碗頭掛板的有限元分析與改進設計＊

蔡猛昌，龔俊杰，徐有巖，丁曉亮

（1.揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225127；2.江蘇捷凱電力器材有限公司，江蘇 揚州 225233）

0 引言

碗頭掛板作為電網建設中重要的連接金具，主要用于連接懸垂線夾與絕緣子串，與其他配件配合起到連接導線和絕緣的作用［1，2］。通過對國內各大輸電線路的故障分析可知，輸電線路的癱瘓主要是由于電力金具存在不同程度的磨損與斷裂［3，4］，因此需要對電力金具進行強度分析以及結構的改進優化。楊迎春等［5］于2008年對某一220 k V輸電線路進行分析，認為掛板由于受力不均，加上運行時間較長，在導線和絕緣子重力、振動的共同作用下產生裂紋并不斷擴大，導致輸電線路斷線。

因而，對碗頭掛板的研究具有很重要的現實意義。目前國內生產的碗頭掛板主要有單聯W型、雙聯WS型兩種，本文以江蘇捷凱電力器材有限公司生產的WS－530FB型碗頭掛板為研究對象，分析其應力分布情況，并對應力較大的部位進行改進設計。

1 碗頭掛板的應力分析

1.1 模型的建立

通過Solid Works建立幾何模型，導入到ABAQUS中進行分析，由于碗頭掛板為對稱結構，因此分析時采用1／2模型。在外套與內襯、內襯與球頭拉環、螺栓與外套、螺栓與內襯4個接觸區定義摩擦系數為0.15的摩擦接觸，有限元計算時對接觸區進行網格細化［6，7］，劃分網格后生成76 323個單元和19 620個節點。碗頭掛板的幾何模型和有限元模型分別如圖1、圖2所示。

碗頭掛板的內襯和外套的材料為45鋼（淬火處理），球頭拉環的材料為40Cr，螺栓的材料為Q345，所有材料均可看作是各向同性的線彈性體，其力學性能參數如表1所示。……