本發(fā)明涉及一種測(cè)試裝置和方法，具體涉及一種測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置和方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)幅員遼闊，山川縱橫，氣象多變，每年從冬季到初春，南北冷暖氣流交匯，遇到極端環(huán)境氣候極易在架空導(dǎo)線上形成覆冰事故。當(dāng)覆冰重量導(dǎo)致導(dǎo)線或者桿塔的工作應(yīng)力超過(guò)其設(shè)計(jì)值，將會(huì)造成斷線和倒塔的嚴(yán)重后果。

目前，架空輸電線路除冰技術(shù)有熱力融冰、機(jī)械除冰和自然被動(dòng)除冰等主要除冰方法。其中，機(jī)械除冰由于能耗小，價(jià)格低廉等特點(diǎn)而倍受關(guān)注，然而各種機(jī)械除冰方法難以適應(yīng)于不同的覆冰結(jié)構(gòu)，要使除冰方法具有針對(duì)性，必須知道覆冰和導(dǎo)線之間的結(jié)合強(qiáng)度。覆冰與架空導(dǎo)線表面之間切向結(jié)合強(qiáng)度的大小是冰的一個(gè)重要物理性質(zhì)，它決定破冰能量的大小，根據(jù)覆冰和導(dǎo)線之間的不同結(jié)合強(qiáng)度從而選擇不同的機(jī)械除冰方法。因此，研究冰與導(dǎo)線之間的結(jié)合強(qiáng)度是非常必要的。

到目前為止，國(guó)內(nèi)外有關(guān)覆冰與導(dǎo)線結(jié)合強(qiáng)度的研究主要集中在剪切結(jié)合強(qiáng)度方面。例如：

astmd3528-96(2002)，提出了雙搭接測(cè)試切應(yīng)力的方案，用于測(cè)試冰與基體之間的剪切結(jié)合強(qiáng)度；

美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室使用圓筒內(nèi)覆冰后將圓柱狀覆冰拔出來(lái)測(cè)試冰與桶之間的剪切結(jié)合強(qiáng)度；

中國(guó)專利文獻(xiàn)cn1321881a及cn101482489b，提出了測(cè)試基體和涂層或覆冰的法向結(jié)合強(qiáng)度的方法，但這兩種方法和裝置過(guò)于復(fù)雜，且只能測(cè)試表面為平面的結(jié)構(gòu)，無(wú)法提供圓柱狀表面的導(dǎo)線和覆冰之間的結(jié)合強(qiáng)度，使得這兩種方法的用途和范圍受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠測(cè)試架空輸電線路覆冰與圓柱狀表面的導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置和方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置，其特征在于，包括：水平承臺(tái)7、鎖緊裝置靠板(5)、橡膠密封墊片(2)、六角螺母(3)、鎖緊套8、鎖緊釘9和輸電線(1)，其中，

前述水平承臺(tái)7具有半圓柱空腔，前述半圓柱空腔的壁上涂有防結(jié)冰涂層(4)；

前述鎖緊裝置靠板(5)設(shè)置在水平承臺(tái)7的兩端，其上留有供輸電線(1)穿過(guò)的通孔；

前述橡膠密封墊片(2)和六角螺母(3)依次設(shè)置在鎖緊裝置靠板(5)的外側(cè)，鎖緊套8設(shè)置在六角螺母(3)的孔內(nèi)；

前述輸電線(1)的兩端均依次穿過(guò)鎖緊裝置靠板(5)、橡膠密封墊片(2)和鎖緊套8；

前述鎖緊釘9徑向穿透鎖緊套8，從兩側(cè)固定輸電線(1)，使在制備覆冰導(dǎo)線時(shí)輸電線(1)保持直線狀態(tài)。

前述的半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置，其特征在于，前述水平承臺(tái)7采用不銹鋼制成。

前述的半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置，其特征在于，前述防結(jié)冰涂層(4)采用的是志盛威華zs-611防冰雪涂料，厚度為0.1mm。

一種測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置，其特征在于，包括：半圓柱覆冰容納模具(10)、輸電線持力模具(20)和預(yù)緊螺栓(30)，其中，

前述半圓柱覆冰容納模具(10)由上夾持手柄(101)和半圓柱腔體(102)組成，前述半圓柱腔體(102)用于容納半圓柱覆冰6，為半封閉結(jié)構(gòu)，沿軸線留有露出輸電線(1)的縫隙，縫隙的寬度不小于輸電線(1)的直徑；

