用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置。

背景技术：

复合绝缘子是一种特殊的绝缘控件，一般包括:玻璃纤维环氧树脂芯棒，硅橡胶伞裙，金具三部分，能够在架空输电线路中起到重要作用。

耐张串复合绝缘子在我国110kV、220kV输电线路中的应用已相当普遍，最长使用年限已经接近20年，在特高压交直流工程中，也具备了试用经验。对运行部门而言，由于作业人员出线操作时踩踏耐张串复合绝缘子会损伤绝缘子，不可避免的会导致线路出现故障，因此，目前的带电作业规程禁止踩踏耐张复合绝缘子，这给作业人员的出线操作带来很大不便。为解决耐张复合绝缘子运行中存在的踩踏难题，需要设计踩踏试验装置，从而对耐张复合绝缘子的运行性能进行有效评估，确保输电线路的安全运行。

现有技术中，对耐张复合绝缘子的踩踏模拟试验一般是通过人工踩踏的方式进行模拟，人工踩踏模拟试验费时费力效率低下，且对复合绝缘子的芯棒和伞裙折叠的疲劳老化特性进行评估的结果与实际偏差较大。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置，旨在解决现有复合绝缘子踩踏试验模拟装置效率低下且对复合绝缘子的疲劳老化特性进行评估的结果不准确的问题。

一个方面，本发明提出了一种用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置，该装置包括：踩踏系统、踩踏力获取装置、位移获取装置、应变检测装置、支撑机构和控制系统；其中，所述支撑机构用于承载并张紧待测复合绝缘子；所述踩踏系统置于所述支撑机构的上方，用于对所述待测复合绝缘子施加踩踏力；所述踩踏力获取装置与所述踩踏系统相连接，用于检测所述踩踏系统施加的踩踏力；所述位移获取装置与所述踩踏系统相连接，用于检测所述踩踏系统在施加踩踏力之后的位移；所述应变检测装置与所述待测复合绝缘子相连接，用于检测所述待测复合绝缘子在所述踩踏力作用下承受的应力和产生的应变；所述控制系统与所述踩踏力获取装置、所述位移获取装置和所述应变检测装置均电连接，用于接收所述踩踏力、所述位移、所述应力和所述应变，以及确定所述应力和所述应变随所述踩踏力和所述位移的变化关系。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述踩踏系统包括：支撑架、驱动机构和人脚模拟装置；其中，所述驱动机构与所述支撑架相连接；所述驱动机构与所述人脚模拟装置相连接，用于驱动所述人脚模拟装置向所述待测复合绝缘子施加踩踏力；所述控制系统与所述驱动机构相连接，用于控制所述驱动机构驱动所述人脚模拟装置向所述待测复合绝缘子施加踩踏力。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述人脚模拟装置为假肢。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述人脚模拟装置与所述驱动机构可拆卸连接。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述支撑架包括：两根立柱及连接于两根所述立柱之间的横梁；其中，所述驱动机构与所述横梁相连接。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述驱动机构为电动伺服缸。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述踩踏系统设置于所述待测复合绝缘子中心处的正上方。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述支撑机构包括：底座、第一夹持体、第二夹持体、第一紧固件和第二紧固件；其中，所述第一夹持体和所述第二夹持体均可滑动地连接于所述底座，所述待测复合绝缘子的两端分别与所述第一夹持体和所述第二夹持体相夹接；所述第一夹持体通过所述第一紧固件紧固于所述底座的第一预设位置；所述第二夹持体通过所述第二紧固件紧固于所述底座的第二预设位置。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述底座上沿所述滑动方向开设有多个第一连接孔；所述第一夹持体的底部开设有第二连接孔，所述第二连接孔通过所述第一紧固件与其中的任一个所述第一连接孔相连接；所述第二夹持体的底部开设有第三连接孔，所述第三连接孔通过所述第二紧固件与其中的任一个所述第一连接孔相连接。

