專利名稱：一種復(fù)合材料電力橫擔(dān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合材料電力橫擔(dān)，屬輸電線路的配套結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電力設(shè)施領(lǐng)域，橫擔(dān)是輸電線路中重要的配套結(jié)構(gòu)件，橫擔(dān)的一端與輸電桿或塔主體相連接，另一端掛輸電導(dǎo)線。針對傳統(tǒng)橫擔(dān)絕緣性能差，使用壽命短的缺陷，已有用復(fù)合材料加工而成的玻璃鋼橫擔(dān)，該復(fù)合材料橫擔(dān)利用的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(以下簡稱FRP)具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕以及耐疲勞性能、耐久性能和電絕緣性能好、性能可設(shè)計等特點(diǎn)，也正是復(fù)合材料橫擔(dān)相對于傳統(tǒng)橫擔(dān)的突出優(yōu)勢所在；然而，由于采用玻璃鋼材料，即纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型的電力橫擔(dān)仍延用了金屬橫擔(dān)的實(shí)心結(jié)構(gòu)，同時還延用了橫擔(dān)整體為等徑的結(jié)構(gòu)方式；存在如下缺陷一、電力橫擔(dān)整體為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其重量雖相對于金屬橫擔(dān)的重量稍有減少，但重量優(yōu)勢不大；二、沿用等徑橫擔(dān)結(jié)構(gòu)勢必會造成一定程度的材料浪費(fèi)而無法完全發(fā)揮所用復(fù)合材料的功效作用；因此在滿足承受荷載作用下保證剛度要求以及具有良好絕緣性能要求的前提下，采用樹脂基增強(qiáng)型玻璃纖維制作實(shí)心的電力橫擔(dān)，成本高升，無法推廣實(shí)施。三、通過橫擔(dān)實(shí)體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況分析可以得知，在橫擔(dān)結(jié)構(gòu)的根部是大應(yīng)力分布區(qū)域，而在橫擔(dān)端頭部位應(yīng)力較??；不均衡的應(yīng)力分布結(jié)構(gòu)勢會導(dǎo)致橫擔(dān)的根部損耗嚴(yán)重；如果將橫擔(dān)整體加粗，則造成整個橫擔(dān)重量提高，端頭部位臃腫；加大了安裝和檢修的難度，不易推廣實(shí)施。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種輕質(zhì)、安裝方便、成本低且根部承載能力加強(qiáng)的復(fù)合材料電力橫擔(dān)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種復(fù)合材料電力橫擔(dān)，包括管狀的橫擔(dān)本體、裝于該橫擔(dān)本體一端的連接法蘭和該橫擔(dān)本體另一端的金具；其特征在于所述橫擔(dān)本體由玻璃鋼管和在該玻璃鋼管外壁纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料層構(gòu)成；該橫擔(dān)本體沿長向分設(shè)為根部和管部，其中，根部的長度與管部的長度比為1:7 ；所述根部的外徑大于所述管部的外徑；所述管部與所述根部的連接處設(shè)有一過渡段，該過渡段長度為 200mm ；所述過渡段由管部的內(nèi)緣至根部的內(nèi)緣為逐漸增大的錐形狀；所述玻璃鋼管的內(nèi)芯處充滿有泡沫狀材料，在所述管部的端口處和所述根部的端口處，分別留有放置隔擋泡沫狀材料外溢的堵頭。上述管部與金具連接端的外表面至管部與過渡段連接端的外表面之間包覆有硅橡膠傘群層。上述玻璃鋼管的內(nèi)徑為130mm，外徑為160mm ；在該玻璃鋼管外壁的玻璃纖維增強(qiáng)材料層的纏繞厚度為15-25mm。