Stima i carichi di tiro del cavo un tratto del percorso alla volta: aggiungi la resistenza dei tratti rettilinei, considera il peso delle salite non supportate, quindi calcola la tensione nelle curve e il carico laterale. Parto dalla bobina e seguo la direzione di tiro. La tensione in uscita da un tratto diventa la tensione in ingresso del successivo, quindi l’ordine dei tratti rettilinei e delle curve è importante.
Confronto la forza calcolata con la capacità del cavo, dell’accessorio di tiro e dei supporti. Gli esempi usano ipotesi esplicite; per un’installazione effettiva, indica accanto ai carichi calcolati i limiti attuali applicabili al cavo e all’attrezzatura.
Punti chiave
- Un calcolo dello scorrimento orizzontale fornisce l’attrito aggiuntivo; considera separatamente la tensione in ingresso.
- Converti una sola volta la massa in kg in forza in N usando l’accelerazione di gravità.
- Controlla il carico laterale in ogni curva usando la tensione locale in uscita e il raggio applicabile.
- Usa un modello di scorrimento, rulli o condotto che rappresenti il contatto effettivo.
- Assegna il peso sospeso e gli altri carichi del percorso a supporti progettati per sostenerli prima di completare il collegamento al pressacavo.
Un tratto di percorso è una lunghezza di cavo con direzione, condizione di supporto e modello di calcolo definiti. Segna la bobina, l’estremità di tiro, le curve, i cambi di quota e i punti di supporto. Assegno a ogni tratto rettilineo un identificatore distinto e registro se il cavo scorre su una superficie, rotola sull’attrezzatura o resta sospeso liberamente.
| Condizione del percorso | Calcolo principale | Dato che modifica il risultato |
|---|---|---|
| Tratto orizzontale in scorrimento | Attrito aggiuntivo dovuto al peso sostenuto | Massa del cavo, lunghezza e coefficiente di contatto |
| Lunghezza verticale non supportata | Peso sostenuto nel percorso di carico a trazione | Lunghezza non supportata e massa collegata |
| Curva con contatto scorrevole | Aumento della tensione e carico laterale locale | Tensione in ingresso, angolo, attrito, raggio e configurazione del cavo |
| Disposizione di rulli o pulegge | Resistenza al rotolamento e alla flessione specifica dell’attrezzatura | Condizione e interasse dei rulli, geometria della puleggia e rigidezza del cavo |
Segui la forza dal cavo fino alla struttura che lo sostiene. Una guida può sopportare una reazione laterale mentre l’accessorio di tiro sostiene la tensione assiale. Assegna a ogni componente il carico che effettivamente sopporta.
Per un tratto orizzontale in scorrimento, moltiplica il peso sostenuto del cavo per il coefficiente di attrito applicabile. Aggiungi tale resistenza alla tensione in ingresso. Il modello seguente presuppone un solo cavo rettilineo, moto costante e condizioni di contatto uniformi:
Qui è il coefficiente di attrito adimensionale, è la massa lineare del cavo in kg/m, è la lunghezza di scorrimento in m e è l’accelerazione di gravità in m/s². La superficie sostiene il peso del cavo. Curve, pendenze, ostacoli e altri carichi appartengono a sezioni separate del modello del percorso.
La tensione in ingresso è il carico assiale già presente all’entrata di un tratto. Per questo equilibrio orizzontale a regime, la tensione in uscita è la tensione in ingresso più l’attrito del tratto. È lo stesso approccio tratto per tratto sviluppato nella Guida all’installazione dei cavi di potenza di Southwire, qui con unità SI coerenti.
Per esempio, considera un cavo ipotetico con massa di 0,8 kg/m, una lunghezza orizzontale in scorrimento di 20 m, un coefficiente ipotizzato di 0,30 e m/s². Supponi un moto costante e nessun’altra resistenza in quel tratto:
| Grandezza | Calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Massa del cavo in movimento | 0.8 × 20 | 16 kg |
| Forza normale in questo modello | 16 × 9.80665 | 156.91 N |
| Resistenza di scorrimento aggiunta | 0.30 × 156.9064 | 47.07 N |
| Tensione in uscita con 25 N in ingresso | 25 + 47.07192 | 72,07 N |
Riporto la tensione in uscita di 72,07 N nel tratto successivo. L’attrito di 47,07 N è solo l’incremento di questo tratto rispetto alla tensione in ingresso di 25 N.
