Napínacie svorky-skrutkového typu fungujú tak, že uchopia vodič alebo uzemňovací drôt zvieracou silou. Táto uchopovacia sila pochádza z dvoch aspektov:
① Trecia sila generovaná tlakom kompresného bloku v zadnej časti svorky a povrchové trenie oblúka vytvorené mnohými malými vlnami;
② Trecia sila generovaná povrchom oblúka v prednej časti svorky, o ktorej možno tiež povedať, že ide o efekt trenia vytváraný vertikálnym tlakom niekoľkých U-skrutiek (2, 3, 4 alebo 5 skrutiek v závislosti od konštrukčného riešenia) a vlnitej- svorky na upevnenie vodiča. Jeho výhodami je jednoduchá konštrukcia, nie je potrebné odpájať vodič pre ne-koncové stožiare počas používania linky, čím sa znižuje počet spojov vedenia, uľahčuje sa výstavba a prispieva k bezpečnej prevádzke vedenia.
Výpočet napätia vodiča
Podľa princípu fungovania napínacích svoriek typu skrutka- sa uchopovacia sila svorky opiera o utiahnutie niekoľkých skrutiek tvaru U-, aby sa stlačil vodič a vytvorilo sa napätie koncovej časti, pričom sa v prednej časti oblúka vytvorí väčšia trecia sila na uchytenie vodiča. Veľkosť trecej sily na povrchu oblúka závisí od koeficientu trenia a uhla, ktorý oblúk obklopuje. Obrázok 3-7 zobrazuje diagram silovej analýzy napínacej svorky skrutkového typu a analýzu napätia povrchu oblúka svorky.
Obrázok 3-7 Schematický diagram analýzy sily pre ťahovú svorku typu skrutky a diagram analýzy napätia povrchu svorkového oblúka
(a) Zámer analýzy sily pre napínaciu svorku -typu skrutky; (b) Diagram analýzy napätia povrchu oblúka svorky
Ako je znázornené na obrázku 3-7 (b), pričom mikrosegment dl na svorke predstavuje izolované teleso:
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
Keďže dθ je veľmi malé, môžeme vziať sin(dθ/2)≈dθ/2 a zanedbaním nekonečne malého dTsin(dθ/2 druhého-rádu) dostanemedN=Tdθ.
Tiež od rfdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), ak vezmeme cos(dθ/2)≈1, dostaneme fdN=dT, teda:
dN=Tdθ=dT/falebofdθ=dT/T
Integrácia oboch strán:
dostanemeln(T₁/T₂)=f, ktorý dáva:
(3-1)
kde:
T₁- Napätie vodiča, N
T₂- Napnutie chvosta drážky, N
e- Základňa prirodzeného logaritmu, e=2.718
f- Koeficient klzného trenia
- Uhol oblúka, rad
Z rovnice (3-1) je zrejmé, že rastúci uhol môže zvýšiť treciu silu. Dodatočné ohybové napätie na vodiči je však nepriamo úmerné polomeru zakrivenia R. Aby sa zabránilo nadmernému dodatočnému namáhaniu vodiča na výstupe zo svorky, polomer zakrivenia svorky sa musí zväčšiť. Pre bežné skrutkové upínacie svorky existuje určitá hranica zvyšovania uhla oblúka a polomeru zakrivenia R; nadmerné zvýšenie povedie k nadmerným rozmerom, nadmernej hmotnosti a nepraktickosti.
Na prekonanie problému „určitého limitu“ je všeobecnou praxou vytvoriť na konci svorky malé drážky v tvare vlny - (príliš hlboké vlny nie sú vhodné pre hliníkové vodiče vystužené oceľou - ACSR) a pomocou skrutiek tvaru U- vtlačiť vodič do drážok, aby sa zvýšilo trenie povrchu oblúka. Pretože však vodič má určitú tuhosť (väčšie vodiče majú väčšiu tuhosť), ohýbanie vodiča vyžaduje určitý tlak. Preto musí uťahovacia sila inštalácie U-skrutiek najprv prekonať tuhosť vodiča. Po pritlačení vodiča na dno drážky možno zvyšnú silu použiť na stlačenie vodiča (dôležité je stlačenie hliníkových prameňov). Často kvôli nedostatočnej sile stláčajúcej vodič dochádza k povrchovému treniu oblúka hlavne medzi hliníkovými prameňmi a svorkou, čo spôsobuje pretrhnutie hliníkových prameňov a vytiahnutie oceľového jadra, čo vytvára jav "extrakcie jadra". Preto je potrebné zvážiť tlakové napätie povrchu oblúka. Ako je znázornené na obrázku 3-7, metóda výpočtu je nasledovná:
(3-2)
(3-3)
kde:
φ- Uhol oblúka, rad
R- Polomer zakrivenia, m
q- Tlak na jednotku dĺžky, N/cm
τ- Trecia sila na jednotku dĺžky, N/cm
Podľa podmienok rovnováhy síl,ΣTᵧ = 0, potom:
Preto môžeme vyriešiť:
Po dosadení do rovnice (3-3) je tlak na jednotku dĺžky L na povrchu oblúka drážky:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-4)
Výpočet tlaku uchytenia napínacej svorky -typu skrutky
Účelom výpočtu tlaku skrutiek je zabezpečiť dostatočnú statickú treciu silu po inštalácii napínacej svorky.
