测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度的装置及方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种测试盘形悬式绝缘子剪切耐受强度的装置及方法。

背景技术：

电力工程建设中出现过瓷绝缘子头部断裂的情况，瓷或玻璃绝缘子的头部抗剪切力仍是绝缘子设计使用中的一个盲区。瓷、玻璃和水泥胶合剂材料均为脆性材料，其抗压的能力强而抗剪切的能力相对弱。瓷或玻璃绝缘子在设计时主要使其承受尽可能均匀的压力，避免承受过分的拉力和剪切力，但是绝缘子在运输、施工和运行过程中不可能完全避免承受拉力和剪切力。国内绝缘子生产企业都曾开展过绝缘子头部结构有限元法设计和优化的研究，但分析结果和试验结果相差较大。剪切力的分析，仅仅依靠材料本体基本特性，如结构型式、尺寸、弹性模量、应变等，不能准确确定产品机械特性，即使具有相同这些特点的材料组合成产品，机械特性也有明显差异。目前瓷或玻璃绝缘子的头部结构设计多由经验设计结合大量试验而来。因此，急需一种盘形瓷或玻璃绝缘子的头部抗剪切力的试验方法，定量研究其头部剪切耐受强度。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度的装置及方法，旨在解决现有盘形悬式绝缘子头部设计时由于不了解盘形悬式绝缘子的抗剪切耐受强度性能而造成的安全隐患问题。

一个方面，本发明提出了一种测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度的装置，该装置包括夹具、摆锤、位置检测机构、高度调节机构和支撑机构。其中，所述夹具用于与待测绝缘子相夹接；所述高度调节机构置于所述夹具的上方，且沿高度方向位置可调地连接于所述支撑机构；所述摆锤中的摆杆端与所述高度调节机构相连接，所述摆锤中的重锤用于对所述待测绝缘子施加冲击力；所述位置检测机构与所述高度调节机构相连接，用于检测所述摆锤的位置。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，所述高度调节机构为螺纹杆；所述支撑机构在对应于所述夹具正上方的位置开设有螺纹通孔，所述螺纹杆穿设于所述螺纹通孔。

进一步地，上述测试盘形悬式头部剪切耐受强度装置，所述高度调节机构为直杆；所述支撑机构在对应于夹具正上方位置开设有连接通孔，所述直杆可滑动地穿设于所述连接通孔，且通过夹持件与所述支撑机构相连接。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，所述位置检测装置为数显角度检测仪，用于检测且显示所述摆锤的摆动角度。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，所述位置检测装置为刻度显示盘；所述刻度显示盘的圆点与所述高度调节机构和所述摆锤摆杆端的连接点相重合，所述刻度显示盘的刻度为所述摆锤摆动的角度或所述重锤击打所述待测绝缘子的能量。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，所述支撑机构包括第一支撑体、第二支撑体和横梁；其中，所述第一支撑体的第一端与所述第二支撑体的第一端通过所述横梁相连接；所述高度调节机构与所述横梁相连接；所述夹具与所述第一支撑体和所述第二支撑体相连接。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，所述夹具为气动锁紧装置。

进一步地，上述测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置，还包括所述可移动底座；其中，所述夹具连接于所述可移动底座；所述支撑机构连接于所述可移动底座。

本发明中提供的装置操作方便，而且该装置可测试各类盘形悬式绝缘子头部的抗剪切耐受强度，数据准确率高，帮助设计人员提高对各类盘形悬式绝缘子头部抗剪切力性能的准确认识，设计时综合考虑其抗剪切耐受强度可以降低绝缘子头部断裂的可能性，同时提高了绝缘子的安全性能。

另一方面，本发明还提出了一种测试绝缘子头部剪切耐受强度的方法，该方法包括如下步骤：高度调节步骤，调节处于自由状态的摆锤中的重锤与待测绝缘子待测试位置相接触；击打步骤，拉动摆锤至预设高度，释放摆锤，对待测绝缘子施加预设冲击力；判定步骤，判定待测绝缘子是否达到预设要求；确定步骤，如果待测绝缘子达到预设要求，则结束试验；如果待测绝缘子未达到预设要求，则重复所述击打步骤和所述判定步骤，直至达到预设要求为止。

进一步地，上述测试绝缘子头部剪切耐受强度的方法，所述判定步骤的预设要求为待测绝缘子存在裂纹或破损。

本发明中提供的方法操作方便，而且该方法可测试各类盘形悬式绝缘子头部的抗剪切耐受强度，数据准确率高，帮助设计人员提高对绝缘子头部抗剪切力性能的准确认识，设计时综合考虑其抗剪切耐受强度可以降低绝缘子头部断裂的可能性，同时提高了绝缘子的安全性能。

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为本发明实施例测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置的结构主视示意图；