前述輸電線持力模具(20)由下夾持手柄(201)和支撐臂(202)組成，前述支撐臂(202)用于支撐輸電線(1)，上端形成有持力環(huán)(203)，持力環(huán)(203)的內(nèi)徑與輸電線(1)的外徑相匹配，能夠套在輸電線(1)上；

前述預(yù)緊螺栓(30)設(shè)置在持力環(huán)(203)的外側(cè)，并且能夠套在輸電線(1)上，用于將輸電線(1)固定于持力環(huán)(203)中。

前述的測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置，其特征在于，前述半圓柱覆冰容納模具(10)和輸電線持力模具(20)均采用不銹鋼制成。

前述的測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置，其特征在于，在前述半圓柱覆冰容納模具(10)的結(jié)構(gòu)中，上夾持手柄(101)的長(zhǎng)度不小于80mm，半圓柱腔體(102)的截面半徑不小于60mm，空腔長(zhǎng)度不小于200mm。

前述的測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置，其特征在于，在前述輸電線持力模具(20)的結(jié)構(gòu)中，下夾持手柄(201)的長(zhǎng)度不小于80mm。

一種測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

step1：利用前述半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置制備得到半圓柱覆冰輸電線試樣；

step2：將半圓柱覆冰輸電線試樣裝到前述測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置中；

step3：將裝有半圓柱覆冰輸電線試樣的裝置安裝到拉伸機(jī)上，以上夾持手柄(101)端為上夾持端進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，直至覆冰6與輸電線(1)完全脫開(kāi)，加載結(jié)束；

step4：根據(jù)下列公式計(jì)算覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度σb：

其中，fb為拉伸機(jī)測(cè)試得到的載荷，d為輸電線的直徑，l為輸電線上覆冰的長(zhǎng)度。

本發(fā)明的有益之處在于：

(1)半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置：能夠制備出半圓柱覆冰輸電線試樣，是本發(fā)明的測(cè)試方法的前提和保障；

(2)測(cè)試覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠測(cè)試覆冰與圓柱狀表面的導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度，不僅拓寬了覆冰與導(dǎo)線結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試范圍，而且可以有效保證測(cè)試的精度；可以反復(fù)使用，降低了測(cè)試成本；

(3)測(cè)試覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的方法：簡(jiǎn)單易操作；覆冰的厚度可以在小于半圓柱覆冰容納模具的范圍內(nèi)進(jìn)行各種厚度的測(cè)試；被覆冰的輸電線可以在小于持力環(huán)直徑的范圍內(nèi)進(jìn)行各種直徑輸電線覆冰結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置的主視圖；

圖2是圖1中的制備裝置的仰視圖；

圖3是鎖緊套和鎖緊釘鎖緊輸電線的示意圖；

圖4是圖3的俯視圖；

圖5是本發(fā)明的測(cè)試覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置的主視圖；

圖6是圖5中的裝置的左視圖。

圖中附圖標(biāo)記的含義：

1-輸電線、2-橡膠密封墊片、3-六角螺母、4-防結(jié)冰涂層、5-鎖緊裝置靠板、6-覆冰、7-水平承臺(tái)、8-鎖緊套、9-鎖緊釘；

10-半圓柱覆冰容納模具、101-上夾持手柄、102-半圓柱腔體；

20-輸電線持力模具、201-下夾持手柄、202-支撐臂、203-持力環(huán)；

30-預(yù)緊螺栓。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。

第一部分：半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置

參照?qǐng)D1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明的半圓柱覆冰輸電線試樣的制備裝置，包括：水平承臺(tái)7、鎖緊裝置靠板5、橡膠密封墊片2、六角螺母3、鎖緊套8、鎖緊釘9和輸電線1。

水平承臺(tái)7采用不銹鋼制成，其具有半圓柱空腔，該半圓柱空腔的壁上涂有防結(jié)冰涂層4，防結(jié)冰涂層4采用的是志盛威華zs-611防冰雪涂料，厚度為0.1mm，防結(jié)冰涂層4可以防止在低溫結(jié)冰過(guò)程中導(dǎo)線覆冰與半圓柱空腔結(jié)合而影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

