О механических нагрузках выдерживаемых лентой защитно-сигнальной серии ЛЗС

Источник материала:

В настоящее время пользователи Internet на одном из форумов, посвященных вопросам проектирования, активно обсуждают проблему применения ЛЗС. Учитывая разнообразие мнений участников дискуссии, редакция «БСГ. Строительной газеты» попросила прокомментировать ситуацию кандидата физико-математических наук, доцента Сергея Михайловича Барайшука.

Изучив сведения о технических характеристиках наиболее распространенных в Республике Беларусь экскаваторов, специалисты ООО «Интербелтрейд» (г. Минск) создали защитный материал с прочностью на разрыв 14,86 МПа, выпускаемый в рулонах по 50 м.

Для справки: прочность на разрыв, измеряемая в МПа, – это усилие на единице площади контакта (площади поперечного сечения), которое вычисляется по формуле:

Р = F₁/S.

Площадь поперечного сечения ленты ЛЗС размером 250 × 3,5 мм² равна:

S = 0,0035 м × 0,25 м = 0,000875 м².

Следовательно, возможно рассчитать силу, необходимую для разрыва ленты, по формуле:

F₁ = P × S = 14,86 Мпа × 0,000875 м² = 13002,5 Н

или приблизительно 13 кН.

Из протокола испытаний испытательного центра Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь ОАО «Стройкомплекс»:

«… для вышеприведенных расчетов взято минимальное значение прочности ленты при растяжении в продольном направлении равное 14,86 МПа, следовательно, полученное значение усилия на разрыв 13 кН является минимально возможным усилием».

Такое усилие на разрыв будет только, если ленту тянут вдоль, т. е. разрывают на минимальном сечении (строго поперек ленты). Любое скашивание направления разрыва увеличивает эффективную площадь сечения. Например если рвать ленту через грань под углом 45 градусов, площадь ее поперечного сечения станет 0,0012 м2, и усилие на разрыв увеличится до 19 кН.

Такой материал при захвате ковшом экскаватора, в отличие от мелкосегментированной защиты в виде кирпича, окажет значительное сопротивление на разрыв и предотвратит повреждение кабельной линии. Следует отметить, что вырывное усилие, развиваемое гидроцилиндрами ковша экскаватора на базе МТЗ‑82 (например, экскаватора-погрузчика 702 ЕА производства ЗАО «Амкодор»), составляет 4 кН, а всей стрелы в целом – 18 кН.

Для разрыва ленты ЛЗС шириной 250 мм необходимо приложить усилие, в зависимости от положения ленты на ковше, от 13 кН (при попадании ленты только на режущую кромку ковша экскаватора) до 22,6 кН (при полном подводе ковша под ленту). При захвате на обе грани в реальном процессе сопротивление не удваивается, а становится больше только в 1,75 раза, что сопоставимо с максимальной нагрузкой на стрелу экскаватора. Очевидно, что не заметить такое сопротивление, оказываемое работе экскаватора, невозможно.

Естественно, что кирпич в таком случае будет просто вырыт вместе с грунтом и не выполнит своей защитной функции. Крайние кирпичи, попавшие на ковш, будут либо вырваны, либо обломаны, так как по стандарту СТБ 1160–99 имеют прочность на изгиб около 2 МПа. В тоже время лента ЛЗС не разрушается и при изгибе на 180 градусов, что не дает возможности ковшу экскаватора вырвать даже ее отдельный кусок.

Лента ЛЗС будет продолжать защищать кабельную линию в случае захвата ковшом экскаватора кабеля и ленты одновременно (при захвате ковшом экскаватора кирпича, острые растрескавшиеся обломки лишь ускорят повреждение изоляции кабеля). В таком случае силы сопротивления разрыву для кабеля и ленты будут иметь общее направление, увеличивая защиту от порыва.

Хочется так же обратить внимание на опрокидывающий момент экскаватора, который рассчитывается по формуле:

M = F₂ × L,

где F2 – опрокидывающее усилие, а L – вылет стрелы.

По данным техпаспорта на экскаватор, опрокидывающее усилие будет соответствовать:

F₂ = М_max/L.

Максимальный опрокидывающий момент, согласно данным предоставленным ЗАО «Амкодор», составляет 35 кН/м. При вылете стрелы на расстояние 1 м опрокидывающее усилие равняется 35 кН. При максимальном вылете стрелы в 5 м опрокидывающее усилие:

F₂ = 35/5 = 7 кН.

Рассмотрим вариант наихудшего показателя для ленты 13 кН:

F₂/F₁ 35/13 = 2,7.

Расчет показывает, что при вылете стрелы на расстояние более чем 2,7 метра

(F2 = 35/2,7 = 13 кН), значение усилия, необходимого для опрокидывания экскаватора, будет меньше, чем усилие на разрыв ленты. При таких условиях экскаватор, зацепивший режущей кромкой ковша ленту ЛЗС, начнет приподымать. При перехлесте через ковш ленты усилие на разрыв равно 22,6 кН, следовательно,

F₂/F₁ = 35/22,6 = 1,55,

т. е. при вылете ковша более чем на 1,55 м, ленту порвать становиться сложнее, чем опрокинуть экскаватор.

Отдельно хочется отметить сопротивление ленты при попытке ее вытягивания из грунта. На стандартном отрезке ленты ЛЗС шириной 250 мм и длиной 50 м после засыпки траншеи оказывается более 9 т грунта:

m = s × h × р,

где р – плотность грунта (для песка 1500 кг/м3),

s = 0,25 м × 50 м = 12,5 м2,

h = 0,5 м – глубина залегания ленты в траншее,

тогда:

m = 12,5 × 0,5 × 1500 = 9375 кг.

С учетом коэффициента трения ленты о грунт (более 0,5) для ее вытягивания понадобиться усилие:

F = kmg = 0,5 × 9375 кг × 9,8 = 45,9 кН,

где 9,8 – ускорение свободного падения,

а 0,5 – коэффициент трения ленты о грунт.

Но сделать это невозможно из-за ограничения по прочности самой ленты. Даже при использовании укороченного отрезка ленты ЛЗС длиной от 12,3 м ее невозможно будет «стянуть» ковшом экскаватора производства ЗАО «Амкодор» с защищаемого кабеля, так как требуемое для этого усилие –

F = 9,8 × 0,25 м × 12,3 м × 0,5 × 1500 кг/м³ = 22,6 кН

– превышает прочность ленты на разрыв.