Klem tegangan tipe baut bekerja dengan cara mencengkeram konduktor atau kabel arde melalui gaya penjepit. Kekuatan mencekam ini berasal dari dua aspek:
① Gaya gesekan yang dihasilkan oleh tekanan blok kompresi di bagian belakang penjepit dan gesekan permukaan busur yang dibentuk oleh banyak gelombang kecil;
② Gaya gesekan yang dihasilkan oleh permukaan busur di bagian depan penjepit, yang juga dapat dikatakan sebagai efek gesekan yang dihasilkan oleh tekanan vertikal beberapa baut U-(2, 3, 4, atau 5 baut tergantung pada desain struktur) dan penjepit berbentuk gelombang-untuk memasang konduktor. Keuntungannya adalah strukturnya yang sederhana, tidak perlu melepaskan konduktor untuk menara non-terminal selama penggunaan saluran, mengurangi sambungan saluran, memudahkan konstruksi, dan memberikan manfaat bagi pengoperasian saluran yang aman.
Perhitungan Ketegangan Konduktor
Menurut prinsip kerja klem tegangan tipe baut, gaya cengkeraman klem bergantung pada pengencangan beberapa baut U-untuk menekan konduktor dan menghasilkan tegangan ekor, sekaligus menghasilkan gaya gesekan yang lebih besar pada bagian busur depan untuk mencengkeram konduktor. Besarnya gaya gesek pada permukaan busur bergantung pada koefisien gesek dan sudut yang dilingkupi busur. Gambar 3-7 menunjukkan diagram analisis gaya klem tegangan tipe baut dan analisis tegangan permukaan busur klem.
Gambar 3-7 Diagram Skema Analisis Gaya Klem Ketegangan Tipe Baut dan Diagram Analisis Tegangan Permukaan Busur Klem
(a) Maksud analisis gaya untuk klem tegangan tipe baut;{0}}; (b) Diagram analisis tegangan permukaan busur penjepit
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-7 (b), mengambil segmen mikro dl pada penjepit sebagai benda terisolasi:
dN=Tsin(dθ/2) + (T + dT)sin(dθ/2)
Karena dθ sangat kecil, kita dapat mengambil sin(dθ/2)≈dθ/2, dan mengabaikan dTsin(dθ/2) orde kedua yang sangat kecil, kita perolehdN=Tdθ.
Juga, sejak itufdN+Tcos(θ/2)=(T+dT)cos(dθ/2), dengan mengambil cos(dθ/2)≈1, kita memperoleh fdN=dT, oleh karena itu:
dN=Tdθ=dT/fataufdθ=dT/T
Mengintegrasikan kedua sisi:
kita dapatkanln(T₁/T₂)=f, yang memberikan:
(3-1)
Di mana:
T₁- Ketegangan konduktor, N
T₂- Ketegangan ekor alur, N
e- Basis logaritma natural, e=2.718
f- Koefisien gesekan geser
- Sudut busur, rad
Dari persamaan (3-1) terlihat bahwa bertambahnya sudut dapat meningkatkan gaya gesek. Namun tegangan lentur tambahan pada konduktor berbanding terbalik dengan jari-jari kelengkungan R. Untuk menghindari tegangan tambahan yang berlebihan pada konduktor di pintu keluar klem, maka jari-jari kelengkungan klem harus diperbesar. Untuk klem tegangan tipe baut biasa, ada batasan tertentu untuk peningkatan sudut busur dan radius kelengkungan R; peningkatan yang berlebihan akan menyebabkan dimensi yang terlalu besar, bobot yang berlebihan, dan ketidakpraktisan.
Untuk mengatasi masalah "batas tertentu", praktik umum adalah membuat ekor penjepit dengan alur kecil berbentuk gelombang-(gelombang yang terlalu dalam tidak cocok untuk baja konduktor aluminium yang diperkuat - ACSR), dan menggunakan baut U-untuk menekan konduktor ke dalam alur guna meningkatkan gesekan permukaan busur. Namun karena konduktor mempunyai kekakuan tertentu (konduktor yang lebih besar mempunyai kekakuan yang lebih besar), maka pembengkokan konduktor memerlukan tekanan tertentu. Oleh karena itu, gaya pengencangan baut U-harus terlebih dahulu mengatasi kekakuan konduktor. Setelah konduktor ditekan ke dasar alur, gaya yang tersisa dapat digunakan untuk menekan konduktor (yang penting, menekan untaian aluminium). Seringkali, karena gaya tekan konduktor yang tidak mencukupi, gesekan permukaan busur terutama terjadi antara untaian aluminium dan penjepit, menyebabkan untaian aluminium putus dan inti baja ditarik keluar, membentuk fenomena "ekstraksi inti". Oleh karena itu, tegangan tekan permukaan busur harus diperhitungkan. Seperti terlihat pada Gambar 3-7, cara perhitungannya adalah sebagai berikut:
(3-2)
(3-3)
Di mana:
φ- Sudut busur, rad
R- Jari-jari kelengkungan, m
q- Tekanan per satuan panjang, N/cm
τ- Gaya gesekan per satuan panjang, N/cm
Menurut kondisi keseimbangan gaya,ΣTᵧ = 0, Kemudian:
Oleh karena itu, kita dapat menyelesaikannya:
Jika disubstitusikan ke persamaan (3-3), tekanan per satuan panjang L pada permukaan busur alur adalah:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-4)
Penghitungan Tekanan Pencengkeram Tension Clamp-jenis Baut
Tujuan penghitungan tekanan baut adalah untuk memastikan gaya gesek statis yang cukup setelah pemasangan klem tegangan.
