CN109540693A - 变电材料弯扭疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变电材料性能试验设备技术领域，是一种变电材料弯扭疲劳试验机，其包括底座、加载装置和扭转头。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过加载装置、第一丝杠螺母机构、转盘、第一驱动机构、拉力负荷传感器和扭矩传感器的配合使用，实现了在同一个试验机上，转动转盘或水平移动扭转头，能够对各种尺寸的变电站绝缘子及金具进行常规的弯曲强度、扭转强度试验，又可以开展疲劳试验，可模拟变电站绝缘子及金具的工作状态，从而实现对变电站绝缘子及金具的性能评估，对于风区变电站材料性能评估尤为重要。

Description

变电材料弯扭疲劳试验机

技术领域

本发明涉及变电材料性能试验设备技术领域，是一种变电材料弯扭疲劳试验机。

背景技术

瓷绝缘子是变电站的重要设备，起着电气绝缘和机械支撑的重要作用。在强电磁环境、长期机械载荷及恶劣气象条件等因素综合作用下，瓷绝缘子的机电性能将显著下降，加之产品可能存在的质量问题，容易导致断裂事故发生，产品的质量问题主要是瓷绝缘子存在缺陷（如裂纹）或者瓷绝缘子的强度（主要是弯曲强度与扭转强度）不够。所以国家标准“绝缘子试验方法”中规定了：瓷和玻璃绝缘子必须进行机械强度试验，这些机械试验包括：拉伸、压缩、弯曲及扭转等试验。这些机械试验综合反映了绝缘子在变电站所承受的各种机械强度要求，另外通过这些试验整体检验了瓷件生产、胶装等工艺质量是否符合要求。

高压支柱瓷绝缘子支撑的设备包括隔离开关、母线、引线等，在整个由引线、母线及设备与绝缘子相连的受力体系中，绝缘子的抗弯，抗扭强度得到了重视，但在风区的长期大风导致的支柱绝缘子低周疲劳损伤缺越来越多，所以研究及评估瓷绝缘子的弯曲疲劳强度就显得尤为重要。

变电金具的母线金具，起到了固定、支持、连接母线的作用，其所能承受的机械载荷与所安装的高压支柱绝缘子要求相配合，尤其下引线与管母连接的T型金具，在引下线张力的作用下，将承受较大的弯曲载荷，另外管母伸缩金具，不仅承受弯曲载荷，还承受扭转载荷，尤其变电站位于大风区，下引线由于持续强风作用导致的管母相连金具将承受较大的弯曲、扭转疲劳载荷。近几年我国西北大风区，多个超、特高压变电站发生管母相连的金具断裂事故，究其原因是这些金具局部抗弯抗扭能力不足，所以在这些金具安装使用前，对其进行相应的弯曲、扭转试验，以及风荷载引起的疲劳试验是十分必要的。

变电站用的瓷绝缘子及金具，其拉伸、压缩试验在万能试验机上配上合适的夹具即可完成，但是绝缘子和金具弯、扭试验，尤其弯曲疲劳试验无法实现。当前未有在同一个试验机上实现变电材料（绝缘子及金具）常规弯、扭试验，又能进行弯曲疲劳试验的试验装置，从而无法实现对变电站绝缘子及金具的性能评估。

发明内容

本发明提供了一种变电材料弯扭疲劳试验机，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前不能在同一试验机开展弯曲强度试验、扭转强度试验和疲劳试验的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种变电材料弯扭疲劳试验机，包括底座、加载装置和扭转头，在底座上沿圆周固定有至少两根立柱，在立柱顶部之间通过第一支架固定有动力输出端竖直朝下的第一驱动机构，第一驱动机构的动力输出端固定有能使加载装置上下移动的第一丝杠螺母机构，在第一丝杠螺母机构上固定有拉力负荷传感器以及能使扭转头左右移动的加载装置，在立柱之间的底座上固定有转盘，在底座内固定有能使转盘转动的第二驱动机构；在扭转头上固定安装有扭矩传感器。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述第一丝杠螺母机构包括第一丝杠和配合安装在第一丝杠上的第一螺母，第一螺母安装在第一丝杠上，第一丝杠与第一驱动机构的动力输出端固定连接，在第一螺母上通过第二支架固定有加载装置，在第一丝杠两侧的底座上固定有能防止第一螺母转动的第一导向装置，第一导向装置包括位于第一丝杠左右两侧的左竖向轨道和右竖向轨道，第一螺母左右两侧分别通过卡块卡装在左竖向轨道和右竖向轨道内。

