CN1753109A - 一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法及连接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到输电线路上使用合成绝缘子。一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：包括如下步骤：1).将金属锥套管(3)套在芯棒(1)端部；2).将楔环(2)套在芯棒(1)的端部；3).使芯棒(1)和楔环(2)的轴向位置保持固定，金属锥套管(3)沿轴向施加向外拉力(F1)，使金属锥套管(3)在楔环(2)上移动并收紧楔环(2)而将芯棒(1)夹持住；4).外接金具(4)与金属锥套管(3)的外端部螺纹连接。本发明具有连接可靠、具有自锁功能、芯棒受力均匀的特点。
Description
技术领域
本发明属于输配电技术领域，尤其涉及到输电线路上使用合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构、结构的连接方法及连接设备。
背景技术
合成绝缘子主要由芯棒、金具装置、硅橡胶伞套组成，如图1所示，金具装置包括外接金具、楔环、金属锥套管，芯棒两端分别套有金属锥套管，楔环位于金属锥套管与芯棒之间的锥形内腔内，外接金具与金属锥套管的外端部螺纹连接，硅橡胶伞套位于芯棒外。新兴的合成绝缘子因其质轻高强、电性能好、易于维护等优点正逐步替代传统的瓷质绝缘子。如何使高抗拉强度的玻纤环氧芯棒与金具可靠地连接是一个影响输电网安全可靠及经济性运行的重要问题。据中国电力出版社出版的《输电线路绝缘子运行技术手册》介绍，现在国内外使用的主要是两种机械式连接方法，即外楔式和压接式。外楔式是将内腔呈锥形的金属套管(即锥套管)套在芯棒端部，如图4所示，再把三个环形弧形的楔块(如图5所示，三个楔块组成楔环)均匀地插入锥套管与芯棒之间的锥形内腔[芯棒与金属锥套管固定(固定力为F4)，施加向内压力F3]，依靠楔块内表面与芯棒的静摩擦传递荷载，由于楔块的作用，结构存在自锁的特性。压接式是将金属套筒套入芯棒后用专用压接机来施压使套筒局部金属变形夹持住芯棒，不但通过芯棒与金具的静摩擦传递荷载，同时存在芯棒与金具接触界面上金具内表面轮廓峰对芯棒表面的犁削力。目前，以这两种方法完成的连接结构，理论上都存在重要缺陷，金具与芯棒的接触界面上存在数条与芯棒轴线平行的间隙缝，由于芯棒的承力材料玻璃纤维也是呈轴向性的，此间隙缝的存在使部分玻璃纤维不参与承受荷载，不但使芯棒的高抗拉性能得不到充分发挥，而且还造成芯棒的受力极不均匀，影响结构的连接强度和使用寿命。而且外楔式还存在着外楔插入时对芯棒表面材料的损伤的问题，压接式在结构上没有自锁功能，一旦静摩擦力和犁削力减弱，连接结构有破坏解体的可能性。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种连接可靠，具有自锁功能的合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法、连接结构及连接设备。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：包括如下步骤：1).金属锥套管3的内腔为锥形，将金属锥套管3套在芯棒1端部，且金属锥套管3的锥形内腔的大腔端部位于外侧；2).将楔环2套在芯棒1的端部，且使楔环2位于金属锥套管3与芯棒1之间的锥形内腔内，楔环2的大头端位于外侧；3).使芯棒1和楔环2的轴向位置保持固定，金属锥套管3沿轴向施加向外拉力F1，使金属锥套管3在楔环2上移动并收紧楔环2而将芯棒1夹持住；4).外接金具4与金属锥套管3的外端部螺纹连接。
所述的楔环(2)由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配。
在芯棒1和楔环2的界面上涂有粘接剂A，在楔环2和金属锥套管3的界面上涂有润滑剂B。
芯棒1的端面伸出楔环2的外端面5-50毫米。
一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构，它主要由芯棒1、金具装置组成，芯棒1的两端部分别设有金具装置；金具装置主要由楔环2、金属锥套管3、外接金具4组成，金属锥套管3的内腔为锥形，金属锥套管3套在芯棒1端部，且金属锥套管3的锥形内腔的大腔端部位于外侧；楔环2套在芯棒1的端部，且楔环2位于金属锥套管3与芯棒1之间的锥形内腔内，楔环2的大头端位于外侧；外接金具4与金属锥套管3的外端部螺纹连接；其特征是：楔环2由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配；金属锥套管3与芯棒1采用芯棒1和楔环2的轴向位置保持固定，金属锥套管3沿轴向施加向外拉力F1而固定连接。
