7.2 Расчет механических нагрузок на оптический кабель

7.2 Расчет механических нагрузок на оптический кабель

Благодаря тому, что волоконно-оптические кабели имеют небольшой вес и высокую гибкость при относительно малом диаметре по сравне­нию с кабелями с металлическими проводниками, для их прокладки не требуется специальная техника.

При любом способе прокладки минимальный радиус изгиба должен быть не меньше соответствующих величин, указанных в техническом паспорте каждого кабеля.

Конструкция кабеля должна быть в конечном счете спроектирована так, чтобы при правильном выборе конструктивных элементов и их размеров механические, тепловые и химические воздействия не вызы­вали остаточных изменений передаточных характеристик. В любом случае необходимо применять по возможности самые большие длины, чтобы было возможно свести к минимуму затраты и дополнительное затухание, обусловленное неразъемными соединениями (сростками).

В некоторых случаях, а именно тогда, когда с гарантией мо­жно исключить превышение максимального допустимого усилия рас­тяжения, волоконно-оптические кабели могут прокладываться вручную благодаря своему малому весу.

Для оценки предполагаемого усилия растяжения при прокладке можно исходить из того, что это усилие при прямых горизонтальных кабель­ных трассах возрастает линейно по мере увеличения прокладываемой длины кабеля. При наличии поворотов следует обратить внимание на то, что угол поворота и коэффициент трения обусловливает экспонен­циальное увеличение тягового усилия.

7.2.1 Расчет тяговых усилий при прокладке ок в кабельной канализации

В курсовом проекте предварительно должна быть выбрана марка ОК, приведены его технические характеристики и эскиз кабеля.

При затягивании в телефонную кабельную канализацию оптический кабель испытывает растягивающие нагрузки, которые могут оказывать влияние на его оптические параметры и физические свойства. Поэтому необходимо знать величину этой нагрузки и ограничивать максимально допустимое тяжение. В общем случае допустимое тяжение зависит от многих факторов: длины кабеля и его массы, коэффициента трения между оболочкой кабеля и каналом трубопровода, от профиля и трассы канализации, наличия на трассе поворотов и разности уровней.

Растягивающее усилие Т оптического кабеля, прокладываемого в кабельной канализации можно определить по следующим формулам:

• для прямолинейного участка

Т_п =Р₀× L × К_т , кг, (7.1)

• на изгибе трассы

Т_изг = Т_п exp (α × Кт), кг, (7.2)

где α - угол поворота трассы, рад;

Р₀ - масса кабеля, кг/км;

К_т - коэффициент трения;

L - длина кабеля, км.

Для сокращения числа соединений и потерь на сростках используются большие строительные длины ОК, что создает при их прокладке дополнительные нагрузки.

Коэффициент трения зависит от материала труб канализации и оболочки оптического кабеля. Для кабеля в полиэтиленовой оболочке К_т составляет:

0,38 – в бетонных трубах;

0,32 – в асбоцементных трубах;

0,29 – в полиэтиленовых трубах.

Необходимо помнить, что 1 кгс ~10 Н.

Предельная длина кабеля для затяжки в каналы трубопроводов рассчитывается по формуле:

L = Fmax / F , км , (7.3)

где F_max – максимально допустимое растягивающее усилие для прокладываемого кабеля, кгс.

Длину прокладываемого кабеля можно вдвое увеличить, применяя двухсекционный барабан с разделительной перегородкой по середине шейки барабана. На барабан наматывается кабель длиной вдвое большей максимальной длины, прокладываемой обычным способом. Барабан устанавливается у колодца, находящегося посередине участка, между крайними колодцами которого необходимо проложить кабель. Концы кабеля заводят в канал противоположного направления и с помощью тяговых лебедок одновременно и синхронно затягивают обе половины строительной длины кабеля.

Перед монтажом производится приемка проложенного кабеля, в процессе которой проверяется герметичность оболочки от проникновения влаги, правильность размещения кабелей в канализации, а также целостность оптических волокон с помощью рефлектометра.

Таблица 7.1 - Исходные данные к расчетам

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Коэффициент трения, fT	0,29
Длина кабеля, км	2,2	3	1,7	1,9	2,1	1,5	2,7	1,8	2,9	1,8
Угол поворота трассы,α, рад	0,54	0,69	0,785	1,047	1,22	1,57	0,61	0,59	0,69	1,48

На всех участках прокладки оптического кабеля величина растягивающего усилия не должна превышать норму. После выполнения расчетов следует дать рекомендации по прокладке ОК на заданном участке.

2. Расчет тяговых усилий при прокладке кабеля кабелеукладчиком

При определении величины растягивающих усилий на ОК при прокладке кабелеукладчиком в грунт, следует иметь в виду следующие обстоятельства. Кабель, как правило, не испытывает заметных напряжений, так как применяются принудительное вращение барабана и другие меры, обеспечивающие свободную размотку кабеля и поступление его в кассету кабелеукладчика. Однако в процессе прокладки могут быть неожиданные остановки при встрече препятствий, посторонних предметов в грунте и нарушении синхронности работы нескольких тракторов, тянущих кабелеукладчик. Динамические нагрузки также резко возрастают за счет рывков тракторов и при разгоне барабана в момент начала движения, а также при крутых поворотах и наклонах кабелеукладчика. В результате в кабеле могут создаваться растягивающие усилия, превышающие норму.

При расчете усилий, испытываемых ОК при прокладке в грунт, следует учитывать: массу и длину кабеля, динамическое действие и вертикальное давление слоя земли, находящейся над кабелем. Расчет усилия тяжения при прокладке ОК в земле кабелеукладчиком можно производить по формуле:

Т = (Р + Q) × f × m × L , кгс, ( 7.4 )

где Р – масса единицы длины кабеля, кг/км;

f – коэффициент трения в кассете кабелеукладчика;

Q – вертикальное давление слоя земли над кабелем, кг/км;

m - динамический коэффициент (при расчетах берется 2…3);

L – длина прокладываемого кабеля в земле, км.

Результаты расчетов следует сравнить с величиной допустимого тягового усилия из технических данных на ОК.

Таблица 7.2 - Исходные данные к расчетам

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Вертикальное давление слоя земли, Q	50	70	60	45	53	64	75	52	48	66
Коэффициент трения, f	0,3	0,28	0,32	0,34	0,4	0,29	0,33	0,39	0,45	0,42

Примечание* Строительная длина оптического кабеля (L_стр, км) выбирается самостоятельно исходя из технических данных завода-изготовителя кабельной продукции.