进一步地，上述用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置中，所述应变检测装置为多个；其中，各所述应变检测装置分别与所述待测复合绝缘子的各待测部位相连接，用于检测所述待测复合绝缘子各待测部位的所述应力和所述应变。

本发明中提供的试验装置，通过控制系统控制踩踏力获取装置、位移获取装置调节踩踏力和踩踏系统施加踩踏力之后的位移大小，并通过应变检测装置检测待测复合绝缘子的应力和应变，即可得到待测复合绝缘子的应力和应变随踩踏力和位移的变化关系，提高了待测复合绝缘子踩踏模拟试验的效率，为待测复合绝缘子的疲劳老化特性的评估提供了数据支持。

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用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置的主视图；

图2为本发明实施例提供的用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置的侧视图。

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。

参见图1，图中示出了本发明实施例提供的用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置的优选结构。如图所示，该试验装置包括：踩踏系统1、踩踏力获取装置(图中未示出)、位移获取装置(图中未示出)、应变检测装置(图中未示出)、支撑机构2和控制系统(图中未示出)。

其中，支撑机构2用于承载并张紧待测复合绝缘子3。具体地，待测复合绝缘子3为包括有芯棒和伞裙的绝缘控件，待测复合绝缘子3芯棒的两端分别连接于支撑机构2，支撑机构2可以通过夹持装置张紧该待测复合绝缘子3。

踩踏系统1置于支撑机构2的上方，用于对待测复合绝缘子3施加踩踏力。具体地，踩踏系统1可以预设角度设置在支撑机构2的上方，例如，踩踏系统1可以垂直设置在支撑机构2的上方，并对连接在支撑机构2上的待测复合绝缘子3施加踩踏力，该踩踏力的大小可以不低于750N。

踩踏力获取装置与踩踏系统1相连接，用于检测踩踏系统1对待测复合绝缘子3施加的踩踏力。具体地，踩踏力获取装置可以为力学传感器，该力学传感器可以检测到不低于±750N的踩踏力，且该力学传感器的示值误差可以不大于±1％。

位移获取装置与踩踏系统1相连接，用于检测踩踏系统1在对待测复合绝缘子3施加踩踏力之后的位移。具体地，踩踏系统1对待测复合绝缘子3施加踩踏力之后的位移，也就是说，踩踏系统1对待测复合绝缘子3开始施加踩踏力后，踩踏系统1又向待测复合绝缘子3移动的位移，该位移可以根据实际情况进行确定，例如，踩踏系统1对待测复合绝缘子3施加踩踏力之后的位移大小可以不低于50mm；位移获取装置可以为位移传感器，该位移传感器的可以检测到不低于±50mm的位移，且该位移传感器的示值误差不大于±1％。

应变检测装置与待测复合绝缘子3相连接，用于检测待测复合绝缘子3在踩踏力作用下承受的应力和产生的应变。具体地，应变检测装置可以为应变片，应变片与待测复合绝缘子3相连接，以检测待测复合绝缘子3在踩踏力作用下承受的应力和产生的应变。优选地，应变检测装置可以为多个，各应变检测装置分别与待测复合绝缘子3的各待测部位相连接，用于检测待测复合绝缘子3各待测部位的应力和应变。具体实施时，可以在待测复合绝缘子3的芯棒和伞裙的不同位置处设置多个待测点，相应的，在各待测点处分别连接多个应变片以对各待测点的应力和应变分别进行检测。

控制系统与踩踏力获取装置、位移获取装置和应变检测装置均电连接，用于接收踩踏力、位移、应力和应变，以及确定应力和应变随踩踏力和位移的变化关系。具体地，控制系统可以包括：硬件数据采集卡和人机界面软件。其中，数据采集卡与踩踏力获取装置、位移获取装置和应变检测装置电连接，用于采集踩踏力、位移、应力和应变。软件部分可以根据硬件数据采集卡采集的数据分析应力和应变随踩踏力和位移的变化关系。具体实施时，由于踩踏力和踩踏力作用于待测复合绝缘子3之后的位移会随时间发生变化，所以，可以进一步得出待测复合绝缘子3所承受的应力和产生的应变随时间的变化关系。

