基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置及方法

技术领域

本发明涉及绝缘子检测技术领域，具体而言，涉及一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置及方法。

背景技术

盘形悬式绝缘子是指由盘形绝缘件和连接金具组成的悬式绝缘子，其绝缘件通常用电工陶瓷和钢化玻璃制成。现有的对于盘形悬式绝缘子的研究主要集中在电气性能变化，但是其机械性能的检测装置比较缺乏，并且，无法精准地实现交变温度下机械性能的测试，测试效率低。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置，旨在解决现有技术无法精准地对交变温度下盘形悬式绝缘子的机械性能进行测试的问题。本发明还提出了一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法。

一个方面，本发明提出了一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置，该装置包括：箱体，其内部空间形成测试空间且用于容置绝缘子；温度调节装置，设置于箱体，用于调节测试空间内的温度；机械施力装置，设置于箱体，用于对绝缘子施加机械拉伸荷载，并检测绝缘子的受力情况；控制装置，与温度调节装置和机械施力装置均电性连接，用于控制温度调节装置按照预设速率和预设温度变化范围调节测试空间内的温度，并在温度调节后，控制机械施力装置对绝缘子施加机械拉伸荷载，以及根据绝缘子的受力情况确定绝缘子的机械拉伸应力曲线。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，温度调节装置包括：壳体，设置于箱体内，并且，壳体开设有气体输入口和气体输出口；送风机构，设置于箱体外且与壳体相连通，以向壳体内输送空气；制冷机构，设置于箱体外且与壳体相连通，制冷机构与控制装置电性连接，用于在控制装置控制下对壳体内的空气制冷；加热机构，设置于壳体内且与控制装置电性连接，用于在控制装置控制下对壳体内的空气加热；壳体的气体输入口用于将壳体内的空气输送至测试空间；壳体的气体输出口用于回收测试空间内的空气。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，温度调节装置还包括：控制器，与制冷机构、加热机构和控制装置均电性连接，用于在控制装置的控制下控制制冷机构和加热机构调节壳体内的温度。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，机械施力装置包括：预紧机构，设置于箱体且与控制装置电性连接，用于在控制装置控制下对绝缘子预紧；施力机构，设置于箱体且与控制装置电性连接，用于在控制装置的控制下对预紧后的绝缘子施加机械拉伸荷载；检测装置，设置于箱体且与控制装置电性连接，用于检测绝缘子的受力情况，并将受力情况发送给控制装置。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，检测装置包括：荷载检测装置，设置于箱体且与控制装置电性连接，用于检测绝缘子所承受的荷载；位移检测装置，设置于箱体内且与控制装置电性连接，用于检测绝缘子的位移。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，预紧机构包括：电机，设置于箱体外；丝杠，可移动地穿设于箱体的侧壁且部分置于箱体内，丝杠与电机的驱动端相连接；螺母，螺接于丝杠且与绝缘子可拆卸地连接；电机与控制装置电性连接，用于在控制装置的控制下带动丝杠转动，进而通过螺母带动绝缘子移动，以使绝缘子呈预紧状态或者松弛状态。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，施力机构包括：驱动机构，设置于箱体外；传动杆，可移动地穿设于箱体且部分置于箱体内，传动杆置于箱体内的端部与绝缘子可拆卸地连接，传动杆置于箱体外的端部与驱动机构相连接；驱动机构与控制装置电性连接，用于在控制装置的控制下驱动传动杆移动以对绝缘子施加机械拉伸荷载。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，绝缘子为至少两个，机械施力装置为至少两个，各绝缘子与各机械施力装置一一对应，并且，各机械施力装置均与控制装置电性连接。

本发明中，通过温度调节装置按照预设速率和预设温度变化范围来调节测试空间内的温度，以提供测试空间内按照预设速率进行预设温度变化的交变温度循环，并在调节好温度后，对绝缘子施加机械拉伸荷载，根据绝缘子的受力情况确定绝缘子的机械拉伸应力曲线，能够实现基于交变温度下的绝缘子的机械性能测试，并能提高检测精度和测试效率，解决了现有技术无法精准地对交变温度下盘形悬式绝缘子的机械性能进行测试的问题，结构简单，便于实施。

