專利名稱：壓接復(fù)合電絕緣子的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種高、中或低電壓用復(fù)合電絕緣子的壓接技術(shù)(crimping)。
復(fù)合絕緣子包括一結(jié)構(gòu)堅固的常常由玻璃纖維制做的核心或棒，一組電絕緣裙部(insulating shed)，以及兩個壓接在該電絕緣子的暴露端上的金屬的端接頭。按照該絕緣子的特定規(guī)范(SML＝規(guī)定的機械負荷)，該絕緣組件，因而壓接的接合處必須能經(jīng)受張力。
復(fù)合絕緣子的主要故障類型都是在壓接過程中在該金屬的端接頭內(nèi)玻璃纖維棒的開裂。在這過程中，利用一液壓機沿徑向?qū)⒛＞呦蛟撔陌敉茐?。在該工作行程中間，該模具對該金屬的端接頭的四周進行壓接。這種壓接作用將該鋼的制件擠壓在該玻璃纖維棒上，同時使該鋼的制件永久變形。由于玻璃纖維的特殊材料特性，這樣的一個玻璃纖維棒在其縱向上具有很大的結(jié)構(gòu)強度，但在其徑向上的結(jié)構(gòu)強度卻是有限的。
在壓接過程中，當(dāng)由于過分壓接在該玻璃纖維棒中引起的壓應(yīng)力在橫向上超過該棒的耐壓強度時，就會出現(xiàn)開裂。而且，還可能由于該鋼制端接頭的鉆孔表面粗糙而引起應(yīng)力集中。在壓接過程中這些應(yīng)力集中可使該玻璃纖維棒發(fā)生故障，因而導(dǎo)致在該玻璃纖維棒與該端接頭之間的機械耦連變?nèi)酢?br> 在整個工業(yè)界檢測裂隙的傳統(tǒng)方法是聲學(xué)檢測法，也就是，利用一些適當(dāng)?shù)穆晫W(xué)監(jiān)測器和放大器檢測壓接過程中當(dāng)裂紋出現(xiàn)時的裂紋噪音。但是已經(jīng)表明，這種聲學(xué)監(jiān)測的方法是難于使用的。實際上，該監(jiān)測常常限于一些臨時的樣品而不是整個生產(chǎn)過程，結(jié)果使一些不合格的連接被漏檢。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高度可靠性的監(jiān)測金屬端接頭在棒上的壓接質(zhì)量的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種經(jīng)濟而容易使用的監(jiān)測金屬的端接頭在棒上的壓接質(zhì)量的方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種能監(jiān)測金屬的端接頭壓接在棒，如玻璃纖維棒上的壓接質(zhì)量的壓接裝置。
因此，利用具有壓接夾片(crimping jaw)的壓接裝置將金屬的端接頭壓接在一電絕緣子的電絕緣心棒上的監(jiān)測方法按本發(fā)明具有下列特征●在壓接過程中可測量由該壓接夾片所施加到該端接頭上的力和/或壓力，●在壓接過程中可測量該壓接夾片所行進的距離。
●可對不隨距離的增加而增大的力/或壓力進行檢測。
這樣本發(fā)明就可提供一種新穎的檢測方法，它可檢測在該壓接操作過程中由開裂或基質(zhì)損壞(matrix failure)所引起的心棒故障，它利用了力和/或壓力傳感器來監(jiān)測和預(yù)報心棒的開裂。與由聲學(xué)檢測方法提供的間接顯示相反，通過利用力和/或壓力傳感器就可實現(xiàn)纖維玻璃棒中應(yīng)力的直接顯示。而且，該檢測在壓接操作過程中是作為連續(xù)過程進行的，因而可使用在整個生產(chǎn)過程中，這樣就提供了更大的可靠性。另一優(yōu)點是，當(dāng)檢測到嚴(yán)重的開裂時可立即將該絕緣子廢棄，這樣就節(jié)省了另外的工序。