Con lo stesso cavo e la stessa lunghezza, coefficienti ipotizzati di 0,20 e 0,40 danno rispettivamente 31,38 N e 62,76 N. In questo modello, raddoppiando il coefficiente raddoppia l’attrito. Questi valori di sensibilità mostrano perché definire la condizione di contatto conta più di un’altra cifra decimale.
Distinguo il contatto iniziale da quello durante il movimento, poi individuo la guaina, il condotto o la superficie di supporto e il lubrificante compatibile. Per i rulli servono il modello applicabile e la condizione dell’attrezzatura; un percorso orizzontale non li trasforma in superfici di scorrimento.
Per una lunghezza di cavo appesa liberamente, non supportata e in equilibrio statico:
Il peso sospeso è la forza di gravità dovuta alla massa non supportata sotto il punto in esame. Qui indica questa lunghezza in metri. Segno i supporti intermedi prima di decidere quale lunghezza carica ciascun punto.
Considera separatamente una lunghezza sospesa di 6 m dello stesso cavo ipotetico da 0,8 kg/m. Il suo peso è 47,07 N. Se il supporto superiore sostiene anche un accessorio da 1,5 kg, questo aggiunge 14,71 N, per un totale di 61,78 N in questo esempio statico. Conta l’accessorio una sola volta. Se il percorso reale comprende sia tratti orizzontali sia verticali, conta le lunghezze separatamente.
Massa e peso richiedono unità distinte. Le tabelle SI del NIST definiscono la massa in chilogrammi e la forza in newton. Se i dati del cavo indicano già il peso lineare in N/m, moltiplicalo direttamente per la lunghezza. Applicare di nuovo la gravità sovrastimerebbe la forza.
Per il sollevamento, includi accelerazione, attrito dei supporti, accessori e direzione di movimento nel modello dinamico applicabile. Per un tiro arrestato, individua i supporti permanenti che sostengono il peso dopo aver rimosso l’attrezzatura di tiro.
Una curva modifica sia la tensione di tiro sia il carico che preme il cavo contro la guida. Calcolo prima la tensione locale in uscita, poi la uso nell’espressione applicabile del carico laterale. È importante anche la configurazione del cavo: la disposizione di contatto differisce tra un cavo singolo e più cavi individuali che condividono un condotto.
Per un cavo singolo con contatto scorrevole si usa comunemente la seguente approssimazione preliminare della curva:
Qui è il coefficiente di attrito dinamico della curva, è l’angolo di contatto in radianti ed è la costante esponenziale. È il caso del cavo singolo nell’approssimazione E-15 di Southwire, con fattore di correzione del peso pari a uno. Una svolta di 90° equivale a radianti. Inserire 90 come valore in radianti darebbe un risultato del tutto diverso.
L’approssimazione rappresenta un contatto scorrevole, non ogni puleggia rotante o curva su un cavo rigido. Southwire tratta separatamente le pulegge a rotazione libera e la resistenza alla flessione del cavo. Per il percorso reale, usa la configurazione del cavo, la geometria della curva e il modello dell’attrezzatura applicabili; mantieni qualsiasi ulteriore resistenza alla flessione o all’avviamento richiesta dal modello.
Per un cavo unipolare o più conduttori in un’unica guaina comune, il semplice indice di carico laterale è:
Usa la tensione locale in uscita dalla curva in N e il raggio di curvatura applicabile in m per ottenere N/m. Southwire indica questa forma come E-20 e fornisce espressioni diverse per altre configurazioni del cavo. Mantieni sul disegno la convenzione del raggio del modello; il diametro esterno di una puleggia non è automaticamente il raggio richiesto.
Il carico laterale è una forza per unità di lunghezza che agisce lungo il contatto della curva. Sebbene venga spesso chiamato pressione laterale, questo indice non è una pressione in pascal. Il NIST definisce il pascal come N/m². Per calcolare la sollecitazione locale di contatto servono anche l’area di contatto e la distribuzione del carico.
In un esempio indipendente, una tensione di 400 N in uscita dalla curva e un raggio di 0,50 m danno 800 N/m. A parità di tensione, un raggio di 0,80 m dà 500 N/m. Un raggio maggiore riduce questo indice, ma la geometria scelta deve anche rispettare il raggio minimo di curvatura del cavo e adattarsi al percorso.