另一方面，本发明还提出了一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法，该方法包括如下步骤：放置步骤，将绝缘子放置于测试空间内；调节步骤，按照预设速率并以预设温度变化范围变化调节测试空间内的温度；施力步骤，对绝缘子施加机械拉伸荷载；检测步骤，检测绝缘子承受的荷载和位移；确定步骤，根据绝缘子承受的荷载和位移确定绝缘子的机械拉伸应力曲线。

进一步地，上述基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法中，绝缘子为至少两个，对每个绝缘子均重复施力步骤、检测步骤和确定步骤。

由于基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置具有上述效果，所以基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置中，预紧机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

装置实施例：

参见图1至图3，图中示出了本发明实施例提供的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置的优选结构。如图所示，基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置包括：箱体1、温度调节装置3、机械施力装置4和控制装置5。其中，箱体1的内部空间形成测试空间2，并且，箱体1的内部用于容置绝缘子6，该绝缘子6可以为盘形悬式绝缘子。具体实施时，绝缘子6可以通过U型螺栓连接于箱体1。

温度调节装置3设置于箱体1，温度调节装置3用于调节测试空间2内的温度。机械施力装置4设置于箱体1，机械施力装置4用于对绝缘子6施加机械拉伸荷载，并在施加后检测绝缘子6的受力情况。具体地，受力情况包括：绝缘子6所承受的机械拉伸荷载和绝缘子6的位移。

控制装置5与温度调节装置3和机械施力装置4均电性连接，控制装置5用于控制温度调节装置3按照预设速率和预设温度变化范围调节测试空间2内的温度，以实现测试空间2内的温度按照预设速率进行预设温度变化的交变温度循环。在测试空间2的温度调节好之后，控制装置5用于控制机械施力装置4对绝缘子6施加机械拉伸荷载，并接收机械施力装置4发送的检测到的绝缘子6的受力情况，并根据绝缘子6的受力情况确定绝缘子6的机械拉伸应力曲线。具体地，控制装置5根据绝缘子6所承受的机械拉伸荷载和绝缘子6的位移确定在不同温度下的机械拉伸应力曲线。

具体实施时，预设速率为0.7-1.5℃/min，预设温度变化范围为-65℃～100℃。

具体实施时，机械施力装置4对绝缘子6施加预设机械拉伸荷载，并保载预设时间。其中，预设机械拉伸荷载和预设时间均可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

具体实施时，控制装置5可以为单片机、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，并且，控制装置5包括存储器和计时器，存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

具体实施时，测试空间2的尺寸可以为3500×1500×800mm。

可以看出，本实施例中，通过温度调节装置3按照预设速率和预设温度变化范围来调节测试空间2内的温度，以提供测试空间2内按照预设速率进行预设温度变化的交变温度循环，并在调节好温度后，对绝缘子6施加机械拉伸荷载，根据绝缘子6的受力情况确定绝缘子6的机械拉伸应力曲线，能够实现基于交变温度下的绝缘子6的机械性能测试，并能提高检测精度和测试效率，解决了现有技术无法精准地对交变温度下盘形悬式绝缘子的机械性能进行测试的问题，结构简单，便于实施。

继续参见图1至图3，上述实施例中，温度调节装置3可以包括：壳体31、送风机构32、制冷机构33和加热机构34。其中，壳体31设置于箱体1的内部，并且，靠近箱体1的一侧设置。送风机构32设置于箱体1的外部，并且，送风机构32与壳体31相连通，送风机构32用于向壳体31内输送空气。具体实施时，送风机构32可以为鼓风机等。

制冷机构33设置于箱体1的外部，并且，制冷机构33与壳体31相连通，制冷机构33与控制装置5电性连接，制冷机构33用于在控制装置5的控制下对壳体31内的空气进行制冷，以形成冷空气。具体实施时，制冷机构33可以包括：压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，节流装置包括膨胀阀和毛细管。当然，制冷机构33也可以为其他结构，本实施例对此不做任何限制。

加热机构34设置于壳体31的内部，加热机构34与控制装置5电性连接，加热机构34用于在控制装置5的控制下对壳体31内的空气进行加热，以形成热空气。具体实施时，加热机构34可以包括：加热器和蒸发器。当然，加热机构34也可以为其他结构，本实施例对此不做任何限制。

