكلًا مع مرور الوقت، إلا أنه يُساعد أيضًا في تعويض الأعطال الطفيفة على المدى القصير.

بدأ تطوير الحبال السلكية في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، حيث استُخدمت في تطبيقات الرافعات في المناجم. تُستخدم هذه الحبال ديناميكيًا في عمليات الرفع والتحميل في الرافعات والمصاعد ، ولنقل الطاقة الميكانيكية . كما تُستخدم لنقل القوة في الآليات، مثل كابل باودن أو أسطح التحكم في الطائرات المتصلة بالرافعات والدواسات في قمرة القيادة. تتميز كابلات الطائرات فقط بوجود قلب من الأسلاك المجدولة (WSC). وتتوفر كابلات الطائرات بأقطار أصغر من الحبال السلكية، حيث يبلغ قطر كابلات الطائرات 1.2 مم ( 3/64 بوصة )، بينما يبدأ قطر معظم الحبال السلكية من 6.4 مم ( 1/4 بوصة ) . ^{[ 2 ]} تُستخدم الحبال السلكية الثابتة لدعم الهياكل، مثل الجسور المعلقة، أو كأسلاك تثبيت للأبراج. ويعتمد الترام الهوائي على الحبال السلكية لدعم ونقل البضائع في الأعلى.    

اخترع المهندس الألماني فيلهلم ألبرت حبل الأسلاك الحديث بين عامي 1831 و1834 لاستخدامه في التعدين في جبال هارتس في كلاوستال ، ساكسونيا السفلى ، ألمانيا. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} وسرعان ما لاقى قبولاً واسعاً نظراً لتفوقه في القوة على الحبال المصنوعة من القنب أو السلاسل المعدنية ، كما كان شائعاً سابقاً. ^{[ 6 ]}

كانت الحبال الأولى التي صنعها ويلهلم ألبرت تتألف من ثلاثة خيوط، كل خيط منها يتكون من أربعة أسلاك. وفي عام 1840، قام الاسكتلندي روبرت ستيرلنغ نيوال بتحسين هذه العملية. ^{[ 7 ]} وفي أمريكا، بدأ جون أ. روبلينغ بتصنيع الحبال السلكية عام 1841 ^{[ 8 ]} ، مما شكّل أساس نجاحه في بناء الجسور المعلقة . وقدّم روبلينغ عدداً من الابتكارات في تصميم الحبال السلكية وموادها وتصنيعها. مع حرصهم الدائم على متابعة التطورات التكنولوجية في التعدين والسكك الحديدية، قام جوزيا وايت وإرسكين هازارد ، المالكان الرئيسيان لشركة ليهاي للفحم والملاحة (LC&N Co.) ^{[ 9 ]} - كما فعلوا مع أول أفران الصهر في وادي ليهاي - ببناء مصنع لحبال الأسلاك في ماوتش تشانك (التي أعيد تسميتها لاحقًا إلى جيم ثورب، بنسلفانيا ) ^{[ 8 ] [ 10 ]} في عام 1848، والذي وفر كابلات الرفع لمشروع أشلي بلينز ، ثم مسارات السكك الحديدية الخلفية لسكك حديد ساميت هيل وماوتش تشانك ، مما حسّن من جاذبيتها كوجهة سياحية رئيسية، وحسّن بشكل كبير من إنتاجية طاقة الفحم حيث انخفضت مدة عودة العربات من حوالي أربع ساعات إلى أقل من 20 دقيقة.

شهدت العقود التالية ازديادًا ملحوظًا في تعدين المناجم العميقة في كل من أوروبا وأمريكا الشمالية ، مع نضوب رواسب المعادن السطحية واضطرار عمال المناجم إلى البحث عن طبقات على طول المنحدرات. كانت تلك الحقبة في بدايات تطوير السكك الحديدية، ولم تكن محركات البخار تمتلك قوة جر كافية لتسلق المنحدرات الشديدة، لذا شاع استخدام السكك الحديدية ذات المستويات المائلة. وقد دفع هذا التطور السريع إلى تطوير الرافعات الكبلية في الولايات المتحدة، حيث ازداد عمق الرواسب السطحية في منطقة فحم الأنثراسيت شمالًا وجنوبًا عامًا بعد عام، حتى أن الرواسب الغنية في وادي بانثر كريك استدعت من شركة LC&N حفر أولى مناجمها في المنحدرات السفلية، بدءًا من لانسفورد وبلدة كولديل التوأم في مقاطعة شويلكيل .

تأسست شركة أدولف بلايشرت وشركاه الهندسية الألمانية عام ١٨٧٤، وبدأت ببناء خطوط نقل هوائية ثنائية الكابلات لمناجم وادي الرور . وبفضل براءات اختراع مهمة، وعشرات الأنظمة العاملة في أوروبا، هيمنت بلايشرت على الصناعة العالمية، ثم رخصت لاحقًا تصاميمها وتقنيات تصنيعها لشركة ترينتون آيرون ووركس في نيوجيرسي بالولايات المتحدة الأمريكية، والتي بدورها بنت أنظمة في جميع أنحاء أمريكا. وواصلت شركة أدولف بلايشرت وشركاه بناء مئات خطوط النقل الهوائية حول العالم: من ألاسكا إلى الأرجنتين، وأستراليا، وسبيتسبيرجن . كما بنت الشركة مئات خطوط النقل الهوائية لكل من الجيش الإمبراطوري الألماني والفيرماخت.