本实施例中，控制系统的设计要求可以为：以商用PC总线计算机为硬件平台，硬件系统的设计与软件系统相配合，具备传感器信号放大、数据采集、数据显示、曲线绘制、数据处理等功能，集成了试验装置所需的各类应力、位移控制等复杂试验功能。软件系统基于Win7平台开发，软件内置信号发生器可调节力学输出波形，并可进行任意控制模式与试验波形的无扰切换，还可一次设置多个试验步骤、完成各类复杂的组合波形试验。

试验时，在不同时间段内通过踩踏系统1向待测复合绝缘子3施加不同的踩踏力，设定踩踏系统在施加相应的踩踏力作用后的位移，并通过应变检测装置检测待测复合绝缘子3各待测部位在不同踩踏力及设定位移下承受的应力和产生的应变，以确定待测复合绝缘子3的应力和应变随踩踏力和位移的变化关系，并分析出待测复合绝缘子3所承受的应力和产生的应变随时间的变化关系。

可以看出，本实施例中，通过控制系统控制踩踏力获取装置、位移获取装置调节踩踏力和踩踏系统1施加踩踏力之后的位移大小，并通过应变检测装置检测待测复合绝缘子3的承受的应力和产生的应变，即可得到待测复合绝缘子3承受的的应力和产生的应变随踩踏力和位移的变化关系，提高了待测复合绝缘子3踩踏模拟试验的效率，为待测复合绝缘子3的疲劳老化特性的评估提供了数据支持，解决了现有复合绝缘子踩踏试验模拟装置效率低下且对复合绝缘子的疲劳老化特性进行评估的结果不准确的问题。

参见图2，上述实施例中，踩踏系统1可以包括：支撑架11、驱动机构12和人脚模拟装置13。其中，驱动机构12与支撑架11相连接。具体地，支撑架11可以包括：两根立柱111及连接于两根立柱111之间的横梁112。其中，驱动机构12与横梁112相连接。两根立柱111可以相对设置且两根立柱111之间具有预设距离，例如，两根立柱111之间的间距不小于300mm。具体实施时，两根立柱111的底部可以通过支撑机构2固定于地面，横梁113的两端可以分别与两根立柱111可拆卸连接。

驱动机构12可以为本领域技术人员所熟知的任意一种驱动装置，本实施例对其不做任何限定。具体实施时，驱动机构12与支撑架11可以可拆卸连接。驱动机构12与人脚模拟装置13相连接，用于驱动人脚模拟装置13向待测复合绝缘子3施加踩踏力。具体地，人脚模拟装置13可以为假肢，假肢与驱动机构12可以可拆卸连接。具体实施时，驱动机构12可以通过连接件4将踩踏力传递给假肢。

控制系统与驱动机构12相连接，用于控制驱动机构12驱动人脚模拟装置13向待测复合绝缘子3施加踩踏力。具体地，控制系统可以控制驱动机构12调节踩踏力的大小以及控制驱动机构12停止向待测复合绝缘子3施加踩踏力。

可以看出，通过驱动机构12驱动假肢向待测复合绝缘子3施加踩踏力使得对待测复合绝缘子3的踩踏模拟试验更接近实际环境，使得试验结果更加准确，同时，该试验装置可以更换不同规格的假肢，适用性较强。

上述实施例中，优选地，驱动机构12可以为电动伺服缸。具体地，电动伺服缸可以包括：伺服电机和滚珠丝杠。

具体实施时，伺服电机121可以穿设于横梁112且置于横梁112的上方，滚珠丝杠122的第一端(图2中所示的上端)可以穿设于横梁112且置于横梁112的下方，滚珠丝杠122的第二端(图2中所示的下端)与连接件4的一端相连接，连接件4的另一端与假肢相连接。

