一种测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置和方法与流程

本发明涉及一种测试装置和方法，具体涉及一种测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置和方法。

背景技术：

我国幅员辽阔，山川纵横，气象多变，每年从冬季到初春，南北冷暖气流交汇，遇到极端环境气候极易在架空导线上形成覆冰事故。当覆冰重量导致导线或者杆塔的工作应力超过其设计值，将会造成断线和倒塔的严重后果。

目前，架空输电线路除冰技术有热力融冰、机械除冰和自然被动除冰等主要除冰方法。其中，机械除冰由于能耗小，价格低廉等特点而倍受关注，然而各种机械除冰方法难以适应于不同的覆冰结构，要使除冰方法具有针对性，必须知道覆冰和导线之间的结合强度。覆冰与架空导线表面之间切向结合强度的大小是冰的一个重要物理性质，它决定破冰能量的大小，根据覆冰和导线之间的不同结合强度从而选择不同的机械除冰方法。因此，研究冰与导线之间的结合强度是非常必要的。

到目前为止，国内外有关覆冰与导线结合强度的研究主要集中在剪切结合强度方面。例如：

astmd3528-96(2002)，提出了双搭接测试切应力的方案，用于测试冰与基体之间的剪切结合强度；

美国海军实验室使用圆筒内覆冰后将圆柱状覆冰拔出来测试冰与桶之间的剪切结合强度；

中国专利文献cn1321881a及cn101482489b，提出了测试基体和涂层或覆冰的法向结合强度的方法，但这两种方法和装置过于复杂，且只能测试表面为平面的结构，属于间接测量手段。考虑到输电线表面一般为多股绞线形式，覆冰与输电线界面结构较为复杂，以上提供的测量装置都属于简化的间接测量方式，不能真实反映不同规格的输电线与覆冰间的真实结合强度，且测试方法复杂，不便工程应用，使得其用途和使用范围有较强的局限性。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、便于工程应用的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置和方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，包括：覆冰拉伸模具、定位器和末端堵塞，其中，

前述覆冰拉伸模具由夹持段和收纳段组成，前述夹持段呈杆状，用于与试验机固定，前述收纳段为空心圆筒，底部敞口，用于收纳覆冰输电线试样；

前述定位器呈圆柱状，轴线处形成有上穿线孔，上穿线孔的直径等于输电线的直径，定位器设置于覆冰拉伸模具的空心圆筒的顶部，用于固定输电线使输电线与覆冰拉伸模具共轴线；

前述末端堵塞也呈圆柱状，轴线处形成有下穿线孔，下穿线孔的直径等于输电线的直径，末端堵塞设置于覆冰拉伸模具的底部敞口处，并通过螺栓进行固定，用于从下方拖住覆冰输电线试样。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述覆冰拉伸模具采用钢制成。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述覆冰拉伸模具的夹持段的长径比不小于5，收纳段的内径不小于10cm、壁厚不小于10mm。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述定位器采用尼龙、塑料或轻质泡沫制成。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述定位器的厚度为10mm。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述末端堵塞采用钢制成。

前述的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置，其特征在于，前述末端堵塞的厚度为10mm。

一种测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的方法，其特征在于，利用前述装置完成测试，具体包括以下步骤：

step1：根据输电线的直径d选择合适的定位器和末端堵塞，测量输电线上的覆冰的长度l；

step2：将覆冰输电线试样、定位器和末端堵塞装配到覆冰拉伸模具上；

step3：以覆冰拉伸模具的夹持段为上夹持端，以裸露在覆冰拉伸模具之外的输电线为下夹持端，将整个测量装置安装到万能材料试验机上，并进行拉伸实验，直至覆冰与输电线完全脱开，加载结束；

step4：假设覆冰与输电线界面各点处切应力τ均匀分布，根据下列公式得到切应力—位移曲线τ(s)：

其中，f(s)为万能材料试验机测试的力—位移曲线；

step5：根据切应力—位移曲线τ(s)，确定结合强度τb。

本发明的有益之处在于：

(1)测试装置：结构简单，可重复使用，安装方便，成本低廉，适用于不同线型和覆冰厚度工况的测试，并且是直接测试；

(2)测试方法：简单易操作，简洁有效，便于工程应用。

附图说明

图1是本发明的测试装置的主视图；

图2是图1中的测试装置的仰视图。

图中附图标记的含义：

1-覆冰拉伸模具、2-定位器、3-覆冰、4-输电线、5-末端堵塞、6-螺栓。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

