一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置及方法与流程

本发明实施例涉及机械设备测试技术，尤其涉及一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置及方法。

背景技术：

动车组运行的时候，动车顶部连接受电弓、开关或母线的硅橡胶绝缘子伞裙的机械性能会影响动车的行车安全。如果伞裙变形过大，则可能造成有效爬电距离减少，增加闪络概率，造成不安全输电，危及列车安全运行。因此运行中绝缘子的机械性能是着重关注对象，需要前期进行疲劳试验研究，合理制定动车硅橡胶绝缘子的使用寿命。

现有技术中，为还原高速动车运行的实际情况，模拟风力及大气压力的疲劳试验，加速绝缘子伞裙的机械老化，一般采用高速风洞试验，即试验装置中包括模拟风洞的空间、鼓风机和视频监控装置。如crh380车型绝缘子试验时，将待测的绝缘子放置在模拟风洞空间中，采用鼓风机产生105m/s(380公里/小时)的风速，不间断吹入模拟风洞空间中，以冲击绝缘子伞裙；在此过程中，利用视频监控装置拍摄绝缘子伞裙被冲击后的画面，捕捉伞裙的最大偏移量，用于后期人工分析判断绝缘子伞裙的机械性能。

然而，此种试验方法虽然能够有效模拟真实的动车组运行工况，但是国内仅有几家有飞机制造资质的单位才能拥有，试验过程极其昂贵。

技术实现要素：

本发明提供一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置及方法，以实现在动车运行速度范围内测量绝缘子伞裙变形情况，且降低试验装置成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置，包括：

绝缘子安装架，用于固定硅橡胶绝缘子；

水流喷射单元，用于向硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离。

进一步地，绝缘子安装架包括：电动滚轮，用于固定硅橡胶绝缘子，并带动所述硅橡胶绝缘子及伞裙进行旋转。

进一步地，电动滚轮的垂直位移量为6mm，水平旋转速度为60转/min或120转/min。

进一步地，绝缘子安装架包括：固定支架，用于固定硅橡胶绝缘子；水流喷射单元包括多个喷射水流的出水口，绕所述伞裙周向均匀布设。

进一步地，水流喷射单元包括：

加压泵，用于对水源提供的水流加压至设定压力值；

高压喷枪，连接至所述加压泵，用于将具有设定压力值的水流喷射至所述伞裙，以进行水流冲击，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离；

喷枪安装架，用于固定所述高压喷枪。

进一步地，加压泵为2台，分别连接至进水阀，在所述加压泵的出水管处连接2把高压喷枪，相对于所述伞裙对称设置。

进一步地，高压喷枪固定在所述喷枪安装架上，喷枪出水口对应于所述伞裙最上部的大伞，并在距离伞裙边缘15mm，呈斜向上或斜向下设置。

进一步地，偏移设定距离为在高速风洞试验中所述伞裙的最大偏移距离。

第二方面，本发明实施例还提供了一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法，采用本发明任意实施例所提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置执行，所述方法包括：

控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离。

进一步地，控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流包括：

控制固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙水平方向持续转动，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离；垂直方向上下往复运动，以使得喷射水流在伞裙表面小范围内随机形成受力点，造成伞裙的持续震动。；

控制水流喷射单元持续向所述转动的伞裙喷射水流。

进一步地，控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流包括：

动态调整水流喷射单元所喷射水流的水压，对硅橡胶绝缘子伞裙进行冲击。

本发明通过使用较为常见、低廉的试验装置代替稀少，高昂的专业试验设备，解决带伞裙的硅橡胶产品风洞试验试验验证成本高昂的问题，可以模拟硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验过程，实现试验装置经济投入低的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例二中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图。

图3是本发明实施例三中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图。

图4是本发明实施例四中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置中水流喷射单元结构示意图。

图5是本发明实施例五中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法流程图。

图6是本发明实施例六中的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1所示为本发明实施例一提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图，该实验装置的具体结构包括：

绝缘子安装架110，用于固定硅橡胶绝缘子；

水流喷射单元120，用于向硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离。

具体的，绝缘子安装架110用于固定硅橡胶绝缘子，以便更好、更均匀地接受水流喷射单元喷射的水流。绝缘子安装架110可以为一根或多根立柱，立柱顶端装有连接板，连接板与硅橡胶绝缘子相连。水流喷射单元120输出不同压力的水流以代替不同的风速，在不同压力的水流速下不断地向硅橡胶绝缘子伞裙喷射，以使得硅橡胶绝缘子伞裙在水流喷射单元120喷射的水流下偏移设定距离。其中，水流喷射单元120的数量可以是1个或多个，优选为2个或4个。水流喷射单元120的位置可以是沿硅橡胶绝缘子伞裙周向均匀布设并固定在安装架上。水流喷射单元120优选为高压喷枪。

该硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的工作原理是利用高压水流代替高风速，模拟高速动车组运行速度，输出不同压力的水流代替不同的风速。在不同压力的水流速下，不断地冲击绝缘子伞裙，检测绝缘子伞裙表面撕裂情况，通过持续不断的水流冲击试验，加快硅橡胶制品的机械老化速度，为我们制定硅橡胶的使用寿命研究提供理论依据。

本实施例的技术方案，通过绝缘子安装架和水流喷射单元，解决了带伞裙的硅橡胶产品风洞试验试验验证成本高昂的问题，可以模拟硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验过程，实现试验装置经济投入低的效果。

在上述技术方案的基础上，偏移设定距离为在高速风洞试验中所述伞裙的最大偏移距离。偏移距离这样设置好处在于使本申请所述伞裙的最大偏移量和高速风洞试验中所述伞裙的最大偏移量相同，从而本申请实验装置能够有效地替代高速风洞试验，从而达到降低试验成本的效果。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是将绝缘子安装架110进一步优化为电动滚轮1101，用于固定硅橡胶绝缘子，并带动所述硅橡胶绝缘子及伞裙进行旋转。

具体的，将硅橡胶绝缘子固定在电动滚轮1101上，电动滚轮1101可以在垂直方向上产生一定的位移量，也可以调整水平方向旋转速度。例如，电动滚轮1101垂直位移量6mm，水平旋转速度为60转/min或120转/min。目的是让伞裙受力的位置和力量在一定的范围内产生变化，以更好地模拟机械老化的过程。

本实施例的技术方案，通过电动滚轮固定并带动硅橡胶绝缘子及伞裙进行旋转，解决了实验装置成本高昂、使用维护困难的问题，达到了实验装置经济投入低、使用维护简单的效果。

在上述技术方案的基础上，电动滚轮1101优选可以设置垂直位移量为6mm，其中，电动滚轮1101的垂直位移量是指台体垂直方向的位移，电动滚轮1101垂直位移量这样设置的好处在于让伞裙的受力位置和力量在一定范围内产生变化，过大会偏出伞裙，过小效果不明显；水平旋转速度为60转/min或120转/min，电动滚轮1101水平旋转速度这样设置的好处在于让整个伞裙圆周都能受到冲击，进而更好地模拟机械振动状态，真实模拟高速动车组运行速度的效果。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是将绝缘子安装架110进一步优化为固定支架1102，用于固定硅橡胶绝缘子。此时，水流喷射单元120包括多个喷射水流的出水口，绕所述伞裙周向均匀布设。

具体的，将硅橡胶绝缘子固定在固定支架1102上，其中，固定支架1102可以为任意形状、任意数量的立柱。例如，可以选用四根立柱沿硅橡胶绝缘子伞裙周向均匀布设，目的是为了让被测伞裙固定住，以防水流喷射单元120喷射水流时，硅橡胶绝缘子伞裙偏移过大。同时，为了更好地模拟机械振动状态，水流喷射单元120要设有多个喷射水流出水口，绕被试验的硅橡胶绝缘子伞裙周向均匀布设。其中，水流喷射单元120优选为高压喷枪，水流喷射单元120的个数可以为1个或者多个，优选为2个或4个。

本实施例的技术方案，通过固定支架固定硅橡胶绝缘子，并在伞裙周向上布设多个喷射水流的出水口，解决了实验装置成本高昂的问题，达到了实验装置经济投入低的效果。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置中水流喷射单元的结构示意图，硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置的其余部分参见其余实施例。本实施例在上述各实施例的基础上，优选的将硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置中水流喷射单元进一步优化为包括：

加压泵410，用于对水源提供的水流加压至设定压力值；

高压喷枪1201，连接至所述加压泵410，用于将具有设定压力值的水流喷射至所述伞裙，以进行水流冲击，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离；

喷枪安装架430，用于固定所述高压喷枪。

具体的，加压泵410入水口连接至水源，并将水流加压至与硅橡胶绝缘子伞裙在高速风洞试验中所受的空气阻力一致，即加压至设定压力值，从而用来控制绝缘子伞裙的所受机械负荷大小。高压喷枪1201喷头可以选择直径2mm实心喷嘴，喷头工作压力可达2500bar，高压喷枪1201连接至加压泵410的出水管可形成超高压射流。喷枪安装架430可以选用任意形状的立柱，也可以选用矩形框，用于固定高压喷枪。

本实施例的技术方案，通过加压泵、高压喷枪、喷枪安装架，解决了实验装置成本高昂、使用维护困难的问题，达到了实验装置经济投入低、使用维护简便的效果。

在上述各个实施例的基础上，加压泵410优选是2台，分别连接至进水阀，在加压泵410的出水管处连接2把高压喷枪1201，相对于所述伞裙对称设置。加压泵410和高压喷枪1201这样设置的好处在于使整个伞裙圆周都能受到冲击效果，达到更加真实代替高风速的效果。