Questo esempio collegato usa lo stesso cavo ipotetico e la stessa gravità: un cavo scorre a regime lungo un tratto rettilineo orizzontale di 20 m, una curva di 90° e un secondo tratto rettilineo di 10 m. Non comprende segmenti verticali.
Supponi 25 N all’ingresso del primo tratto rettilineo, attrito 0,30 su entrambi i tratti rettilinei e 0,20 nella curva. Il raggio di curvatura del modello di carico laterale è 0,50 m. Applica la semplice approssimazione della curva descritta sopra; l’esempio esclude i transitori di avviamento, la rigidezza del cavo e qualsiasi correzione distinta del peso nella curva oltre tale approssimazione.
| Posizione o contributo | Calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Attrito aggiuntivo del primo tratto rettilineo | 0.30 × 0.8 × 20 × 9.80665 | 47.07 N |
| Tensione in ingresso alla curva | 25 + 47.07192 | 72,07 N |
| Moltiplicatore della tensione nella curva | exp(0.20 × π/2) | 1,3691 |
| Tensione in uscita dalla curva | 72.07192 × 1.36910777 | 98,67 N |
| Indice di carico laterale locale nella curva | 98.67422572 / 0.50 | 197,35 N/m |
| Attrito aggiuntivo del secondo tratto rettilineo | 0.30 × 0.8 × 10 × 9.80665 | 23,54 N |
| Tensione all’uscita finale | 98.67422572 + 23.53596 | 122,21 N |
Usa 122,21 N all’uscita finale e 98,67 N all’uscita della curva. Sostituire il valore finale al controllo precedente della curva confonde le posizioni del percorso. Mantengo la precisione completa tra i passaggi e arrotondo i risultati visualizzati.
Dalla mia analisi di questo esempio, aumentando il raggio di curvatura da 0,50 m a 0,80 m l’indice di carico laterale scende da 197,35 a 123,34 N/m, con una riduzione del 37,5% a parità di tensione. L’approssimazione esponenziale restituisce la stessa tensione perché il raggio non compare in quell’espressione. La progettazione reale del percorso richiede anche di controllare il raggio di curvatura e la rigidezza del cavo.
Cambiare la direzione di tiro richiede un nuovo calcolo. I tratti rettilinei e le curve si susseguono allora in un ordine diverso e la tensione in ingresso a ciascuna curva può cambiare. Nei percorsi con variazioni di quota cambia anche la direzione del contributo del peso. Confronta i carichi locali ricalcolati e l’accesso all’attrezzatura, anziché limitarti a invertire le frecce sul foglio già compilato.
Confronta ogni carico calcolato con il limite applicabile a quel cavo, accessorio, posizione e servizio. Una tensione bassa all’uscita finale non determina il carico laterale in una curva stretta. Analogamente, un limite di tensione del cavo più elevato non aumenta la capacità nominale di un occhiello o di una pinza di tiro.
| Controllo | Confronta con | Se il confronto non è soddisfatto |
|---|---|---|
| Tensione del cavo | Limite del cavo per la costruzione e il metodo di tiro specificati | Riduci la richiesta del percorso o rivedi la configurazione di tiro approvata |
| Accessorio di tiro | Capacità nominale e condizioni di installazione | Scegli un accessorio adatto e ripeti il controllo del sistema |
| Ogni curva | Limite laterale applicabile e raggio minimo di curvatura | Aumenta il raggio, modifica il percorso o riduci la tensione che arriva alla curva |
| Guide e supporti | Capacità di carico assiale/laterale e fissaggio strutturale | Rivedi i componenti, la spaziatura o la progettazione del montaggio |
| Ingresso finale | Allineamento e supporto del cavo, funzione di ritenuta del pressacavo | Correggi l’avvicinamento e il supporto prima di terminare il collegamento al pressacavo |
La guida di Southwire separa i limiti dell’attrezzatura di tiro, la tensione del cavo, il carico laterale e la geometria del percorso. Usa le istruzioni attuali del cavo e dell’accessorio per i valori ammissibili e confrontali con la richiesta calcolata in ciascuna posizione.
L’ingegnere di installazione responsabile gestisce anche la resistenza della bobina, gli effetti di avviamento, le variazioni durante il tiro e i rischi di ostacoli o inceppamenti. Includi nel piano di installazione il monitoraggio del carico e i criteri di arresto.
