专利名称：输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试技术领域，尤其涉及电力器材高温承载性能测试装置，具体地说 是一种输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置。
背景技术：
目前相关国家标准中对铝及铝合金电力器材的破坏强度测试是在常温下进行的， 但随着输送容量的不断提高，导线及与其配套的电力器材的运行温度也在不断提升。在铝 及铝合金器材的设计标准中，其强度按照最高使用温度为70°C时校核，而当器材与耐热导 线相配套时，其运行温度可达200°C，接近了铝及铝合金的再结晶温度(软化温度)。而金 属材料长期在高温下运行时，其强度一般会随着温度的升高而不断降低。现有的国内外对输电线路铝及铝合金电力器材的强度测试试验机都为在常温下 进行，无高温加热装置，虽然部分试验机有载荷保持功能，但其载荷保持时间都比较短，无 法长时间GOO小时以上)地保持较高的载荷。因此现有的试验装置无法真实反映电力器 材在实际运行状态下的破坏强度。

发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种改进型的铝及铝合金 电力器材高温承载性能装置，即能在常温下对试样进行短时间加载测试，同时也能满足在 高温下对试样进行长时间加载测试。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案输电线路铝及铝合金电力器材高温 承载性能测试装置，包括控制计算机、高温箱、电液伺服拉力试验机、载荷保持控制系统和 试样专用夹具，其特征在于所述的高温箱受控于温度控制器，并设置在拉力试验机的上夹 头和下夹头之间；所述的专用夹具包括上拉杆和下拉杆，所述的上拉杆上端设有与拉力试 验机上夹头连接的支承座，上拉杆的下端穿入所述的高温箱，端部设有一个试样连接件，所 述的下拉杆的下端与拉力试验机的下夹头连接，上端穿入所述的高温箱，顶部设有一个试 样连接头。本发明的装置，在“机械负载+恒定高温+长时间，，这三个条件下测试，模拟电力 器材的实际运行环境，获得电力器材在高温承载条件下的强度损失率(与常温下强度进行 对比)，为耐高温电力器材提供相关的试验数据和设计依据。本发明装置可以将被测试样加载到12 600kN之间的任一载荷，加温到室温 200°C之间的任一温度，并稳定地保持载荷在400小时以上，在载荷保持阶段结束后可继续 加载直至试样破坏，获得被测电力器材在一定温度、一定载荷和一定保持时间后的破坏强度。作为本发明的进一步改进，所述的上拉杆和试样连接件之间可脱卸连接。所述的 下拉杆和试样连接头之间可脱卸连接。根据不同类型的试样，可以方便地更换试样连接件 和试样连接头。
作为本发明的再进一步改进，所述的上拉杆通过一个调心球与所述的支承座的内 侧球面槽可调配合。上述调心球和支承座之间的球面配合结构能够将一对试验力自动调整 成同轴，以减少试验力不同轴对试验结果带来的影响。作为本发明的更进一步改进，所述的载荷保持控制系统与一个液压油冷却系统相 连。由于试验机在工作时，其压强传递介质(液压油)需在高压下不断流动，而且受到电机、 齿轮泵等工作时散发热量的影响，液压油在长时间循环工作时(长时间载荷保持状态)，其 温度会不断升高。为此，本发明引入了液压油冷却系统。将载荷保持控制系统的油缸侧面 一端靠近底部的位置和油缸侧面另一端顶部位置开两个孔，前者连接冷却系统的进油口， 后者连接冷却系统的出油口。液压油不断地通过冷却系统进行热交换达到降温目的，使本 发明装置在长时间工作时保证油温的稳定，进一步提高了测试系统的可靠性。


图1是本发明装置整体结构的示意图。
图2是本发明装置在工作时各系统之间的相互关系框图。
图3是载荷保持系统构架框图。
图4是高温箱2的安装示意图。
图5是试验机、高温箱和专用夹具的装配示意图。
图6是专用夹具的结构示意图。
图7是上拉杆组件的结构示意图。
图8是上拉杆组件的装配示意图。
图9是下拉杆的结构示意图。
具体实施例方式参照图1，本发明的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，包括控 制计算机4、高温箱2、电液伺服拉力试验机1、载荷保持控制系统7、液压油冷却系统8和电 力器材破坏载荷测试专用夹具3，所述的高温箱2设置在拉力试验机1的上夹头9和下夹头 10之间。参照图2，在高温箱内设有一个固定的温度传感器和10个可活动的温度传感器。 所述的10个可活动的温度传感器用于测量空间范围内和试样不同部位的温度值，用以判 断被测试样的各个部分是否已经达到设定温度。所述的温度传感器感应的信号通过温度采 集器输出给控制计算机进行计算和处理。所述的固定温度传感器用来感应箱内温度，并将 信号输出给温度控制器，由温度控制器控制高温箱的箱内温度在一定的范围内。温度控制 器采用可编程控制，可以分段设置升温速率和温度保持时间，即可实现温度的梯度升高和 循环。完成测试所需的载荷由电液伺服拉力试验机提供。