CN112721231A - 一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法 - Google Patents

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薛浩
李培启
唐鹏轩
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Abstract

本发明公开了一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，具体包括以下步骤：把金属模具安装在缠绕机上，安装完成后在金属模具表面涂脱膜剂；启动缠绕机，采用玻璃纤维α角度螺旋结合环向湿法缠绕在金属模具上缠绕成铺层结构，铺层结构的铺层角度为[(±α)m/900 2]n；m为螺旋缠绕层数，环向缠绕层数选择x,n为重复单元，α为缠绕角；缠绕完全后，将带有铺层结构的金属模具送入固化炉进行固化处理；固化完全后，对铺层结构外表面进行打磨加工处理，得到设计尺寸的高刚度绝缘臂；其通过α角度螺旋缠绕的设计、α角度螺旋缠绕的层数和环向缠绕的层数比例，在截面尺寸一定的情况下，使绝缘臂的抗弯刚度最优。

Description

一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法
技术领域
本发明涉及高刚度绝缘臂领域，具体涉及一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法。
背景技术
绝缘型高空作业车在电力系统带电作作业领域得到了广泛的应用，其绝缘臂多采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制备，缠绕成圆柱型或矩形截面结构，具有重量轻、机械强度高、绝缘性能好，憎水性强等优点。伸缩绝缘臂在高空作业车中使用最为广泛，然而随着伸缩绝缘臂的长度越来越长，受到的弯曲载荷、扭转载荷越来越大，为了保证伸缩的平稳，伸缩臂的变形必须控制在合理范围之内，对绝缘臂的抗弯刚度提出了更高的要求。
绝缘臂的截面大小往往受到限制，通过环向、轴向合理的铺层设计提高矩形截面的抗弯刚度(EI)变得非常关键。尽量采用小角度螺旋缠绕，虽然可以有效提高轴向材料的弹性模量(E)，但是此时矩形梁环向模量低，随着弯曲过程中变形程度的增加，由于截面扁化效应，截面逐渐变椭并导致惯性矩(I)显著降低，因此，抗弯刚度EI并不是小角度螺旋缠绕越多越好，必须对小角度螺旋缠绕的角度、小角度螺旋缠绕的层数和环向缠绕的层数比例进行合理设计。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其通过α角度螺旋缠绕角度的设计、螺旋缠绕的层数和环向缠绕的层数比例，在截面尺寸一定的情况下，使绝缘臂的抗弯刚度最优。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，具体包括以下步骤：
1)把金属模具安装在缠绕机上，安装完成后在金属模具表面涂脱膜剂；
2)启动缠绕机，采用玻璃纤维α角度螺旋结合环向湿法缠绕在金属模具上缠绕成铺层结构，铺层结构的铺层角度为[(±α)m/90°2]n；m为螺旋缠绕层数，环向缠绕层数选择x,n为重复单元，α为缠绕角；
3)缠绕完全后，将带有铺层结构的金属模具送入固化炉进行固化处理；
4)固化完全后，对铺层结构外表面进行打磨加工处理，得到设计尺寸的高刚度绝缘臂。
优选地，步骤2)中，按绝缘臂设计的厚度计算重复单元n，按绝缘臂设计的刚度要求确定缠绕角α和螺旋缠绕层数m；
优选地，步骤2)中，螺旋缠绕层数m取值范围3～5，环向缠绕层数选择(3～5)：1，缠绕角α取值范围5°～15°。
优选地，步骤2)中，铺层结构的横截面为圆柱型或矩形。
优选地，步骤2)中，铺层结构采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制备。
优选地，步骤2)中，玻璃纤维的质量在铺层结构含量比重为60％～78％。
本发明的有益效果在于：本发明制备的绝缘臂，通过螺旋α角度的控制、环向铺层和轴向铺层的合理比例设计，在截面尺寸相同的情况下，提高了其抗弯刚度，制品伸缩过程中变形小、运动平稳，提高了机构的稳定性和安全性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，针对长度6.6m，高×宽＝300×250mm的绝缘臂为例，铺层结构的制备方法包括以下步骤：
1)把金属模具安装在缠绕机上，安装完成后在金属模具表面涂脱膜剂；
2)启动缠绕机，采用玻璃纤维α角度螺旋结合环向湿法缠绕在金属模具上缠绕成铺层结构，铺层结构的铺层角度为[(±α)m/90°2]n；铺层结构的横截面为圆柱型或矩形；铺层结构采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制备；玻璃纤维的质量在铺层结构含量比重为60％～78％；
按绝缘臂设计的厚度计算重复单元n＝4，按绝缘臂设计的刚度要求确定缠绕角α＝12°和螺旋缠绕层数m＝4；
由此得出铺层结构的铺层角度为[(±12°)4/90°2]4；
3)缠绕完全后，将带有铺层结构的金属模具送入固化炉进行固化处理，经过凝胶、固化、后固化、冷却、脱膜处理；
4)固化完全后，将铺层结构外表面进行加工到壁厚18mm，得到所述高刚度绝缘臂铺层结构。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)把金属模具安装在缠绕机上，安装完成后在金属模具表面涂脱膜剂；
2)启动缠绕机，采用玻璃纤维α角度螺旋结合环向湿法缠绕在金属模具上缠绕成铺层结构，铺层结构的铺层角度为[(±α)m/90°2]n；m为螺旋缠绕层数，环向缠绕层数选择x,n为重复单元，α为缠绕角；
3)缠绕完全后，将带有铺层结构的金属模具送入固化炉进行固化处理；
4)固化完全后，对铺层结构外表面进行打磨加工处理，得到设计尺寸的高刚度绝缘臂。
2.如权利要求1所述的一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，按绝缘臂设计的厚度计算重复单元n，按绝缘臂设计的刚度要求确定缠绕角α和螺旋缠绕层数m。
3.如权利要求2所述的一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，螺旋缠绕层数m取值范围3～5，环向缠绕层数选择(3～5)：1，缠绕角α取值范围5°～15°。
4.如权利要求1所述的一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，铺层结构的横截面为圆柱型或矩形。
5.如权利要求1所述的一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，铺层结构采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制备。
6.如权利要求1所述的一种高刚度绝缘臂铺层结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，玻璃纤维质量占铺层结构含量比重为60％～78％。
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