利用傳感器來監(jiān)測壓接過程是很熟悉的，如象用來監(jiān)測將電連接端子壓接在電線上。例如，歐洲專利申請EP 0,460,441就公開了一種用來測定將電連接端子壓接在電線上時的電連接質(zhì)量的方法。該電連接的質(zhì)量可通過收集力和位移的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較的方法來監(jiān)測。這里并不存在在具有脆性結(jié)構(gòu)的心棒，如玻璃纖維棒上的壓接。而且，想要達到的目的是使該受監(jiān)測的壓接過程能提供一良好的電連接，而該機械連接的質(zhì)量和抗張能力則只是第二重要的。
歐洲專利申請EP 0,397,434也公開了一種監(jiān)測電連接端子壓接在金屬線上的方法，因而解決了一些與本發(fā)明不同的問題。一類似的監(jiān)測在電線上的壓接質(zhì)量的方法被公開于美國專利US 5,168,736中。這些文獻沒有一篇提出過涉及將端接頭壓接在電絕緣子的玻璃纖維棒上的有關(guān)問題。
在本發(fā)明的方法中，可對施加的力與行進的距離的比率和/或施加的壓力與行進的距離的比率進行計算，任何這樣的比率變化都可用來檢測基本不隨距離增加而增加的力或壓力。做為選擇，也可說，另外可以使該施加的力與行進的距離和/或施加的壓力與行進的距離顯示出來，以便能對施加的力和/或施加的壓力不隨行進距離的增加而增加的情況進行目視檢測。
雖然本發(fā)明是通過一個利用行進距離來監(jiān)測壓接過程的實施例來說明的，但還可測量壓接過程所用的時間來代替行進距離，或除了行進距離外還測量上述時間。當(dāng)利用所用時間來作變量時，最好檢測在某一時段內(nèi)施加的力或壓力的減小。
如上所述，本發(fā)明可提供一新的、優(yōu)越性能的控制方法，它能用來檢測在壓接過程中玻璃纖維棒的故障情況。把這種技術(shù)結(jié)合到壓接機中將改善該絕緣子的機械特性質(zhì)的量保證。因此，本發(fā)明還提供了一壓接裝置，它具有一些壓接夾片用來將金屬的端接頭壓接在一電絕緣子的電絕緣心棒上，該壓接裝置的特征是，力和/或壓力傳感器與該夾片相連以便能監(jiān)測壓接操作的進展，從而通過測量該夾片施加到正被壓接的端接頭上的力和/或壓力與該夾片行進的距離來檢測過壓接(over-crimping)。
有利的是，上述的一些傳感器都是安放在固定于夾片上的壓接模具中。這就只需要對該模具進行改變，而不是改變夾片。在一優(yōu)選實施例中，該模具由一些固定的母模和一些可互換的壓接模組成，該傳感器就安放在這些母模中。這就可保證這些傳感器是在該壓接裝置中，而不管使用的具體的壓接模具如何。此外，由于不需要提供帶有傳感器的一些單個的可互換的壓接模具，所以在本實施例中需要的只是一單個的傳感器或傳感器組。
本發(fā)明將借助附圖作進一步的描述，其中

圖1用局部剖面的方式示意地表示出一絕緣子，它具有一心棒和兩個壓接上的端接頭。
圖2a和2b用部分截面的方式示意地表示出一按照本發(fā)明的壓接裝置；圖3a和3b示意地表示出在壓接過程中力與距離的關(guān)系曲線；圖4a和4b示意地表示出在壓接過程中力與時間的關(guān)系曲線；用圖1的例子表示的電絕緣子裝置1包括一用電絕緣材料，如象玻璃纖維做的電絕緣心棒2。在棒2的兩端裝有金屬的端接頭3。在該兩端接頭3之間的棒長被具有一些裙部5的套筒4所包圍。該套筒4最好是用聚合材料制作而且可用冷縮配合方法套在該心棒2上。
通過在壓接區(qū)域6壓接該接頭的方法，將該端接頭3固定在該心棒2上，將借助圖2a和2b對此作進一步的說明。采用壓接該端接頭的方法，就可使用最少數(shù)的零件。但是，發(fā)現(xiàn)該壓接過程卻可以使該心棒中出現(xiàn)一些裂縫，這就導(dǎo)致該絕緣子的抗張能力的嚴(yán)重下降。