上述根部堵頭的長度為SO-IOOmm ；管部堵頭的長度為100_200mm。上述過渡段的錐形狀由浸漬有樹脂膠液的玻璃纖維增強(qiáng)材料纏繞而成。[0010]上述所用的連接法蘭由一圓環(huán)形底盤、圓筒狀法蘭筒和若干條筋板組合而成；其中，法蘭筒的厚度及筒徑均與圓環(huán)形底盤的厚度及內(nèi)圓直徑相同；法蘭筒垂直裝于圓環(huán)形底盤的內(nèi)圓處，法蘭筒的底邊與該圓環(huán)形底盤的內(nèi)圓周邊固定連接；沿該圓環(huán)形底盤的圓周等距開有多個螺栓孔；若干條筋板均布在圓環(huán)形底盤上且分別位于相鄰2個螺栓孔之間；所述筋板為三角形，其底邊略小于所述圓環(huán)形底盤的寬度，筋板的直角邊固接于法蘭筒的外壁上，其高度為法蘭筒高度的2/3 ；筋條的斜邊角度為60-75°。上述管部的外徑為190-210mm，根部由在管部外圍纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料加強(qiáng)層構(gòu)成，該根部的外徑為240-280mm。將上述法蘭筒的頂端套接于根部的加強(qiáng)層上，法蘭筒的底邊與根部的端口平齊； 由與法蘭筒連接的若干條筋板頂端至法蘭筒頂端之間再纏繞厚度為10-15mm的玻璃纖維增強(qiáng)材料層；由法蘭筒頂端至過渡段與根部連接端的纏繞厚度為18-23 mm的纖維增強(qiáng)材料層。在上述的硅橡膠傘群層中段的外表面還裝有一供維修人員踩踏的復(fù)合材料墊塊， 該復(fù)合材料墊塊包括2個外翻邊半圓柱形分體，2個半圓柱形分體的外翻邊對扣在所述管部中段的外壁上，通過螺栓將其固定連接。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果如下1、本實(shí)用新型的復(fù)合材料橫擔(dān)的創(chuàng)新之處在于對橫擔(dān)根部的處理，根據(jù)以往的理論知識和實(shí)踐結(jié)果可以得知，橫擔(dān)結(jié)構(gòu)承受荷載作用下根部結(jié)構(gòu)是承載的關(guān)鍵，在橫擔(dān)根部應(yīng)力值大而橫擔(dān)端頭部位應(yīng)力值小，所以如果對根部進(jìn)行加強(qiáng)就可以很好的解決此問題，本發(fā)明的目的在于發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢降低橫擔(dān)成本，減輕橫擔(dān)重量。2、復(fù)合材料橫擔(dān)整體結(jié)構(gòu)分為四層內(nèi)層為填充泡沫等輕質(zhì)絕緣材料，中間層為拉擠工藝成型的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管；次外層為該玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的管部和根部以及兩者之間的過渡段均由玻璃纖維增強(qiáng)材料纏繞成型；外層包覆一硅橡膠傘裙層；這種結(jié)構(gòu)的設(shè)置，一方面加強(qiáng)了整體橫擔(dān)的承力；另一方面在橫擔(dān)本體外面再包覆硅橡膠傘裙層以增加爬電距離。3、采用對橫擔(dān)結(jié)構(gòu)根部進(jìn)行纏繞加厚，然后平滑過渡到等徑的管部，工藝簡單、便于操作、安全性強(qiáng)；易于推廣實(shí)施。

圖1為本實(shí)用新型整體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1根部的局部放大圖。圖3為圖IA-A向結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖IB-B向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3所示該復(fù)合材料電力橫擔(dān)由橫擔(dān)本體1、根部2、管部3、過渡段 4、硅橡膠傘群層5、泡沫狀材料6、管部堵頭7、根部堵頭8、墊塊9、連接法蘭10和金具11組裝而成。