في أواخر القرن التاسع عشر، استُخدمت أنظمة الحبال السلكية كوسيلة لنقل الطاقة الميكانيكية ^{[ 11 ]} ، بما في ذلك في عربات التلفريك الجديدة . كانت تكلفة أنظمة الحبال السلكية عُشر تكلفة أعمدة النقل، كما أنها تتميز بفقدان أقل للطاقة نتيجة الاحتكاك . وبفضل هذه المزايا، استُخدمت أنظمة الحبال السلكية لنقل الطاقة لمسافات تتراوح بين بضعة أميال أو كيلومترات. ^{[ 12 ]}

تختلف متطلبات الحبال السلكية باختلاف أماكن استخدامها. ومن أهم استخداماتها:

• تُثنى الحبال المتحركة (الحبال المجدولة) فوق البكرات والأسطوانات. ولذلك، فإنها تتعرض للإجهاد بشكل رئيسي عن طريق الانحناء، وثانياً عن طريق الشد.
• تتحمل الحبال الثابتة، وحبال الشد (الحبال الحلزونية، ومعظمها مقفلة بالكامل)، قوى الشد، وبالتالي فهي تتعرض بشكل أساسي لإجهادات شد ثابتة ومتقلبة. وتُسمى الحبال المستخدمة للتعليق بالكابلات. ^{[ 16 ]}
• تُستخدم حبال الرفع (الحبال المُحكمة الإغلاق) كقضبان لبكرات الكبائن أو الأحمال الأخرى في الرافعات الهوائية والكابلات. وعلى عكس حبال التشغيل، لا تتخذ حبال الرفع انحناء البكرات. وتحت تأثير قوة البكرات، يحدث ما يُسمى بنصف قطر الانحناء الحر للحبل. ويزداد هذا النصف قطر (وتنخفض إجهادات الانحناء) مع قوة الشد، وينخفض ​​مع قوة البكرات.
• تُستخدم حبال الرفع السلكية (الحبال المجدولة) لربط أنواع مختلفة من البضائع. تتعرض هذه الحبال لقوى الشد، ولكن في المقام الأول لإجهادات الانحناء عند ثنيها فوق الحواف الحادة للبضائع.

تُطبَّق اللوائح الفنية على تصميم أنظمة نقل الحركة بالحبال للرافعات والمصاعد وخطوط النقل بالحبال ومنشآت التعدين. وتشمل العوامل التي تُؤخذ في الاعتبار عند التصميم ما يلي: ^{[ 17 ]}

• عدد دورات التشغيل المسموح بها قبل استبدال الحبل أو انقطاعه
• قوة دوناندت (قوة الشد اللازمة للخضوع لنسبة قطر انحناء معينة D / d ) - حد صارم. يجب أن تكون قوة الشد الاسمية للحبل S أصغر من قوة دوناندت SD ₁ .
• معامل أمان الحبل، وهو النسبة بين قوة تحمل الحبل للكسر وأقصى حمل متوقع
• عدد الخصلات المقطوعة المسموح به قبل الاستبدال
• القطر الأمثل للحبل بالنسبة لقطر بكرة معين، وذلك للحصول على أفضل عمر تشغيلي.

يعتمد حساب حدود نظام نقل الحركة بالحبل على ما يلي:

• بيانات حبل السلك المستخدم
• قوة شد الحبل S
• قطر البكرة أو الأسطوانة (D)
• عدد الانحناءات البسيطة لكل دورة عمل w _sim
• عدد الانحناءات العكسية لكل دورة عمل w _rev
• الشد المتذبذب والانحناء مجتمعين لكل دورة عمل w _com
• قوة الشد المتذبذبة النسبية Δ S / S
• طول انحناء الحبل ل

تتعرض الحبال السلكية لإجهادات ناتجة عن قوى متغيرة، وتآكل، وصدأ، وفي حالات نادرة، عن قوى شديدة. عمر الحبل محدود، ولا تُضمن السلامة إلا من خلال فحصه دوريًا للكشف عن انقطاعات الأسلاك على طول محدد، وفقدان المقطع العرضي، بالإضافة إلى أي أعطال أخرى، وذلك لاستبدال الحبل السلكي قبل حدوث أي وضع خطير. يجب تصميم المنشآت بطريقة تُسهّل فحص الحبال السلكية.

تتطلب منشآت الرفع لنقل الركاب استخدام عدة وسائل لمنع سقوط العربة إلى الأسفل. يجب أن تحتوي المصاعد على حبال احتياطية ومعدات أمان. كما يجب أن تخضع خطوط الرفع المعلقة ورافعات المناجم لإشراف دائم من قبل مدير مسؤول، ويجب فحص الحبل بطريقة مغناطيسية قادرة على كشف انقطاعات الأسلاك الداخلية.