图2为本发明实施例测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置的结构侧视示意图；

图3为本发明实施例测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度方法的流程图；

图4为本发明实施例测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度方法的又一流程图；

图5为本发明实施例测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度试验能量分析示意图。

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。

测试装置实施例：

参见图1，图1示出了本发明实施例提供的测试盘形悬式绝缘子头部剪切耐受强度装置的优选结构。如图所示，该装置包括夹具1、摆锤2、位置检测机构3、高度调节机构4和支撑机构5。

其中，夹具1用于与待测绝缘子相夹接。具体实施时，夹具1可以为气动锁紧装置，气动锁紧装置通过气体传动液压装置使绝缘子得到有效固定，当然，夹具1亦可为本领域技术人员所熟知的其他夹具，例如卡盘、吸盘等，本实施例对其不做任何限定。

高度调节机构4置于夹具1的上方(相对于图1所示位置而言)，且沿高度方向(图1所示的上下方向)位置可调地连接于支撑机构5。摆锤2中的摆杆端与高度调节机构4相连接，摆锤2中的重锤21用于对待测绝缘子施加冲击力。具体实施时，通过调节高度调节机构4与支撑机构5的相对位置，进而调节摆锤2与待测绝缘子的位置，使得摆锤2中的重锤21在自由状态时与待测绝缘子待测位置接触。另外，摆锤2中的摆杆端与高度调节机构4的连接可以通过螺栓或销钉实现可摆动连接。

位置检测机构3与高度调节机构4相连接，用于检测摆锤2的位置。位置检测机构3可以检测摆锤2摆动的角度或摆锤2相对待测绝缘子的高度差，进而得到重锤21释放时对待测绝缘子施加的冲击力。

试验过程为：首先将待测绝缘子通过夹具1固定后通过高度调节机构4调节摆锤2的重锤21的位置，使得重锤21在自由状态时与待测待测绝缘子待测位置接触。然后，拉动摆锤2至预设高度后释放摆锤2，摆锤2在自身重力的作用下向待测绝缘子方向摆动，重锤21在竖直状态时具有一定的加速度和速度，进而击打绝缘子对绝缘子施加预设冲击力，击打后在力的作用下绝缘子和重锤21处于静止状态。

与现有技术相比，本实施例中提供的装置操作方便，而且该装置可测试各类盘形悬式绝缘子的抗剪切耐受强度，数据准确率较高，可以帮助设计人员提高对绝缘子头部抗剪切力性能的准确认识，设计时综合考虑其抗剪切耐受强度可以降低绝缘子头部断裂的可能性，同时提高了绝缘子的安全性能。

本发明的一种实施方式中，高度调节机构4可以为螺纹杆，支撑机构5在对应于夹具1正上方位置开设有螺纹通孔，螺纹杆穿设于螺纹通孔。需要说明的是，螺纹杆的尺寸值可以根据具体情况来确定，本实施例对其不做任何限定。通过该高度调节机构调节摆锤的位置时，可以通过旋钮螺纹杆进而使得摆锤沿高度方向移动。本实施例中，螺纹杆与螺纹通孔配合调节摆锤2的位置，结构简单，操作方便，易于控制调节摆锤的位置。

本发明的另一种实施方式中，高度调节机构4可以为光滑直杆，支撑机构5在对应于夹具1正上方位置开设有连接通孔，光滑直杆可滑动地穿设于该连接通孔并可通过夹持件与支撑机构相连接。具体实施时，直杆的截面形状与连接通孔的截面形状可以是圆形，然而本发明并不仅限于此，其他实施例中，直杆形状与连接通孔可以为适当的形状，例如正方形、菱形等。具体调节方式为：可以通过释放夹持件，然后调节直杆通过连接通孔沿高度方向调节摆锤位置，调节完成后以夹持件夹紧后即可。

在本发明的一种实施方式中，位置检测装置3可以为数显检测仪，用于检测且显示摆锤2的摆动角度。具体实施时，数显检测仪包括角度传感器和电子显示器，角度传感器检测到摆锤2的摆动角度后通过控制系统传递给电子显示器，电子显示器将其摆动角度在电子显示屏上以数字方式显示。本实施例中，数显检测仪直接显示摆锤2摆动角度，便于读取，使用方便。

在本发明的一种实施方式中，位置检测装置3也可以为刻度显示盘，刻度显示盘的圆心与高度调节机构4和摆锤2摆杆端的连接点重合，刻度显示盘的刻度可以为摆锤2摆动的角度。需要说明的是，刻度显示盘的平面需要与摆锤摆动平面相同。另外，刻度显示盘显示摆锤2摆动的角度，该摆动角度与施加在待测绝缘子上的冲击力存在一一对应的关系，下面结合图4对这一对应关系进行详细说明。参见图5，图中示出了本发明实施例测试绝缘子头部剪切耐受强度试验能量分析示意图。如图5所示，摆锤2的起始摆动位置A的高度为h_A，摆锤2的重锤21处于自由状态位置B的高度h_B，A点与B点之间的高度差为H，与之对应的A点、B点重锤21的速度分别是v_A、v_B,摆锤2的摆杆长度为L，起始摆动位置A与自由状态的位置B处两摆杆的夹角为α。由于重锤21打击绝缘子遵守能量守恒定律，即:能量分析：对于B点,重锤21的高度h_B为0，即以最低点B点为参考零点；对于A点，其速度v_A为0，其高度h_A为H。从而得到打击到绝缘子的能量为：需要说明的是，m值包含摆锤中的重锤21和摆杆的质量。