上述加载装置包括第一伺服电机和第二丝杠螺母机构，在第二支架上的左侧固定安装有拉力负荷传感器和第一伺服电机，第二丝杠螺母机构包括第二丝杠和配合安装在第二丝杠上的第二螺母，第二螺母安装在第二丝杠上，第一伺服电机右侧的动力输出端与第二丝杠左端固定连接，在第二丝杠两侧的第二支架上固定有能防止第二螺母转动的第二导向装置，第二导向装置包括位于第二丝杠前后的前横向轨道和后横向轨道，第二螺母前后两侧分别通过卡块卡装在前横向轨道和后横向轨道内；第二螺母的前端通过H形板与扭转头固定连接，扭转头与H形板的中间横板固定安装在一起，在H形板的后侧固定有背板，背板后侧与第二螺母前侧固定在一起。

上述扭转头的顶部设置有第一螺纹孔，在H形板的中间横板上设置有与第一螺纹孔对应的第一螺纹配合孔，扭转头顶部与H形板的中间横板通过第一螺纹孔、第一螺纹配合孔和紧固件固定安装在一起，在扭转头的底端设置有开口朝下的“十”字形安装槽；在转盘的底端设置有与第二驱动机构动力输出轴配合的动力输入端，第二驱动机构动力输出轴与转盘的的动力输入端固定安装，在转盘的外沿沿圆周分布有用于与底座固定连接的连接螺纹孔，在连接螺纹孔内侧的转盘上设置有第一连接螺纹孔。

上述还包括上转盘，在上转盘的顶面设置有与“十”字形安装槽对应的肋板，上转盘通过肋板固定安装在“十”字形安装槽内，在上转盘上设置有用于与试样顶部固定连接的第二连接螺纹孔。

上述还包括用于夹持管母金具的管母金具夹具，管母金具夹具包括固定金具上夹具和固定金具下夹具，固定金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板，倒U形夹板前后贯通，在倒U形夹板的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽内的卡装立板；固定金具下夹具包括固定底板和固定立板，固定立板的底端与固定底板的顶端固定，固定底板上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔对应的第一连接孔，在固定立板上分布有用于与试样下部固定连接的第二连接孔。

上述还包括用于夹持T形金具的T形金具夹具，T形金具夹具包括T形金具上夹具和T形金具下夹具，T形金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板，倒U形夹板前后贯通，在倒U形夹板的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽内的卡装立板；T形金具下夹具包括底盘和连接横板，在底盘上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔对应的第三连接孔，连接横板通过连接板固定在底盘上，在连接横板上分布有用于与试样下部固定连接的第四连接孔。

上述底座上设置有包围立柱的防护网；或/和，第一驱动机构为减速电机，第二驱动机构为第二伺服电机。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过加载装置、第一丝杠螺母机构、转盘、第一驱动机构、拉力负荷传感器和扭矩传感器的配合使用，实现了在同一个试验机上，转动转盘或水平移动扭转头，能够对各种尺寸的变电站绝缘子及金具进行常规的弯曲强度、扭转强度试验，又可以开展疲劳试验，可模拟变电站绝缘子及金具的工作状态，从而实现对变电站绝缘子及金具的性能评估，对于风区变电站材料性能评估尤为重要。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视结构示意图。