鎖緊裝置靠板5設(shè)置在水平承臺(tái)7的兩端，其上留有供輸電線1穿過(guò)的通孔。

橡膠密封墊片2和六角螺母3依次設(shè)置在鎖緊裝置靠板5的外側(cè)，鎖緊套8設(shè)置在六角螺母3的孔內(nèi)。

輸電線1的兩端均依次穿過(guò)鎖緊裝置靠板5、橡膠密封墊片2和鎖緊套8。

鎖緊釘9徑向穿透鎖緊套8，從兩側(cè)固定輸電線1，使在制備覆冰導(dǎo)線時(shí)輸電線1保持直線狀態(tài)。

制備半圓柱覆冰輸電線試樣的方法：

將輸電線1的兩端均依次穿過(guò)鎖緊裝置靠板5、橡膠密封墊片2和鎖緊套8，拉直輸電線1，使鎖緊裝置靠板5、橡膠密封墊片2和六角螺母3緊緊貼靠在一起，同時(shí)將鎖緊裝置靠板5緊緊貼靠在水平承臺(tái)7的兩端，然后用鎖緊釘9徑向穿透鎖緊套8，從兩側(cè)固定輸電線1使輸電線1保持直線狀態(tài)，接下來(lái)向水平承臺(tái)7的半圓柱空腔內(nèi)注水，冷凍制備覆冰6，最后將鎖緊裝置靠板5拆卸下來(lái)，即得半圓柱覆冰輸電線試樣。

第二部分：覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試裝置

參照?qǐng)D5和圖6，本發(fā)明的測(cè)試架空輸電線路覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的裝置包括：半圓柱覆冰容納模具10、輸電線持力模具20和預(yù)緊螺栓30。

半圓柱覆冰容納模具10由上夾持手柄101和半圓柱腔體102組成，二者是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，上夾持手柄101是用于將半圓柱覆冰容納模具10固定到拉伸機(jī)上的(即用于實(shí)驗(yàn)時(shí)上側(cè)夾持加載)，半圓柱腔體102是用于容納半圓柱覆冰6的。其中，半圓柱腔體102為半封閉結(jié)構(gòu)，沿軸線留有露出輸電線1的縫隙，縫隙的寬度不小于輸電線1的直徑。半圓柱覆冰容納模具10采用不銹鋼制成，上夾持手柄101的長(zhǎng)度不小于80mm，半圓柱腔體102的截面半徑不小于60mm，空腔長(zhǎng)度不小于200mm。

輸電線持力模具20由下夾持手柄201和支撐臂202組成，二者是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，下夾持手柄201是用于將輸電線持力模具20固定到拉伸機(jī)上的(即用于實(shí)驗(yàn)時(shí)下側(cè)夾持加載)，支撐臂202是用于支撐輸電線1的。其中，支撐臂202的上端形成有持力環(huán)203，持力環(huán)203的內(nèi)徑與輸電線1的外徑相匹配，持力環(huán)203能夠套在輸電線1上，用于固定不同厚度的輸電線1。輸電線持力模具20采用不銹鋼制成，下夾持手柄201的長(zhǎng)度不小于80mm。

預(yù)緊螺栓30設(shè)置在持力環(huán)203的外側(cè)，并且能夠套在輸電線1上，用于將輸電線1固定于持力環(huán)203中，以免在測(cè)試時(shí)輸電線1時(shí)發(fā)生彎曲而使測(cè)試失去準(zhǔn)確性。

使用測(cè)試裝置的方法：

將半圓柱覆冰6裝到半圓柱覆冰容納模具10的半圓柱腔體102中，將輸電線1的兩端穿過(guò)輸電線持力模具20的持力環(huán)203，用預(yù)緊螺栓30將輸電線1固定于持力環(huán)203中。

第三部分：覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法

將第一部分制得的半圓柱覆冰輸電線試樣裝到第二部分介紹的測(cè)試裝置中，然后將裝有半圓柱覆冰輸電線試樣的裝置安裝到拉伸機(jī)上，用拉伸機(jī)的上防滑夾頭固定半圓柱覆冰容納模具10的上夾持手柄101，用拉伸機(jī)的下防滑夾頭固定輸電線持力模具20的下夾持手柄201，以上夾持手柄101端為上夾持端進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸速率根據(jù)所需工況進(jìn)行調(diào)整，直至覆冰6與輸電線1完全脫開(kāi)，加載結(jié)束，最后根據(jù)下列公式計(jì)算覆冰與導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度σb：

其中，fb為拉伸機(jī)測(cè)試得到的載荷，d為輸電線的直徑，l為輸電線上覆冰的長(zhǎng)度。

本發(fā)明的測(cè)試方法：

(1)覆冰的厚度可以在小于半圓柱覆冰容納模具的范圍內(nèi)進(jìn)行各種厚度的測(cè)試；

(2)被覆冰的輸電線可以在小于持力環(huán)直徑的范圍內(nèi)進(jìn)行各種直徑輸電線覆冰結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明的測(cè)試方法簡(jiǎn)單易操作，可以測(cè)試覆冰與圓柱狀表面的導(dǎo)線界面法向結(jié)合強(qiáng)度，拓寬了覆冰與導(dǎo)線結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試范圍。

需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。