Assegno il carico del percorso ai componenti progettati per sostenerlo. La norma IEC 61914:2021 riguarda i morsetti per cavi e i dispositivi di ritenuta intermedi, compresi i servizi dichiarati e la superficie di montaggio specificata. La norma IEC 62444:2010 riguarda i pressacavi completi. Sono funzioni distinte dei componenti, ciascuna con le proprie condizioni di installazione.
Un risultato di ritenuta del cavo ottenuto con un pressacavo non lo rende un accessorio di tiro né un supporto verticale senza restrizioni. Definisci la lunghezza non supportata, i carichi collegati e le reazioni dei supporti, poi abbina i componenti a tale funzione. La guida su morsetti per cavi e pressacavi ne spiega la relazione in corrispondenza dell’ingresso dell’involucro.
In corrispondenza dell’ultima curva, controllo il tratto rettilineo d’approccio richiesto, la sporgenza dell’involucro e la posizione del supporto. Evita che il cavo prema lateralmente contro la bocca del pressacavo. La guida alla scelta del raggio di curvatura illustra questa geometria, mentre la guida alla riduzione delle sollecitazioni del cavo tratta i carichi di servizio dopo l’installazione.
| Dato da registrare | Da inserire nella scheda di calcolo |
|---|---|
| Cavo | Designazione, massa lineare, diametro e metodo di tiro |
| Tratto | Direzione, lunghezza, angolo, raggio e condizione di supporto |
| Equilibrio delle forze | Tensione in ingresso, carico aggiunto e tensione in uscita |
| Ingressi e limiti | Base di attrito, limiti del cavo e dell’accessorio |
| Condizioni irrisolte | Resistenza della bobina, effetti di avviamento o condizione dell’attrezzatura |
Quando cambia un dato, ricalcolo i tratti successivi interessati. Mantieni visibile un carico sconosciuto invece di nasconderlo in un fattore generale.
Calcolo i carichi di tiro del cavo seguendo la forza lungo il percorso. Un tratto orizzontale aggiunge attrito, una salita non supportata aggiunge peso e una curva modifica la tensione e crea un carico laterale locale. Riportare in avanti la tensione in uscita collega questi contributi senza confonderne unità o posizioni.
Prima di scegliere la configurazione di tiro, confronta i risultati locali con i limiti del cavo, dell’accessorio, delle curve e dei supporti. In corrispondenza dell’involucro, predisponi il supporto del cavo e la geometria di avvicinamento previsti affinché il pressacavo svolga le funzioni specificate di ingresso e ritenuta.
Calcola l’attrito aggiuntivo di un tratto orizzontale in scorrimento. Aggiungi la tensione in ingresso, quindi calcola eventuali tratti rettilinei, curve o sezioni verticali successive con i modelli applicabili. Riporto il risultato del tratto su una riga della scheda del percorso, non come valore finale per ogni percorso.
I chilogrammi descrivono la massa. Moltiplica la massa per l’accelerazione di gravità per ottenere una forza in newton. Se una scheda tecnica fornisce già il peso lineare in N/m, moltiplicalo per la lunghezza senza applicare di nuovo la gravità. Distingui chiaramente kg/m e N/m in tutto il calcolo.
Il semplice indice di curva per un singolo cavo si ottiene dividendo la tensione locale in uscita per il raggio di curvatura applicabile. La sua unità è forza per unità di lunghezza, anche se viene spesso chiamato pressione laterale. Un calcolo della sollecitazione di contatto in N/m² richiederebbe anche informazioni sull’area di contatto e sulla distribuzione del carico.
Usalo per questa funzione solo quando pressacavo, cavo e configurazione di montaggio esatti sono specificati per il carico risultante. Individuo prima la lunghezza non supportata e gli altri supporti, poi scelgo i componenti adatti a quel percorso di carico. Il solo trattenimento del cavo non rende il pressacavo un accessorio di tiro.
A parità di tensione, un raggio maggiore riduce il semplice indice di carico laterale. Nell’approssimazione esponenziale della curva, la tensione dipende dalla tensione in ingresso, dall’attrito e dall’angolo; cambiare soltanto il raggio quindi non modifica tale stima. Verifica la rigidezza effettiva del cavo, la geometria della curva e il modello dell’attrezzatura.