一种复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置

技术领域

本发明涉及复合绝缘横担老化特性和状态评估研究技术领域，尤其涉及一种复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置。

背景技术

复合绝缘横担是一种新型材料的横担，体积小、质量轻、机械强度高、电气性能优越。它具有耐腐蚀、抗老化、降低线路维护成本、降低运输和组装成本、提高配电线路的绝缘水平等优点，很好地解决了预留走廊宽度小的问题。目前复合横担在我国目前呈快速发展趋势，未来具有广泛的应用前景。为了实现新型复合横担的整体性能的优化，并能长期挂网运行，需要考虑横担运行中所经受的多种外界环境因素影响。其中复合绝缘横担受微风激励产生的一定频率振动，一直是衡量横担绝缘材料性能和抗疲劳老化分析的重要指标。历来是一个被广泛讨论的技术核心点，它关系到新型复合横担是否真的适应外部环境工况变化从而长期运行，进而代替传统横担在电网中取得长足发展。

由于微风振动的振幅很小，很难在例行检查中被发现，这给长期处于微风振动条件下运行的安装架空导线的复合横担留下了严重的安全隐患。经历不断的微风振动，导线材料和横担复合绝缘材料发生疲劳(即微动疲劳)会在某次舞动或者次档距振动时突然发生断股、断线，甚至在没有舞动、次档距振动的条件下发生突然断股、断线的重大事故，严重影响人民的生活和生产。国内外架空输电线路的运行经验表明：在沙漠、山谷、河谷、沿海等地形条件下运行的架空导线很容易发生严重的微风振动，没有采取任何防护措施的架空导线在两周之内就可能因为微动导致疲劳断股，不仅使得输电线路的功率损耗大大增加，浪费了电力资源，甚至在多根股线断裂后导致导线断裂，从而引发断电事故，严重影响输电线路运行安全。此外，据估算，架空导线及横担设施的成本占整个输电线路的80％左右，因此对发生事故的架空导线进行更换将是一项巨大的投入。目前国内外对微风振动已展开了大量研究，国外普遍采用能量平衡原理来评价导线振动的情况，但微风振动的复杂性导致了数值分析方法无法很好的实际应用。因此，如何设计一种实验室复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置，通过工况力学计算和一定小时数的装置加载运行，可有效对复合绝缘横担受微风振动产生疲劳磨损进行状态评估，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置，提供一种结构简单、使用方便的振动磨损模拟试验平台，其能模拟配电线路中导线低频大幅度摆动和高频低幅的微风振动，从而为悬垂串金具的风激励振动磨损特性研究提供方便。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置，包括组合式机架、摆动端驱动机构、滑动连杆和复合绝缘横担模拟组件，所述摆动端驱动机构、滑动连杆和复合绝缘横担模拟组件均安装在所述组合式机架上，所述摆动端驱动机构通过对心式曲柄滑块机构与所述滑动连杆连接，所述滑动连杆连接在所述复合绝缘横担模拟组件的底部，所述摆动端驱动机构通过所述对心式曲柄滑块机构带动所述滑动连杆水平移动，所述滑动连杆带动所述复合绝缘横担模拟组件来回摆动，摆动过程中所述复合绝缘横担模拟组件上的测量装置实时监测并将数据传送至计算机内，经过计算机的转换和计算获得相应的监控数据。

进一步的，所述组合式机架包括摆动端底座、底座连接板和基座，所述摆动端底座和所述基座通过所述底座连接板连接在一起并组成长方形支撑框架；所述长方形支撑框架的一侧连接有支撑架，所述滑动连杆连接在所述支撑架上；所述摆动端驱动机构安装在所述摆动端底座上，所述复合绝缘横担模拟组件安装在所述基座上。

进一步的，所述摆动端驱动机构包括驱动电机和减速箱，所述驱动电机通过驱动电机安装板与所述减速箱组装到一起，所述减速箱通过方形支柱安装在所述摆动端底座上，所述减速箱的工作端通过弹性膜片联轴器连接有驱动输出轴，所述驱动输出轴与所述对心式曲柄滑块机构传动连接并驱动所述对心式曲柄滑块机构旋转作业。

进一步的，所述对心式曲柄滑块机构包括连接臂、曲柄组件一、曲柄组件二和曲柄连杆，所述曲柄组件一和曲柄组件二垂直布置连接在一起，所述曲柄组件一和曲柄组件二设置有两组，两个所述曲柄组件二相对布置并通过所述曲柄连杆连接在一起，其中一个所述曲柄组件一通过所述连接臂与所述驱动输出轴连接，另一个所述曲柄组件一与所述滑动连杆的驱动端连接在一起。