Pre hrubý závit M10~M60, uťahovací momentM=0.2pd(kde p je sila predpätia skrutky, d je menovitý priemer skrutky). Pre pohodlie pri analýze sily predpätia skrutiek a zabezpečenie spoľahlivého predpätia by mala dosiahnuť 50 % ~ 70 % limitu výťažnosti materiálu. V tomto okamihu možno silu predpätia skrutky odvodiť ako:
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
Pre uľahčenie analýzy a odhadu predpokladajme, že uchopovacia sila profilu drážky napínacej svorky na vodiči pozostáva zo štyroch tlakov skrutiek p₁, p₂, p₃, p₄, troch trecích síl malého oblúka Δt₁, Δt₂, Δt₃ (ako je znázornené na obrázku 3-8) a veľkej sily trenia a Ti.
Obrázok 3-8 Schematický diagram rozloženia sily v káblovom kanáli napínacej svorky skrutkového typu
Podľa teórie materiálovej mechaniky, ktorá chápe usporiadanie dvoch matíc skrutiek ako jednoduchú konštrukciu nosníka (ako je znázornené na obrázku 3-9),
Obrázok 3-9 Jednoducho podporovaný lúč
a za predpokladu, že celkový tlak dvoch matíc je p', deformácia nosníka je δ a EJ je pevnosť v ohybe, potom je celkový tlak jednoduchého nosníka tvoreného dvoma maticami skrutiek:
p'=(48EJδ)/L³ (3-6)
Sila p₁ použitá na stlačenie vodiča je:
p₁ = 2p - p' (3-7)
Ak je koeficient trenia medzi oceľovou svorkou a hliníkovými lankami f (všeobecne f{0}}), potom trecia sila T₂ je:
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
Z rovnice (3-1) sú vzorce na výpočet trecej sily pre tri malé oblúky:
Trecia sila veľkého oblúka ΔT je:
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
Celková uchopovacia sila T svorky je:
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
Pevnú silu vodiča možno vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:
(3-11)
kde:
σAB- Namáhanie pri pretrhnutí hliníkového vlákna, N/mm²
σSB- Napätie pri pretrhnutí oceľového vlákna, N/mm²
FA- Prierez-hliníka, mm²
FS- Prierez oceľového lana-plocha, mm²
Výpočet napätia hliníkového drôtu na povrchu oblúka
Napätia na hliníkovom drôte vodiča na povrchu oblúka zahŕňajú priečne tlakové napätie, pozdĺžnu ťahovú silu a ohybové napätie, vypočítané podľa rovnice (3-1). Tlak q na jednotku dĺžky na povrchu oblúka je:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-12)
kde:
φ- Uhol oblúka plochy veľkého oblúka, rad
R- Veľký polomer oblúka, mm
Tlakové napätie σN na jednotku plochy na hliníkovom drôte vodiča na povrchu oblúka podľa princípov mechanického výpočtu nadzemného vedenia:
σN = q/D (3-13)
kde:
D- Vonkajší priemer vodiča, mm
q- Tlak na jednotku dĺžky na povrchu oblúka, N/mm
Dodatočné napätie σ spôsobené ohybom vodiča v kladke je:
σ=(3/8) × (d/D)EA=0.375(d/D)EA(3-14)
Podľa teórie materiálovej mechaniky na dvoj{0}}výpočte napätia je kombinované napätie σ_s:
(3-15)
V skutočnosti má povrchové napätie oblúka v tlaku σ_N malý vplyv na celkové napätie σ_s a možno ho zanedbať.
Súvisiace články
