РАСЧЕТ КАНАТОВ НА ПРОЧНОСТЬ ПО ПРЕДЕЛЬНОМУ УПРУГОМУ СОСТОЯНИЮ

Abstract

Розроблено методику теоретичного визначення міцностних 𝑃௘ та деформативних характеристик граничного пружного стану канатів для чотирьох схем навантаження в початковому стані, а також з урахуванням експлуатаційного обриву дротів : дві схеми - це розтягання з навивкою на барабан при вільному підвісі вантажу і при вантажі в направляючих, дві інші схеми - це розтягання прямого каната без згину. В якості граничного пружного прийнято стан каната, при якому один з дротів (або група) досягають деформації порогу пружності (плинності). Зусилля розтягування канатів 𝑃௘ граничного пружного стану істотно залежать від схеми навантаження, конструкції каната та наявності обривів дротів. Для досліджуваних схем навантаження і різних конструкцій канатів зусилля представлені у відносному вимірі 𝑃௘ ൌ 𝑃௘⁄𝑃஼ , де Рс  сумарне розривне зусилля дротів каната. При розтягуванні з вільно підвішеним вантажем 0,22 0,31 Ре   (менші значення при розтягуванні з навивкою на барабан); при вантажі в направляючих 0,61 0,72 Ре   . Головною причиною низьких значень характеристик 𝑃௘ є нерівномірність деформацій розтягання дротів в канаті. Це в першу чергу обумовлюється деформацією 𝜃 крутіння каната, в другу деформацією 𝜒 згину. Величини середнього умовного напруження 𝜎 показують, що їх рівень в граничному пружному стані канатів вище цього параметра при робочих (експлуатаційних) навантаженнях. Це корисно враховувати при аналізі нормативних запасів міцності для конкретних схем навантаження канатів. Наявність обривів дротів призводить до формування жорсткостей впливу: поздовжньо згинних 𝐺ଵଷ, 𝐺ଵସ, крутильно згинних 𝐺ଶଷ, 𝐺ଶସ, а також, згинно-згинної 𝐺ଷସ. При розтягуванні канатів в стані з цими жорсткостями виникають додаткові деформації зигину і крутіння каната, а відповідно і деформації дротів як в сторону збільшення в порівнянні з номінальним станом, так і в бік зменшення. Характеристики 𝑃௘ в станах з обривами дротів при розтягуванні в направляючих зменшуються, а при вільно підвішеному вантажі залишаються практично незмінними, тому що деформації крутіння канатів істотно не змінюються. A technique has been developed for the theoretical determination of the strength Pୣ and deformation characteristics of the limiting elastic state of ropes for four loading schemes in the initial state, and also with taking into account the operational breakage of the wires. Two schemes are stretching with winding onto the drum with free suspension of the load and with the load in the guides, the other two schemes are stretching the straight rope without bending. As the ultimate elastic, is taken the state of the rope, in which one of the wires (or a group) reaches deformation of the limit of elasticity (yield). Tensile force 𝑃௘ of the ultimate elastic state significantly depends on the loading scheme, rope design and the presence of wire breaks. For the studied loading schemes and various rope designs, the forces are presented in relative measurement 𝑃௘ ൌ 𝑃௘⁄𝑃஼ , where 𝑃஼ is the total breaking strength of the wire ropes. When stretching with a freely suspended load 𝑃௘is 0,22 – 0,31 (lower values when stretched with a winding on the drum); when loaded in guides 𝑃௘ is 0,61 – 0,72. The main reason for the low values of 𝑃௘ characteristics is the unevenness of the tensile strains of the wires in the rope. This is primarily due to the torsional deformation 𝜃 of the rope, to the second due to bending deformation 𝜒. The values of the average conditional stress 𝜎 show that their level in the ultimate elastic state of the ropes is higher than this parameter at working (operational) loads. This is useful to consider when analyzing standard safety factors for specific rope loading schemes. The presence of wire breaks leads to the formation of stiffness effects: longitudinally bending 𝐺ଵଷ, 𝐺ଵସ; torsionally bending 𝐺ଶଷ, 𝐺ଶସ, as well as bending-bending 𝐺ଷସ. When the ropes are stretched in a state with these stiffnesses, additional bending and torsion deformations of the rope occur, and, therefore, deformations of the wires both in the direction of increase compared to the nominal state, and in the direction of decrease. The characteristics of 𝑃௘ in states with wire breaks under tension in the guides decrease, and with a freely suspended load they remain almost unchanged, because torsional strains of the ropes change insignificantly.