进一步的，所述连接臂通过弹性联轴器与所述驱动输出轴连接，其中一个所述曲柄组件一的连接端贯穿所述连接臂、一个曲柄组件二后通过螺栓锁紧，另一个所述曲柄组件一的连接端贯穿所述滑动连杆、另一个曲柄组件二通过螺栓锁紧。

进一步的，所述滑动连杆的中部可滑动的贯穿连接在两个带座方形滑轨上，所述带座方形滑轨通过螺栓连接在所述支撑架的两个立柱顶部；所述滑动连杆的两端通过连杆滑动座与所述复合绝缘横担模拟组件定位连接在一起。

进一步的，所述复合绝缘横担模拟组件包括等比例实验电杆、横担、硅橡胶伞裙和悬垂串连杆，所述等比例实验电杆的底部连接在所述组合式机架的基座上，所述横担通过转接支架安装在所述等比例实验电杆的顶部一侧，多个所述硅橡胶伞裙连接在所述悬垂串连杆上，所述悬垂串连杆的底端通过中间块连接在所述连杆滑动座上，所述悬垂串连杆的顶端通过弹簧连接在所述横担两端。

进一步的，所述悬垂串连杆的底端通过五角膨胀螺栓连接在所述中间块上，所述悬垂串连杆的顶端连接在摆动端线夹固定轴的一端上并通过。固定螺母锁紧定位，所述摆动端线夹固定轴的另一端设置有弹簧悬挂槽，所述弹簧的一端挂接在所述弹簧悬挂槽内。

进一步的，所述悬垂串连杆通过两根耳轴挂件和一根实心圆柱体焊接组成，两个耳轴挂件的连接孔设置在远离所述实心圆柱体的一侧；上下两根所述耳轴挂件分别连接在所述摆动端线夹固定轴、五角膨胀螺栓上。

进一步的，所述测量装置包括拉力传感器，所述拉力传感器安装在所述横担的两端，所述拉力传感器的受力环与所述弹簧的顶端连接。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置，包括组合式机架、摆动端驱动机构、滑动连杆和复合绝缘横担模拟组件，滑动连杆与下方的支撑架组合形成X轴运动激励平台，X轴运动激励平台与测量装置配合能够保证较高精度的数据输出，实现较精确的微风振动模拟；此外该X轴运动激励平台适应性强，通过调节支撑架的高度可用于不同型号尺寸悬垂串金具的耐磨性能测试和评价；本发明提供一种结构简单、使用方便的试验平台，其能模拟配电线路中导线低频大幅度摆动和高频低幅的微风振动，从而为悬垂串金具的风激励振动磨损特性研究提供方便。

具体的，利用该平台，可以进行不同风激励作用下输电导线和悬垂串金具的振动及磨损特性研究，以了解复合绝缘配网横担的振动特性及耐磨性能，为悬垂串金具的结构改进提供方便；还可用于制造厂商或采购单位对生产的复合配网进行抽样测试以评价横担的耐磨性能和抗疲劳能力是否达标，从而为电网横担的质量监督检验工作提供有效手段，保证电网系统的安全运行。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置轴侧图；

图2为本发明复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置主视图；

图3为本发明复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置俯视图；

图4为本发明横担与硅橡胶伞裙的连接示意图；

图5为本发明对心式曲柄滑块机构与连杆连接示意图；

附图标记说明：1、摆动端底座；2、弹性联轴器；3、弹性膜片联轴器；4、减速箱；5、驱动输出轴；6、驱动电机安装板；7、对心式曲柄滑块机构；8、连接臂；9、曲柄组件一；10、曲柄组件二；11、驱动电机；12、曲柄连杆；13、支撑架；13-1、立柱；14、连杆滑动座；15、滑动连杆；16、中间块；17、硅橡胶伞裙；18、带座方形滑轨；19、基座；20、悬垂串连杆；21、弹簧悬挂槽；22、弹簧；23、拉力传感器；24、横担；25、等比例实验电杆；26、固定螺母；27、摆动端线夹固定轴；28、五角膨胀螺栓；29、底座连接板。

