CN104677756A - 复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统及其方法，所述系统包括首尾依次连接联接机构、拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构；所述拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构分别与测控系统连接；所述静动态载荷联合加载机构和扭转加载机构分别与基座连接。本系统通过测控系统在复合绝缘子一端施加沿其轴向的静态拉力和频率可调的动态拉力、在复合绝缘子的另一端施加频率可调的扭转拉力；为复合绝缘子在静态载荷、动态拉伸振动载荷和扭转载荷综合作用下的疲劳特性研究建立试验条件。

Description

复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统及其方法

技术领域：

本发明涉及一种高压输变电领域的试验系统，具体讲涉及一种复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统及其方法。

背景技术：

在高压输变电领域，线路绝缘子两端通过专用的连接金具与架空输电线路和铁塔分别连接，并在架空输电线路与铁塔二者之间起绝缘作用。受导线重力的影响，线路绝缘子会承受沿其轴向的拉力，而在一定条件下，这个拉力可能存在时大时小的变化，此外线路绝缘子还可能会受到正、反两个方向交变的扭转力的作用。复合绝缘子是一种常用的线路绝缘子，其主要承载力的部件是由玻璃纤维和环氧材料复合而成的芯棒通过压接的方式提供整体的机械强度。交变的拉力和扭转力均有可能造成复合绝缘子的蠕变，从而降低复合绝缘子的机械可靠性。

现有的复合绝缘子疲劳特性试验大多在导线微风振动试验平台上进行，或在传统拉力试验机上简单改造后进行。前者在试验过程中，几乎不存在扭转载荷，并且沿绝缘子轴向拉力的变化幅度也较小；后者受原有试验系统的限制，只能实现频率较低（不超过1赫兹或仅有几赫兹）的疲劳试验，并且试验程序一旦确定，则振动频率不可调节，因此完成一组疲劳试验的时间漫长。

本发明提出的试验系统使测试对象在原有轴向拉力方向上形成交变的拉伸载荷，同时使复合绝缘子的两端再受到正、反两个方向交变的扭转力的作用，从而使测试对象本身或在连接部位出现疲劳，并且该振动频率可在试验过程中随时调节。

发明内容：

本发明的目的是提供一种复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统及其方法，本发明为复合绝缘子在静态载荷、动态拉伸振动载荷和扭转载荷综合作用下的疲劳特性研究建立试验条件。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述系统包括首尾依次的连接联接机构、拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构；所述拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构分别与测控系统连接；所述静动态载荷联合加载机构和扭转加载机构分别与基座连接。

本发明提供的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述联接机构为两个，两个所述联接机构分别水平或者垂直设置在试件的两侧，所述联接机构包括连接金具和过渡机构。

本发明提供的另一优选的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述静动态载荷联合加载机构包括复合动作缸，所述复合动作缸包括静态加载油缸和动态加载油缸。

本发明提供的再一优选的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述扭转加载机构包括依次连接的转桶、曲柄和扭转加载油缸。

本发明提供的又一优选的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述冷却系统包括冷却机组；所述冷却机组通过循环方式控制油缸中液压油油温。

本发明提供的又一优选的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述测控系统包括上位机、交换机、通过交换机与所述上位机连接的振动控制模块和通过交换机与所述上位机连接的扭转控制模块，所述振动控制模块包括CPU、与CPU相连的D/A转换器和与CPU相连的A/D转化器；所述D/A转换器为2个，其中一个所述D/A转换器与所述静态加载油缸连接，另一个所述D/A转换器依次通过放大器、电液伺服阀和电磁换向阀与所述动态加载油缸连接，所述动态加载油缸通过位移传感器与所述A/D转换器连接；所述A/D转换器还与所述拉力传感器连接。

本发明提供的又一优选的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述扭转控制模块包括CPU1、与CPU1相连的D/A转换器1和与CPU1相连的A/D转化器1；所述D/A转换器1依次通过放大器1、电液伺服阀1和转向轴与所述扭转加载油缸连接，所述扭转加载油缸通过位移传感器和压力传感器与所述A/D转化器1连接。