橫擔(dān)本體1包括一拉擠成型的玻璃鋼管和其外表面纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料層； 所用的玻璃鋼管內(nèi)徑為130mm，外徑為160mm ；玻璃纖維增強(qiáng)材料層的纏繞厚度為15 25mm，形成的橫擔(dān)本體1的外徑為190_210mm。[0021]該橫擔(dān)本體1沿長向分設(shè)為根部2和管部3，其中，根部2的長度與管部3的長度比為1:7 ；管部3的外徑即為橫擔(dān)本體1的外徑。在根部2處還纏繞有加強(qiáng)層，即在管部3的外徑再纏繞厚度為50_70mm的玻璃纖維增強(qiáng)材料層作為加強(qiáng)層，使其根部外徑為240-280mm。根部2至管部3的連接處設(shè)有一過渡段4，該過渡段長度為200mm ；該過渡段由管部3的內(nèi)端至根部2的內(nèi)端為逐漸增大的錐形狀；過渡段4的錐面由常規(guī)的浸漬有樹脂膠液的玻璃纖維增強(qiáng)材料纏繞方法成型；根部2纏繞層的厚度選擇是根據(jù)常規(guī)的有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬分析確定。在玻璃鋼管的內(nèi)芯處充滿有泡沫狀材料6，泡沫材料6采用市場銷售的工程用發(fā)泡A、B組分料；通過發(fā)泡機(jī)從橫擔(dān)根部的玻璃管內(nèi)開始填注方式將泡沫材料充入玻璃鋼管的內(nèi)芯中。位于根部2外端的玻璃鋼管端口處設(shè)有一防止泡沫狀材料6溢出的根部堵頭 8，其長度為SO-IOOmm ；位于管部3外端的玻璃鋼管端口處設(shè)有一管部堵頭7，其長度為 100-200mm，最佳為150mm ；管部堵頭7、根部堵頭8分別為環(huán)氧樹脂玻璃纖維材料成型棒，該環(huán)氧樹脂玻璃纖維成型棒由常規(guī)的拉擠成型方法和拉擠設(shè)備加工而成；管部堵頭7的直徑和根部堵頭8的直徑均與玻璃鋼管的內(nèi)徑相同。連接法蘭10由一圓環(huán)形底盤101、圓筒狀的法蘭筒104和若干條筋板103組合而成；其中，法蘭筒104的厚度及筒徑均與圓環(huán)形底盤101的厚度及內(nèi)圓直徑相同；法蘭筒 104垂直裝于圓環(huán)形底盤101的內(nèi)圓處，法蘭筒104的底邊與該圓環(huán)形底盤101的內(nèi)圓周邊固定連接；沿該圓環(huán)形底盤101的圓周等距開有多個螺栓孔102 ；若干條筋板103均布在圓環(huán)形底盤101上且分別位于相鄰2個螺栓孔102之間；筋板為三角形，其底邊略小于圓環(huán)形底盤101的寬度，筋板的直角邊固接于法蘭筒104的外壁上，其高度為法蘭筒104高度的 2/3;筋板的斜邊角度為60-75°。若干條筋板103均采用鋼板，每條筋板的底邊順其圓環(huán)形底盤101的徑向焊接固定；若干條筋板103和圓環(huán)形底盤102在法蘭筒104上起輔助增強(qiáng)作用。本實(shí)例中，圓環(huán)形底盤101上的螺栓孔102設(shè)置有12個，筋板設(shè)置有12個。螺栓孔102和若干條筋板103設(shè)置的多少與連接法蘭的大小有直接關(guān)系；橫擔(dān)體積大，相應(yīng)的連接法蘭大，連接法蘭底盤上的螺栓孔和筋板會相應(yīng)增多。法蘭筒104的頂端套接于根部2外端上，法蘭筒的底邊與根部2的外端口平齊；由與法蘭筒104連接的若干條筋板103頂端至法蘭筒104頂端之間纏繞有玻璃纖維增強(qiáng)材料層，其厚度為10_15mm ；法蘭筒104底端至過渡段4與根部2的連接端纏繞的纖維增強(qiáng)材料層的厚度為40-60mm。在管部3的外端口處還套接有一連接導(dǎo)電線路的金具11，該金具11采用常規(guī)的金具，其圓筒狀部分與管部3的外端口套裝；由金具11與管部3相接內(nèi)端的外表面至管部 3與過渡段4相接端的外表面之間包覆有硅橡膠傘裙層5。