具体实施方式

如图1-5所示，一种复合绝缘横担风激励振动磨损模拟试验装置，包括组合式机架、摆动端驱动机构、滑动连杆15和复合绝缘横担模拟组件，所述摆动端驱动机构、滑动连杆15和复合绝缘横担模拟组件均安装在所述组合式机架上，所述摆动端驱动机构通过对心式曲柄滑块机构7与所述滑动连杆15连接，所述滑动连杆15连接在所述复合绝缘横担模拟组件的底部，所述摆动端驱动机构通过所述对心式曲柄滑块机构7带动所述滑动连杆15水平移动，所述滑动连杆15带动所述复合绝缘横担模拟组件来回摆动，摆动过程中所述复合绝缘横担模拟组件上的测量装置实时监测并将数据传送至计算机内，经过计算机的转换和计算获得相应的监控数据。

如图1、3所示，所述组合式机架包括摆动端底座1、底座连接板29和基座19，所述摆动端底座1和所述基座19通过所述底座连接板29连接在一起并组成长方形支撑框架；所述长方形支撑框架的一侧连接有支撑架13，所述滑动连杆15连接在所述支撑架13上；所述摆动端驱动机构安装在所述摆动端底座1上，所述复合绝缘横担模拟组件安装在所述基座19上。

具体的，所述摆动端驱动机构包括驱动电机11和减速箱4，所述驱动电机11通过驱动电机安装板6与所述减速箱4组装到一起，所述减速箱4通过方形支柱安装在所述摆动端底座1上，所述减速箱4的工作端通过弹性膜片联轴器3连接有驱动输出轴5，所述驱动输出轴5与所述对心式曲柄滑块机构7传动连接并驱动所述对心式曲柄滑块机构7旋转作业。该驱动电机11采用伺服电机，工作时，通过伺服电机的转动通过驱动输出轴5实现对心式曲柄滑块机构7的动作。

具体的，所述对心式曲柄滑块机构7包括连接臂8、曲柄组件一9、曲柄组件二10和曲柄连杆12，所述曲柄组件一9和曲柄组件二10垂直布置连接在一起，所述曲柄组件一9和曲柄组件二10设置有两组，两个所述曲柄组件二10相对布置并通过所述曲柄连杆12连接在一起，其中一个所述曲柄组件一9通过所述连接臂8与所述驱动输出轴5连接，另一个所述曲柄组件一9与所述滑动连杆15的驱动端连接在一起。具体的，所述连接臂8通过弹性联轴器2与所述驱动输出轴5连接，其中一个所述曲柄组件一9的连接端贯穿所述连接臂8、一个曲柄组件二10后通过螺栓锁紧，另一个所述曲柄组件一9的连接端贯穿所述滑动连杆15、另一个曲柄组件二10通过螺栓锁紧。

工作时，伺服电机11启动带动驱动输出轴5高速旋转，驱动输出轴5带动连接臂8绕所述驱动输出轴5的轴心旋转，遂通过所述曲柄组件一9、曲柄组件二10、曲柄连杆12带动滑动连杆15水平移动，其中连接臂8处于水平位置时，曲柄组件一9、曲柄组件二10位于左侧时，滑动连杆15向左拉出的距离较长，带动所述复合绝缘横担模拟组件上的悬垂串连杆20向左侧倾斜最大位置；当连接臂8处于水平位置时，曲柄组件一9、曲柄组件二10位于右侧时，滑动连杆15向右推动的距离较长，带动所述复合绝缘横担模拟组件上的悬垂串连杆20向右侧倾斜到最大位置。该伺服电机与设备的PLC控制器电连接，通过程序的设定可以方便的调节伺服电机11的转速，实现多种激振频率和振幅的模拟风激励作用下输电导线和悬垂串金具的小幅度摆动振动及高频低幅的微风振动。

如图1所示，所述滑动连杆15的中部可滑动的贯穿连接在两个带座方形滑轨18上，所述带座方形滑轨18通过螺栓连接在所述支撑架13的两个立柱13-1顶部；所述滑动连杆15的两端通过连杆滑动座14与所述复合绝缘横担模拟组件定位连接在一起，其中，所述支撑架13的两个立柱的高度可以设置为可调节的套管结构，包括顶部的外套管和底部的内套管，所述外套管套装到所述内套管上，通过多个等间距均布的定位孔进行锁紧定位，内外套管不同孔位重合后通过销钉定位，可以调整其打开的高度；还可以采用其他伸缩腿结构。具体的，所述滑动连杆15、连杆滑动座14、带座方形滑轨18和支撑架13组成一个X轴运动激励平台，X轴运动激励平台与测量装置配合能够保证较高精度的数据输出，实现较精确的微风振动模拟；此外该X轴运动激励平台适应性强，通过调节支撑架的高度可用于不同型号尺寸悬垂串金具的耐磨性能测试和评价,具体的悬垂串金指的是硅橡胶伞裙17和悬垂串连杆20连接后的整体结构。

