CN104200939A - 压接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压接系统，用于压接绝缘子芯棒与金具，所述压接系统包括：多个压模，围绕圆心设置，用于径向移动挤压所述金具；压模驱动装置，用于驱动所述压模径向移动；压力检测装置，与所述压模驱动装置连接，用于检测所述压模施加的压力；位移检测装置，用于检测所述压模的径向位移；工控计算机，分别连接所述压模驱动装置，压力检测装置和位移检测装置，用于根据所述位移检测装置检测获得的压模的径向位移控制压模驱动装置以预定位移步长分步挤压所述金具，直至所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值。本发明可以保证压接的压力符合安装要求，同时提高压接效率。

Description

压接系统

技术领域

本发明涉及高压绝缘子安装技术，具体涉及用于压接绝缘子芯棒和金具的压接系统。

背景技术

用于电气化铁路的车顶用支柱绝缘子起着支撑受电弓及高压开关并使其与接地的车体相互绝缘的作用，其标称工作电压为25kV。这种绝缘子需要有很高的机械强度和超长的爬电距离，目前普遍使用玻璃纤维树脂芯棒与硅橡胶外套的复合绝缘结构。

芯棒两端需要安装金具使绝缘子能紧固在车顶及受电弓和高压开关上。目前，安装金具的方法有粘接、楔接、螺纹、压接等，以压接法用得较为普遍。

在进行压接时，将芯棒置入金具的圆柱内孔，通过油压机的压模向金具的外圆柱面施加径向压力，使空心金具的圆柱壳体发生塑性变形，填充芯棒与圆柱内孔之间的空隙，然后还需要继续增加压力，一方面使金具继续塑性形变，另一方面使芯棒发生弹性形变。压缩过程终结后金具和芯棒材料回弹，金具与芯棒的接触面保持着足够的接触压力，保证使用时芯棒不会从金具脱出。压接时施加的压力大小需要人工调控，如果压力过小，芯棒会在使用过程中脱出；如果压力过大，芯棒会在压接过程中被局部或全部压碎。由于影响的因素多，人工操作时难以施加最优压力，同时压接效率较低。

发明内容

有鉴于此，提供一种压接系统，用于压接绝缘子芯棒和金具，其可以根据系统采集的参数控制施加的压力，并保证压接的压力符合安装要求，同时提高压接效率。

所述压接系统包括：

多个压模，围绕圆心设置，用于径向移动挤压所述金具；

压模驱动装置，用于驱动所述压模径向移动；

压力检测装置，与所述压模驱动装置连接，用于检测所述压模施加的压力；

位移检测装置，用于检测所述压模的径向位移；

工控计算机，分别连接所述压模驱动装置，压力检测装置和位移检测装置，用于根据所述位移检测装置检测获得的压模的径向位移控制压模驱动装置以预定位移步长分步挤压所述金具，直至所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值。

优选地，所述压接系统还包括温度检测装置，用于检测所述绝缘子芯棒和金具的表面温度；

所述工控计算机根据所述表面温度确定对应的所述预定阈值。

优选地，所述压模驱动装置包括：

数字变频器，与所述工控计算机连接，用于控制电动油泵；

用于根据所述数字变频器控制向油缸注入工质油驱动油缸移动；

油缸，与所述压模连接，接收电动油泵驱动径向移动。

优选地，所述压力检测装置为数字油压计。

优选地，所述压接系统还包括数字卡尺，用于测量所述金具的外径；

所述工控计算机在开始挤压所述金具前根据所述金具的外径控制所述压模驱动装置驱动压模移动到与所述金具接触。

优选地，所述预定位移步长为0.01毫米。

优选地，所述工控计算机在所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值后，控制压模驱动装置保持当前状态预定时间后再卸压。

通过设置压力检测装置和位移检测装置，以预定步长分步挤压金具进行压接操作，并根据压力检测装置反馈的压应力确定压接结束点，可以保证压接的压力符合安装要求，同时提高压接效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明的压接系统的系统框图。

附图标记：

1：压模；2：压模驱动装置；21：数字变频器；22：电动油泵；23油缸；3：压力检测装置；4：位移检测装置；5：工控计算机；6：金具；7：芯棒；8：温度检测装置；9：数字卡尺

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明的压接系统的系统框图。如图1所示，压接系统包括多个压模1、压模驱动装置2、压力检测装置3、位移检测装置4和工控计算机5。