在硅橡膠傘群層5中段的外表面還裝有一供維修人員踩踏的復(fù)合材料墊塊9 ；該復(fù)合材料墊塊9的高度為40mm ；墊塊9由2個外翻邊半圓柱形分體和螺栓組合而成；2個半圓柱形分體由玻璃纖維復(fù)合材料鋪覆、固化成型，其外翻邊上相對位置留有固定用的螺孔； 固定時，先將兩個半圓柱狀相對扣接在纏繞有玻璃纖維增強(qiáng)材料層的管部中段，兩個外翻邊對接后，通過螺栓將其固定連接。如圖4所示，金具11由鋼筒111和掛線板組合而成，鋼筒111為等徑直筒體，其開口端的端口上設(shè)有內(nèi)螺紋，該開口端與管部3的外端套接；套接時，先將內(nèi)螺紋上涂抹粘接用結(jié)構(gòu)膠，在結(jié)構(gòu)膠固化前將鋼筒111與管部3外端擰緊以完成連接；在鋼筒111的閉口端焊接十字交叉布置的鋼板并在鋼板上打孔，用于安裝通電導(dǎo)線；十字交叉的鋼板4個端口分別開設(shè)有通線孔112 ；導(dǎo)線113分別穿過通線孔112實(shí)現(xiàn)連接。本實(shí)用新型電力橫擔(dān)的成型方法為取一內(nèi)徑為130mm，外徑為160mm的玻璃鋼管，外面纏繞15 25mm的玻璃纖維增強(qiáng)材料層；經(jīng)固化后，形成的橫擔(dān)本體1的外徑為190-210mm ；然后在根部2處用玻璃纖維增強(qiáng)材料纏繞加強(qiáng)層，即在管部3的外徑再纏繞厚度為50-70mm的玻璃纖維增強(qiáng)材料作為加強(qiáng)層，使其根部外徑為240-280mm。將金屬法蘭筒的部位套接在根部2的加強(qiáng)層上，金屬法蘭筒的底邊與根部的端口平齊；由與金屬法蘭筒連接的若干條筋板頂端至該金屬法蘭筒頂端之間再纏繞厚度為 10-15mm的玻璃纖維增強(qiáng)材料層，使金屬法蘭筒與橫擔(dān)本體1能夠良好結(jié)合；由金屬法蘭筒頂端至過渡段與根部連接端的部位纏繞纖維增強(qiáng)材料層的厚度為18-23 mm，使與金屬法蘭筒連接的若干條筋板頂端至過渡段與根部連接端上纏繞的纖維增強(qiáng)材料層的厚度平齊。玻璃纖維增強(qiáng)材料層的纏繞是從橫擔(dān)本體1的端部到根部連續(xù)纏繞，而根部2是在該連續(xù)纏繞的基礎(chǔ)上，再在管部3與根部2之間纏繞出錐形的過渡段4 ；使根部2的直徑大于管部3的直徑；然后再在包括有金屬法蘭的根部3段進(jìn)行連續(xù)纏繞；完成整個橫擔(dān)本體1的纏繞后，經(jīng)固化成型；最后在橫擔(dān)本體1的外表面包覆硅橡膠傘裙層5。將上述法蘭筒的頂端套接于根部加強(qiáng)層，硅橡膠傘群層5是通過將硅橡膠裁剪成碎片或條狀，然后將這些碎片或條狀的硅橡膠填充到預(yù)制的模具當(dāng)中，再加熱待固化成型即為硅橡膠傘裙。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合材料電力橫擔(dān)，包括管狀的橫擔(dān)本體、裝于該橫擔(dān)本體一端的連接法蘭和該橫擔(dān)本體另一端的金具；其特征在于所述橫擔(dān)本體由玻璃鋼管和在該玻璃鋼管外壁纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料層構(gòu)成；該橫擔(dān)本體沿長向分設(shè)為根部和管部，其中，根部的長度與管部的長度比為1:7 ；所述根部的外徑大于所述管部的外徑；所述管部與所述根部的連接處設(shè)有一過渡段，該過渡段長度為200mm;所述過渡段由管部的內(nèi)緣至根部的內(nèi)緣為逐漸增大的錐形狀；所述玻璃鋼管的內(nèi)芯處充滿有泡沫狀材料，在所述管部的端口處和所述根部的端口處，分別留有放置隔擋泡沫狀材料外溢的堵頭。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于由所述管部與金具連接端的外表面至所述管部與過渡段連接端的外表面之間包覆有硅橡膠傘群層。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述玻璃鋼管的內(nèi)徑為 130mm，外徑為160mm ；所述玻璃纖維增強(qiáng)材料層的纏繞厚度為15_25mm。