芯棒1的端面伸出楔环2的外端面5-50毫米。
外接金具4与金属锥套管3之间设有密封垫或密封胶。
一种实现合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法的连接设备，其特征是：它包括左拉力连杆6、拉力机7、右拉力连杆8、夹具11，左拉力连杆6的左端与拉力机7的固定工作头固定连接，左拉力连杆6的右端下方设有左芯棒槽13；右拉力连杆8的右端与拉力机7的移动工作头固定连接，右拉力连杆8的左端下方设有右芯棒槽14；夹具11包括左定位端头5、右定位端头9、固定框架15、液压装置10，固定框架15的左端与左定位端头5的左端螺纹连接，固定框架15的右端固定有液压装置10，液压装置10的液压杆与右定位端头9的右端螺纹连接，左定位端头5的右端部、右定位端头9的左端部分别设有芯棒腔，芯棒腔的直径大芯棒的外径1-2毫米，芯棒腔的深度为5-50毫米，左定位端头5、右定位端头9的外径小于楔环2的最大外径1-2毫米，左定位端头5的芯棒腔、右定位端头9的芯棒腔在同一轴线上，左定位端头5位于左芯棒槽13的左侧，右定位端头9位于右芯棒槽14的右侧。
由于现有的外楔式连接在实用中出现大量连接失效的事故，而技术人员对事故未深入研究而简单判断楔式结构不可靠，所以近五年国内投入大量人力物力引进和研发压接式结构，业界形成对楔式结构不可靠的偏见。本发明采用了楔式的连接结构，由芯棒+楔环+金属锥套管和外接金具构成，通过改变连接方法，达到结构连接的可靠。现有的外楔式的连接方法是固定金属锥套管和芯棒的相对轴向位置后再强行压入楔环，而本发明的拉接式是将楔环和芯棒的相对轴向位置固定后，再拉动金属锥套管来收紧楔环从而夹持住芯棒。这一改变使结构的连接效果发生根本上的改变。因为现有的外楔式连接结构是依靠楔环内表面和芯棒表面间的静摩擦力来承受荷载的，根据修正的阿蒙顿——库仑定律，两种硬度相差较大的界面间静摩擦力与表面正压力和摩擦系数及真实接触内腔表面的粗糙度成正比，而现有的外楔式连接在压入楔环这一过程中，楔环在芯棒表面强行移动，对芯棒表面造成损伤，其真实的接触内腔表面的粗糙度非常小，所以静摩擦力也小，而本发明中由于楔环不在芯棒表面作轴向移动，对芯棒表面无损伤，其真实接触内腔表面粗糙度相当于楔环内表面粗糙度而可以做到较大，静摩擦力也大，其承受荷载能力要优于外楔式，而且本发明不光是依靠静摩擦力来承受载荷，与压接式连接原理一样还存在金具表面轮廓对芯棒的犁削分力，而且在连接尺寸相同的情况下，由于楔环端面位于芯棒端面内5-50mm，楔环边线的作用，特别是在使用异形楔片构成的楔环的情况下，楔环边线的作用使犁削分力要大于无边线作用的压接式连接，所以承受荷载能力要优于压接式连接，本发明的连接可靠性要优于现有的外楔式和压接式。本发明由于采用外楔式的芯棒+楔环+锥套管的连接结构，结构具有自锁的功能，连接的可靠性优于无自锁功能的压接式。本发明采用拉接方法，拉接方法为：使芯棒1和楔环2的轴向位置保持固定，金属锥套管3沿轴向施加向外拉力F1，使金属锥套管3在楔环2上移动并收紧楔环2而将芯棒1夹持住；芯棒受力均匀，楔环不会在芯棒上轴向移动，对芯棒材料无损伤，连接可靠。
本发明由于构成楔环的异形楔片的特征：异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配；使楔环与芯棒的接触界面上的间隙缝不再是与芯棒同轴的单一直线，采用拉接方法后，芯棒表面与楔环的接触好，受力均匀。由于采用拉接方法，楔环不会在芯棒上轴向移动，对芯棒材料无损伤，连接可靠；而且拉接方法能起到压接式的效果，不但楔环与芯棒间的静摩擦承受荷载，而且楔环内表面轮廓峰及楔块的各条边线对芯棒表面产生犁削力，结构的受力是均匀的，能承受更高的荷载，连接可靠。
拉接方法在连接设备上完成，采用拉接方法进行结构连接时的施力方向与结构正常使用时所承受的应力方向一致，所以连接的效果是直观的，可以测量的，连接设备与价格昂贵、结构复杂的压接式设备比较，本发明的成本低。
本发明采用在芯棒1和楔环2的界面上涂有粘接剂A，芯棒1和楔环2连接牢固。在楔环2和金属锥套管3的界面上涂有润滑剂B，金属锥套管3在楔环2上移动快，对金属锥套管3、楔环2无损伤。
本发明采用芯棒1的端面伸出楔环2的外端面5-50毫米，增大楔环2向外的犁削力。
附图说明
图1是现有合成绝缘子的结构示意图
图2是本发明合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构示意图