壳体31开设有气体输入口和气体输出口，气体输入口用于将壳体31内的空气输送至测试空间2，通过空气的温度来调节测试空间2内的温度。气体输出口用于回收测试空间2内的空气。具体地，壳体31内的空气在制冷机构33或者加热机构34的作用下形成热的气流或者冷的气流，气流从气体输入口输送至测试空间2内且与测试空间2内的空气交换热量，换热后的气流从气体输出口再输送至壳体31内。

具体实施时，气体输入口靠近壳体31的顶部(图2所示的上部)设置，气体输出口靠近壳体31的底部(图2所示的下部)设置，其中，壳体31顶部的位置与箱体1顶部的位置相对应。这样，气流在箱体1内从上往下流动，并再次输送至壳体31内，然后重复上述流动，从而形成循环的气流环路。

具体实施时，壳体31内还可以设置散热风机、支架和盖板等结构。

优选的，温度调节装置3还可以包括：控制器35。其中，控制器35与制冷机构33、加热机构34和控制装置5均电性连接，控制器35用于在控制装置5的控制下控制制冷机构33和加热机构34调节壳体31内的温度。

可以看出，本实施例中，通过送风机构32向壳体31内输送空气，制冷机构33对壳体31内的空气进行制冷，加热机构34对壳体31内的空气进行加热，在控制装置5的控制下制冷机构33和加热机构34对壳体31内的空气进行调节，以使测试空间2内的温度按照预设速率和预设温度变化范围进行变化，能够模拟绝缘子6在各种工况下的环境，保证了测试的准确度。

继续参见图1至图3，上述各实施例中，机械施力装置4可以包括：预紧机构41、施力机构42和检测装置。其中，预紧机构41设置于箱体1，并且，预紧机构41与控制装置5电性连接，预紧机构41用于在控制装置5的控制下对绝缘子6预紧，以使绝缘子6呈张紧状态。施力机构42设置于箱体1，并且，施力机构42与控制装置5电性连接，施力机构42用于在控制装置5的控制下对预紧后的绝缘子6施加机械拉伸荷载。

检测装置设置于箱体1且与控制装置5电性连接，检测装置用于检测绝缘子6的受力情况，并将受力情况发送给控制装置5。具体地，检测装置可以包括：荷载检测装置43和位移检测装置44。荷载检测装置43设置于箱体1，并且，荷载检测装置43与控制装置5电性连接，荷载检测装置43用于检测绝缘子6所承受的荷载，并将荷载发送给控制装置5。位移检测装置44设置于箱体1，并且，位移检测装置44与控制装置5电性连接，位移检测装置44用于检测绝缘子6的位移，并将位移发送给控制装置5。

具体实施时，荷载检测装置43可以为作用力传感器，更为具体地为拉力负荷传感器。位移检测装置44可以为位移传感器。

预紧机构41可以包括：电机411、丝杠412和螺母。其中，电机411设置于箱体1的外部，丝杠412设置于箱体1的一侧(图1所示的左侧)，丝杠412可移动地穿设于箱体1的侧壁，并且，丝杠412的部分置于箱体1内。具体地，箱体1的侧壁开设有开孔，丝杠412可移动地穿设于该开孔，使得丝杠412可伸入至箱体1内，也可以置于箱体1外。

螺母螺接于丝杠412，并且，螺母与绝缘子6可拆卸地连接。丝杠412置于箱体1外的端部与电机411的驱动端相连接，则电机411可驱动丝杠412转动，进而带动其上的螺母沿丝杠412移动。电机411与控制装置5电性连接，电机411在控制装置5的控制下带动丝杠412转动，进而带动螺母移动，进而带动绝缘子6移动，使得绝缘子6呈预紧状态或者松弛状态。

具体地，丝杠412的长度方向与箱体1的长度方向相平行，其中箱体1的长度方向为图1中由左至右的方向，则螺母沿丝杠412移动，带动绝缘子6沿箱体1的长度方向移动。

具体实施时，预紧机构41还可以设置有导轨，导轨设置在箱体1的外部且与箱体1的长度方向相平行，则导轨与丝杠412相平行，螺母在丝杠412的驱动下沿导轨移动。

施力机构42可以包括：驱动机构421和传动杆422。其中，驱动机构421设置于箱体1的外部，传动杆422可移动地穿设于箱体1，并且，传动杆422部分置于箱体1内，传动杆422置于箱体1内的端部与绝缘子6可拆卸地连接。具体地，箱体1的侧壁开设有开口，传动杆422可移动地穿设于该开口，传动杆422的长度方向与箱体1的长度方向相平行，则传动杆422沿箱体1的长度方向移动。