工作时，滚珠丝杠122将伺服电机121的旋转运动转换为直线运动，带动连接件4将踩踏力传递给假肢，并最终由假肢将踩踏力作用于待测复合绝缘子3。

可以看出，伺服电机121既可进行位移控制，例如等速率位移，恒位移；力控制，例如等速率力、恒力；也可进行变形控制，例如等速率变形、恒变形。能对踩踏力和踩踏力施加于待测复合绝缘子3之后的位移进行精确控制，提高了试验的可控性，使得试验结果更加准确；同时，伺服电机121具有无需液压源、无需冷却设备、节能等特点。

上述实施例中，踩踏系统1可以设置于待测复合绝缘子3中心处的正上方。具体地，踩踏系统1中的驱动机构12可以正对待测复合绝缘子3中心部位设置，以将踩踏力垂直作用于待测复合绝缘子3的中心部位。

可以看出，踩踏系统1对待测复合绝缘子3的中心处施加踩踏力时，待测复合绝缘子3承受的应力和产生的应变最大，通过检测此时待测复合绝缘子3的各个待测部位在该踩踏力作用下的应力和应变是否在待测复合绝缘子3的正常工作范围内，为实际中操作人员是否可以踩踏该待测复合绝缘子3提供了力学依据。

上述实施例中，支撑机构2可以包括：底座21、第一夹持体22、第二夹持体23、第一紧固件24和第二紧固件25。

第一夹持体22和第二夹持体23均可以可滑动地连接于底座21，待测复合绝缘子3的两端可以分别与第一夹持体22和第二夹持体23相夹接。具体地，第一夹持体22和第二夹持体23上设置有用于固定夹具的连接部，螺栓等通过该连接部将夹具紧固于第一夹持体22和第二夹持体23上，并通过夹具对待测复合绝缘子3进行夹持。还可以在第一夹持体22和第二夹持体23的底部设置滚轮，例如胶轮，在底座21上沿第一夹持体22和第二夹持体23的滑动方向可以设置使胶轮滚动的轨道。此外，还可以在底座21与地面之间安装支撑脚、减震装置或地脚螺栓等。

第一夹持体22可以通过第一紧固件24紧固于底座21的第一预设位置，第二夹持体23可以通过第二紧固件25紧固于底座21的第二预设位置。具体地，第一紧固件24和第二紧固件25可以为螺栓、销轴等，本实施例对其不做任何限定。底座21上沿滑动方向可以开设有多个第一连接孔(图中未示出)，第一夹持体22的底部可以开设有第二连接孔(图中未示出)，第二连接孔可以通过第一紧固件24与其中的任一个第一连接孔相连接。第二夹持体23的底部可以开设有第三连接孔(图中未示出)，第三连接孔可以通过第二紧固件25与其中的任一个第一连接孔相连接。具体实施时，当第一夹持体22滑动至底座21上的第一预设位置时，第一紧固件24可以穿设于第二连接孔和第一预设位置处的第一连接孔，以将第一夹持体22紧固于底座21上的该第一预设位置处。当第二夹持体23滑动至底座21上的第二预设位置时，第二紧固件25可以穿设于第三连接孔和第二预设位置处的第一连接孔，以将第二夹持体23紧固于底座21上的该第二预设位置处。

需要说明的是，具体实施时，第一预设位置和第二预设位置可以根据待测复合绝缘子3的尺寸来确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，可以根据待测复合绝缘子3的长度及待测复合绝缘子3上待测点的位置调节第一夹持体22和第二夹持体23的位置，操作简单方便。

综上所述，本实施例中的用于耐张复合绝缘子踩踏疲劳的试验装置，提高了待测复合绝缘子3踩踏模拟试验的效率，为待测复合绝缘子3的疲劳老化特性的评估工作提供了数据支持。

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。