图3是本发明合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法示意图
图4是现有合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法示意图
图5是现有合成绝缘子的楔块的结构示意图
图6是本发明的第一种异形楔片的结构示意图
图7是本发明的第二种异形楔片的结构示意图
图8是本发明的连接设备的结构示意图
图9是本发明连接设备中的夹具11的结构示意图
图中：1-芯棒，2-楔环，3-金属锥套管，4-外接金具，5-左定位端头，6-左拉力连杆，7-拉力机，8-右拉力连杆，9-右定位端头，10-液压装置，11-夹具，12-移动工作头，13-左芯棒槽，14-右芯棒槽，15-固定框架，16-第一种异形楔片，17-第二种异形楔片，18-硅橡胶伞套，19-金具装置。
具体实施方式
如图3所示，一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，包括如下步骤：1).金属锥套管3的内腔为锥形，将金属锥套管3套在芯棒1端部，且金属锥套管3的锥形内腔的大腔端部位于外侧。2).将楔环2套在芯棒1的端部，且使楔环2位于金属锥套管3与芯棒1之间的锥形内腔内，楔环2的大头端位于外侧；在芯棒1和楔环2的界面上涂有粘接剂A，在楔环2和金属锥套管3的界面上涂有润滑剂B。所述的楔环2由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片为第一种异形楔片16，第一种异形楔片16与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行(如图6所示)。3).使芯棒1和楔环2的轴向位置保持固定(固定力为F2)，金属锥套管3沿轴向施加向外拉力F1，使金属锥套管3在楔环2上移动并收紧楔环2而将芯棒1夹持住；芯棒1的端面伸出楔环2的外端面5-50毫米。4).外接金具4与金属锥套管3的外端部螺纹连接(金属锥套管3锥形内腔内与外接金具4螺纹连接)。
如图7所示，或者异形楔片为第二种异形楔片17，第二种异形楔片17的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配；
如图2所示，一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构，它主要由芯棒1、金具装置组成，芯棒1的两端部分别设有金具装置；金具装置主要由楔环2、金属锥套管3、外接金具4组成，金属锥套管3的内腔为锥形，金属锥套管3套在芯棒1端部，且金属锥套管3的锥形内腔的大腔端部位于外侧；楔环2套在芯棒1的端部，且楔环2位于金属锥套管3与芯棒1之间的锥形内腔内，楔环2的大头端位于外侧；外接金具4与金属锥套管3的外端部螺纹连接；楔环2由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配；金属锥套管3与芯棒1采用芯棒1和楔环2的轴向位置保持固定，金属锥套管3沿轴向施加向外拉力F1而固定连接。芯棒1的端面伸出楔环2的外端面5-50毫米。外接金具4与金属锥套管3之间设有密封垫或密封胶。
如图8、图9所示，一种实现合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法的连接设备，它包括左拉力连杆6、拉力机7、右拉力连杆8、夹具11，左拉力连杆6的左端与拉力机7的固定工作头固定连接，左拉力连杆6的右端下方设有左芯棒槽13；右拉力连杆8的右端与拉力机7的移动工作头固定连接，右拉力连杆8的左端下方设有右芯棒槽14；夹具11包括左定位端头5、右定位端头9、固定框架15、液压装置10，固定框架15的左端与左定位端头5的左端螺纹连接，固定框架15的右端固定有液压装置10，液压装置10的液压杆与右定位端头9的右端螺纹连接，左定位端头5的右端部、右定位端头9的左端部分别设有芯棒腔，芯棒腔的直径大芯棒的外径1-2毫米，芯棒腔的深度为5-50毫米，左定位端头5、右定位端头9的外径小于楔环2的最大外径1-2毫米，左定位端头5的芯棒腔、右定位端头9的芯棒腔在同一轴线上；左定位端头5位于左芯棒槽13的左侧，右定位端头9位于右芯棒槽14的右侧。
连接设备的使用：首先做准备工作，包括对芯棒、楔环和金属锥套管的清洁和干燥，调制环氧粘接剂和石墨润滑剂并检查调整连接设备，然后将金属锥套管内锥面涂润滑剂，并将两支金属锥套管分别套在芯棒的两端上；然后在芯棒两端的连接位涂粘接剂，并将两个楔环分别安放在芯棒的连接位上；然后再将安有金属锥套管和楔环的芯棒放置在连接设备的定位夹具上(芯棒的左端放入左定位端头5的芯棒腔，芯棒的右端放入右定位端头9的芯棒腔内)，芯棒放入左芯棒槽13、右芯棒槽14内，启动液压装置10，使芯棒与楔环的轴向位置保持固定；检查一切符合要求后，开启拉力机，右拉力连杆带动右边金属锥套管3向右移动，并带动夹具11向右移动，金属锥套管在楔环上滑动并收紧楔环直至拉力机达到额定拉力，保持拉力数秒后卸去拉力并松开，从夹具上取下。