第一部分：覆冰与输电线界面切向结合强度的测试装置

参照图1和图2，本发明的测试输电线覆冰与输电线界面切向结合强度的装置包括：覆冰拉伸模具1、定位器2和末端堵塞5。

一、覆冰拉伸模具

覆冰拉伸模具1由夹持段和收纳段组成。

夹持段呈杆状，用于与试验机固定。

收纳段为空心圆筒，底部敞口，用于收纳覆冰输电线试样。敞口的边缘处绕圆周均匀布设6个内螺纹孔，孔径5mm，用于固定末端堵塞5。

覆冰拉伸模具1采用钢制成，夹持段的长径比不小于5，收纳段的内径不小于10cm、壁厚不小于10mm。

二、定位器

定位器2呈圆柱状，轴线处形成有上穿线孔，上穿线孔的直径等于输电线4的直径。

定位器2设置于覆冰拉伸模具1的空心圆筒的顶部，用于固定输电线4，使输电线4与覆冰拉伸模具1共轴线。

定位器2采用尼龙、塑料或轻质泡沫等便于加工的材料制成，厚度为10mm，外径等于覆冰拉伸模具1的内径。

三、末端堵塞

末端堵塞5也呈圆柱状，轴线处形成有下穿线孔，下穿线孔的直径等于输电线4的直径。

末端堵塞5设置于覆冰拉伸模具1的底部敞口处，绕圆周方向均匀布设6个孔，孔径5mm，通过螺栓6进行固定，用于从下方拖住覆冰输电线试样。

末端堵塞5采用钢制成，厚度为10mm，外径等于覆冰拉伸模具1的外径。

使用测试装置的方法：

将覆冰输电线试样的输电线4的两端分别穿过定位器2和末端堵塞5，三者构成一个连结结构，将该连结结构整体装入覆冰拉伸模具1中，并使覆冰输电线试样固定在覆冰拉伸模具1的轴线上，最后通过螺栓6将末端堵塞5与覆冰拉伸模具1固定在一起。

第二部分：覆冰与输电线界面切向结合强度的测试方法

测试方法主要包括以下步骤：

step1：根据输电线4的直径d选择合适的定位器2和末端堵塞5(上穿线孔的直径、下穿线孔的直径均等于输电线4的直径)，同时测量输电线4上的覆冰3的长度l。

step2：按照图1所示，将覆冰输电线试样、定位器2和末端堵塞5装配到覆冰拉伸模具1上。

step3：以覆冰拉伸模具1的夹持段为上夹持端，以裸露在覆冰拉伸模具1之外的输电线4为下夹持端，将整个测量装置安装到万能材料试验机上，并进行拉伸实验，拉伸速率可根据所需工况进行调整，直至覆冰3与输电线4完全脱开，加载结束。

step4：为便于工程计算，假设覆冰3与输电线4界面各点处切应力τ均匀分布，因此根据万能材料试验机测试的力—位移曲线f(s)除以输电线4和覆冰3二者间的结合面积即可得到切应力—位移曲线τ(s)：

step5：根据切应力—位移曲线τ(s)，从该曲线中即可读出输电线4和覆冰3二者间的结合强度τb。

本发明的测试方法具有以下优势：

(1)可以测试任意厚度覆冰和输电线直径的样本；

(2)以实际覆冰输电线试样为测试对象进行直接测量，较其他间接测量方式更能反映实际情况；

(3)计算方法简单有效，可以有效保证测试的精度。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。