Untuk benang kasar M10~M60, torsi pengencangM=0.2pd(di mana p adalah gaya pramuat baut, d adalah diameter nominal baut). Untuk kemudahan dalam menganalisis gaya pramuat baut dan memastikan pramuat yang andal, gaya tersebut harus mencapai 50%~70% dari batas luluh material. Pada saat ini, gaya preload baut dapat disimpulkan sebagai:
p = M/(0.2d) = 5(M/d) (3-5)
Untuk memudahkan analisis dan estimasi, asumsikan bahwa gaya cengkraman profil alur penjepit tegangan pada konduktor terdiri dari empat tekanan baut p₁, p₂, p₃, p₄, tiga gaya gesek busur kecil Δt₁, Δt₂, Δt₃ (seperti ditunjukkan pada Gambar 3-8), dan gaya gesek busur besar ΔT.
Gambar 3-8 Diagram Skema Distribusi Gaya pada Saluran Kabel Penjepit Tegangan Tipe Baut
Menurut teori mekanika material, memahami susunan dua mur baut sebagai struktur balok sederhana (seperti terlihat pada Gambar 3-9),
Gambar 3-9 Balok Didukung Sederhana
dan dengan asumsi tekanan total dua mur baut adalah p', deformasi balok adalah δ, dan EJ adalah kuat lentur, maka tekanan total balok sederhana yang dibentuk oleh dua mur baut adalah:
p'=(48EJδ)/L³ (3-6)
Gaya p₁ yang digunakan untuk menekan konduktor adalah:
p₁ = 2p - p' (3-7)
Jika koefisien gesekan antara penjepit baja dan untaian aluminium adalah f (umumnya f=0.25), maka gaya gesekan T₂ adalah:
T₂ = T₁f = 0.25T₁ (3-8)
Dari persamaan (3-1), rumus perhitungan gaya gesekan untuk tiga busur kecil adalah:
Besar gaya gesek busur ΔT adalah:
ΔT = (T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃)(e^(f ) - 1) (3-9)
Total gaya cengkeram T pada penjepit adalah:
T = T₁ + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃ + ΔT (3-10)
Gaya putus konduktor dapat dihitung dengan rumus berikut:
(3-11)
Di mana:
σAB- Tegangan putus untai aluminium, N/mm²
σSB- Tegangan putus untai baja, N/mm²
FA- Luas penampang-untai aluminium, mm²
FS- Luas penampang-untai baja, mm²
Perhitungan Tegangan Kawat Aluminium pada Permukaan Busur
Tegangan-tegangan pada kawat penghantar aluminium pada permukaan busur meliputi tegangan tekan melintang, gaya tarik memanjang, dan tegangan lentur, dihitung dengan persamaan (3-1). Tekanan q per satuan panjang pada permukaan busur adalah:
q=(T₁ + T₂)/[2Rtan(φ/2)] (3-12)
Di mana:
φ- Sudut busur permukaan busur besar, rad
R- Jari-jari busur besar, mm
Tegangan tekan σN per satuan luas pada kawat konduktor aluminium pada permukaan busur, menurut prinsip perhitungan mekanis saluran udara:
σN = q/D (3-13)
Di mana:
D- Diameter luar konduktor, mm
q- Tekanan per satuan panjang pada permukaan busur, N/mm
Tegangan tambahan σ yang disebabkan oleh pembengkokan konduktor pada berkas adalah:
σ=(3/8) × (hari/hari)EA=0.375(hari/hari)EA(3-14)
Menurut teori mekanika material pada-perhitungan tegangan dua dimensi, tegangan gabungan σ_s adalah:
(3-15)
Faktanya, tegangan tekan permukaan busur σ_N mempunyai pengaruh yang kecil terhadap tegangan total σ_s dan dapat diabaikan.
Artikel Terkait