其中多个压模1围绕一预定圆心设置，用于径向移动挤空心圆柱形的金具6。由此，压模1可以对圆柱形的金具6以及容纳在金具6的空心壳体中的芯棒7挤压，进行压接操作。

压模驱动装置2用于驱动所述压模径向移动。

在一个优选的实施方式中，压模驱动装置采用由油泵驱动的液压驱动系统。其中，压模驱动装置2包括数字变频器21、电动油泵22和油缸23。

数字变频器21与工控计算机5连接，用于根据工控计算机5的指令控制电动油泵。

电动油泵22通过向油缸23注入工质油驱动油缸移动。

多个油缸23分别与对应的压模1连接，其接收电动油泵22所注入的工质油的驱动径向移动，带动压模1移动进行挤压操作。

当然，本领域技术人员容易理解，压模驱动装置2也可以采用其它类型的液压系统或者采用电动系统替代。

压力检测装置3与压模驱动装置2连接，用于检测压模1施加的压力。

优选地，在压模驱动装置2为油泵驱动的液压系统时，压力检测装置3可以采用数字油压计，其通过检测油缸23中的油压获得压模施加的压应力或油缸中工质油的压强，基于压强换算获得压模施加的压应力。

位移检测装置4用于检测所述压模的径向位移，其优选为数字位移计。位移检测装置4将压模的径向位移实时传送给工控计算机5，工控计算机据此判断压模的移动是否满足预定要求。

工控计算机5分别连接压模驱动装置2，压力检测装置3和位移检测装置4，其接收压力检测装置3数据的压力数据以及位移检测装置4输入的压模位移数据，输出控制指令控制压模驱动装置2进行挤压动作。具体地，工控计算机5用于根据位移检测装置4检测获得的压模的径向位移控制压模驱动装置2以预定位移步长分步挤压所述金具，直至压力检测装置3检测到压模1施加的压应力达到预定阈值。

优选地，工控计算机5控制压模驱动装置2每次以0.01毫米的步长挤压金具6，在根据位移检测装置的输出检测到压模已经移动一个预定步后后，工控计算机5控制压模驱动装置2暂停挤压，获取压力检测装置3反馈的压模当前被施加的压应力，如果压应力没有达到预定阈值，则控制压模驱动装置2再次以0.01毫米的步长挤压金具6。重复以上过程，直至压力检测装置3检测到压模1施加的压应力达到预定阈值。

上述预定阈值为根据芯棒材料以及金具材料的力学特性预先设定的压应力阈值，其既可以保证芯棒不会由于压应力过大而损坏，又保证芯棒和金具之间具有足够的压应力提供附着力，防止两者分离。保证压接操作中压应力的优化。同时，自动化程度高，提高压接效率。

优选地，所述预定阈值基于芯棒材料最大弹性形变应力的80％以及金具形变的法向应力的和设定。

优选地，由于芯棒材料和金具材料的力学特性与温度存在相关性，因此，可以针对不同的温度或温度范围设定不同预定阈值。在该优选实施方式中，压接系统还包括温度检测装置8，其可以具体为数字红外测温仪，其检测绝缘子芯棒7和金具6的表面温度，并将检测获得的表面温度传输给工控计算机5。工控计算机5根据表面温度确定对应的所述预定阈值。由此，可以实现压接的强度和质量不受温度影响。

在一个优选的实施方式中，压接系统还包括数字卡尺9，其与工控计算机5连接，用于测量金具6的外径。

工控计算机5在开始挤压金具6前根据金具6的外径控制压模驱动装置2驱动压模1移动到与金具接触的位置，也即，控制使得压模的内径等于测量获得的金具6的外径。

由此，可以快速使得压模就位，进一步提高压接效率。

工控计算机5在所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值后，控制压模驱动装置保持当前状态预定时间后再卸压。由此，可以保证压接效果。优选地，保持压应力10秒后再缓慢卸压。

在本发明的一个实例中，工控计算机5采用研华IPC-610H型工控计算机，其带有RS232和RS485接口板。

压力检测装置3采用西安高创SP100型数字油压表，其量程上限为60MPa，可以通过RS485接口与工控计算机5连接。

数字卡尺9可以采用美国Hexsagon公司的Standardgage数字卡尺，其可以通过RS232接口与工控计算机5连接。

温度检测装置8可以采用山东八方CGHW1-400HL型红外测温传感器，其通过RS485接口与工控计算机5连接。

位移检测装置4可以采用上海达拉斯公司生产的ACR-LDS320型激光位移计，其通过RS232或RS422接口与工控计算机5连接。

压模驱动装置2的数控变频器21可以采用ABB公司的ACS800型数字变频器，其可以通过RS232接口与工控计算机5连接。

在本实例中，金具材料为304不锈钢，杨氏模量186GPa，泊松比0.29，屈服点230MPa，剪切模量78GPa，内孔直径60mm，外圆直径70mm，压模轴向长30mm。芯棒材料为环氧树脂玻璃纤维引拔棒，标称直径60mm，杨氏模量3GPa，泊松比0.3，弹性极限应力60MPa。

