Coefficiente di attrito nella trazione dei cavi – Parte 2
Definiamo il coefficiente di attrito, introduciamo le equazioni di trazione e misuriamo il coefficiente di attrito e l'effetto lubrificante.
Il coefficiente di attrito (COF) è una misura della resistenza di attrito al movimento. In un post precedente abbiamo introdotto i principi scientifici alla base del COF e abbiamo analizzato i fattori che possono influenzare questo valore.
La figura 1 aiuta a chiarire e definire in modo più formale il “coefficiente di attrito”.
Dove:
N (Vector) = Forza normale perpendicolare al piano orizzontale
G (Vector) = Forza gravitazionale su un blocco di massa m.
P (Vector) = Forza di trazione esercitata sul blocco per farlo scorrere orizzontalmente
F (Vector) = Forza di attrito che resiste al movimento
L’esempio mostra un blocco appoggiato su un piano orizzontale. Una forza gravitazionale G (Vector) (= mg) agisce sul blocco. Il blocco non cade perché dal tavolo agisce una forza uguale e opposta che chiamiamo Forza normale (N (Vector)).
Se applichiamo un’altra forza perpendicolare (P (Vector)) alla forza normale, scopriamo che è necessaria una forza minima prima che il blocco scivoli. Questa forza di trazione deve superare la resistenza di attrito al movimento o forza di attrito (F (Vector)) affinché il blocco si muova. Il coefficiente di attrito è definito come il rapporto tra la forza necessaria per spostare il blocco diviso la forza normale (peso del blocco).
Quindi, se μ è il coefficiente di attrito: μ = P(Vector)/ F(Vector) (Equazione 1)
Per fare un esempio, immaginiamo che il blocco sia di legno (5 kg). Per trascinare il blocco di legno su un piano orizzontale in acciaio sono necessari 2 kg di forza. Il COF per il legno sull’acciaio è il rapporto tra la “forza di trascinamento” (2 kg) e la forza normale (peso di 5 kg). Quindi il coefficiente di attrito è 0,4. Si noti che il COF è un numero adimensionale, poiché è il rapporto tra le grandezze delle due forze.
L’esperienza suggerisce che se sostituiamo il blocco di legno con un blocco di gomma da 5 kg, è necessaria una forza ancora maggiore per produrre il movimento (diciamo, una forza di 6 kg). Pertanto, il COF misurato della gomma sull’acciaio sarebbe 1,2.
Da questi esempi è importante notare che il COF può variare a seconda dei materiali sottoposti a sfregamento.
| Contenuti connessi: Coefficiente di attrito nella trazione dei cavi — Parte 1 |
Equazioni di trazione
Sostituendo il blocco con il cavo e il tavolo con un condotto, avremo la trazione del cavo. La stima della tensione durante la trazione dei cavi si basa sulla fisica dell’equazione 1. La tensione di trazione viene determinata tramite una serie di equazioni di trazione del cavo che utilizzano come input il peso e l’attrito.
Le equazioni di trazione del cavo a sezione rettilinea aggiungono la tensione in entrata dalla bobina o dalla sezione precedente della trazione. La formula della sezione del condotto rettilineo si presenta in questo modo:
Condotto diritto Tout = Tin + LWμ (Equazione 2)
Dove:
Tout = Tensione in uscita dal tratto rettilineo
TIn = Tensione in entrata nella sezione rettilinea
L = Lunghezza del tratto rettilineo
W = Peso del cavo (per lunghezza)
μ = Coefficiente di attrito
Quindi, l’attrito aggiuntivo è dato dal peso totale del cavo moltiplicato per il coefficiente di attrito. Per utilizzare questa formula per stimare la tensione, dobbiamo conoscere i coefficienti di attrito di cavi, condotti e lubrificanti tipici.
| Contenuti connessi: Coefficiente di attrito nella trazione dei cavi dalle curve dei condotti |
Misurazione del COF di cavi e condotti
Per misurare il COF tra vari materiali di rivestimento dei cavi e dei condotti, Polywater ha sviluppato il banco per la verifica dell’attrito mostrato nella foto sopra. Il dispositivo esercita una pressione misurata verso il basso su un campione di cavo/condotto e poi misura la forza necessaria per tirare il cavo perpendicolarmente a questa forza normale. Il coefficiente di attrito, come prima, è il rapporto tra queste forze.
Possiamo anche lubrificare l’interfaccia tra cavo e condotto e determinare l’effetto di un lubrificante sul coefficiente di attrito. I dati raccolti da migliaia di test condotti nel corso di diversi decenni ci hanno consentito di ottimizzare la formulazione e la selezione dei lubrificanti. Man mano che i produttori di cavi sviluppano guaine con nuove proprietà, come la tenacità o la resistenza al fuoco, possiamo misurare e fornire feedback sulle proprietà di attrito di questi nuovi materiali.
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L’effetto lubrificante
I materiali di rivestimento dei cavi mostrano differenze significative nel comportamento di attrito, ma di solito vengono sviluppati per ragioni diverse dalla “facilità di trazione”. Se un lubrificante per cavi efficace riesce a ridurre i valori di attrito senza compromettere gli altri aspetti delle prestazioni della guaina del cavo, si possono ridurre al minimo i problemi di installazione.
I dati dimostrano che è esattamente ciò che accade. I lubrificanti efficaci riducono notevolmente il coefficiente di attrito. La figura 2 mostra la notevole riduzione dell’attrito dovuta all’uso del lubrificante.
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La trazione dei cavi è un po’ più complicata
Il banco per l’attrito testa l’ampia gamma di materiali utilizzati nei cavi e nelle canaline. Tuttavia, le trazioni reali dei cavi sono più complicate. Le trazioni non sono rettilinee e nelle curve dei condotti si verificano forze diverse dal peso gravitazionale.