一种测试架空输电线路覆冰与导线界面法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，具体涉及一种测试架空输电线路覆冰与导线界面法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，无法提供圆柱状表面的导线和覆冰之间的结合强度，使得这两种方法的用途和范围受限。

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能够测试架空输电线路覆冰与圆柱状表面的导线界面法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：

一种半圆柱覆冰输电线试样的制备装置，其特征在于，包括：水平承台7、锁紧装置靠板(5)、橡胶密封垫片(2)、六角螺母(3)、锁紧套8、锁紧钉9和输电线(1)，其中，

前述水平承台7具有半圆柱空腔，前述半圆柱空腔的壁上涂有防结冰涂层(4)；

前述锁紧装置靠板(5)设置在水平承台7的两端，其上留有供输电线(1)穿过的通孔；

前述橡胶密封垫片(2)和六角螺母(3)依次设置在锁紧装置靠板(5)的外侧，锁紧套8设置在六角螺母(3)的孔内；

前述输电线(1)的两端均依次穿过锁紧装置靠板(5)、橡胶密封垫片(2)和锁紧套8；

前述锁紧钉9径向穿透锁紧套8，从两侧固定输电线(1)，使在制备覆冰导线时输电线(1)保持直线状态。

前述的半圆柱覆冰输电线试样的制备装置，其特征在于，前述水平承台7采用不锈钢制成。

前述的半圆柱覆冰输电线试样的制备装置，其特征在于，前述防结冰涂层(4)采用的是志盛威华zs-611防冰雪涂料，厚度为0.1mm。

一种测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置，其特征在于，包括：半圆柱覆冰容纳模具(10)、输电线持力模具(20)和预紧螺栓(30)，其中，

前述半圆柱覆冰容纳模具(10)由上夹持手柄(101)和半圆柱腔体(102)组成，前述半圆柱腔体(102)用于容纳半圆柱覆冰6，为半封闭结构，沿轴线留有露出输电线(1)的缝隙，缝隙的宽度不小于输电线(1)的直径；

前述输电线持力模具(20)由下夹持手柄(201)和支撑臂(202)组成，前述支撑臂(202)用于支撑输电线(1)，上端形成有持力环(203)，持力环(203)的内径与输电线(1)的外径相匹配，能够套在输电线(1)上；

前述预紧螺栓(30)设置在持力环(203)的外侧，并且能够套在输电线(1)上，用于将输电线(1)固定于持力环(203)中。

前述的测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置，其特征在于，前述半圆柱覆冰容纳模具(10)和输电线持力模具(20)均采用不锈钢制成。

前述的测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置，其特征在于，在前述半圆柱覆冰容纳模具(10)的结构中，上夹持手柄(101)的长度不小于80mm，半圆柱腔体(102)的截面半径不小于60mm，空腔长度不小于200mm。

前述的测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置，其特征在于，在前述输电线持力模具(20)的结构中，下夹持手柄(201)的长度不小于80mm。

一种测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

step1：利用前述半圆柱覆冰输电线试样的制备装置制备得到半圆柱覆冰输电线试样；

step2：将半圆柱覆冰输电线试样装到前述测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置中；

step3：将装有半圆柱覆冰输电线试样的装置安装到拉伸机上，以上夹持手柄(101)端为上夹持端进行拉伸实验，直至覆冰6与输电线(1)完全脱开，加载结束；

step4：根据下列公式计算覆冰与导线界面法向结合强度σb：

其中，fb为拉伸机测试得到的载荷，d为输电线的直径，l为输电线上覆冰的长度。

本发明的有益之处在于：

(1)半圆柱覆冰输电线试样的制备装置：能够制备出半圆柱覆冰输电线试样，是本发明的测试方法的前提和保障；

(2)测试覆冰与导线界面法向结合强度的装置：结构简单，能够测试覆冰与圆柱状表面的导线界面法向结合强度，不仅拓宽了覆冰与导线结合强度的测试范围，而且可以有效保证测试的精度；可以反复使用，降低了测试成本；

(3)测试覆冰与导线界面法向结合强度的方法：简单易操作；覆冰的厚度可以在小于半圆柱覆冰容纳模具的范围内进行各种厚度的测试；被覆冰的输电线可以在小于持力环直径的范围内进行各种直径输电线覆冰结合强度的测试。

附图说明

图1是本发明的半圆柱覆冰输电线试样的制备装置的主视图；

图2是图1中的制备装置的仰视图；

图3是锁紧套和锁紧钉锁紧输电线的示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明的测试覆冰与导线界面法向结合强度的装置的主视图；

