專利名稱：輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電力器材高溫承載性能測試裝置，具體地說 是一種輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置。
背景技術(shù)：
目前相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中對鋁及鋁合金電力器材的破壞強(qiáng)度測試是在常溫下進(jìn)行的， 但隨著輸送容量的不斷提高，導(dǎo)線及與其配套的電力器材的運(yùn)行溫度也在不斷提升。在鋁 及鋁合金器材的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，其強(qiáng)度按照最高使用溫度為70°C時校核，而當(dāng)器材與耐熱導(dǎo) 線相配套時，其運(yùn)行溫度可達(dá)200°C，接近了鋁及鋁合金的再結(jié)晶溫度(軟化溫度)。而金 屬材料長期在高溫下運(yùn)行時，其強(qiáng)度一般會隨著溫度的升高而不斷降低?，F(xiàn)有的國內(nèi)外對輸電線路鋁及鋁合金電力器材的強(qiáng)度測試試驗(yàn)機(jī)都為在常溫下 進(jìn)行，無高溫加熱裝置，雖然部分試驗(yàn)機(jī)有載荷保持功能，但其載荷保持時間都比較短，無 法長時間GOO小時以上)地保持較高的載荷。因此現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置無法真實(shí)反映電力器 材在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的破壞強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，旨在提供一種改進(jìn)型的鋁及鋁合金 電力器材高溫承載性能裝置，即能在常溫下對試樣進(jìn)行短時間加載測試，同時也能滿足在 高溫下對試樣進(jìn)行長時間加載測試。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫 承載性能測試裝置，包括控制計(jì)算機(jī)、高溫箱、電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)、載荷保持控制系統(tǒng)和 試樣專用夾具，其特征在于所述的高溫箱受控于溫度控制器，并設(shè)置在拉力試驗(yàn)機(jī)的上夾 頭和下夾頭之間；所述的專用夾具包括上拉桿和下拉桿，所述的上拉桿上端設(shè)有與拉力試 驗(yàn)機(jī)上夾頭連接的支承座，上拉桿的下端穿入所述的高溫箱，端部設(shè)有一個試樣連接件，所 述的下拉桿的下端與拉力試驗(yàn)機(jī)的下夾頭連接，上端穿入所述的高溫箱，頂部設(shè)有一個試 樣連接頭。本發(fā)明的裝置，在“機(jī)械負(fù)載+恒定高溫+長時間，，這三個條件下測試，模擬電力 器材的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，獲得電力器材在高溫承載條件下的強(qiáng)度損失率(與常溫下強(qiáng)度進(jìn)行 對比)，為耐高溫電力器材提供相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)。本發(fā)明裝置可以將被測試樣加載到12 600kN之間的任一載荷，加溫到室溫 200°C之間的任一溫度，并穩(wěn)定地保持載荷在400小時以上，在載荷保持階段結(jié)束后可繼續(xù) 加載直至試樣破壞，獲得被測電力器材在一定溫度、一定載荷和一定保持時間后的破壞強(qiáng)度。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的上拉桿和試樣連接件之間可脫卸連接。所述的 下拉桿和試樣連接頭之間可脫卸連接。根據(jù)不同類型的試樣，可以方便地更換試樣連接件 和試樣連接頭。
作為本發(fā)明的再進(jìn)一步改進(jìn)，所述的上拉桿通過一個調(diào)心球與所述的支承座的內(nèi) 側(cè)球面槽可調(diào)配合。上述調(diào)心球和支承座之間的球面配合結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒁粚υ囼?yàn)力自動調(diào)整 成同軸，以減少試驗(yàn)力不同軸對試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響。作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述的載荷保持控制系統(tǒng)與一個液壓油冷卻系統(tǒng)相 連。由于試驗(yàn)機(jī)在工作時，其壓強(qiáng)傳遞介質(zhì)(液壓油)需在高壓下不斷流動，而且受到電機(jī)、 齒輪泵等工作時散發(fā)熱量的影響，液壓油在長時間循環(huán)工作時(長時間載荷保持狀態(tài))，其 溫度會不斷升高。為此，本發(fā)明引入了液壓油冷卻系統(tǒng)。將載荷保持控制系統(tǒng)的油缸側(cè)面 一端靠近底部的位置和油缸側(cè)面另一端頂部位置開兩個孔，前者連接冷卻系統(tǒng)的進(jìn)油口， 后者連接冷卻系統(tǒng)的出油口。液壓油不斷地通過冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱交換達(dá)到降溫目的，使本 發(fā)明裝置在長時間工作時保證油溫的穩(wěn)定，進(jìn)一步提高了測試系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是本發(fā)明裝置在工作時各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系框圖。