附图2为扭转头与H形板固定连接的立体结构示意图。

附图3为上转盘的立体结构示意图。

附图4为转盘的立体结构示意图。

附图5为管母金具夹具的立体结构示意图。

附图6为T形管母金具夹具的立体结构示意图。

附图中的编码分别为：1为底座，2为加载装置，3为扭转头，4为立柱，5为转盘，6为第一丝杠，7为左竖向轨道，8为右竖向轨道，9为H形板，10为中间横板，11为背板，12为“十”字形安装槽，13为连接螺纹孔，14为第一连接螺纹孔，15为肋板，16为第二连接螺纹孔，17为倒U形夹板，18为卡装立板，19为固定底板，20为固定立板，21为第一连接孔，22为第二连接孔，23为底盘，24为连接横板，25为第三连接孔，26为连接板，27为第四连接孔，28为防护网，29为减速电机，30为控制柜，31为第二伺服电机,32为凹槽。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该变电材料弯扭疲劳试验机包括底座1、加载装置2和扭转头3，在底座1上沿圆周固定有至少两根立柱4，在立柱4顶部之间通过第一支架固定有动力输出端竖直朝下的第一驱动机构，第一驱动机构的动力输出端固定有能使加载装置2上下移动的第一丝杠螺母机构，在第一丝杠螺母机构上固定有拉力负荷传感器以及能使扭转头3左右移动的加载装置2，在立柱4之间的底座1上固定有转盘5，在底座1内固定有能使转盘5转动的第二驱动机构；在扭转头3上固定安装有扭矩传感器。

本试验机使用时，将绝缘子或金具固定在转盘5与扭转头3之间，通过加载装置2、第一丝杠螺母机构、转盘5、第一驱动机构、拉力负荷传感器和扭矩传感器的配合使用，实现了在同一个试验机上，转动转盘5或水平移动扭转头3，能够对各种尺寸的变电站绝缘子及金具进行常规的弯曲强度、扭转强度试验，又可以开展疲劳试验，可模拟变电站绝缘子及金具的工作状态，从而实现对变电站绝缘子及金具的性能评估，对于风区变电站材料性能评估尤为重要。

可根据实际需要，对上述变电材料弯扭疲劳试验机作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，第一丝杠螺母机构包括第一丝杠6和配合安装在第一丝杠6上的第一螺母，第一螺母安装在第一丝杠6上，第一丝杠6与第一驱动机构的动力输出端固定连接，在第一螺母上通过第二支架固定有加载装置2，在第一丝杠6两侧的底座1上固定有能防止第一螺母转动的第一导向装置，第一导向装置包括位于第一丝杠6左右两侧的左竖向轨道7和右竖向轨道8，第一螺母左右两侧分别通过卡块卡装在左竖向轨道7和右竖向轨道8内。

第一驱动机构驱动第一丝杠6转动，通过控制第一驱动机构，控制第一丝杠6的正反转，由于第一螺母左右两侧被卡在左竖向轨道7和右竖向轨道8内，所以第一螺母不会发生转动，而只能上下移动；通过控制第一螺母的上下移动，来控制加载装置2的上下移动，以适应不同高度试样的试验要求。

如附图1、2所示，加载装置2包括第一伺服电机和第二丝杠螺母机构，在第二支架上的左侧固定安装有拉力负荷传感器和第一伺服电机，第二丝杠螺母机构包括第二丝杠和配合安装在第二丝杠上的第二螺母，第二螺母安装在第二丝杠上，第一伺服电机右侧的动力输出端与第二丝杠左端固定连接，在第二丝杠两侧的第二支架上固定有能防止第二螺母转动的第二导向装置，第二导向装置包括位于第二丝杠前后的前横向轨道和后横向轨道，第二螺母前后两侧分别通过卡块卡装在前横向轨道和后横向轨道内；第二螺母的前端通过H形板9与扭转头3固定连接，扭转头3与H形板9的中间横板10固定安装在一起，在H形板9的后侧固定有背板11，背板11后侧与第二螺母前侧固定在一起。

第一伺服电机驱动第二丝杠转动，通过控制第一伺服电机正反转，控制第一丝杠6的正反转，由于第二螺母前后两侧被卡在前横向轨道和后横向轨道内，所以第二螺母不会发生转动，而只能左右移动；通过控制第二螺母的左右移动，来控制旋转头的左右移动，以向试样施加不同弯力。

如附图1、2、4所示，扭转头3的顶部设置有第一螺纹孔，在H形板9的中间横板10上设置有与第一螺纹孔对应的第一螺纹配合孔，扭转头3顶部与H形板9的中间横板10通过第一螺纹孔、第一螺纹配合孔和紧固件固定安装在一起，在扭转头3的底端设置有开口朝下的“十”字形安装槽12；在转盘5的底端设置有与第二驱动机构动力输出轴配合的动力输入端，第二驱动机构动力输出轴与转盘5的的动力输入端固定安装，在转盘5的外沿沿圆周分布有用于与底座1固定连接的连接螺纹孔13，在连接螺纹孔13内侧的转盘5上设置有第一连接螺纹孔14。