图6是图5中的装置的左视图。

图中附图标记的含义：

1-输电线、2-橡胶密封垫片、3-六角螺母、4-防结冰涂层、5-锁紧装置靠板、6-覆冰、7-水平承台、8-锁紧套、9-锁紧钉；

10-半圆柱覆冰容纳模具、101-上夹持手柄、102-半圆柱腔体；

20-输电线持力模具、201-下夹持手柄、202-支撑臂、203-持力环；

30-预紧螺栓。

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：半圆柱覆冰输电线试样的制备装置

参照图1、图2、图3和图4，本发明的半圆柱覆冰输电线试样的制备装置，包括：水平承台7、锁紧装置靠板5、橡胶密封垫片2、六角螺母3、锁紧套8、锁紧钉9和输电线1。

水平承台7采用不锈钢制成，其具有半圆柱空腔，该半圆柱空腔的壁上涂有防结冰涂层4，防结冰涂层4采用的是志盛威华zs-611防冰雪涂料，厚度为0.1mm，防结冰涂层4可以防止在低温结冰过程中导线覆冰与半圆柱空腔结合而影响后续实验。

锁紧装置靠板5设置在水平承台7的两端，其上留有供输电线1穿过的通孔。

橡胶密封垫片2和六角螺母3依次设置在锁紧装置靠板5的外侧，锁紧套8设置在六角螺母3的孔内。

输电线1的两端均依次穿过锁紧装置靠板5、橡胶密封垫片2和锁紧套8。

锁紧钉9径向穿透锁紧套8，从两侧固定输电线1，使在制备覆冰导线时输电线1保持直线状态。

制备半圆柱覆冰输电线试样的方法：

将输电线1的两端均依次穿过锁紧装置靠板5、橡胶密封垫片2和锁紧套8，拉直输电线1，使锁紧装置靠板5、橡胶密封垫片2和六角螺母3紧紧贴靠在一起，同时将锁紧装置靠板5紧紧贴靠在水平承台7的两端，然后用锁紧钉9径向穿透锁紧套8，从两侧固定输电线1使输电线1保持直线状态，接下来向水平承台7的半圆柱空腔内注水，冷冻制备覆冰6，最后将锁紧装置靠板5拆卸下来，即得半圆柱覆冰输电线试样。

第二部分：覆冰与导线界面法向结合强度的测试装置

参照图5和图6，本发明的测试架空输电线路覆冰与导线界面法向结合强度的装置包括：半圆柱覆冰容纳模具10、输电线持力模具20和预紧螺栓30。

半圆柱覆冰容纳模具10由上夹持手柄101和半圆柱腔体102组成，二者是一个整体结构，上夹持手柄101是用于将半圆柱覆冰容纳模具10固定到拉伸机上的(即用于实验时上侧夹持加载)，半圆柱腔体102是用于容纳半圆柱覆冰6的。其中，半圆柱腔体102为半封闭结构，沿轴线留有露出输电线1的缝隙，缝隙的宽度不小于输电线1的直径。半圆柱覆冰容纳模具10采用不锈钢制成，上夹持手柄101的长度不小于80mm，半圆柱腔体102的截面半径不小于60mm，空腔长度不小于200mm。

输电线持力模具20由下夹持手柄201和支撑臂202组成，二者是一个整体结构，下夹持手柄201是用于将输电线持力模具20固定到拉伸机上的(即用于实验时下侧夹持加载)，支撑臂202是用于支撑输电线1的。其中，支撑臂202的上端形成有持力环203，持力环203的内径与输电线1的外径相匹配，持力环203能够套在输电线1上，用于固定不同厚度的输电线1。输电线持力模具20采用不锈钢制成，下夹持手柄201的长度不小于80mm。

预紧螺栓30设置在持力环203的外侧，并且能够套在输电线1上，用于将输电线1固定于持力环203中，以免在测试时输电线1时发生弯曲而使测试失去准确性。

使用测试装置的方法：

将半圆柱覆冰6装到半圆柱覆冰容纳模具10的半圆柱腔体102中，将输电线1的两端穿过输电线持力模具20的持力环203，用预紧螺栓30将输电线1固定于持力环203中。

第三部分：覆冰与导线界面法向结合强度的测试方法

将第一部分制得的半圆柱覆冰输电线试样装到第二部分介绍的测试装置中，然后将装有半圆柱覆冰输电线试样的装置安装到拉伸机上，用拉伸机的上防滑夹头固定半圆柱覆冰容纳模具10的上夹持手柄101，用拉伸机的下防滑夹头固定输电线持力模具20的下夹持手柄201，以上夹持手柄101端为上夹持端进行拉伸实验，拉伸速率根据所需工况进行调整，直至覆冰6与输电线1完全脱开，加载结束，最后根据下列公式计算覆冰与导线界面法向结合强度σb：

其中，fb为拉伸机测试得到的载荷，d为输电线的直径，l为输电线上覆冰的长度。

本发明的测试方法：

(1)覆冰的厚度可以在小于半圆柱覆冰容纳模具的范围内进行各种厚度的测试；

(2)被覆冰的输电线可以在小于持力环直径的范围内进行各种直径输电线覆冰结合强度的测试。

由此可见，本发明的测试方法简单易操作，可以测试覆冰与圆柱状表面的导线界面法向结合强度，拓宽了覆冰与导线结合强度的测试范围。

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。