圖3是載荷保持系統(tǒng)構(gòu)架框圖。
圖4是高溫箱2的安裝示意圖。
圖5是試驗(yàn)機(jī)、高溫箱和專用夾具的裝配示意圖。
圖6是專用夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是上拉桿組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是上拉桿組件的裝配示意圖。
圖9是下拉桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，包括控 制計(jì)算機(jī)4、高溫箱2、電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)1、載荷保持控制系統(tǒng)7、液壓油冷卻系統(tǒng)8和電 力器材破壞載荷測試專用夾具3，所述的高溫箱2設(shè)置在拉力試驗(yàn)機(jī)1的上夾頭9和下夾頭 10之間。參照圖2，在高溫箱內(nèi)設(shè)有一個固定的溫度傳感器和10個可活動的溫度傳感器。 所述的10個可活動的溫度傳感器用于測量空間范圍內(nèi)和試樣不同部位的溫度值，用以判 斷被測試樣的各個部分是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)定溫度。所述的溫度傳感器感應(yīng)的信號通過溫度采 集器輸出給控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理。所述的固定溫度傳感器用來感應(yīng)箱內(nèi)溫度，并將 信號輸出給溫度控制器，由溫度控制器控制高溫箱的箱內(nèi)溫度在一定的范圍內(nèi)。溫度控制 器采用可編程控制，可以分段設(shè)置升溫速率和溫度保持時間，即可實(shí)現(xiàn)溫度的梯度升高和 循環(huán)。完成測試所需的載荷由電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)提供。為了保證試驗(yàn)機(jī)能夠在長時 間、高載荷條件下的穩(wěn)定工作，本發(fā)明引入了液壓油冷卻系統(tǒng)8。所述的液壓油冷卻系統(tǒng)8 和載荷保持控制系統(tǒng)7的油路聯(lián)通，而載荷保持控制系統(tǒng)7與電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)1油路 聯(lián)通，這樣，液壓油不斷地通過冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱交換達(dá)到降溫目的。參照圖3，電力器材的高溫承載性能測試過程中需要對試樣施加一恒定載荷，并保持這一載荷將超過400小時，上述條件由載荷保持系統(tǒng)提供。本發(fā)明中的載荷保持系統(tǒng)由 位移傳感器、拉力傳感器和計(jì)算機(jī)控制載荷動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)組成。由位移傳感器測量試樣的 形狀變化，由拉力傳感器感知試樣的載荷波動，將這兩者的變化同時輸入計(jì)算機(jī)中的載荷 動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出補(bǔ)償信號至電液伺服閥，通過電液伺服閥控制壓力 油缸的進(jìn)油量大小，從而實(shí)現(xiàn)載荷的實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償和穩(wěn)定。參照圖4，高溫箱2架設(shè)在可調(diào)節(jié)高度的支架上，并在支架上可進(jìn)行前后移動，使 箱體可以適應(yīng)不同形狀的試樣和夾具。所述的支架包括垂直導(dǎo)軌18和橫向懸臂17，所述高 溫箱2設(shè)置在所述的橫向懸臂17的支板16上，橫向懸臂17上還設(shè)有限位塊15。所述的垂 直導(dǎo)軌18固定在地面上，橫向懸臂17可以沿垂直導(dǎo)軌18上下移動，在調(diào)整到位后由固定 件19鎖定。所述的高溫箱2頂部和底部開設(shè)有供專用夾具3穿越的通孔14。參照圖5和圖6，所述的專用夾具3包括上拉桿12和下拉桿13。所述的上拉桿12 上端設(shè)有支承座11，與拉力試驗(yàn)機(jī)的上夾頭9連接。上拉桿12的下端穿入高溫箱2，端部 設(shè)有一個連接件22，用于連接試樣26。所述的下拉桿13的下端與拉力試驗(yàn)機(jī)的下夾頭10 連接，上端穿入高溫箱2，頂部設(shè)有一個連接頭M，用于固定試樣26。