优选地，刻度显示盘显示重锤21击打待测绝缘子的能量，以便可以直观的得到施加的冲击力，节省了转换步骤。

具体实施时，刻度显示盘可以为半圆形，也可以为圆形或弧形，具体形状可以根据摆锤2的摆动范围来确定，本实施例对其不做任何限定。本实施例中，刻度显示盘结构简单制造方便，易于实现。

参见图2，图2中还示出了支撑机构5的优选结构。如图所示，支撑机构5包括第一支撑体51、第二支撑体52和横梁53。其中，第一支撑体51的第一端(图2所示的上端)与第二支撑体52的第一端(图2所示的上端)通过横梁53相连接，高度调节机构4与横梁53相连接，夹具1与第一支撑体51和第二支撑体52相连接。具体实施时，第一支撑件51、第二支撑件52和横梁53可以一体成型或焊接而成。

参见图1，上述各实施例中还可以包括：可移动底座6，夹具1与可移动底座6的顶面(图1所示的上表面)相连接，支撑机构5连接于可移动底座。具体实施时，支撑机构5可以与可移动底座的顶面相连接，也可以与侧面相连接。

可以看出，由于本实施例中的所有部件均置于可移动底座上，所以通过可移动底座使本实施例中所有部件进行位置移动，方便该试验装置位置的安放。

综上，本实施例中提供的装置操作方便，而且该装置可测试各类盘形悬式绝缘子头部的抗剪切耐受强度，数据准确率高，帮助设计人员提高对绝缘子头部抗剪切力性能的准确认识，设计时综合考虑其抗剪切耐受强度，同时提高了绝缘子的安全性能。

测试方法实施例：

参见图3，图中示出了本实施例提供的测试绝缘子头部剪切耐受强度的方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

高度调节步骤S1，调节处于自由状态的摆锤中的重锤与待测绝缘子待测试位置相接触。

具体地，首先将绝缘子通过夹具固定在可移动底座上，并移动可移动底座，使待测绝缘子处于高度调节机构的正下方；然后通过高度调节机构调节摆锤的位置，使得摆锤中的重锤在自由状态时与待测绝缘子待测位置接触，防止摆锤摆动时击打绝缘子位置错误，即击打无效。具体实施时，待测绝缘子待测位置可以根据绝缘子的形状确定，本实施例对其不做任何限定。

击打步骤S2，拉动摆锤至预设高度，释放摆锤，对待测绝缘子施加预设冲击力。

具体地，首先拉动摆锤至预设高度，该预设高度决定了重锤对绝缘子施加的冲击力的大小，预设高度通过摆锤偏转的角度实现摆锤的高度差，具体摆锤预设高度与摆锤对待测绝缘子击打能量之间的关系参见上述测试装置实施例即可，本实施例在此不再赘述；然后释放摆锤，摆锤在自身重力的作用下向待测绝缘子方向摆动，重锤在竖直状态时具有一定的加速度和速度，进而击打绝缘子对绝缘子施加预设冲击力，击打后在力的作用下绝缘子和重锤处于静止状态。需要说明的是，预设高度和预设冲击力可以根据绝缘子的材质确定，本实施例对其不做任何限定。

判定步骤S3，判定待测绝缘子是否达到预设要求。

具体地，该步骤中的预设要求可以为待测绝缘子存在裂纹或破损。然而本发明不限于此，在其他实施例中，预设要求亦可为通过其他适当的要求，例如红外线热成像技术测试绝缘子是否完好无缺等。

确定步骤S4，如果待测绝缘子达到预设要求，则结束试验；如果待测绝缘子未达到预设要求，则重复击打步骤和判定步骤，直至达到预设要求为止。

具体地，当待测绝缘子达到预设要求时，则试验完成，即可释放夹具将绝缘子取下。参见图4，当待测绝缘子没有达到预设要求时，则需要重复击打步骤S2和判定步骤S3，再次判定没有达到预设要求时则需再次重复击打步骤S2和判定步骤S3，直至达到预设要求位置。

本实施例中提供的测试方法操作方便，而且该方法可测试各类盘形悬式绝缘子，数据准确率高，帮助设计人员提高对绝缘子头部抗剪切力性能的准确认识，设计时综合考虑其抗剪切耐受强度，同时提高了绝缘子的安全性能。

需要说明的是，由于本发明中的测试方法和测试装置原理相同，所以相关之处可以相互参照。

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。