تميل أطراف الحبال السلكية إلى التلف بسهولة، ويصعب توصيلها بالمعدات والآلات. توجد طرق مختلفة لتثبيت أطراف الحبال السلكية لمنع التلف. الطريقة الشائعة والفعّالة لتثبيت طرف الحبل السلكي هي ثني الطرف لتشكيل حلقة، ثم إعادة تثبيت الطرف الحر على الحبل. تتفاوت كفاءة التثبيت من حوالي 70% للحلقة الفلمنكية وحدها، إلى ما يقارب 90% للحلقة الفلمنكية مع وصلة، وصولاً إلى 100% للأطراف المغلفة والوصلات.

مشابك حبل سلكي

يُستخدم مشبك سلك الحبل، والذي يُسمى أحيانًا بالمشبك، لتثبيت الطرف الحر للحلقة على سلك الحبل. ويتكون عادةً من مسمار على شكل حرف U ، وقاعدة مُشكّلة ، وصامولتين. تُوضع طبقتان من سلك الحبل داخل المسمار على شكل حرف U. ثم تُركّب القاعدة على المسمار فوق الحبلين (تحتوي القاعدة على فتحتين لتثبيتها في المسمار على شكل حرف U). تُثبّت الصواميل التركيب في مكانه. عادةً ما يُستخدم مشبكان أو أكثر لإنهاء سلك الحبل حسب قطره. قد يلزم ما يصل إلى ثمانية مشابك لحبل قطره 50.8 مم (بوصتان ) .  

يشير التذكير " لا تُسرج حصانًا ميتًا" إلى أنه عند تركيب المشابك، يُوضع جزء السرج من المجموعة على الجانب المُحمّل أو "الفعّال"، وليس على الجانب غير المُحمّل أو "الخامل" من الكابل. وذلك لحماية الطرف الفعّال أو المُحمّل للإجهاد من الحبل من السحق والتلف. صُمّم مقعد التحميل المسطح والأسنان الممتدة للجسم لحماية الحبل، ويتم وضعها دائمًا على الطرف الفعّال. ^{[ 18 ]}

لا توصي البحرية الأمريكية ومعظم الهيئات التنظيمية باستخدام هذه المشابك كوصلات دائمة إلا إذا تم فحصها وإعادة ربطها بشكل دوري.

وصلة العين أو العين الفلمنكية

يمكن استخدام وصلة عين لإنهاء الطرف السائب لحبل سلكي عند تشكيل حلقة. تُفك خيوط طرف الحبل السلكي لمسافة معينة، ثم تُثنى حول بعضها بحيث يشكل طرف الجزء المفكوك عينًا. بعد ذلك، تُضفر الخيوط المفكوكة مرة أخرى داخل الحبل السلكي، لتشكيل الحلقة، أو العين، والتي تُسمى وصلة عين.

تتضمن وصلة فلامنكية، أو وصلة هولندية، فك ثلاثة خيوط من السلك (يجب أن تكون الخيوط متجاورة، وليست متبادلة) وإبعادها جانبًا. تُثنى الخيوط المتبقية حتى يلتقي طرف السلك بنقطة "V" عند نهاية فك اللف، لتشكيل الوصلة. ثم تُلف الخيوط المُبعدة جانبًا من جديد من طرف السلك إلى نقطة "V" في الوصلة. وبذلك، تُلف هذه الخيوط على طول السلك في الاتجاه المعاكس لاتجاه لفها الأصلي. عند استخدام هذا النوع من وصلات الحبال تحديدًا على الحبال السلكية، يُطلق عليه اسم "مولي هوجان"، ويُطلق عليه البعض اسم "الوصلة الهولندية" بدلًا من "الوصلة الفلمنكية". ^{[ 19 ]}

أطراف مغلفة أو مقابس مصبوبة

تُستخدم المقابس المصبوبة لإنشاء وصلات دائمة عالية القوة؛ حيث تُصنع بإدخال سلك الحبل في الطرف الضيق لتجويف مخروطي مُوجه في اتجاه الشد المطلوب. تُفرد الأسلاك الفردية داخل المخروط أو "الغطاء"، ثم يُملأ المخروط بلحام منصهر من الرصاص والأنتيمون والقصدير (Pb 80 _Sb 15 _Sn 5 ₎ أو " غطاء معدني أبيض "، ^{[ 22 ]} أو الزنك ، أو بشكل أكثر شيوعًا الآن، مركب راتنج بوليستر غير مشبع . ^{[ 23 ] [ 24 ]}

• كابل سلكي لجسر معلق
• حبل من الألياف
• حبل من القنب
• هيكل شد
• تقنية لفّ حبال الأسلاك

• أنواع وبنية أسلاك الحبال والكابلات
• دليل البحرية الأمريكية الفني للحبال السلكية والألياف
• التاريخ الحديث للحبال السلكية
• دليل تقنيات الرافعات والأسلاك والكابلات في علم المحيطات، مؤرشف بتاريخ ٢٣ أكتوبر ٢٠١٣ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• المواصفات الفيدرالية الأمريكية RR-W-410 لحبال الأسلاك والجدائل