在前面几个位移步长的挤压过程中，金具压接部位的材料首先发生塑性形变，形变的金属填充金具与芯棒之间的空隙。在本实例中，数据表明，只要在金具外圆周表面持续保持37MPa以上的法向应力，这一过程会一直进行，直至金属填充到金具与芯棒外圆之间使两个表面紧密接触为止。在37MPa的压力下，这一过程会自然中止，表现为压头不再前进。这一过程发生在金具与树脂棒之间0mm～0.3mm的配合间隙。在以后的位移步，继续增加压力对金具和芯棒进行径向压缩，压缩的目的是得到芯棒反弹对金具产生的压应力，通过此压应力产生金具与芯棒的摩擦力，从而得到金具的附着力。压缩芯棒时需要限制增加的压应力不超过64MPa，以免造成芯棒损坏。因此，在本示例中，实施时对应的总压应力不应超过37MPa+64MPa＝101MPa。

在本实例中，实际使用的工艺压力为78MPa，对芯棒来说足够安全。在78MPa下金具和树脂棒的压缩量为5.2mm。卸压瞬间，由于金具的弹性模量远大于树脂，金具首先卸压，发生回弹，回弹量为0.12mm。树脂棒的形变量仍有0.4mm。对金具产生拉伸作用。产生的内圆周法向应力为31.4MPa，外圆周法向应力27MPa。金具的径向形变为0.08mm，其中塑性形变量与总形变量之比为10％，可以认为基本是弹性形变。芯棒继续卸压，使金具直径略为扩张，直到芯棒回弹力与金具的应力相等。树脂棒回弹力达到23.5MPa，回弹量0.31mm。考虑温升产生的形变，60K引起的形变量为0.04mm。60K温升时相对形变为0.27mm。芯棒的压应力为21MPa。金具与芯棒的附着力为23.7kN，满足产品标准不低于16kN的要求。

由此，本发明实施例通过设置压力检测装置和位移检测装置，以预定步长分步挤压金具进行压接操作，并根据压力检测装置反馈的压应力确定压接结束点，可以保证压接的压力符合安装要求，同时提高压接效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压接系统，用于压接绝缘子芯棒与金具，所述压接系统包括：

多个压模，围绕圆心设置，用于径向移动挤压所述金具；

压模驱动装置，用于驱动所述压模径向移动；

压力检测装置，与所述压模驱动装置连接，用于检测所述压模施加的压力；

位移检测装置，用于检测所述压模的径向位移；

工控计算机，分别连接所述压模驱动装置，压力检测装置和位移检测装置，用于根据所述位移检测装置检测获得的压模的径向位移控制压模驱动装置以预定位移步长分步挤压所述金具，直至所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值。

2.根据权利要求1所述的压接系统，其特征在于，所述压接系统还包括温度检测装置，用于检测所述绝缘子芯棒和金具的表面温度；

所述工控计算机根据所述表面温度确定对应的所述预定阈值。

3.根据权利要求1所述的压接系统，其特征在于，所述压模驱动装置包括：

数字变频器，与所述工控计算机连接，用于控制电动油泵；

电动油泵，用于根据所述数字变频器控制向油缸注入工质油驱动油缸移动；

油缸，与所述压模连接，接收所述电动油泵注入的工质油驱动径向移动。

4.根据权利要求3所述的压接系统，其特征在于，所述压力检测装置为数字油压计。

5.根据权利要求1所述的压接系统，其特征在于，所述压接系统还包括数字卡尺，用于测量所述金具的外径；

所述工控计算机在开始挤压所述金具前根据所述金具的外径控制所述压模驱动装置驱动压模移动到与所述金具接触。

6.根据权利要求1所述的压接系统，其特征在于，所述预定位移步长为0.01毫米。

7.根据权利要求1所述的压接系统，其特征在于，所述工控计算机在所述压力检测装置检测到所述压模施加的压应力达到预定阈值后，控制压模驱动装置保持当前状态预定时间后再卸压。