转盘5上可开有“米”字形的凹槽32，用于固定试样或夹具。紧固件为常规紧固件，如螺栓和螺母。

如附图3所示，还包括上转盘，在上转盘的顶面设置有与“十”字形安装槽12对应的肋板15，上转盘通过肋板15固定安装在“十”字形安装槽12内，在上转盘上设置有用于与试样顶部固定连接的第二连接螺纹孔16。

对于绝缘子，其上部通过上转盘与扭转头3连接：上转盘通过螺栓和第二连接螺纹孔16连接在绝缘子上部，然后肋板15卡入扭转头3的“十”字形安装槽12内，绝缘子下部通过螺栓固定在转盘5的第一连接螺纹孔14内，转动转盘5或水平移动扭转头3，实现对绝缘子施加扭矩或弯矩，进行绝缘子弯曲、扭转、疲劳试验。

如附图5所示，还包括用于夹持管母金具的管母金具夹具，管母金具夹具包括固定金具上夹具和固定金具下夹具，固定金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板17，倒U形夹板17前后贯通，在倒U形夹板17的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽12内的卡装立板18；固定金具下夹具包括固定底板19和固定立板20，固定立板20的底端与固定底板19的顶端固定，固定底板19上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔14对应的第一连接孔21，在固定立板20上分布有用于与试样下部固定连接的第二连接孔22。

管母金具夹具用于将管母金具连接于扭转头3与转盘5之间：管母金具的上端插入倒U形夹板17的倒U形槽内，固定金具上夹具顶部的卡装立板18插入扭转头3的“十”字形安装槽12内，固定底板19通过在第一连接孔21与转盘5的第一连接螺纹孔14内安装螺栓固定连接，管母金具的下部的螺纹孔与固定立板20的第二连接孔22通过螺栓固定连接，完成管母金具的安装。转动转盘5或水平移动扭转头3，实现对管母金具施加扭矩或弯矩，进行管母金具弯曲、扭转、疲劳试验。

如附图6所示，还包括用于夹持T形金具的T形金具夹具，T形金具夹具包括T形金具上夹具和T形金具下夹具，T形金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板17，倒U形夹板17前后贯通，在倒U形夹板17的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽12内的卡装立板18；T形金具下夹具包括底盘23和连接横板24，在底盘23上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔14对应的第三连接孔25，连接横板24通过连接板26固定在底盘23上，在连接横板24上分布有用于与试样下部固定连接的第四连接孔27。

形金具夹具用于将T形金具连接于扭转头3与转盘5之间：T形金具实际为倒T形，即T形金具的竖直段插入倒U形夹板17的倒U形槽内，T形金具上夹具顶部的卡装立板18插入扭转头3的“十”字形安装槽12内，底盘23通过在第三连接孔25与转盘5的第一连接螺纹孔14内安装螺栓固定连接，T形金具的横向段上的螺纹孔与连接横板24的第四连接孔27通过通过螺栓固定连接，完成T形金具的安装。转动转盘5或水平移动扭转头3，实现对T形金具施加扭矩或弯矩，进行T形金具弯曲、扭转、疲劳试验。

如附图1所示，在底座1上设置有包围立柱4的防护网28；或/和，第一驱动机构为减速电机29，第二驱动机构为第二伺服电机31。

正面的防护网28为活动式的，可供开合装取试样。采用计算机控制第一伺服电机、第二伺服电机31，对试验力、变形量、角度进行多种模式的自动控制完成试件的弯曲和扭转以及弯曲疲劳测试。

减速电机29、第一伺服电机、第二伺服电机31可与控制柜30电连接。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的使用过程：

弯曲强度试验：安装好试样后，启动第一伺服电机，带动H形板9水平左右移动，即带动扭转头3左右移动，通过扭转头3的左右移动向试样施加弯力，检试样的弯曲强度。

扭转强度试验：安装好试样后，启动第二伺服电机31，带动转盘5发生转动，向试样施加扭转力，检试样的扭转强度。

疲劳试验：对试样施加往复作用的弯曲力或扭转力，保持往复的弯曲力和扭转角度一致，经过一段时间的往复运动，检试样的抗疲劳性能。

Claims (8)