如图5所示，所述复合绝缘横担模拟组件包括等比例实验电杆25、横担24、硅橡胶伞裙17和悬垂串连杆20，所述等比例实验电杆25的底部连接在所述组合式机架的基座19上，所述横担24通过转接支架安装在所述等比例实验电杆25的顶部一侧，多个所述硅橡胶伞裙17连接在所述悬垂串连杆20上，所述悬垂串连杆20的底端通过中间块16连接在所述连杆滑动座14上，所述悬垂串连杆20的顶端通过弹簧22连接在所述横担24两端。具体的，所述悬垂串连杆20的底端通过五角膨胀螺栓28连接在所述中间块16上，所述中间块16的底板通过螺栓组件或者焊接在所述连杆滑动座14的顶面上，所述中间块16的顶面上的两个竖板形成的U型槽，悬垂串连杆20底部的耳轴挂件嵌入到所述U型槽内后通过五角膨胀螺栓28贯穿定位；所述悬垂串连杆20的顶端连接在摆动端线夹固定轴27的一端上并通过固定螺母26锁紧定位，所述摆动端线夹固定轴27的另一端设置有弹簧悬挂槽21，所述弹簧22的一端挂接在所述弹簧悬挂槽21内。所述测量装置包括拉力传感器23，所述拉力传感器23安装在所述横担24的两端，所述拉力传感器23的受力环与所述弹簧22的顶端连接。具体的，所述弹簧22两端挂接处的开口小于受力环、摆动端线夹固定轴27的直径，保证连接后的稳定性，避免实验过程中脱钩问题的产生。

工作时，悬垂串连杆20竖直下垂时，所述弹簧22处于压缩状态，所述悬垂串连杆20处于倾斜状态时，所述弹簧22处于拉伸状态，拉力通过测量装置的拉力传感器23监测，拉力传感器23与设备的PLC控制器电连接，并将信号实时传输至PLC控制器内。本发明通过拉力传感器23实时采集悬垂串连杆模拟输电线静止和摆动时的受力，实时传送至计算机，经过计算机的转换和计算，实现了微风引起横担振动的实时监控，提高了测量的准确性。

具体的，所述悬垂串连杆20通过两根耳轴挂件和一根实心圆柱体焊接组成，两个耳轴挂件的连接孔设置在远离所述实心圆柱体的一侧；上下两根所述耳轴挂件分别连接在所述摆动端线夹固定轴27、五角膨胀螺栓28上，具体的所述摆动端线夹固定轴27、五角膨胀螺栓28贯穿上下两根所述耳轴挂件上的连接孔后通过螺母紧固。

本发明的实验过程如下：

首先，该装置还包括PLC控制器和后处理用的计算机，PLC控制器与计算机信号连接，实现数据的而无线传输和转化计算，得到实时数据的监测记录；作为主驱动力的伺服电机11、受力感应用的拉力传感器23均与所述PLC控制器电连接，以实现自动化控制，方便调节伺服电极的转速，以满足不同状态场景的模拟实验操作。

具体的，伺服电机11启动带动驱动输出轴5高速旋转，驱动输出轴5带动连接臂8绕驱动输出轴5的轴心旋转，遂通过曲柄组件一9、曲柄组件二10、曲柄连杆12带动滑动连杆15水平移动；因为悬垂串连杆20的底端通过中间块16连接在连杆滑动座14上，连杆滑动座14定位连接在滑动连杆15的两端，连杆滑动座14跟随滑动连杆15移动，遂通过中间块16带动悬挂在横担24上的左右两个悬垂串连杆20同步左右摆动，悬垂串连杆20带动顶部的弹簧22产生拉力，该拉力的大小通过拉力传感器23实时监测传动给PLC控制器。

总的来说，该模拟装置布局紧凑，操作方便快捷，滑动连杆与下方的支撑架组合形成X轴运动激励平台，X轴运动激励平台与测量装置配合能够保证较高精度的数据输出，实现较精确的微风振动模拟；此外该X轴运动激励平台适应性强，通过调节支撑架的高度可用于不同型号尺寸悬垂串金具的耐磨性能测试和评价。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。