4.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述根部堵頭的長度為 80-100mm ；所述管部堵頭的長度為100-200mm。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述過渡段的錐形狀由浸漬有樹脂膠液的玻璃纖維增強(qiáng)材料纏繞而成。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述連接法蘭由一圓環(huán)形底盤、圓筒狀法蘭筒和若干條筋板組合而成；其中，法蘭筒的厚度及筒徑均與圓環(huán)形底盤的厚度及內(nèi)圓直徑相同；法蘭筒垂直裝于圓環(huán)形底盤的內(nèi)圓處，法蘭筒的底邊與該圓環(huán)形底盤的內(nèi)圓周邊固定連接；沿該圓環(huán)形底盤的圓周等距開有多個螺栓孔；若干條筋板均布在圓環(huán)形底盤上且分別位于相鄰2個螺栓孔之間；所述筋板為三角形，其底邊略小于所述圓環(huán)形底盤的寬度，筋板的直角邊固接于法蘭筒的外壁上，其高度為法蘭筒高度的2/3 ；筋條的斜邊角度為60-75°。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述管部的外徑為 190-210mm，所述根部由在管部外圍纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料加強(qiáng)層構(gòu)成，該根部的外徑為 240-280mm。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述法蘭筒的頂端套接于所述根部的加強(qiáng)層上，法蘭筒的底邊與所述根部的端口平齊；由與法蘭筒連接的若干條筋板頂端至所述法蘭筒頂端之間再纏繞有玻璃纖維增強(qiáng)材料層，其厚度為10-15mm;由所述法蘭筒頂端至所述過渡段與所述根部連接端的纏繞厚度為18-23 mm。
9.如權(quán)利要求2-8任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于在所述硅橡膠傘群層中段的外表面還裝有一供維修人員踩踏的復(fù)合材料墊塊。
10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料電力橫擔(dān)，其特征在于所述復(fù)合材料墊塊包括2個外翻邊半圓柱形分體，2個半圓柱形分體的外翻邊對扣在所述管部中段的外壁上，通過螺栓將其固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合材料電力橫擔(dān)，包括管狀的橫擔(dān)本體、裝于該橫擔(dān)本體一端的連接法蘭和該橫擔(dān)本體另一端的金具；其特點(diǎn)為橫擔(dān)本體由玻璃鋼管和在該玻璃鋼管外壁纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)材料層構(gòu)成；該橫擔(dān)本體沿長向分設(shè)為根部和管部，其中，根部的長度與管部的長度比為1:7；根部的外徑大于管部的外徑；管部與根部的連接處設(shè)有一過渡段，該過渡段長度為200mm；過渡段由管部的內(nèi)緣至根部的內(nèi)緣為逐漸增大的錐形狀；橫擔(dān)本體的內(nèi)徑相同，玻璃鋼管的內(nèi)芯充滿有泡沫狀材料，在管部的端口處和根部的端口處，還分別留有放置隔擋泡沫狀材料外溢的堵頭。該電力橫擔(dān)具有輕質(zhì)、安裝方便、成本低且根部承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)；易于推廣實(shí)施。
文檔編號E04H12/24GK202227764SQ201120347070
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者張雄軍, 彭玉剛, 曹小平, 李濟(jì)民, 潘裕新, 賈偉, 趙愛軍 申請人:北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司