I morsetti di tensione di tipo a bullone-funzionano afferrando il conduttore o il filo di terra attraverso la forza di serraggio. Questa forza di presa deriva da due aspetti:
① La forza di attrito generata dalla pressione del blocco di compressione nella parte posteriore del morsetto e l'attrito della superficie dell'arco formato da molte piccole onde;
② La forza di attrito generata dalla superficie dell'arco nella parte anteriore del morsetto, che può anche essere definita l'effetto di attrito prodotto dalla pressione verticale di diversi bulloni a U- (2, 3, 4 o 5 bulloni a seconda del progetto strutturale) e del morsetto a forma di onda-per fissare il conduttore. I suoi vantaggi sono la struttura semplice, l'assenza della necessità di scollegare il conduttore per le torri non-terminali durante l'utilizzo della linea, la riduzione dei giunti della linea, la facilitazione della costruzione e il vantaggio del funzionamento sicuro della linea.
Calcolo della tensione del conduttore
Secondo il principio di funzionamento dei morsetti tenditori di tipo bullone-, la forza di presa del morsetto si basa sul serraggio di diversi bulloni a U-per comprimere il conduttore e generare tensione sulla coda, generando al contempo una maggiore forza di attrito nella sezione anteriore dell'arco per afferrare il conduttore. L'entità della forza di attrito sulla superficie dell'arco dipende dal coefficiente di attrito e dall'angolo compreso dall'arco. La Figura 3-7 mostra il diagramma di analisi della forza del morsetto tensionatore di tipo bullone e l'analisi delle sollecitazioni della superficie dell'arco del morsetto.
Figura 3-7 Diagramma schematico dell'analisi della forza per il morsetto a tensione di tipo a bullone e diagramma dell'analisi delle sollecitazioni della superficie dell'arco del morsetto
(a) Scopo dell'analisi della forza per il morsetto tensionatore di tipo bullone-; (b) Diagramma di analisi delle sollecitazioni della superficie dell'arco di serraggio
Come mostrato nella Figura 3-7 (b), prendendo un microsegmento dl sul morsetto come un corpo isolato:
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
Poiché dθ è molto piccolo, possiamo prendere sin(dθ/2)≈dθ/2, e trascurando l'infinitesimale dTsin(dθ/2) del secondo-ordine, otteniamodN=Tdθ.
Inoltre, da allorafdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), prendendo cos(dθ/2)≈1, otteniamo fdN=dT, quindi:
dN=Tdθ=dT/fOfdθ=dT/T
Integrando entrambe le parti:
otteniamoln(T₁/T₂)=f, che dà:
(3-1)
Dove:
T₁- Tensione conduttore, N
T₂- Tensione della coda della scanalatura, N
e- Base del logaritmo naturale, e=2.718
f- Coefficiente di attrito radente
- Angolo dell'arco, rad
Dall'equazione (3-1), si può vedere che l'aumento dell'angolo può aumentare la forza di attrito. Tuttavia, la sollecitazione di flessione aggiuntiva sul conduttore è inversamente proporzionale al raggio di curvatura R. Per evitare eccessive sollecitazioni aggiuntive sul conduttore all'uscita del morsetto, il raggio di curvatura del morsetto deve essere aumentato. Per i normali morsetti a bullone, esiste un certo limite all'aumento dell'angolo dell'arco e del raggio di curvatura R; un aumento eccessivo porterà a dimensioni sovradimensionate, peso eccessivo e impraticabilità.
Per superare il problema del "certo limite", la pratica generale è quella di realizzare la coda del morsetto con piccole scanalature a forma di onda- (le onde troppo profonde non sono adatte per conduttori in alluminio rinforzati con acciaio - ACSR) e utilizzare bulloni a U- per premere il conduttore nelle scanalature per aumentare l'attrito della superficie dell'arco. Tuttavia, poiché il conduttore ha una certa rigidità (i conduttori più grandi hanno una rigidità maggiore), piegare il conduttore richiede una certa pressione. Pertanto, la forza di serraggio dell'installazione dei bulloni a U- deve prima superare la rigidità del conduttore. Dopo che il conduttore è stato premuto contro il fondo della scanalatura, la forza rimanente può essere utilizzata per comprimere il conduttore (soprattutto, comprimere i trefoli di alluminio). Spesso, a causa della forza insufficiente di compressione del conduttore, l'attrito della superficie dell'arco si verifica principalmente tra i trefoli di alluminio e il morsetto, causando la rottura dei trefoli di alluminio e l'estrazione dell'anima in acciaio, formando un fenomeno di "estrazione del nucleo". Pertanto, è necessario considerare la sollecitazione di compressione della superficie dell'arco. Come mostrato nella Figura 3-7, il metodo di calcolo è il seguente:
(3-2)
(3-3)
Dove:
φ- Angolo dell'arco, rad
R- Raggio di curvatura, m
q- Pressione per unità di lunghezza, N/cm
τ- Forza di attrito per unità di lunghezza, N/cm
Secondo le condizioni di equilibrio delle forze,ΣTᵧ = 0, Poi:
Pertanto possiamo risolvere:
Sostituendo nell'equazione (3-3), la pressione per unità di lunghezza L sulla superficie dell'arco della scanalatura è:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-4)
Calcolo della pressione di presa del morsetto a tensione di tipo bullone-
Lo scopo del calcolo della pressione del bullone è garantire una forza di attrito statico sufficiente dopo l'installazione del morsetto autobloccante.