驱动机构421与传动杆422置于箱体1外的端部相连接，并且，驱动机构421与控制装置5电性连接，驱动机构421在控制装置5的控制下驱动传动杆422移动，进而带动绝缘子6移动，以实现对绝缘子6施加机械拉伸荷载。具体地，传动杆422移动的方向与绝缘子6的移动方向相同，则驱动机构421带动绝缘子6沿箱体1的长度方向移动，以推动绝缘子6或者拉动绝缘子6，进而实现对绝缘子6施加机械拉伸荷载。

具体实施时，驱动机构421可以为液压驱动机构，在本实施例中为液压油缸结构。具体实施时，施力机构42与预紧机构41分别设置于箱体1长度方向的两侧。

具体实施时，荷载检测装置43设置于箱体1内，位移检测装置44可以设置于传动杆422。

可以看出，本实施例中，通过预紧机构41对绝缘子6进行预紧，在预紧后对绝缘子6施加机械拉伸荷载，能够模拟绝缘子6的各种工况，便于准确地对绝缘子6进行测试，并且，预紧机构41和施力机构42的结构简单，便于实施。

上述各实施例中，绝缘子6为至少两个，机械施力装置4为至少两个，各绝缘子6与各机械施力装置4一一对应，即一个绝缘子6对应一个机械施力装置4，每个机械施力装置4均与控制装置5电性连接。具体地，各绝缘子6沿箱体1的长度方向布均匀置，即横向水平均匀布置。这样，能够同时对至少两个绝缘子6进行测试，提高了测试效率和测试精度。

具体使用时，控制装置5发送温度调节指令发送给控制器35，控制器35控制制冷机构33和/或加热机构34工作，使得测试空间2以预设速率进行预设温度变化范围的交变温度循环，控制装置5发送预紧指令到电机411，电机411驱动丝杠412转动，进而带动绝缘子6移动，以对绝缘子6预紧。并在预紧后，控制装置5发送机械指令到驱动机构421，驱动机构421驱动传动杆422移动，进而对绝缘子6施加机械拉伸荷载。荷载检测装置43测量机械拉伸荷载，并发送给控制装置5；位移检测装置44检测绝缘子6的位移，并发送给控制装置5。控制装置5根据机械拉伸荷载和位移生成不同温度下的机械拉伸应力曲线。

具体实施时，测试空间2内可以横向水平布置多个机械施力装置4和多个绝缘子6。在本实施例中，测试空间2可通视容纳三组盘径500mm以内、结构高度7000mm以内的绝缘子6同时开展测试。在测试时，可以同时对同型号产品施加不同的机械负荷，也可以是同时对不同型号产品施加不同的机械负荷。一个工位处设置一个绝缘子6和一个机械施力装置4，每个工位具有长达1500mm的预紧机构41，当预紧力达到设定值如预设20kN后自动停止预紧，之后转入测试自动控制过程。壳体31内可以实现-65℃到+100℃稳定的交变温度循环。并且，在箱体1底部的试品安装盘处填充硅胶密封圈，箱体1侧部处填充石棉毛毡复合密封块，使得测试空间2内的温度均匀、波动地提升，其中，试品安装盘用于设置绝缘子6。在正常试验条件下(箱体1满载样品)，当户外温度为50℃时，4小时内箱体1能从室温降到﹣60℃；当户外温度﹣10℃时，4小时内箱体1能从﹣60℃升到80℃。温度交变期间，箱体1内各点温度应一致。每个工位的机械负荷是可以单独调整互不影响互不干扰，最大施加负荷1000kN，并具有保载功能。例如：一号工位250kN加载负荷，保载24小时后瞬间卸载，然后再拉伸至250kN，如此四个循环即为盘形绝缘子96小时热机械性能试验。二号工位和三号工位亦可如此设置，每个工位、每个阶段的保载力值、保载时间均可自主设定，即用户可以根据实际需求进行试验程序的编制。该装置具备自动和手动两种控制方式，自动控制时包含标准和非标准两种试验程序。在标准试验程序下能根据不同产品型号设定、固化控制参数；在非标准试验程序下力、温度、时间及其变化速率可任意设定。