1.一种变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于包括底座、加载装置和扭转头，在底座上沿圆周固定有至少两根立柱，在立柱顶部之间通过第一支架固定有动力输出端竖直朝下的第一驱动机构，第一驱动机构的动力输出端固定有能使加载装置上下移动的第一丝杠螺母机构，在第一丝杠螺母机构上固定有拉力负荷传感器以及能使扭转头左右移动的加载装置，在立柱之间的底座上固定有转盘，在底座内固定有能使转盘转动的第二驱动机构；在扭转头上固定安装有扭矩传感器。

2.根据权利要求1所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于第一丝杠螺母机构包括第一丝杠和配合安装在第一丝杠上的第一螺母，第一螺母安装在第一丝杠上，第一丝杠与第一驱动机构的动力输出端固定连接，在第一螺母上通过第二支架固定有加载装置，在第一丝杠两侧的底座上固定有能防止第一螺母转动的第一导向装置，第一导向装置包括位于第一丝杠左右两侧的左竖向轨道和右竖向轨道，第一螺母左右两侧分别通过卡块卡装在左竖向轨道和右竖向轨道内。

3.根据权利要求2所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于加载装置包括第一伺服电机和第二丝杠螺母机构，在第二支架上的左侧固定安装有拉力负荷传感器和第一伺服电机，第二丝杠螺母机构包括第二丝杠和配合安装在第二丝杠上的第二螺母，第二螺母安装在第二丝杠上，第一伺服电机右侧的动力输出端与第二丝杠左端固定连接，在第二丝杠两侧的第二支架上固定有能防止第二螺母转动的第二导向装置，第二导向装置包括位于第二丝杠前后的前横向轨道和后横向轨道，第二螺母前后两侧分别通过卡块卡装在前横向轨道和后横向轨道内；第二螺母的前端通过H形板与扭转头固定连接，扭转头与H形板的中间横板固定安装在一起，在H形板的后侧固定有背板，背板后侧与第二螺母前侧固定在一起。

4.根据权利要求3所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于扭转头的顶部设置有第一螺纹孔，在H形板的中间横板上设置有与第一螺纹孔对应的第一螺纹配合孔，扭转头顶部与H形板的中间横板通过第一螺纹孔、第一螺纹配合孔和紧固件固定安装在一起，在扭转头的底端设置有开口朝下的“十”字形安装槽；在转盘的底端设置有与第二驱动机构动力输出轴配合的动力输入端，第二驱动机构动力输出轴与转盘的的动力输入端固定安装，在转盘的外沿沿圆周分布有用于与底座固定连接的连接螺纹孔，在连接螺纹孔内侧的转盘上设置有第一连接螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于还包括上转盘，在上转盘的顶面设置有与“十”字形安装槽对应的肋板，上转盘通过肋板固定安装在“十”字形安装槽内，在上转盘上设置有用于与试样顶部固定连接的第二连接螺纹孔。

6.根据权利要求4所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于还包括用于夹持管母金具的管母金具夹具，管母金具夹具包括固定金具上夹具和固定金具下夹具，固定金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板，倒U形夹板前后贯通，在倒U形夹板的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽内的卡装立板；固定金具下夹具包括固定底板和固定立板，固定立板的底端与固定底板的顶端固定，固定底板上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔对应的第一连接孔，在固定立板上分布有用于与试样下部固定连接的第二连接孔。

7.根据权利要求4所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于还包括用于夹持T形金具的T形金具夹具，T形金具夹具包括T形金具上夹具和T形金具下夹具，T形金具上夹具为开口朝下的倒U形夹板，倒U形夹板前后贯通，在倒U形夹板的顶部设置有能固定安装在“十”字形安装槽内的卡装立板；T形金具下夹具包括底盘和连接横板，在底盘上沿圆周分布有与第一连接螺纹孔对应的第三连接孔，连接横板通过连接板固定在底盘上，在连接横板上分布有用于与试样下部固定连接的第四连接孔。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的变电材料弯扭疲劳试验机，其特征在于底座上设置有包围立柱的防护网；或/和，第一驱动机构为减速电机，第二驱动机构为第二伺服电机。