ТЕОРЕТИЧНІ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ПІДХОДИ ДО ДОСЛІДЖЕННЯ ДОДАТКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ СТАЛЕВИХ КАНАТІВ ПРИ НАБІГАННІ НА БЛОКИ ТА БАРАБАНИ

Abstract

У статті розглядаються теоретичні та експериментальні підходи до дослідження додаткових напружень, що виникають в елементах сталевих канатів при набіганні на блоки та барабани. Постановка проблеми висвітлює важливість цього питання для широкого кола галузей промисловості, де використовуються сталеві канати, та необхідність підвищення їх міцності, надійності й довговічності. В основній частині роботи наведені різноманітні формули для визначення додаткових напружень, запропоновані вітчизняними та зарубіжними дослідниками, такими як Маліновський В.А., Нікітін І.Ф., Глушко М.Ф., Сергєєв С.Т., Бенойт Дж., Ісааксен І., Ернст У., Лейдер, Шмідт К. та іншими. Зазначається, що більшість цих формул застосовна лише для спіральних канатів і не враховує конструктивні особливості канатів подвійної звивки. Порівняння значень додаткових напружень, отриманих розрахунковим способом і експериментальним шляхом, проведене Нікітіним І.Ф., демонструє значні розбіжності між ними.Далі детально розглядаються експериментальні методи визначення напружень, застосовані різними дослідниками. Особлива увага приділяється дослідам Нікітіна І.Ф., який використовував спеціальні П-подібні тензорезистори для вимірювання деформацій діаметрально протилежних пасм дротів у канаті, що дозволило виключити вплив вигину та скручування. Наводяться осцилограми додаткових напружень, отримані в його експериментах, та підкреслюється, що це були прямі виміри саме додаткових напружень.Інші дослідники, такі як Вік та Шиффнер Г., наклеювали тензодатчики на зовнішнє пасмо дротів і вимірювали сумарні напруження розтягу й вигину, отримуючи відповідні осцилограми. У роботі Шмідта К. представлено результати трьох серій експериментів з непрямого визначення додаткових напружень, які базувалися на вимірюванні моменту внутрішнього конструкційного тертя, прогину каната припоперечному навантаженні та визначенні втомної міцності при знакозмінному вигині на блоках.Узагальнюючи результати різних дослідів, Шмідт К. робить висновок про величину подвійної амплітуди коливань напружень у дроті при потраплянні його на випуклу та ввігнуту сторони каната для різних конструкцій канатів і якості їх змащення. Водночас автор підкреслює, що в усіх цих дослідах додаткові напруження розглядалися як повністю сформовані силами тертя ковзання між дротами при їх відносному зсуві, що не враховує низку інших факторів. The article discusses theoretical and experimental approaches to studying additional stresses that arise in elements of steel wire ropes during winding on sheaves and drums. The problem statement highlights the importance of this issue for a wide range of industries utilizing steel wire ropes and the necessity to increase their strength, reliability, and durability. The main part of the work presents various formulas for determining additional stresses, proposed by domestic and foreign researchers such as V.A. Malinovsky, I.F. Nikitin, M.F. Glushko, S.T. Sergeev, J. Benoit, I. Isaacsen, U. Ernst, Leider, K. Schmidt, and others. It is noted that most of these formulas are applicable only to spiral ropes and do not account for the design features of double-lay ropes. The comparison of additional stress values calculated and experimentally obtained by I. F. Nikitin demonstrates significant discrepancies between them. Further, the article examines experimental methods for determining stresses used by various researchers in detail. Special attention is given to I.F. Nikitin's experiments, where U-shaped strain gauges were used to measure deformations of diametrically opposite strands of wires in the rope, excluding the influence of bending and torsion. The oscillograms of additional stresses obtained in his experiments are presented, emphasizing these were direct measurements of additional stresses. Other researchers, like Vik and G. Schiffner, glued strain gauges on the outer strands of wires and measured combined stresses of tension and bending, obtaining corresponding oscillograms. K. Schmidt's work presents results from three series of experiments for indirectly determining additional stresses, based on measuring internal construction friction torque, rope deflection under transverse loading, and determining fatigue strength under alternating bending on sheaves. Summarizing the results of various experiments, K. Schmidt concludes on the magnitude of double amplitude stress oscillations in the wire when it falls on the convex and concave sides of the rope for different rope constructions and lubrication quality. However, the author emphasizes that in all these studies, additional stresses were considered as fully formed by sliding friction forces between wires during their relative displacement, which does not account for several other factors.