Расчет тяговых усилий при прокладке кабеля кабелеукладчиком

Для правильной оценки внешних механических нагрузок, действующих на оптический кабель, следует рассмотреть сначала механизм разрушения оптических волокон под воздействием механических напряжений. Такие нагрузки ОК делятся на постоянные и переменные, статические и динамические. Прочность оптического волокна определяется в основном наличием поверхностных трещин, которые произвольно располагаются вдоль всей его длины. Величина прочности зависит от длины образца оптического волокна, скорости приложения нагрузки и условий окружающей среды.

 Если к волокну не прикладывать нагрузок, то его механические и оптические свойства остаются неизменными, даже если на волокно воздействуют влага, вода, кислоты большой концентрации или другие химические вещества. Если к волокну прикладывать напряжение, то трещины на его поверхности могут увеличиваться. Таким образом, волокна, которые подвергаются растягивающему напряжению, кручению или перегибам, подвергаются воздействию статической усталости, что со временем приводит к ухудшению их прочностных характеристик.

Для выбора конструкции оптического кабеля необходимо помнить, что в процессе прокладки и эксплуатации кабель подвергается комплексному воздействию различных механических нагрузок. Постоянные статические нагрузки действуют, например, на кабель, намотанный под натяжением на барабан. Этот вид нагрузок вызывает усталостные напряжения, которые особенно в присутствии влаги могут вызвать разрушение оптического волокна при нагрузках, значительно меньших обеспечиваемых прочность материала, из которого оно изготовлено. Существующие модели, описывающие поведение кварцевого оптического волокна при воздействии статических усталостных напряжений, не дают возможность осуществить долгосрочное (свыше одного года) прогнозирование его поведения.

Статические усталостные напряжения можно предотвратить, регулируя отношение напряжения растяжения волокна к максимальному кратковременному разрушающему напряжению. Применение специальных мер по защите волокна от влаги, таких как желеобразные, заполнения или металлические оболочки, также значительно увеличивает стойкость кабеля к данному виду нагрузок.

Переменные статическая и динамическая нагрузки воздействуют на оптический кабель при его прокладке. При этом могут быть неожиданные остановки при встрече препятствий, посторонних предметов в грунте и нарушении синхронности работы нескольких тракторов, тянущих кабелеукладчик. Динамические нагрузки также резко возрастают за счет рывков тракторов и при разгоне барабана в момент начала движения, а также при крутых поворотах и наклонах кабелеукладчика. В результате в кабеле могут создаваться растягивающие усилия, превышающие норму.

Упрощенный инженерный расчет внешней растягивающей силы, действующей на кабель при прокладке кабеля в грунте (сила натяжения кабеля на выходе из кассеты кабеле прокладочного ножа) может быть проведен по формуле [34]:       

                      Т = (Р + Q) × f × m × L, кгс,                                       (5.9.1)               

где Р – масса единицы длины кабеля, кг/км;

        f – коэффициент трения в кассете кабелеукладчика;

       Q – вертикальное давление слоя земли над кабелем, кг/км;

       m - динамический коэффициент (при расчетах берется 2…3);

       L – длина прокладываемого кабеля в земле, км.

     Результаты расчетов следует сравнить с величиной допустимого тягового усилия из технических данных на ОК. 

Изгибающие нагрузки возникают при прохождении кабеля через исправляющие ролики при его размотке и прокладке или через ролик блок-баланса. Величина этих нагрузок зависит от величины натяжения кабеля F и радиуса ролика и может быть найдена из выражения [34]:

,                                      (5.9.2)

где: F_изг - изгибающая нагрузка, Н;

   k_ж  - коэффициент жесткости, определяемый опытным путем и

           зависящий от конструкции кабеля и радиуса ролика.

Раздавливающая нагрузка (давление) q, приходящаяся на единицу длины кабеля, определяется по формуле [34]:

,                                    (5.9.3)

где: q - раздавливающая нагрузка, Н/мм²;

  R - радиус ролика, мм.

 Истирающие нагрузки непосредственного влияния на оптическое волокно не оказывают, если сохранена целостность защитной оболочки, и при проектировании не учитывается.