1. СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ГИБКИХ КАБЕЛЕЙ
- Устройство для определения жесткостных характеристик гибкого кабеля
Основными характеристиками механических свойств гибкого кабеля являются жесткости при четырех видах деформации (растяжение, изгиб, кручение, сдвиг).
С помощью устройства получаются реальные количественные оценки жесткости различных типов кабеля. Эти оценки лежат в основе расчетов процесса спиралеобразования и проектирования испытательного и эксплуатационного оборудования.
Разработка методики и устройств проводилась в связи с выполнением хоздоговорных и научно-исследовательских работ по тематике Томского научно-исследовательского и проектно-технологического института (ТомНИКИ). Данное устройство позволяет оценить жесткости при изгибе ΕΙ и при кручении GJP.
По величине жесткостных характеристик гибкие кабели оказываются в промежуточном положении между жесткими материалами типа металлов, композитных материалов и жестких пластмасс и гибкими материалами типа резин и полимерных материалов. Использование разработанных устройств для кабелей следует осуществлять с осторожностью; однако принципиальная основа эксперимента остается той же: для выбранной расчетной схемы прибора установить коэффициент пропорциональности между внешним силовым воздействием и деформацией образца (жесткость образца с точностью до некоторого конструктивного множителя).
Любой из приборов для определения механических характеристик имеет дело с образцами определенной длины, размеров и формы поперечного сечения, соотношение между которыми предварительно обосновывается [10, 11, 12]. Для гибкого кабеля в силу особенности его конструкции размеры и форма поперечного сечения в основном определены электротехническими требованиями: минимальную длину образца определяет наибольший шаг свивки любого из элементов поперечного сечения.
Максимальную длину образца определяет следующее условие: фрикционное взаимодействие элементов сечения должно как можно меньше отличаться от реальных условий работы достаточно длинного кабеля. В условиях первоначальной постановки задачи длина образца принималась примерно равной шагу наружных токопроводящих жил.
Рассмотрим схемы загружения (рис. 1.1). Для чистого изгиба — это схема однопролетной двухопорной балки с равными сосредоточенными моментами в концевых опорных ее сечениях (а). Для деформации кручения — это схема однопролетной балки, защемленной одним концом и с сосредоточенным крутящим моментом на другом (б).
Рис. 1.1. Расчетные схемы нагружения образца кабеля
В [11, 12] указывается, что реализация такого нагружения для композитных материалов — задача сложная, связанная со смятием концевых частей образца вследствие значительной его жесткости. Влияние этого концевого эффекта для кабелей из-за значительно большей их гибкости ослаблено. Уменьшения эффекта короткого образца (влияние концевого эффекта) можно достичь увеличением его длины, однако эго требует расширения пределов измерения прибора и приближает возможность потери устойчивости формы деформации; при плоском чистом изгибе потеря устойчивости выражается в выпучивании из плоскости изгиба, а при кручении — в образовании пространственных витков оси кабеля [13, 14].
Рис. 1.2. Схема устройства для определения жесткостных характеристик гибких кабелей
Достоинство способа загружения по схеме чистого изгиба заключается в сохранении условий чистого изгиба при значительных поворотах концевых сечений, что очень важно для гибких кабелей. Кроме того, в этом случае регистрация деформации изгиба может осуществляться не только по поворотам концевых сечений, но и по изменению кривизны образца между опорными точками, что в значительной мере ослабляет влияние эффекта обжатия концевых сечений.
На рис. 1.2 представлена конструктивная схема одного из вариантов прибора в положении, позволяющем осуществить деформацию чистого изгиба образца кабеля 1, снабженного захватами 2, соединенными с захватами нагрузочного устройства 3. Загрузочное устройство установлено на подвижные платформы 5 и снабжено шкивами 4, охваченными гибкими нитями с нагрузочными площадками 6. Нагрузочные шкивы посредством шестеренчатой передачи связаны с отсчетными дисками 7, помещенными на той же подвижной платформе, имеющей возможность свободного перемещения на рейке 8, прикрепленной стойками 9 к неподвижному основанию 10.
Перестройка прибора для осуществления деформации кручения осуществляется поворотом нагрузочного устройства вокруг вертикальной оси относительно подвижной платформы и перестановкой захватов образца торцевыми конусами в обратные конусы нагрузочного устройства. Использование двух нитей с нагрузочными площадками по разные стороны шкива позволяет реализовать полный цикл деформации — нагружения и разгрузки в разных направлениях. Краткая техническая характеристика прибора: диаметр образцов кабеля — от 8 до 30 мм; наибольший нагрузочный момент — до 25 кГ-см; наибольшее угловое перемещение — до 1 рад; цена деления шкалы отсчетного диска — 0,01 рад.
По описанной принципиальной конструктивной схеме построен ряд приборов для полного охвата диапазона диаметров гибкого кабеля.
Прибор для определения жесткостей представляет собой универсальное техническое устройство для экспериментального изучения процесса деформирования гибкого кабеля.
На приборе строится диаграмма М ~ ср; момент — угол закручивания (поворота поперечного сечения). Для первоначальных оценок жесткостей пренебрегают гистерезисным характером диаграмм, а слабая нелинейность позволяет осуществлять линейную аппроксимацию зависимости Μ ~ φ.
Получаем жесткость при изгибе (см. рис. 1.1, а).
С помощью этого устройства при схемах загружения, реализующих поперечный изгиб, можно оценить и жесткость GF. Однако опыт показывает, что результаты здесь получаются ненадежными. Кроме того, выбранная модель для анализа анизотропии кабеля оперирует только жесткостями на растяжение, изгиб, кручение, поэтому оценка GF при необходимости делается пересчетом после оценки величины G.