Per filettatura grossa M10~M60, coppia di serraggioM=0.2pd(dove p è la forza di precarico del bullone, d è il diametro nominale del bullone). Per comodità nell'analizzare la forza di precarico del bullone e garantire un precarico affidabile, dovrebbe raggiungere il 50%~70% del limite di snervamento del materiale. A questo punto, la forza di precarico del bullone può essere dedotta come:
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
Per comodità di analisi e stima, si supponga che la forza di presa del profilo della scanalatura del morsetto autobloccante sul conduttore sia costituita da quattro pressioni dei bulloni p₁, p₂, p₃, p₄, tre piccole forze di attrito dell'arco Δt₁, Δt₂, Δt₃ (come mostrato nella Figura 3-8) e una grande forza di attrito dell'arco ΔT.
Figura 3-8 Diagramma schematico della distribuzione della forza nel canale del cavo di un morsetto tenditore a bullone
Secondo la teoria della meccanica dei materiali, intendendo la disposizione di due dadi come una semplice struttura a trave (come mostrato nella Figura 3-9),
Figura 3-9 Trave semplicemente appoggiata
e assumendo che la pressione totale di due dadi sia p', la deformazione della trave sia δ e EJ sia la resistenza alla flessione, allora la pressione totale della trave semplice formata da due dadi è:
p'=(48EJδ)/L³ (3-6)
La forza p₁ utilizzata per comprimere il conduttore è:
p₁ = 2p - p' (3-7)
Se il coefficiente di attrito tra il morsetto in acciaio e i trefoli di alluminio è f (generalmente f=0.25), allora la forza di attrito T₂ è:
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
Dall'equazione (3-1), le formule di calcolo della forza di attrito per tre piccoli archi sono:
La forza di attrito dell'arco grande ΔT è:
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
La forza di presa totale T della pinza è:
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
La forza di rottura del conduttore può essere calcolata con la seguente formula:
(3-11)
Dove:
σAB- Sollecitazione di rottura del filo di alluminio, N/mm²
σSB- Sollecitazione di rottura dei trefoli di acciaio, N/mm²
FA- Area della sezione trasversale- del filo di alluminio, mm²
FS-Area della sezione trasversale-del trefolo di acciaio, mm²
Calcolo dello stress del filo di alluminio sulla superficie dell'arco
Le sollecitazioni sul filo di alluminio del conduttore sulla superficie dell'arco includono sollecitazione di compressione trasversale, forza di trazione longitudinale e sollecitazione di flessione, calcolate dall'equazione (3-1). La pressione q per unità di lunghezza sulla superficie dell'arco è:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-12)
Dove:
φ- Angolo dell'arco di grande superficie dell'arco, rad
R- Raggio arco ampio, mm
La sollecitazione di compressione σN per unità di area sul filo di alluminio del conduttore sulla superficie dell'arco, secondo i principi di calcolo meccanico della linea aerea:
σN = q/D (3-13)
Dove:
D- Diametro esterno conduttore, mm
q- Pressione per unità di lunghezza sulla superficie dell'arco, N/mm
La sollecitazione aggiuntiva σ causata dalla flessione del conduttore nella puleggia è:
σ=(3/8) × (d/D)EA=0.375(d/D)EA(3-14)
Secondo la teoria della meccanica dei materiali sul calcolo della sollecitazione bidimensionale, la sollecitazione combinata σ_s è:
(3-15)
Infatti, la sollecitazione di compressione della superficie dell'arco σ_N ha scarso effetto sulla sollecitazione totale σ_s e può essere trascurata.
Articoli correlati