在上述各个实施例的基础上，高压喷枪1201固定在所述喷枪安装架430上，喷枪出水口优选的对应于所述伞裙最上部的大伞，并在距离伞裙边缘15mm，呈斜向上或斜向下设置。这样设置是由于伞裙外径190mm，内径70mm，有一定锥度，靠伞套伞裙靠外1/4位置受力机械振动的效果最好，靠外偏移过大，则伞裙扭曲，靠里则偏移量不够。

本发明实施例还提供了一种硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法，该方法可以由上述各实施例所提供的装置来执行，该方法包括：

控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离。

该方法还可以进一步优化，下面通过实施例详细说明。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法的流程图，该方法可以由上述各实施例所提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置来执行，具体包括以下步骤：

步骤510、控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离。

其中，控制水流喷射单元向固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙喷射水流的目的是为了让伞裙在本申请实验装置下偏移的距离和在高速风洞试验中所偏移的距离相同，从而能够用高压水流来代替高风速。

步骤520、控制固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙水平方向持续转动，以使得所述伞裙在喷射水流的喷射下偏移设定距离；垂直方向上下往复运动，以使得喷射水流在伞裙表面小范围内随机形成受力点，造成伞裙的持续震动。

其中，控制固定于绝缘子安装架上的硅橡胶绝缘子伞裙水平方向持续转动是为了让整个伞裙圆周都能受到冲击效果。垂直方向上上下往复运动是为了使伞裙持续震动，以更好地模拟机械振动状态，达到真实模拟高速动车组运行速度的效果。

进一步的，该方法还可以执行步骤530。

步骤530、控制水流喷射单元持续向所述转动的伞裙喷射水流。

其中，控制水流喷射单元持续向所述转动的伞裙喷射水流是为了加快硅橡胶绝缘子伞裙的老化时间。在实验的过程中，摆好实验装置，固定好绝缘子并接上电源、水源，24小时不间断地试验。24小时检查一次供水供电情况，其余无需关注。1000小时后取下绝缘子，切下被测伞裙进行机械性能分析。

进一步的，该方法还可以执行步骤540。

步骤540、动态调整水流喷射单元所喷射水流的水压，对硅橡胶绝缘子伞裙进行冲击。

其中，动态调整水流喷射单元所喷射水流的水压，对硅橡胶绝缘子伞裙进行冲击，是通过改变高压水流的压力以模仿不同水流冲击力下的机械老化试验效果。

上述步骤510、步骤520、步骤530和步骤540的执行顺序不限于顺序执行，还可以并行执行。

本实施例的技术方案，通过硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法，解决了硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的实验装置成本高昂的问题，达到了实验装置经济投入低的效果。

实施例六

图6为本发明实施例六提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验方法结构框图。本实施例可以以上述实施例为基础，提供了一种优选实施例。

本实施例中将2把加压泵610连接至水源，出水管连接至2把高压喷枪620，加压泵610选择工作压力6mp，流量13l/min。高压喷枪620固定在喷枪安装架630上，高压喷枪620选择直径2mm实心喷嘴，喷头工作压力可达2500bar，安装在喷管上可形成超高压射流。绝缘子固定在电动滚轮640上。电动滚轮640的垂直位移量6mm，水平旋转速度每分60转或120转二种。高压喷枪620出水口选择硅橡胶绝缘子伞裙的最上部的大伞，在距伞边缘15mm的180度对径两点分別以向上和向下的力作用。高压喷枪620的出水口可以对准硅橡胶绝缘子伞裙的任意位置，这里优选对应于伞裙最上部的大伞，用伞裙大伞的老化程度代替整个伞裙的老化程度。连接好试验装置后，打开加压泵610的进水阀，并开启加压泵610。固定高压喷枪620，让高压喷枪620持续喷水。电动滚轮640上电，不停转动，并持续不间断开启。在冲击过程中，可随意调整加压泵610压力大小，让水流冲击力与空气阻力达到一致，以模仿不同风速下的疲劳试验效果，其中空气阻力fw是空气对前进中的动车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：fw＝1/16·a·cw·v2，v为行车速度，单位为m/s；a为动车横截面面积，单位为m²；cw为风阻系数。

本实施例的技术方案，解决了试验装置高昂、费时费力的问题，达到了较为常见、低廉的试验装置代替稀少，高昂的专业试验设备，省时省力的技术效果。

上述方法可执行本发明任意实施例所提供的硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置，具备执行硅橡胶绝缘子伞裙机械老化的试验装置相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。