本发明提供的所述试验系统的试验方法，

（1）通过测控系统在复合绝缘子一端施加沿其轴向的静态拉力；

（2）通过测控系统在所述复合绝缘子一端施加频率可调的动态拉力；

（3）通过测试系统在复合绝缘子的另一端施加频率可调的扭转拉力。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案有以下优异效果：

1、本发明中通过测控系统、利用电液伺服阀和电磁换向阀的转换能力，实现在复合绝缘子已经施加静态载荷的基础上，叠加频率可调拉伸振动负荷，同时在叠加频率可调的正、反两个方向交变的扭转载荷，从而大幅削减研究线路复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳特性试验时间；

2、本发明中静态拉伸载荷、动态拉压振动载荷、扭转载荷可单独作用，或共同作用，或分别叠加，满足试验测试的多样性；

3、本发明采用这种试验方法可在更短的时间内，完成高压输电领域线路复合绝缘子及与之配套的连接金具在静态载荷、动态拉伸振动载荷和扭转载荷共同叠加下的疲劳特性分析。

附图说明

图1为本发明的试验系统示意图；

图2为本发明静动态载荷联合加载机构示意图；

图3为是本发明中扭转加载机构示意图；

图4为本发明中冷却系统示意图；

图5为本发明中测控系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-5所示，本例的发明的试验系统包括首尾依次连接的联接机构1、测试对象、联接机构2、拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构；所述拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构分别与测控系统连接；所述静动态载荷联合加载机构和扭转加载机构分别与基座连接。在本发明中，基座为安装联接机构，测试对象，拉力传感器，静动态载荷联合加载机构提供了载体，可提供单路或多路试验回路。当采用多路结构时，可进行多只试品的并行试验，从而进一步减少试验周期，并可以开展试验结果的分散性分析。

在本发明中，两个所述联接机构可采用水平或直立方向布置，主要由连接金具、过渡机构等部件组成，用于安装不同类型的测试对象，分别布置在测试对象的两侧；所述测试对象为各种类型的线路绝缘子和电站电器复合绝缘子及与之配套的连接金具。所述测试对象的长度：800～1500mm。

所述拉力传感器为试验对象上的测力装置，串联在整个试验系统，拉力测试结果传输至测控系统。

所述静动态载荷联合加载机构包括复合动作缸，所述复合动作缸包括静态加载油缸和动态加载油缸，其中，静态加载由复合作动缸中的静态加载油缸实现，动态加载由复合作动缸中动态加载油缸实现。静动态载荷联合加载机构在测试对象上施加沿轴向的拉伸静态载荷的基础上，再叠加频率可调的动态拉伸载荷，是整个动态拉伸疲劳模拟试验系统的核心部件，主要用于给试验对象施加一定频率的交变振动荷载，通过测控系统的编程将振动频率控制在0Hz～75Hz范围内可调。

冷却系统用于静动态载荷联合加载机构、扭转加载系统中的液压油进行降温，在液压油与冷却系统中的冷却机组之间通过循环的方式使液压油的油温度维持在一个恒定的范围，从而保证整个试验系统性能的稳定。

所述扭转加载机构包括依次连接的转桶、曲柄和扭转加载油缸，可对测试对象施加振动频率可调的正、反两个方向交变的扭转力，并且该振动频率可通过编程控制或在试验过程中随时调节。

所述测控系统包括上位机、交换机、通过交换机与所述上位机连接的振动控制模块和通过交换机与所述上位机连接的扭转控制模块，所述振动控制模块包括CPU、与CPU相连的D/A转换器和与CPU相连的A/D转化器；所述D/A转换器为2个，其中一个所述D/A转换器与所述静态加载油缸连接，另一个所述D/A转换器依次通过放大器、电液伺服阀和电磁换向阀与所述动态加载油缸连接，所述动态加载油缸通过位移传感器与所述A/D转换器连接；所述A/D转换器还与所述拉力传感器连接。

所述扭转控制模块包括CPU1、与所述CPU1相连的D/A转换器1和与所述CPU1相连的A/D转化器1；所述D/A转换器1依次通过放大器1、电液伺服阀1和转向轴与所述扭转加载油缸连接，所述扭转加载油缸通过位移传感器和压力传感器与所述A/D转化器1连接。

