Стенд предназначен для испытания гибких кабелей на циклический изгиб с кручением. Он был создан [26] как установка для испытания на усталость кабелей для подвижного состава, максимально приближающая условия испытания к реальным условиям эксплуатации.
На рис. 2.3 приведена кинематическая схема стенда. Испытуемый образец 1 верхним концом крепится к стакану жесткого крепления 2 и шатуну 3 шатунно-кривошипного механизма, нижний конец крепится к виброплощадке 4.
При работе стенда верхний конец кабеля, прикрепленный к стакану 2, совершает плоское движение (поступательное плюс вращательное), осуществляемое вследствие движения шатуна при вращении планшайбы 5.
Рис. 2.3. Кинематическая схема стенда «Локомотив»
Стакан жесткого крепления может быть закреплен и на ползуне 6, тогда верхний конец будет перемешаться поступательно. Одновременно на нижний конец кабеля воздействуют колебания от виброплощадки 4.
Таким образом, стенд, приближая условия испытаний к эксплуатационным условиям работы гибких кабелей для подвижного состава, реализует различные воздействия на оба конца кабеля, что наблюдается в реальных условиях. В рассматриваемом случае нельзя пренебрегать инерционными членами, потому что нагружение осуществляется с большой частотой ω. Будем считать, как и прежде, что материал кабеля подчиняется наследственному закону ползучести. Тогда для прогибов стержня запишем (только для поперечного воздействия)
Рис. 2.4. Кривые приспособляемости кабеля для стенда «Локомотив» (т = 2)
и найдем корни (2.27). Затем, сравнив корни (2.23) и найденные, вычислим параметр запаздывания φ. Так как при большой частоте колебаний влияние массы существенно, то расчеты проводились для ряда значений tn. Менялись также значения частот ω.
Рис. 2.5. Кривые приспособляемости кабеля для стенда «ЛОКОМОТИВ» (m= 3)
На рис. 2.4, 2.5 для основного тона консольной балки построены зависимости φi= φi(ωt). Сразу отметим, что в отличие от безинерционного нагружения здесь экстремальные значения φ, ниже устанавливающихся в более позднее время. Кроме того, в этом случае φi=const для каждою из значений ω, причем стабилизация (приспосабливаемость к испытаниям) начинается для ωί= 4π; здесь можно также обнаружить эффект смещения по частотам и экстремальных значений φi, и времени стабилизации φi.
Рис. 2.6. Кривые термоциклической прочности кабелей
На стенде в соответствии с требованиями, предъявляемыми морозостойким кабелям для подвижного состава, проведены испытания* в режимах температур —60—+60оС. На рис. 2.6 приведены результаты испытаний для ряда морозостойких кабелей. По оси ординат отложены значения процента разрушения сердечника (стойкости К), отнесенные к 10 циклам испытаний, проводившихся на 5—7 образцах с определением нормальности закона распределения и среднестатического значения величины К.
Из графиков на рис. 2.6 видно, что кабели ХЛ имеют большую стойкость (малое значение К), чем аналогичные кабели нехладостойкого исполнения. Однако эти же кабели при положительных температурах менее стойки, чем обычные.
На рис. 2.7, 2.8 показаны разрушенные оболочки кабелей ППСРВМ-150 мм2 (рис. 2.7) и ППСРВМ-240 мм2 (рис. 2.8). Эти разрушения произошли для первого при —50°, для второго — при —60° при числе циклов 7-103—8-103, в то время как для хладостойких кабелей оболочка не разрушалась при низких температурах, а число циклов испытаний было свыше 104.
Таблица 2.3
Статистическая обработка результатов испытания кабеля ППСРВМ-ХЛ 240 мм2 на стенде «Локомотив» в интервале температур от +60 до —60‘С
Температура испытания; °C | Количество деформаций, циклы | Количество образцов, шт. | Среднее значение % разрушения жил |
60 | 12000 | 5 | 37,5 |
40 | 17000 | 5 | 5,4 |
20 | 19000 | 5 | 7,4 |
-30 | 70000 | 5 | 15,8 |
-60 | 30000 | 5 | 0 |
* В работе по анализу экспериментов принимал участие А. А. Жарков.
Рис. 2.7. Характер разрушения оболочек кабеля ППСРВМ-150 мм2 (—50°С, 7-103 циклов)
Рис.. 2.8. Характер разрушения оболочек кабеля ППСРВМ-240 мм2 (—60°С, 8-103 циклов)
Для примера в табл. 2.3 приведены данные об испытаниях кабеля ППСРВМ ХЛ-240 мм2. Приведенные примеры показывают, что в ряде случаев при оценке циклической прочности следует рассчитывать на прочность оболочку (нехладостойкие кабели), в других случаях — сердечник.
Обработка результатов экспериментов приводит к формулам:
Степени при t в этих формулах выражаются через коэффициенты приспособляемости φi, вычисленные для каждого из воздействий, а сомножители однозначно связаны с частотами нагружения по принципу температурно-временной аналогии.
