用于接地開關中觸頭裝配的拉伸試驗裝置設計與應用

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(河南平芝高壓開關有限公司, 平頂山 467013)

用于接地開關中觸頭裝配的拉伸試驗裝置設計與應用

史潤軍,孫明道,王曉生

(河南平芝高壓開關有限公司, 平頂山 467013)

針對某公司關鍵零部件接地開關中觸頭裝配的結構和表面處理工藝，對SANS CMT5205型微機控制萬能試驗機進行改造升級，設計出了適用于該觸頭裝配的拉伸試驗裝置。結果表明：該拉伸試驗裝置滿足觸頭裝配的黏接性能測試，不僅能夠應用于觸頭裝配的前期開發試驗，得到極限黏接強度數據，而且在后期觸頭裝配的例行力學性能檢測試驗中也得到了廣泛應用；該裝置滿足對觸頭裝配拉伸試驗考核及質量評價的要求，擴展了試驗機的使用功能。

觸頭裝配; 拉伸試驗; 黏接強度; 拉伸試驗裝備; 改造升級

微機控制萬能試驗機是保證材料拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、剝離等試驗順利進行的常用力學性能檢測設備[1]?，F階段隨著微機控制萬能試驗機的發展，依據GB/T 228.1-2010[2]制作的標準試樣都可以滿足材料的拉伸試驗要求，獲取準確的應力-應變曲線，并從該曲線上獲取特征點或者特征值，得到作為衡量材料拉伸性能的關鍵參數[3]。對于標準件如螺栓楔負載拉伸試驗，GB/T 3098.1-2010[4]已給出了拉伸試驗裝置規格及參數,但在實際工程應用中，對于復雜結構零部件的非標準拉伸試驗，現有試驗機往往無法滿足使用的要求，且針對非標準試樣重新定制試驗機設備費用較高，而高端裝備制造業中的一些關鍵零部件必須要進行拉伸試驗，來考核評估零件的力學性能。因此，需要結合試驗中的一些實際情況進行工裝設計，根據試驗考核的不同需求對現有的試驗機進行改造升級是必要的[5]。

氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)具有裝置結構緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、便于安裝、使用周期長、維護工作少等特點，廣泛應用于高壓輸電系統。接地開關是GIS的重要組成部分，為了滿足安全工作需要，接地開關在GIS停電檢修中發揮著關鍵的作用，觸頭裝配作為接地開關中的傳動機構關鍵部件，其性能可靠非常關鍵?，F有的觸頭裝配如圖1所示，包括觸頭桿、十字接頭和具有內外螺紋的絕緣連接套，絕緣連接套的外螺紋與十字接頭螺紋黏接相連，絕緣連接套的內螺紋與觸頭桿螺紋黏接相連。為了保證觸頭桿裝配的工作可靠性，需要驗證觸頭桿、十字接頭與絕緣連接套之間的連接強度，這就需要對觸頭裝配進行拉伸試驗，以盡可能地排除有黏接缺陷的產品。然而觸頭裝配具有自身的特殊結構，觸頭桿表面具有鍍銀層，十字接頭表面具有磷化層，由于觸頭裝配的特殊結構和為了不損傷表面處理層，無法使用現有的拉伸試驗機直接對其進行拉伸試驗。

圖1 觸頭裝配結構示意圖Fig.1 Scheme of the contact assembly structure

筆者針對某公司關鍵零部件觸頭裝配，對現有的SANS CMT5205型微機控制萬能試驗機進行改造升級，結合觸頭裝配零件特殊的結構與加工工藝，設計了適用于其拉伸試驗的裝置，通過該拉伸試驗裝置可以對觸頭裝配的黏接性能進行測試，從而滿足對觸頭裝配拉伸試驗考核及質量評價的要求，并為其他拉伸試驗裝置設計提供參考。

1 現有試驗機結構和工作原理

SANS CMT5205型微機控制電子萬能試驗機主機架主要由底座、兩根固定橫梁、一根移動橫梁和兩根絲杠構成門式框架結構，如圖2所示。傳動加載系統采用交流伺服電機及同步齒形帶減速裝置，帶動高精密滾珠絲杠轉動，再驅動移動橫梁實現加載，由傳感器與控制系統配合傳輸到計算機軟件系統。試驗機有效試驗寬度為550 mm，橫梁最大行程為1 200 mm，最大試驗力為200 kN。