參照圖7、圖8，本發(fā)明的上拉桿12上端設(shè)有支承座11，所述支承座11通過兩側(cè)的 楔面與試驗(yàn)機(jī)上夾頭9的楔面貼合，支承座11上開設(shè)有供上拉桿12穿越的中心孔和球面 槽23，在所述球面槽23放置一個調(diào)心球21，調(diào)心球21的下表面也為與支承座球面槽23相 等曲率的球面，使調(diào)心球21和支承座的球面槽23貼合。參照圖8，上拉桿組件的裝配過程 如下將上拉桿12穿過調(diào)心球21和支承座11，在上拉桿12上端旋入螺母20，螺母20的一 個端面與調(diào)心球21上表面貼合。試驗(yàn)時，要求試驗(yàn)機(jī)加載在試樣上的一對拉力方向相反、大小相等，在上拉桿12 下端受到偏離豎直向下的力時，上拉桿12將通過調(diào)心球21與支撐面之間的滑動，使上夾頭 9施加載荷的方向能隨著下夾頭10做微小的偏離而自動調(diào)整?？梢?，上述調(diào)心球21和支承 座11之間的球面配合結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒁粚υ囼?yàn)力自動調(diào)整成同軸，以減少試驗(yàn)力不同軸對試 驗(yàn)結(jié)果帶來的影響。本發(fā)明所述的調(diào)心球21是一個相對廣義的概念，可以是全球體或半球體，也可以 是任何比率的球面，只要在底部具有部分球面，能夠與支承座11形成轉(zhuǎn)動配合即可。在本 實(shí)施例中采用的是半球面結(jié)構(gòu)。最好，所述的調(diào)心球21的上表面為平面，以便與螺母更好 地配合。另一個更為簡單的實(shí)施方式，所述的調(diào)心球21通過焊接或螺紋連接直接與所述 的上拉桿12固定，或者兩者一體化成形，也能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)整同軸的功能。而且，可以省掉 一個固定螺母，且裝配也更為簡單。參照圖7，所述的上拉桿12下端通過螺紋與連接件22連接。所述的連接件22的 形狀根據(jù)不同的試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本實(shí)施例中，試樣26為懸垂線夾，連接件22為方形 框體狀夾具。將框體22與懸垂線夾沈接觸部分的框體表面輪廓機(jī)加工成與懸垂線夾底部內(nèi)表 面緊密貼合，使施加在懸垂線夾內(nèi)表面的為均布載荷而非集中應(yīng)力，與懸垂線夾26的實(shí)際 工作情況相吻合。同時將原先與懸垂線夾配套的U型掛板替換成下拉桿，大大簡化了在裝 夾時的裝配過程。且原先通過U型掛板連接下拉桿時，U型掛板只能經(jīng)受單次測試，無法重
5復(fù)使用，采用一體式下拉桿時，將下拉桿上端設(shè)計(jì)成具有足夠的受力支承面，可反復(fù)使用而 不變形，同時將下拉桿下端設(shè)計(jì)成圓柱形，可將其直接夾持在試驗(yàn)機(jī)的下夾頭10上。操作實(shí)例將本發(fā)明的裝置用于測試鑄造鋁合金懸垂線夾電力器材的一種，用于在鐵塔上懸 掛導(dǎo)線的高溫承載性能時，首先將懸垂線夾的其他附件拆下，只將本體進(jìn)行測試。按照圖6 所示進(jìn)行裝配和連接，將上拉桿12與框體22通過螺紋連接，將懸垂線夾沈內(nèi)表面與框體 22下部貼合，將下拉桿13通過螺栓25與懸垂線夾的兩個掛耳27相連。上拉桿12的下半 部、框體22、懸垂線夾沈和下拉桿13的上半部全部納入高溫箱2內(nèi)，上下拉桿通過高溫箱 的上下兩個面上直徑為Φ50πιπι的通孔與試驗(yàn)機(jī)1的上下夾頭9、10連接。待裝夾完畢后， 將高溫箱上下通孔與拉桿之間的間隙用石棉封堵，并且關(guān)閉高溫箱的門。分別啟動計(jì)算機(jī)和試驗(yàn)控制程序，高溫箱溫度控制系統(tǒng)和高溫箱內(nèi)的10路溫度 傳感器，試驗(yàn)機(jī)電源和伺服開關(guān)。在高溫箱控制系統(tǒng)面板上設(shè)定試驗(yàn)所需保持溫度為200°C 和保持時間為101小時。在試驗(yàn)控制程序中編寫試樣加載程序，如可設(shè)定試驗(yàn)機(jī)首先采用 10mm/min的夾頭分離速度，在載荷達(dá)到5kN時，以2mm/min位移速度加載，并在載荷達(dá)到 50kN時停止加載，使載荷一直保持在50kN并持續(xù)100小時，在100小時后，繼續(xù)加載直至試 樣破壞，程序?qū)⒆詣佑涗浽嚇雨P(guān)于“位移-載荷”和“時間-載荷”的曲線，得到懸垂線夾在 200°C高溫下，持續(xù)承受50kN載荷100小時后，其破壞強(qiáng)度的值。通過對懸垂線夾在常溫下 和高溫承載后的破壞強(qiáng)度對比，得到懸垂線夾在高溫承載試驗(yàn)后的強(qiáng)度損失率，預(yù)測鑄造 鋁合金懸垂線夾在與耐高溫導(dǎo)線配套后的安全使用壽命。參照圖9，本發(fā)明的另一種實(shí)施方式。所述的上拉桿12下端的試樣連接件22為倒 U形結(jié)構(gòu)，所述的下拉桿13上端的連接頭M SU形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)夾具，用于測試連接金 具類電力器材，如U型掛環(huán)和聯(lián)板。圖9中的試樣26為U型掛環(huán)，倒U形連接件22和U形 連接頭M的開口方向垂直。