如圖2a和2b所示意的那樣，一壓接裝置可以包括一些壓接夾片11。在本例子中該裝置包括8個夾片11，為了清晰起見，只畫出了其中的兩個。不是8個，其它的數(shù)目，如6個也是可行的。在每個夾片11上都安裝有一分立的模具。在所示的實施例中，每個模具都由一母模12和一壓接模13組成。該8個母模12可永久地固定在相應(yīng)的夾片上。各壓接模13都是借助，例如，合適的螺栓(未畫出)可拆卸地和可互換地安裝在母模12上。這些楔形的模具裝置將一絕緣子1包圍起來，準(zhǔn)備將端接頭3壓接在其心棒2上。最初，在心棒2和端接頭3之間有一間隙17。在壓接過程中，上述模具向該絕緣子移動，如圖2b所示，施加一壓力在該端接頭3上以便使它們永久變形并產(chǎn)生一壓配合。
按照本發(fā)明，在壓接機的母模12中放置一力或壓力傳感器15，在所示例子中是放置在270°的取向位置上(0°位置在該裝置的右邊)。該傳感器的輸出信號被送到一放大器(未畫出)中，該放大器將它轉(zhuǎn)變成力的指示信號。上述模具行進的距離可利用眾所周知的位移傳感器或光學(xué)的位移測量裝置來測量。
圖3畫出了該傳感器(探測器)的輸出與模具12和13在徑向上的行進距離的關(guān)系曲線。如果在壓接過程中玻璃纖維棒開裂了，則可用這種信息清楚地指示。
在沒有發(fā)生開裂的正常壓接過程的情形中，力F或壓力P(以垂直軸表示)隨著以水平軸表示的行進距離d的增加而近似地線性增加。這表示在圖3a中。力F(Y-軸)和距離d(X-軸)之間的基本的線性關(guān)系，如圖3中的細輔助線所示，因而就表示一良好的壓接操作。
在心棒開裂的情形，壓接距離就有一瞬時的增加，而施加的力卻沒有變化，如圖3b所示。這種距離的瞬時增加可由在X處的曲線斜率的突然變化清楚表示。在距離dx處，力F并不會增加超過最大力Fx，這就表示在該心棒中出現(xiàn)了開裂。這結(jié)果在壓接過程中可始終用來對開裂心棒和無損心棒進行區(qū)分。
將圖3b的曲線顯現(xiàn)在一顯示屏上就可對破裂進行目視檢測。另外，還通過在預(yù)定時間間隔(例如，每0.1秒)上計算力與距離的比率(尤其是力的增加和距離的增加的比率)來進行機器輔助檢測，在該比率的變化大于預(yù)定的百分比，例如25％或50％時，就會產(chǎn)生一警示信息。對于業(yè)內(nèi)人士來說將會明白，可利用各種技術(shù)來使該檢測過程最優(yōu)化，例如對很多樣品，例如5或10個樣品的比率取平均的方法。
圖4a和4b的曲線圖示出本發(fā)明的另一實施例，這個實施例可用來代替上述實施例，也可和上述實施例一同使用。對于一沒有出現(xiàn)開裂的壓接過程來說，隨時間所施加的力圖示在圖4a中。最初，該力常常以一預(yù)定的速率(等變)隨時間增大。這第一時段用圖4a中的I表示。當(dāng)達到預(yù)定的最大力時，那個力就在用II表示的第二時段保持不變。最后，該力在用III表示的第三時段減小到0。如圖4a所示，該曲線相當(dāng)平滑，在第一時段I具有基本恒定的斜率，而在第二時段II為基本等值的水平線(力)。
對于一確實出現(xiàn)開裂的壓接過程來說，該隨時間所施加的力圖示在圖4b中。該曲線與圖4a的曲線很類似。但是，在時間tx處卻出現(xiàn)了開裂，這就導(dǎo)致了所施加的力的突然減小。在曲線上這點是用X表示的。在所示的例子中，該裂縫和由該傳感器測量的該裂縫所導(dǎo)致的力的減小都在時段II出現(xiàn)。將會明白，裂紋也可在時段I出現(xiàn)。當(dāng)在時段I出現(xiàn)裂紋時，也影響該曲線的斜率。但在本實施例中，檢測的判據(jù)是力的減小而不是沒有增加。它表明了，在實際上，所測量的力的減小是很容易檢測的。