圖2 試驗機拉伸裝置改造前后結構圖Fig.2 Structure diagram of tensile device of the testing machinebefore and after updating

2 拉伸裝置的結構設計與應用

2.1 拉伸裝置的結構設計

觸頭裝配拉伸試驗用裝置主要包括桿端接頭和十字端接頭兩部分，如圖2所示，其目的是為了實現觸頭裝配與拉伸試驗機之間的固定連接，從而進行拉伸試驗。裝置結構設計要保證觸頭桿表面鍍層和接頭表面磷化層得到保護，避免損傷，另外十字接頭端有徑向活動間隙，便于裝配連接，也能避免試驗過程中觸頭桿偏心而影響試驗結果。該拉伸試驗裝置只設計試驗機連接部位，對試驗機的電路、機械傳動系統、傳感器等均不造成影響，因此不會降低試驗機的測試精度[6]。

觸頭裝配拉伸試驗用工裝的十字接頭端如圖2中A區域所示，包括用于與試驗機相連的十字端接頭支架A-1和左、右連板A-2。 十字端接頭支架包括與試驗機相連的上端接頭，十字端接頭支架A-1通過豎向螺栓連接于上端接頭上的中間連接件，中間連接件上設置有臺階孔，臺階孔的大孔段直徑大于豎向螺栓的頭部外徑，臺階孔的小孔段直徑大于豎向螺栓的螺桿外徑，因此連接件可相對豎向螺桿具有一定的徑向調整量，同時連接件也可以相對豎向螺桿轉動，便于裝配連接。左、右連板A-2通過可拆連接件與中間連接件相連，其一端設置有用于與十字接頭上的固定連接銷套接相連的連板連接孔，另一端通過可拆連接件與十字端接頭支架相連，從而實現試驗機與觸頭桿的連接。

觸頭裝配拉伸試驗用工裝的桿端接頭如圖2中B區域所示，包括沿上下方向延伸的桿端接頭支架第一連接套B-1和第二連接套B-2。第一連接套B-1設有用于與試驗機相連的桿端試驗機連接結構，并且在其底部放置有緩沖材料，避免磕碰。第二連接套B-2設計有支架穿孔，通過銷軸B-3連接觸頭桿上原有的觸頭穿孔結構從而實現試驗機與觸頭桿的連接，并且在軸銷B-3上設計有尼龍套，避免軸銷損傷觸頭桿孔及周邊鍍層。第二連接套B-2上端設計絕緣法蘭B-4，絕緣法蘭可以起到定位支撐作用，避免第二連接套與觸頭桿硬接觸，從而很好地對觸頭桿表面的鍍層進行保護，避免損傷觸頭桿表面鍍層。

2.2 拉伸裝置的安裝

觸頭裝配拉伸試驗用工裝的安裝結構如圖3所示，主要包括十字端接頭和桿端接頭兩部分。十字端接頭端通過豎向螺栓8連接上端接頭7和中間連接件9。左、右連板10的上端通過第二連接銷20與中間連接件9相連。通過十字端接頭實現試驗機上拉伸頭5與觸頭裝配的十字接頭1相連。桿端接頭端部分，第二連接套13通過螺栓連接第一連接套15，形成沿上下方向延伸的桿端接頭支架。在第二連接套13上端安裝定位支撐絕緣法蘭11，第一連接套15和下端接頭17組成桿端試驗機連接結構，并且在其中間放置乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)彈性緩沖材料制成的緩沖件16。十字端接頭端，將左、右連板10分別套設于十字接頭上固定連接銷的兩端，左、右連板10的另一端通過可拆連接件與十字端頭支架相連，十字端頭支架則與試驗機相連。桿端接頭端，銷軸12通過第二連接套13的支架穿孔與觸頭桿2之間連接，桿端試驗機連接結構下端接頭17可以通過第三銷釘18與試驗機下拉伸接頭19相連，從而實現試驗機與觸頭裝配的桿端接頭相連。

