Расчет механических усилий, возникающих при прокладке оптического кабеля кабелеукладчиком

     3.4 Расчет механических усилий, возникающих при прокладке 

                           оптического кабеля кабелеукладчиком

         При прокладке ОК нам необходимо рассчитать механические усилия, возникающие при этом, чтобы не произошло разрывов при проведении работ.

         Для расчета механических усилий необходимо учитывать вес кабелеукладчика, вес барабана с кабелем, коэффициенты трения (ножа о грунт, кабеля о дно траншеи и стенки кассеты), тяговое усилие, количество и вес тягачей, коэффициент сцепления с грунтом.

         Прежде, чем определить механические характеристики ОК необходимо определить тяговое усилие и количество тягачей. Тяговое усилие зависит от конструкции и геометрических размеров ножа КУ, от категорий грунта в месте прокладки кабеля.

         Тяговое сопротивление КУ определяется суммой составляющих:

                                    F_s = F₁ + F₂ + F₃ + F₄ ,  кг                (3.1)

где    F₁ – составляющая силы тяги при сдвиге грунта;

F₂ – составляющая силы тяги при подъеме грунта;

F₃ – сила сопротивления трения ножа о грунт;

F₄ – сила сопротивления колес КУ.

         Составляющая силы тяги при сдвиге грунта определяется по формуле:

                          F₁ =  ,              (3.2)

где        А – длина пластины ножа, см;

            В – ширина пластины ножа, см

            Н – глубина прокладки кабеля, см;

            0,8Н – рабочая часть ножа при заданной глубине прокладки, см;

            К_з – удельное сопротивление грунта сдвигу, кг/см;

            U – угол сдвига грунта ножом КУ, град.

            Размеры кабелеукладочного ножа НКП – 2Д и радиус изгиба кабеля в кассете приведены в исходных данных таблицы 4.1.

            Составляющая силы тяги при подъеме грунта определяется по формуле:

                                    F₂ = ,                 (3.3)

где   V – удельный вес грунта, кг/см.

            Объемный удельный вес грунта и его характеристики зависят от категории грунта на проектируемой линии. В данном случае преобладает Ш категория грунта. Характеристики грунта приведены в исходных данных, в таблице 4.1.

            Сила сопротивления трения ножа с кассетой о грунтах, определяется по формуле:

                           F₃ = ,             (3.4)

где        L₁ – средняя длина ножа с кассетой, см;

            К₁ – коэффициент трения ножа о грунт;

            К₂ – коэффициент рыхления грунта;

            Коэффициенты приведены в исходных данных. Сила сопротивления перекатыванию колес КУ определяется по формуле:

                           F₁ =  ,                          (3.5)

где        К₅ – коэффициент трения качения, кг;

            Р₃+Р₄ – вес барабана с кабелем, кг;

            R – радиус колеса КУ, см.

            Тяговое усилие сцепа тягачей должно быть больше, чем тяговое сопротивление и определяется формулой:

                           F_с = F_т (КС⁰ + КС¹ + КС² + …+ КС^(х-1) ) ,          (3.6)

где      F_с – тяговое усилие сцепа тягачей, кг;

           F_т – тяговое усилие одного тягача, кг;      

           Χ – количество тягачей сцепа, штук;

          КС – коэффициент сцепления с грунтом.

       В качестве тягача применим гусеничный трактор Т-130-БМГ-3 (болотоходный, гидрофицированный с механизмом задней навески). Его вес и тяговое усилие, приведены в исходных данных.

       После определения необходимого тягового усилия F_с определим воздействующие на ОК нагрузки. Различают нагрузки: динамический – рывок при трогании с места или при преодолении препятствия; статистические – прокладка кабеля с постоянной скоростью.

       Динамическая нагрузка F_R определяется по формуле:

                          F_R =  ,              (3.7)     

где         Р₁,  Р₃,  Р₄ – вес КУ, вес барабана, вес кабеля, кг;

              R₂ и R₃ – радиусы щеки и шейки барабана, см;

              F_с – тяговое усилие тракторов сцепа , кг;

         - общий вес тракторов сцепа, кг.

         Сила натяжения кабеля при прокладке с постоянной скоростью определяется по формуле:

                                             F_К = F_ТК + F_КК ,                     (3.8)

где       F_ТК – сила трения кабеля о дно траншеи;

           F_КК – сила трения кабеля о стенки кассеты, км.

         Сила трения кабеля о дно траншеи определяется формулой:

                                              F_ТК = РК₆L,                        (3.9)    

где      Р – погонный вес кабеля, кг/нм;

          L – строительная длина кабеля, км;

          К₆ – коэффициент трения кабеля о дно траншеи.

         Сила трения кабеля о стенки кассеты определяется по формуле:

                             F_КК = Р  R₁  F_U   ,          (3.10) 

где      R₁ – радиус изгиба кабеля в кассете, м;

 F_U – угол изгиба кабеля при выходе из кассеты, рад.;

 К₇ – коэффициент трения кабеля о стенки кассеты.

         В результате расчета, получили такие расчетные значения как,

·  Тяговое усилие сцепа тягачей F_с, кг;

·  Тяговое сопротивление КУ F_s, кг;

·  Количество тягачей сцепа Х, шт.;

·  Динамическая нагрузка F_R, кг;

·  Статическая нагрузка F_к, кг.

Все значения приведены в таблице 4.1. и 4.2.

Таблица 4.1 – Исходные данные

А, см	В, см	Н, см	L1, см	R1, м	Р, кг/км	L, км	FU
40	13	120	110	0,8	480	4	1,75

V, кг/см	К1	К2, см	К3, кг/см	КС	К5	К6	Rк, см
0,002	0,56	1,29	0,64	0,8	5	0,4	50

К7	Р1, кг	R2, см	Р2, кг	FТ, кг	R3, см	Р3, кг	U,град.
0,15	3500	80	17150	9750	60	190	30

Таблица 4.2 – результаты расчета механических характеристик

    Расчет показал, что растягивающие усилия при прокладке кабеля с постоянной скоростью ( статистические нагрузки) составляют 555 кг, а динамические нагрузки (рывок) составляют 650 кг. Сравнивая полученные результаты с нормами, которые составляют для кабеля ОКБ – М8П – 0,22 – 12 не более 1000 кг, видим, что результаты расчета удовлетворяют норме с запасом.