为了保证试验机能够在长时 间、高载荷条件下的稳定工作，本发明引入了液压油冷却系统8。所述的液压油冷却系统8 和载荷保持控制系统7的油路联通，而载荷保持控制系统7与电液伺服拉力试验机1油路 联通，这样，液压油不断地通过冷却系统进行热交换达到降温目的。参照图3，电力器材的高温承载性能测试过程中需要对试样施加一恒定载荷，并保持这一载荷将超过400小时，上述条件由载荷保持系统提供。本发明中的载荷保持系统由 位移传感器、拉力传感器和计算机控制载荷动态补偿系统组成。由位移传感器测量试样的 形状变化，由拉力传感器感知试样的载荷波动，将这两者的变化同时输入计算机中的载荷 动态补偿系统，由计算机控制系统输出补偿信号至电液伺服阀，通过电液伺服阀控制压力 油缸的进油量大小，从而实现载荷的实时动态补偿和稳定。参照图4，高温箱2架设在可调节高度的支架上，并在支架上可进行前后移动，使 箱体可以适应不同形状的试样和夹具。所述的支架包括垂直导轨18和横向悬臂17，所述高 温箱2设置在所述的横向悬臂17的支板16上，横向悬臂17上还设有限位块15。所述的垂 直导轨18固定在地面上，横向悬臂17可以沿垂直导轨18上下移动，在调整到位后由固定 件19锁定。所述的高温箱2顶部和底部开设有供专用夹具3穿越的通孔14。参照图5和图6，所述的专用夹具3包括上拉杆12和下拉杆13。所述的上拉杆12 上端设有支承座11，与拉力试验机的上夹头9连接。上拉杆12的下端穿入高温箱2，端部 设有一个连接件22，用于连接试样26。所述的下拉杆13的下端与拉力试验机的下夹头10 连接，上端穿入高温箱2，顶部设有一个连接头M，用于固定试样26。参照图7、图8，本发明的上拉杆12上端设有支承座11，所述支承座11通过两侧的 楔面与试验机上夹头9的楔面贴合，支承座11上开设有供上拉杆12穿越的中心孔和球面 槽23，在所述球面槽23放置一个调心球21，调心球21的下表面也为与支承座球面槽23相 等曲率的球面，使调心球21和支承座的球面槽23贴合。参照图8，上拉杆组件的装配过程 如下将上拉杆12穿过调心球21和支承座11，在上拉杆12上端旋入螺母20，螺母20的一 个端面与调心球21上表面贴合。试验时，要求试验机加载在试样上的一对拉力方向相反、大小相等，在上拉杆12 下端受到偏离竖直向下的力时，上拉杆12将通过调心球21与支撑面之间的滑动，使上夹头 9施加载荷的方向能随着下夹头10做微小的偏离而自动调整。可见，上述调心球21和支承 座11之间的球面配合结构能够将一对试验力自动调整成同轴，以减少试验力不同轴对试 验结果带来的影响。本发明所述的调心球21是一个相对广义的概念，可以是全球体或半球体，也可以 是任何比率的球面，只要在底部具有部分球面，能够与支承座11形成转动配合即可。在本 实施例中采用的是半球面结构。最好，所述的调心球21的上表面为平面，以便与螺母更好 地配合。另一个更为简单的实施方式，所述的调心球21通过焊接或螺纹连接直接与所述 的上拉杆12固定，或者两者一体化成形，也能够实现自动调整同轴的功能。而且，可以省掉 一个固定螺母，且装配也更为简单。参照图7，所述的上拉杆12下端通过螺纹与连接件22连接。所述的连接件22的 形状根据不同的试样结构进行设计。在本实施例中，试样26为悬垂线夹，连接件22为方形 框体状夹具。将框体22与悬垂线夹沈接触部分的框体表面轮廓机加工成与悬垂线夹底部内表 面紧密贴合，使施加在悬垂线夹内表面的为均布载荷而非集中应力，与悬垂线夹26的实际 工作情况相吻合。同时将原先与悬垂线夹配套的U型挂板替换成下拉杆，大大简化了在装 夹时的装配过程。且原先通过U型挂板连接下拉杆时，U型挂板只能经受单次测试，无法重
5复使用，采用一体式下拉杆时，将下拉杆上端设计成具有足够的受力支承面，可反复使用而 不变形，同时将下拉杆下端设计成圆柱形，可将其直接夹持在试验机的下夹头10上。操作实例将本发明的装置用于测试铸造铝合金悬垂线夹电力器材的一种，用于在铁塔上悬 挂导线的高温承载性能时，首先将悬垂线夹的其他附件拆下，只将本体进行测试。按照图6 所示进行装配和连接，将上拉杆12与框体22通过螺纹连接，将悬垂线夹沈内表面与框体 22下部贴合，将下拉杆13通过螺栓25与悬垂线夹的两个挂耳27相连。上拉杆12的下半 部、框体22、悬垂线夹沈和下拉杆13的上半部全部纳入高温箱2内，上下拉杆通过高温箱 的上下两个面上直径为Φ50πιπι的通孔与试验机1的上下夹头9、10连接。待装夹完毕后， 将高温箱上下通孔与拉杆之间的间隙用石棉封堵，并且关闭高温箱的门。分别启动计算机和试验控制程序，高温箱温度控制系统和高温箱内的10路温度 传感器，试验机电源和伺服开关。在高温箱控制系统面板上设定试验所需保持温度为200°C 和保持时间为101小时。在试验控制程序中编写试样加载程序，如可设定试验机首先采用 10mm/min的夹头分离速度，在载荷达到5kN时，以2mm/min位移速度加载，并在载荷达到 50kN时停止加载，使载荷一直保持在50kN并持续100小时，在100小时后，继续加载直至试 样破坏，程序将自动记录试样关于“位移-载荷”和“时间-载荷”的曲线，得到悬垂线夹在 200°C高温下，持续承受50kN载荷100小时后，其破坏强度的值。