將會明白，圖4a和4b的曲線同樣很適用于壓力和時間的關(guān)系。
從上述將很清楚，標(biāo)準(zhǔn)的壓接機可很容易地通過增加力和/或壓力傳感器來加以改進。因而，本發(fā)明并不需要對現(xiàn)存設(shè)備作費時而或昂貴的改變。
例子通過增加一些監(jiān)測用的力傳感器而改進了一標(biāo)準(zhǔn)的壓接機。
主要的壓接技術(shù)變量，壓接壓力、壓接距離、壓接維持時間以及負荷等變率(load ramp rate)都被確認(rèn)為關(guān)鍵壓接參數(shù)。因此，這些參數(shù)都被選作Taguchi試驗，表1.1的基礎(chǔ)，該試驗的目的是檢驗該機器對于這些參數(shù)的靈敏度。上述試驗還設(shè)計成這樣，使得在一些試驗中將誘發(fā)出壓接連接的故障。在壓接操作過程中，在液壓頭內(nèi)測量的總合壓力、該模具行進的距離、以及在基模中測量的力都被記錄和記載下來。在破壞試驗中，畫出力與伸長的關(guān)系曲線。按預(yù)定的等變率(kN/分)將破壞試驗的負荷一直施加到損壞為止。
表I
壓力-1預(yù)載壓力，在這壓力上，該機器對端接頭進行檢測并開始使壓力線性上升到一規(guī)定的程度。
壓力-2壓接壓力。
等變率施加壓力-2的變化率。
保持時間該壓接壓力(壓力-2)維持的時間。
將上述傳感器(力傳感器)放置在基模(母模)中，從而不必將傳感器安裝到每個單獨的壓接模具組(individual dieset)中。對于該傳感器的位置請參看圖2。共有3個加工過的“母?！庇脕硌b配兩個力傳感器。它們是安放在90°、180°、270°位置上的模具。安裝這兩個傳感器是為了對在該模具前面和后面?zhèn)鬟f給該端接頭的力進行比較。這種改進所用的傳感器和放大器是從KISTLER儀器公司獲得的。
發(fā)現(xiàn)最好是，由于該壓接頭的機械構(gòu)形的原因，該兩力傳感器應(yīng)安放在位于270°的母模中，參看圖2a。
Taguchi試驗在第一批試驗期間，壓接了27個樣品并對每次壓接時的壓接變量都作了記錄。變量信息都收集在表3中。
眼下請注意，該力傳感器還未為讀取力的實際讀數(shù)進行過校準(zhǔn)。但是，它是以庫侖來計數(shù)的并被整理為相對值。
從壓接力與位移的關(guān)系曲線的特征形狀就可預(yù)報在該破壞試驗過程中該絕緣子的故障類型。在破壞試驗過程中的三種故障類型是1.心棒斷裂，2.由于過分壓接而造成的基質(zhì)裂縫，以及3.心棒拉出這時由于損壞，即沒有開裂的損壞，而將心棒從端接頭中撤出。
圖3a和3b圖示出了清楚地未損壞和明顯開裂情形的曲線形狀上的確定差別。
列在下面的結(jié)果概括了編號為X.1、X.2、X.3的試驗結(jié)果和預(yù)報的故障類型，上述編號為對每組條件所進行的三個試驗的編號，而符號A和B是該組合件的兩相反端的標(biāo)記。這些表中的省略符號解釋于下預(yù)報的故障類型的省略符號G-PO好的部分，在負荷＞絕緣子的SML(kN)時，斷裂或拉出。
B在負荷＜絕緣子的SML(kN)時斷裂。
M基質(zhì)開裂。
故障類型的省略符號B由于高拉力負荷引起的斷裂。
PO拉出。
S碎片，由于在孔徑改變時鋒利的邊緣引起的纖維損壞。
R由于鉆孔在孔中造成的凸起對纖維的損壞。
C-B壓接產(chǎn)生的心棒裂縫。
M在壓接過程中的基質(zhì)損壞。
表2
根據(jù)上述的結(jié)果，可以斷定所有使用的壓接壓力都太高，因而可將壓接壓力設(shè)定在93巴上。已被證實，高于55％的等變率會引起較高的壓力變化，因而選擇的最小等變率為30％。壓力-1由機器固定，而且保持時間對最后結(jié)果沒有明顯的影響，因而選擇了最短的保持時間，同時要注意過程時間。