圖3 拉伸裝置示意圖Fig.3 Scheme of the tensile device

2.3 拉伸裝置的應用

本觸頭裝配拉伸試驗用工裝在使用時，桿端接頭將試驗機下拉伸頭與觸頭裝配的觸頭桿連接在一起，十字頭端接頭將試驗機上拉伸頭與觸頭裝配的十字接頭連接在一起，便可對觸頭裝配進行拉伸試驗。絕緣法蘭還能起到防止第二連接套撞擊十字接頭的作用，從而可以起到很好地保護十字接頭表面鍍層的作用；由于定位支撐的定位作用，第一連接套、第二連接套不會與觸頭桿接觸，可以起到很好地保護觸頭桿表面鍍層的作用；在裝配觸頭桿時，中間連接件相對于豎向螺桿而言具有一定的徑向活動調整量，可以避免因兩個固定端不對中、無法進行安裝的問題。拉伸試驗中，設置試驗程序，控制條件選擇力控制，控制速率為100 N·s-1[7]。本試驗裝置應用于觸頭裝配的前期開發試驗，得到極限黏接強度數據。結合觸頭裝配的使用工況及極限黏接強度，得出了例行力學性能拉伸試驗力為7 450 N，并且在后期正常產品黏接質量例行檢測試驗中得到了廣泛使用。

3 結論

結合觸頭裝配結構和表面處理工藝，對SANS CMT5205型微機控制電子萬能試驗機進行了改造，設計出了適用于觸頭裝配的控制萬能試驗機拉伸試驗裝置，應用該裝置可對觸頭裝配這類特殊結構零部件進行前期開發試驗，得到極限黏接強度數據，并且在后期將其應用于觸頭裝配例行力學性能檢測試驗中，保證了產品質量，降低了產品檢測成本。

[1] 王斌,蘭雄侯. 中國材料試驗設備市場分析[J]. 理化檢驗-物理分冊,2016,52(8):516-518.

[2] GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法[S].

[3] 黃星,謝宏. 從拉伸試驗機控制角度理解GB/T 228.1-2010的技術變動[J]. 理化檢驗-物理分冊,2014,50(2):97-100.

[4] GB/T 3098.1-2010 緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱[S].

[5] 曹晶晶,袁鵬斌,付春兵. 高強度鋼拉伸試驗液壓夾具改進[J]. 理化檢驗-物理分冊,2016,52(8):524-526,529.

[6] 成大先. 機械設計手冊(第4卷)[M]. 北京:化學工業出版社,2008.

[7] 孫紹廣,于秀娥,蘇洪英,等. 拉伸試驗速率控制模式及試驗速率的選擇[J]. 理化檢驗-物理分冊,2013,49(8):497-500.

DesignandApplicationofTensileTestingDeviceUsedforContactAssembliesinEarthingSwitches

SHIRunjun,SUNMingdao,WANGXiaosheng

(Henan Pingzhi High-Voltage Switchgear Co., Ltd., Pingdingshan 467013, China)

Considering the structure and surface treatment process of the contact assemblies in earthing switches which were key parts of a company, a tensile testing device suitable for the contact assemblies was designed and developed by updating and upgrading the SANS CMT5205 microcomputer controlled universal testing machine. The results show that the tensile testing device met the requirements of bonding property test of the contact assemblies and could be applied to the pre-development test of the contact assemblies to obtain the ultimate bonding strength data. And the device was also widely used in the later routine mechanical performance test of contact assemblies. The tensile testing device met the requirements of tensile test assessment and quality evaluation of the contact assemblies, and extended the use function of the testing device.

contact assembly; tensile test; bonding strength; tensile testing device; updating and upgrading

2017-08-31

國家電網平高集團科技資助項目(PGKD2017-056)

史潤軍(1980-)，工程師，主要從事氣體絕緣金屬封閉開關設備與質量控制研究工作

孫明道(1985-)，碩士，主要從事氣體絕緣金屬封閉開關設備材料檢測分析與評價技術研究工作，sunmingdao2008@163.com

10.11973/lhjy-wl201712010

TH87

A

1001-4012(2017)12-0894-03