具体实施时，该装置的液压站自带风冷冷却器即可满足装置的散热要求，无需另设散热装置，避免了比例阀或者伺服阀能耗大、发热大，降低了免维护性，同时，完美补偿了零下温度时产生额外的物理性收缩力，控制精度高，装置运行中几乎没有噪音，避免了液压结构的油液泄露和杂乱的管路。

具体实施时，该装置内还可以设置有保护单元和报警单元，若绝缘子6突然断裂，保护单元控制对应工位的机械施力装置4自动停止，避免瞬间冲击力损伤箱体1和相关机构。并且，在绝缘子6断裂后报警单元自动报警，并将报警信息发送给控制装置5，控制装置5根据报警信息获取哪个工位报警，而其他工位不受干扰继续测试。

具体实施时，控制装置5具有记忆单元，在测试过程中若突然断电，记忆单元具有记忆功能，来电后可继续原测试过程，无需重新开始测试，原测试数据实时保存，不会丢失。

具体实施时，该装置内还可以设置有保险单元，保险单元具备抗瞬态冲击电压功能，所有控制线路、传感器线路全部采用屏蔽信号线，所有元器件均可靠的接地，并对传感器、控制器等元器件的供电电源部分进行整流滤波。

具体实施时，该装置还具备测试力过载保护、过流过压保护、温度异常保护、测试结束自动停机保护等常规保护功能。

具体实施时，控制装置5设有报表统计功能，可以将多个工位的测试结果放入一个报表中综合对比，也可以分散成三个独立的报表进行研判，并且，测试过程支持回放功能，可以重现某个测试项目中任何一个工位机械负荷、温度、位移中的任何一个或者几个。

具体实施时，该装置可以设置有显示单元，该显示单元可以为触摸屏。

具体实施时，在制冷机构33制冷和/或加热机构34加热前，先将绝缘子6的温度升高至高于测试空间2内的空气温度，以避免绝缘子6凝露。

综上所述，本实施例中，通过温度调节装置3按照预设速率和预设温度变化范围来调节测试空间2内的温度，以提供测试空间2内按照预设速率进行预设温度变化的交变温度循环，并在调节好温度后，对绝缘子6施加机械拉伸荷载，根据绝缘子6的受力情况确定绝缘子6的机械拉伸应力曲线，能够实现基于交变温度下的绝缘子6的机械性能测试，并能提高检测精度和测试效率，结构简单，便于实施。

方法实施例：

本实施例还提出了一种基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法。参见图4，基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法包括如下步骤：

放置步骤S1，将绝缘子放置于测试空间内。

具体地，将绝缘子放置于基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置的测试空间2内。其中，基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

调节步骤S2，按照预设速率并以预设温度变化范围变化调节测试空间内的温度。

具体地，通过温度调节装置3对测试空间2内的温度进行调节，具体实施时，预设速率和预设温度变化范围均可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

施力步骤S3，对绝缘子施加机械拉伸荷载。

具体地，通过机械施力装置4对绝缘子施加机械拉伸荷载。

检测步骤S4，检测绝缘子承受的荷载和位移。

具体地，通过荷载检测装置43检测绝缘子所承受的荷载，位移检测装置44检测绝缘子的位移。

确定步骤S5，根据绝缘子承受的荷载和位移确定绝缘子的机械拉伸应力曲线。

具体地，控制装置5根据绝缘子承受的荷载和位移确定不同温度下的机械拉伸应力曲线。

上述各步骤中所涉及到的温度调节装置3、机械施力装置4和控制装置5的结构均可以参照上述装置实施例的说明即可，本实施例在此不再赘述。

优选的，绝缘子为至少两个，对每个绝缘子均重复施力步骤S3、检测步骤S4和确定步骤S5。具体实施时，各绝缘子可以同时施加机械拉伸荷载，也可以依次施加机械拉伸荷载，本实施例对此不做任何限制。

由于基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置具有上述效果，所以基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试方法也具有相应的技术效果。

需要说明的是，本发明中的基于交变温度的绝缘子机械拉伸测试装置及方法的原理相同，相关之处可以相互参照。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。