所述的试验系统的试验方法为：

（1）通过测控系统在复合绝缘子一端施加沿其轴向的静态拉力；

（2）通过测控系统在所述复合绝缘子一端施加频率可调的动态拉力；

（3）通过测试系统在复合绝缘子的另一端施加频率可调的扭转拉力。

测控系统利用电液伺服阀的快速转换能力，通过电磁换向阀和复合作动缸中的动态加载油缸，在已经施加静态载荷的基础上再在复合绝缘子的一端叠加实现频率从零到几十赫兹的可调动态载荷，并且该振动频率可通过测控系统中的编程控制在0Hz～75Hz，动态载荷控制范围：0kN～10kN；所述静态载荷控制范围：0kN～150kN，并在试验过程中可以随时调节。

测控系统利用电液伺服阀控制转向轴，在复合绝缘子的另一端再进一步叠加实现频率从零到几赫兹的可调扭转载荷，并且该振动频率可通过测控系统中的编程控制在0Hz～2Hz，扭转角度范围为±15°，并在试验过程中可以随时调节。所述测控系统主要用于接收拉力传感器、位移传感器和压力传感器的反馈数据，控制静动态载荷联合加载机构、扭转加载系统和冷却系统的工作状态；控制拉伸振动疲劳试验的拉伸振动频率、试验时间等关键参数，控制扭转加载系统的拉伸振动频率、试验时间等关键参数，并可对各试验参数编程控制或实时调整。所述试验方法中，以上三种载荷同时施加，动态拉伸振动的次数与导线微风振动试验的次数选取一致，而扭转的次数按动态拉伸振动次数的十分之一到二十分之一的范围选取。

采用以上试验系统，完成线路复合绝缘子在静态载荷与拉伸振动载荷和扭转载荷共同作用下的综合疲劳特性研究。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，所述复合绝缘子包括线路复合绝缘子和电站电器复合绝缘子，其特征在于：所述系统包括首尾依次连接的联接机构、拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构；所述拉力传感器、静动态载荷联合加载机构、冷却系统和扭转加载机构分别与测控系统连接；所述静动态载荷联合加载机构和扭转加载机构分别与基座连接。

2.如权利要求1所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述联接机构为两个，两个所述联接机构分别水平或者垂直设置在试件的两侧，所述联接机构包括连接金具和过渡机构。

3.如权利要求2所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述静动态载荷联合加载机构包括复合动作缸，所述复合动作缸包括静态加载油缸和动态加载油缸。

4.如权利要求3所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述扭转加载机构包括依次连接的转桶、曲柄和扭转加载油缸。

5.如权利要求4所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述冷却系统包括冷却机组；所述冷却机组通过循环方式控制油缸中液压油油温。

6.如权利要求5所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述测控系统包括上位机、交换机、通过交换机与所述上位机连接的振动控制模块和通过交换机与所述上位机连接的扭转控制模块，所述振动控制模块包括CPU、与CPU相连的D/A转换器和与CPU相连的A/D转化器；所述D/A转换器为2个，其中一个所述D/A转换器与所述静态加载油缸连接，另一个所述D/A转换器依次通过放大器、电液伺服阀和电磁换向阀与所述动态加载油缸连接，所述动态加载油缸通过位移传感器与所述A/D转换器连接；所述A/D转换器还与所述拉力传感器连接。

7.如权利要求6所述的复合绝缘子拉伸振动及扭转的综合疲劳试验系统，其特征在于：所述扭转控制模块包括CPU1、与CPU1相连的D/A转换器1和与CPU1相连的A/D转化器1；所述D/A转换器1依次通过放大器1、电液伺服阀1和转向轴与所述扭转加载油缸连接，所述扭转加载油缸通过位移传感器和压力传感器与所述A/D转化器1连接。

8.如权利要求1所述的试验系统的试验方法，其特征在于：

（1）通过测控系统在复合绝缘子一端施加沿其轴向的静态拉力；

（2）通过测控系统在所述复合绝缘子一端施加频率可调的动态拉力；

（3）通过测试系统在复合绝缘子的另一端施加频率可调的扭转拉力。