設(shè)定壓力-1＝9巴設(shè)定壓力-2＝93巴保持時間＝4秒P/t ＝30利用上述參數(shù)，作了15次試驗來對F-D的理論進行驗證，該理論被當(dāng)做似乎合理的故障檢測判據(jù)。
表3
業(yè)內(nèi)人士將會明白，該實施例和上述的例子都只是通過例子提供的，因而可進行很多的添加和改變而并不偏離由附錄的權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種對于利用具有壓接夾片(11)的壓接裝置(10)將金屬端接頭(3)壓接在一電絕緣子(1)的電絕緣心棒(2)上的檢測方法，其特征在于●在壓接過程中測量由該壓接夾片(11)施加到該端接頭(3)上的力如/或壓力，●在壓接過程中測量該壓接夾片(11)所行進的距離?！駥Σ浑S距離的增加而增大的力/或壓力進行檢測。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于可對施加的力與行進的距離的比率和/或施加的壓力與行進的距離的比率進行計算，而且將任何比率的變化用來檢測不隨距離的增加而增大的力/或壓力。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于它將所施加的力與行進的距離和/或所施加的壓力與行進的距離顯示出來，以便能對不隨距離的增加而增大的力/或壓力進行目視檢測。
4.按照前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于測量所用的時間來代替所行進的距離，或除了行進距離外還測量所用的時間。
5.電絕緣子(1)包括一玻璃纖維棒(2)和兩金屬端接頭(3)，利用前述任一權(quán)利要求所述的方法將該端接頭壓接在該棒(2)上。
6.壓接裝置(10)具有一些壓接夾片(11)，用來將金屬端接頭(3)壓接在一電絕緣子(1)的電絕緣心棒(2)上，其特征在于力和/或壓力傳感器(15)與夾片(11)相聯(lián)接，以便能監(jiān)測壓接操作的進展，從而測量由夾片(11)施加在正被壓接的該端接頭(3)上的力和/或壓力及由該夾片行進的距離來檢測過壓接。
7.按照權(quán)利要求6所述的壓接裝置(10)，其特征在于該傳感器(15)被安置于固定在夾片(13)上的壓接模具(12，13)中。
8.按照權(quán)利要求7所述的壓接裝置(10)，其特征在于該模具由固定的母模(12)和可互換的壓接模(13)組成，而該傳感器(15)就安置在這些母模(12)中。
9.按照權(quán)利要求6、7或8所述的壓接裝置(10)，其特征在于它還裝有顯示裝置(19)，用來顯示該傳感器(15)的輸出，以便使操作人員能檢測和/或預(yù)報過壓接，從而避免它。
全文摘要
當(dāng)將金屬端接頭(3)壓接在一高電壓或中電壓的電絕緣子(1)的玻璃纖維棒(2)上時,在該棒中就可能出現(xiàn)裂縫。為了能對裂縫進行早期檢測和預(yù)報,提出了一種監(jiān)測方法,它包括下述步驟:對在壓接過程中由壓接夾片(11)施加在該端接頭(3)上的力和/或壓力進行測量,對壓接過程中該夾片(11)的行進距離進行測量,對力和/或壓力與距離的比率變化進行檢測。利用在該壓接裝置中的力和/或壓力傳感器就能很可靠地對壓接過程進行監(jiān)測。
文檔編號H01B17/32GK1340227SQ00803099
公開日2002年3月13日 申請日期2000年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月26日
發(fā)明者B·麥戈萬, R·卡瓦納 申請人:泰科電子英國有限公司