通过对悬垂线夹在常温下 和高温承载后的破坏强度对比，得到悬垂线夹在高温承载试验后的强度损失率，预测铸造 铝合金悬垂线夹在与耐高温导线配套后的安全使用寿命。参照图9，本发明的另一种实施方式。所述的上拉杆12下端的试样连接件22为倒 U形结构，所述的下拉杆13上端的连接头M SU形结构。这种结构夹具，用于测试连接金 具类电力器材，如U型挂环和联板。图9中的试样26为U型挂环，倒U形连接件22和U形 连接头M的开口方向垂直。上拉杆的倒U形连接件22通过螺栓观与U型挂环的挂耳相 连，下拉杆的U形连接头M通过螺栓25与U型挂环的环体相连。图10中的试样沈为联板，倒U形连接件22和U形连接头M的开口方向一致。上 拉杆的倒U形连接件22通过螺栓28与联板的一端相连，下拉杆的U形连接头M通过螺栓 25与联板的的另一端相连。由于上拉杆12可转动，因此，更换试样时无须更换夹具，只要调 整上下拉杆之间的角度就行了。上拉杆12和试样连接件22采用可脱卸连接，可较为方便地更换夹具。如将测试 悬垂线夹用的框体夹具旋下，装上用于测试联板的U形夹具即可。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何 不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，包括控制计算机、高温 箱O)、电液伺服拉力试验机(1)、载荷保持控制系统(7)和试样专用夹具(3)，其特征在 于所述的高温箱⑵受控于温度控制器，并设置在拉力试验机⑴的上夹头(9)和下夹头 (10)之间；所述的专用夹具C3)包括上拉杆(1 和下拉杆(13)，所述的上拉杆(12)上 端设有与拉力试验机上夹头(9)连接的支承座(11)，上拉杆(1 的下端穿入所述的高温 箱O)，端部设有一个试样连接件(22)，所述的下拉杆(1 的下端与拉力试验机的下夹头 (10)连接，上端穿入所述的高温箱O)，顶部设有一个试样连接头04)。
2.如权利要求1所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的上拉杆(12)和试样连接件02)之间可脱卸连接。
3.如权利要求1所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的下拉杆(13)和试样连接头04)之间可脱卸连接。
4.如权利要求1所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的上拉杆(1 通过一个调心球与所述的支承座(11)的内侧球面槽03)可 调配合。
5.如权利要求1所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的上拉杆(12)的试样连接件02)为方形框体状结构。
6.如权利要求1所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的上拉杆(12)的试样连接件02)为倒U形结构，所述的下拉杆(13)的试样连接 头04)为U形结构。
7.如权利要求1-6任何一项所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试 装置，其特征在于还设有液压油冷却系统(8)，所述的液压油冷却系统( 与所述的载荷保 持控制系统(7)的油路联通。
8.如权利要求7所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的高温箱内设有一组可活动的温度传感器，所述的温度传感器通过温度采集 器与控制计算机相连。
9.如权利要求8所述的输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，其特征 在于所述的高温箱( 架设在一个可调节高度的支架上，并在支架上可进行前后移动。
全文摘要
本发明公开了一种输电线路铝及铝合金电力器材高温承载性能测试装置，包括控制计算机、高温箱、电液伺服拉力试验机、载荷保持控制系统和试样专用夹具，所述的高温箱受控于温度控制器，并设置在拉力试验机的上夹头和下夹头之间；所述的专用夹具包括上拉杆和下拉杆，所述的上拉杆上端设有与拉力试验机上夹头连接的支承座，上拉杆的下端穿入所述的高温箱，端部设有一个试样连接件，所述的下拉杆的下端与拉力试验机的下夹头连接，上端穿入所述的高温箱，顶部设有试样连接头。本发明能满足在高温下对试样进行长时间加载测试，模拟电力器材的实际运行环境，获得电力器材在高温承载条件下的强度损失率，为耐高温电力器材提供相关的试验数据和设计依据。
文档编号G01N3/18GK102062713SQ20101058245
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者余虹云, 俞敏波, 李国勇, 李 瑞, 王梁 申请人:浙江华电器材检测研究所