Claims (8)
1.一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：包括如下步骤：1).金属锥套管(3)的内腔为锥形，将金属锥套管(3)套在芯棒(1)端部，且金属锥套管(3)的锥形内腔的大腔端部位于外侧；2).将楔环(2)套在芯棒(1)的端部，且使楔环(2)位于金属锥套管(3)与芯棒(1)之间的锥形内腔内，楔环(2)的大头端位于外侧；3).使芯棒(1)和楔环(2)的轴向位置保持固定，金属锥套管(3)沿轴向施加向外拉力(F1)，使金属锥套管(3)在楔环(2)上移动并收紧楔环(2)而将芯棒(1)夹持住；4).外接金具(4)与金属锥套管(3)的外端部螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：所述的楔环(2)由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配。
3.根据权利要求1所述的一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：在芯棒(1)和楔环(2)的界面上涂有粘接剂(A)，在楔环(2)和金属锥套管(3)的界面上涂有润滑剂(B)。
4.根据权利要求1所述的一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法，其特征是：芯棒(1)的端面伸出楔环(2)的外端面5-50毫米。
5.一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构，它主要由芯棒(1)、金具装置组成，芯棒(1)的两端部分别设有金具装置；金具装置主要由楔环(2)、金属锥套管(3)、外接金具(4)组成，金属锥套管(3)的内腔为锥形，金属锥套管(3)套在芯棒(1)端部，且金属锥套管(3)的锥形内腔的大腔端部位于外侧；楔环(2)套在芯棒(1)的端部，且楔环(2)位于金属锥套管(3)与芯棒(1)之间的锥形内腔内，楔环(2)的大头端位于外侧；外接金具(4)与金属锥套管(3)的外端部螺纹连接；其特征是：楔环(2)由3-10片异形楔片围成，异形楔片由金属制成，异形楔片的外锥弧面与金属锥套管的内锥面相适配，内弧面与芯棒相适配，异形楔片与芯棒相接触的两个侧面边线与芯棒的轴线不平行或者异形楔片的两个侧面边线是非连续的直线，且两个异形楔片相邻的侧面形状与尺寸相适配；金属锥套管(3)与芯棒(1)采用芯棒(1)和楔环(2)的轴向位置保持固定，金属锥套管(3)沿轴向施加向外拉力(F1)而固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构，其特征是：芯棒(1)的端面伸出楔环(2)的外端面5-50毫米。
7.根据权利要求5所述的一种合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接结构，其特征是：外接金具(4)与金属锥套管(3)之间设有密封垫或密封胶。
8.一种实现合成绝缘子的芯棒与金具装置的连接方法的连接设备，其特征是：它包括左拉力连杆(6)、拉力机(7)、右拉力连杆(8)、夹具(11)，左拉力连杆(6)的左端与拉力机(7)的固定工作头固定连接，左拉力连杆(6)的右端下方设有左芯棒槽(13)；右拉力连杆(8)的右端与拉力机(7)的移动工作头固定连接，右拉力连杆(8)的左端下方设有右芯棒槽(14)；夹具(11)包括左定位端头(5)、右定位端头(9)、固定框架(15)、液压装置(10)，固定框架(15)的左端与左定位端头(5)的左端螺纹连接，固定框架(15)的右端固定有液压装置(10)，液压装置(10)的液压杆与右定位端头(9)的右端螺纹连接，左定位端头(5)的右端部、右定位端头(9)的左端部分别设有芯棒腔，芯棒腔的直径大芯棒的外径1-2毫米，芯棒腔的深度为5-50毫米，左定位端头(5)、右定位端头(9)的外径小于楔环(2)的最大外径1-2毫米，左定位端头(5)的芯棒腔、右定位端头(9)的芯棒腔在同一轴线上，左定位端头(5)位于左芯棒槽(13)的左侧，右定位端头(9)位于右芯棒槽(14)的右侧。
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