上拉桿的倒U形連接件22通過螺栓觀與U型掛環(huán)的掛耳相 連，下拉桿的U形連接頭M通過螺栓25與U型掛環(huán)的環(huán)體相連。圖10中的試樣沈?yàn)槁?lián)板，倒U形連接件22和U形連接頭M的開口方向一致。上 拉桿的倒U形連接件22通過螺栓28與聯(lián)板的一端相連，下拉桿的U形連接頭M通過螺栓 25與聯(lián)板的的另一端相連。由于上拉桿12可轉(zhuǎn)動，因此，更換試樣時無須更換夾具，只要調(diào) 整上下拉桿之間的角度就行了。上拉桿12和試樣連接件22采用可脫卸連接，可較為方便地更換夾具。如將測試 懸垂線夾用的框體夾具旋下，裝上用于測試聯(lián)板的U形夾具即可。應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何 不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，包括控制計(jì)算機(jī)、高溫 箱O)、電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)(1)、載荷保持控制系統(tǒng)(7)和試樣專用夾具(3)，其特征在 于所述的高溫箱⑵受控于溫度控制器，并設(shè)置在拉力試驗(yàn)機(jī)⑴的上夾頭(9)和下夾頭 (10)之間；所述的專用夾具C3)包括上拉桿(1 和下拉桿(13)，所述的上拉桿(12)上 端設(shè)有與拉力試驗(yàn)機(jī)上夾頭(9)連接的支承座(11)，上拉桿(1 的下端穿入所述的高溫 箱O)，端部設(shè)有一個試樣連接件(22)，所述的下拉桿(1 的下端與拉力試驗(yàn)機(jī)的下夾頭 (10)連接，上端穿入所述的高溫箱O)，頂部設(shè)有一個試樣連接頭04)。
2.如權(quán)利要求1所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的上拉桿(12)和試樣連接件02)之間可脫卸連接。
3.如權(quán)利要求1所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的下拉桿(13)和試樣連接頭04)之間可脫卸連接。
4.如權(quán)利要求1所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的上拉桿(1 通過一個調(diào)心球與所述的支承座(11)的內(nèi)側(cè)球面槽03)可 調(diào)配合。
5.如權(quán)利要求1所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的上拉桿(12)的試樣連接件02)為方形框體狀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的上拉桿(12)的試樣連接件02)為倒U形結(jié)構(gòu)，所述的下拉桿(13)的試樣連接 頭04)為U形結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試 裝置，其特征在于還設(shè)有液壓油冷卻系統(tǒng)(8)，所述的液壓油冷卻系統(tǒng)( 與所述的載荷保 持控制系統(tǒng)(7)的油路聯(lián)通。
8.如權(quán)利要求7所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的高溫箱內(nèi)設(shè)有一組可活動的溫度傳感器，所述的溫度傳感器通過溫度采集 器與控制計(jì)算機(jī)相連。
9.如權(quán)利要求8所述的輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，其特征 在于所述的高溫箱( 架設(shè)在一個可調(diào)節(jié)高度的支架上，并在支架上可進(jìn)行前后移動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸電線路鋁及鋁合金電力器材高溫承載性能測試裝置，包括控制計(jì)算機(jī)、高溫箱、電液伺服拉力試驗(yàn)機(jī)、載荷保持控制系統(tǒng)和試樣專用夾具，所述的高溫箱受控于溫度控制器，并設(shè)置在拉力試驗(yàn)機(jī)的上夾頭和下夾頭之間；所述的專用夾具包括上拉桿和下拉桿，所述的上拉桿上端設(shè)有與拉力試驗(yàn)機(jī)上夾頭連接的支承座，上拉桿的下端穿入所述的高溫箱，端部設(shè)有一個試樣連接件，所述的下拉桿的下端與拉力試驗(yàn)機(jī)的下夾頭連接，上端穿入所述的高溫箱，頂部設(shè)有試樣連接頭。本發(fā)明能滿足在高溫下對試樣進(jìn)行長時間加載測試，模擬電力器材的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，獲得電力器材在高溫承載條件下的強(qiáng)度損失率，為耐高溫電力器材提供相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)。
文檔編號G01N3/18GK102062713SQ20101058245
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者余虹云, 俞敏波, 李國勇, 李 瑞, 王梁 申請人:浙江華電器材檢測研究所