Расчет элементов конструкций оптических кабелей

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Существует большое количество разнообразных типов конструкций оптических кабелей (ОК). Их можно подразделить на четыре группы: кабели концентрической повивной скрутки, кабели с профилированным сердечником, плоские кабели ленточного типа и кабели пучковой скрут­ки. При механическом расчете ОК элементы кабеля рассматривают как систему независимо деформирующих цилиндров, пренебрегая их попе­речным взаимодействием при растяжении вдоль оси кабеля. Допусти­мое растяжение конструкции кабеля, состоящей из п элементов, можно оценить по формуле (3.1). Коэффициент, учитывающий расположение элементов конструкций кабеля [1], имеет следующие значения:

• к|=1 для элементов, параллельных оси кабеля (испытывающих ме­ханическое напряжение);

• k=0 для элементов, не испытывающих механическое напряжение (обычно оптических волокон);

• k1=1 для элементов, испытывающих напряжения и расположен­ных по спирали с углом подъема (обычно для оптических моду­лей можно считать угол подъема 30-35°).

Значения модулей продольной упругости и других параметров материалов элементов конструкций ОК представлены в табл. 3.1.

При переводе значений давления из килограмм-сила на квадратный метр в паскали следует пользоваться следующими соотношениями: 1 кгс=9,807 Н; 1 кгсм=9,807 Н-м; 1 кгс/м²=9,807 Па.

Соотношения единиц измерения удельного веса в системах СГС, МКС, СИ и МКГСС следующие: 1 дин/см³ = 10 н/м³; 1 кГ/м³= 9,81 н\м³.

Коэффициент допустимого продольного растяжения для разных типов конструкций ОК меняется в пределах 5=0,01+0,025.

В случае продольного армирования кабеля одной центральной жи­лой из высокопрочного материала, ее сечение может быть определено из выражения:

 

 

(3.23)

Q - коэффициент допустимого продольного растяжения конструкции кабеля;

L - коэффициент, учитывающий расположение 1-го элемента относи­тельно оси конструкции кабеля;

E- модуль продольной упругости материала 1-го элемента конструк­ции кабеля, Па; S- поперечное сечение 1-го элемента конструкции кабеля, м².

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

1. На сколько изменилась допустимая нагрузка на растяжение конструкции оптического кабеля ОK-50-2-5-8, если при изготовление кабеля заменили материал центрального упрочняющего материал с нитей СВМ на кевлар. Диаметр центрального упрочняющего элемента в обоих случаях составляет 3, 7 мм при толщине поливинилхло-ридной оболочки = 0,5 мм. Толщина фторопластовой трубки оптиче­ского модуля =0,5 мм. Толщина внешней полиэтиленовой оболочки 1,5 мм. Наружный диаметр кабеля 13 мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля 5=0,01.

Решение.

Для решения этой задачи используем формулу (3.1). Вначале ре­шения определим площади поперечного сечения элементов конструк­ции оптического кабеля ОК-50-2-5-8, размеры элементов конструкции кабеля находим из справочника [2].

Конструкция ОК-50-2-5-8 имеет в центре упрочняющий силовой элемент диаметром 3,5 мм, состоящий из нитей СВМ (синтетической высокомолекулярной пластмассы), помещенных в поливинилхлоридную оболочку толщиной 1 мм. Площадь части силового элемента, со­стоящего только из нитей СВМ, равна:

 

Площадь поливинилхлоридной оболочки упрочняющего силового элемента определяется как площадь кольца:

 

Площадь фторопластовой трубки (2,5 мм, [2]) оптическо­го модуля также определяется как площадь кольца:

 

Площадь наружной полиэтиленовой оболочки (13,0 мм, [2]) оптического кабеля определяется по аналогичной формуле:

 

Для дальнейшего решения необходимо учесть, что механическая Нагрузка при растяжении конструкции ОК будет прикладываться первую очередь к силовым элементам и к оболочке, где к =1. При приложении нагрузки к оптическому модулю с углом подъема (скрутки) относительно центрального упрочняющего элемента п = 35°, ве­личина коэффициента будет равна:

Определим допустимые значения растяжения отдельных компо­нент оптического кабеля, для расчетов используем данные из табл. 3.1, Допустимое растяжение силового элемента, состоящего только из ни­тей СВМ, равно:

Допустимое растяжение силового элемента, состоящего только из нитей кевлар, равно:

 

Допустимое растяжение поливинилхлоридной оболочки упроч­няющего силового элемента равно:

Допустимое растяжение фторопластовой трубки оптического мо­дуля равно:

 

 

Допустимое растяжение наружной полиэтиленовой оболочки опти­ческого кабеля равно:

 

 

Общее значение допустимого растяжения ОК-50-2-5-8 с упрочняю­щим силовым элементом из нитей СВМ равно:

 

 

Общее значение допустимого растяжения ОК-50-2-5-8 с упрочняю­щим силовым элементом из кевларовых нитей равно:

 

 

Соответственно допустимое растяжение кабеля ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым элементом из нитей СВМ меньше допусти­мого растяжения кабеля ОК-50-2-5-8 с упрочняющим силовым эле­ментом из кевларовых нитей на 1410 Н.

Ответ: АР=1410н.

2. На сколько изменится радиус сердцевины центрального упроч­няющего элемента (изготовленной из нитей СВМ) оптического кабеля ОК-50-2-3-8, если требуется получить конструкцию с минимально допустимым для линейных кабелей растягивающим усилием. Внешний диаметр центрального упрочняющего элемента в обоих случаях со­ставляет 3,7 мм при толщине поливинилхлоридной оболочки =0,5 мм. Толщина фторопластовой трубки оптического модуля =0,5 мм. Тол­щина внешней полиэтиленовой оболочки 1,5 мм. Наружный диаметр кабеля 13 мм. Коэффициент допустимого продольного растяжения кабеля 5=0,01.

Решение.

Для решения воспользуемся формулой (3.23), а также результатами решения предыдущей задачи, так как геометрические размеры элемен­тов кабелей ОК-50-2-3-8 и ОК-50-2-5-8 одинаковы (см. справочник [2]). Вначале определим новое значение площади сердцевины центрального упрочняющего элемента оптического кабеля ОК-50-2-3-8, достаточное для выдерживания кабелем нагрузки в 1200 Н (согласно [2] это мини­мально допустимая нагрузка для линейных кабелей этого типа конст­рукций). Используем аналогичную нумерацию элементов конструкции кабеля, как и в предыдущей задаче:

 

 

 

Определим новое значение радиуса сердцевины центрального уп­рочняющего элемента:

 

 

(3,14)

Таким образом, разница радиусов сердцевин центрального упроч­няющего элемента будет равна: