絕緣單梯扭曲強度試驗方法

董根嶺　鄭薇　候軍偉　毛錦　李海　張志猛　杜超

摘 要：絕緣登高檢修工具（平臺）在發電、輸配電、電信、電氣化鐵路運輸等行業被廣泛大量使用，然而整個市場環境卻并不樂觀，加上絕緣梯具的相關檢驗標準、方法尚存一些空白，給電力、通信等安全生產帶來極大安全隱患。針對目前絕緣單梯扭曲強度試驗的空白，筆者參照《帶電作業用絕緣硬梯通用技術條件》[1]《便攜式木梯安全要求》[2]等，進行了晃動量確定試驗，并使用登高安全工具荷重試驗裝置對絕緣單梯進行了扭曲強度試驗，并做了相關研究計算與論證，以期填補這一空白。

關鍵詞：單梯;扭曲強度;試驗;晃動量;安全

中圖分類號：TM206文獻標識碼：A

目前市場上絕緣梯具多采用高溫聚合拉擠制造工藝，材質則選用環氧樹脂，結合銷棒技術，整體無金屬結構組成，是電力生產及相關工作必備的登高輔助器具，也是電力作業人員安全保障的防護道具，可謂是通信、電力等單位高空作業的得力幫手。可是在絕緣梯具的使用過程中作業人員發現，盡管所使用的梯具嚴格的按照《帶電作業用絕緣硬梯通用技術條件》[1]、《變電站登高作業及防護器材技術要求第1部分：抱桿梯、梯具、梯臺及過橋》[3]中對梯具的水平強度試驗、橫檔強度試驗、連接裝置強度試驗、抗壓試驗進行試驗并達到了試驗要求，但是在工作人員使用過程中還是會出現梯子左右搖晃的情況，就像快散架一樣。所以本實驗旨在研究一種可以檢測單梯搖晃扭矩的試驗方法，但是我們考慮到絕緣單梯的結構有別于傳統木梯，因此木梯的扭曲試驗方法并不適用于絕緣單梯，所以該試驗使用新型絕緣登高安全工器具荷重試驗的裝置（參見試驗設備的章節）進行扭曲強度試驗。

一、實驗背景

從絕緣梯具的本身性質來討論：絕緣梯大部分是以玻璃纖維增強塑料型材（也叫玻璃鋼）制造，該種材料本身彈性模量并不高，一般只達到鋼鐵材料的十一分之一，因此常感到剛性不足，容易變形[4];其次在生產加工過程中由于環境、工藝、人為等因素的影響，導致其性能會出現一定的離散性;再者玻璃鋼還屬于粘彈性材料，受蠕變等因素的影響，結構變形、破壞的情況復雜[5]。由此可見，影響絕緣梯具梯具穩定性的因素是復雜多樣的，所以既是為了產品質量的提升、行業水平的發展考慮，更是為了作業人員的人身安全考慮，能夠通過試驗檢測并篩選出沒有安全與質量保障的梯子。經過大量的試驗及分析，得出的結論是絕緣梯具的橫檔與梯梁之間不存在榫卯張緊的特性，而是靠一根通長的銷棒緊固。因此導致松動的根本原因是橫檔與梯梁的相對滑移，即兩者之間的角度變化。

針對上述特點，我們對大量梯具進行了試驗，其結果也驗證了這一推斷（如圖1所示）。

盡管我們對絕緣梯是否存在變形判斷困難，但其具有在彈性限度內可恢復變形的不變特性，因此我們可以利用其不變的方面，用數據去觀察其是否發生了永久變形，采用實驗的方法使用機械電子裝置進行檢測，通過電腦及相關試驗儀器記錄和分析試驗結果，判斷晃動量的大小對梯具穩定性的影響。由此可見，通過試驗的方法探索這一問題是可行的。

二、絕緣單梯晃動量的確定及扭曲強度試驗

（一）絕緣單梯的選用及試驗值確定

本次試驗選用檢測合格的絕緣單梯作為試驗對象，選取不同公司、不同規格的絕緣單梯進行對比試驗。

在GB/T7059-2007《便攜式木梯安全要求》[2]中規定了扭曲試驗的方法，考慮到絕緣單梯的結構有別于傳統木梯，因此木梯的扭曲試驗方法并不適用，因此我們對大量梯具進行了試驗，參考《變電器登高作業及防護器材技術要求第一部分：抱桿梯、梯具、梯臺及過橋》[3]標準中對試驗載荷的定義為1.2倍額定工作載荷，參考《便攜式木梯安全要求》[2]指出額定工作載荷不應小于90kg，現實工作中考慮常用梯具工作載荷按照單人100kg進行設計。最終我們制定了絕緣梯具扭曲試驗的推薦方法及限值。

推薦：1000N;60s。

（二）絕緣單梯晃動量試驗

對絕緣單梯單側受力進行分析受力（如圖2），一側梯綁固定[1]，對另一側梯綁施加一個人體重的重量[6]，使絕緣單梯發生形變，記錄位移量，試驗進行500次，記錄數值，換相同批次的絕緣單梯加裝拉片減少晃動量，再次進行試驗。根據試驗原理選用的儀器為登高安全工具區荷重試驗裝置（參見2-3章節）。

（三）試驗設備

為了解決絕緣梯檢驗需求[7]，我們采用新型絕緣登高安全工器具荷重試驗裝置（如圖3所示）進行扭曲強度試驗對梯具經過多項試驗依然存在晃動的情況進行探討。

根據GB/T17620-2008《帶電作業用絕緣硬梯通用技術條件》[1]中對預防性試驗的要求，整合的設備可以完成單梯的水平試驗、折梯人字梯的抗壓試驗、梯子橫檔的強度試驗、連接裝置強度試驗、絕緣硬梯的電氣試驗;再者由于絕緣硬梯體積較大，試驗的位置不同，擺放的姿態不同，所以需要較大的空間來實現，伺服電機提供的動力也需要一套可以轉換方向、位置的裝置來實現各種試驗，還不能頻繁調換輔具，增大勞動強度、降低效率;在此基礎條件限制下開發出來的該試驗設備由于支架可以調整跨度，所以試驗機最大限度的涵蓋了絕大多數絕緣梯具的各種試驗，其中更能實現此次的創新性扭曲試驗。測量機構采用高精度的傳感器，以保證測量結果準確可靠，合乎標準。試驗裝置的各模塊具有可快速拆裝的特性，使用起來方便快捷，結構簡單卻功能強大，實現了一機通用，一機多用，一機多能的便利性質。

（1）試驗裝置的結構。該試驗裝置主要由動力系統、控制系統、加持裝置及傳動系統組成。（如圖4所示）

（2）試驗裝置工作流程。第一步，操作人員將試驗梯具放置在專用支架上，位置應符合試驗的相關標準;第二步，根據試驗要求將試驗夾具夾持住梯具相應位置;第三步，使用拉力傳感器將夾具與傳動裝置連接;第四步，在中控機操作界面設定試驗參數，包括試驗力值，加載速率，負荷加載時間等;第五步，點擊開始運行，進行試驗。伺服電機運行，拖動卷揚裝置收緊傳動裝置，拉力傳感器實時反饋拉力值。當以設定速度達到限值時，伺服電機停止轉動，拉力得以保持。試驗完畢后，伺服電機反轉，卸載負荷。

（3）試驗結果。試驗結果如圖5所示，經過大量的對比試驗得出當位移量大于5.43時晃動量幅度開始變大，取值取5mm為安全晃動量。

（四）扭曲試驗過程與試驗數據

（1）試驗準備。準備好進行試驗需要的絕緣梯具，根據實際需要來組裝適用的試驗裝置。檢查實驗裝置平臺的清潔性與組裝模塊各部分的穩固性，檢查各控制模塊、運行軟件以及結果顯示器是否正常工作。

（2）試驗過程。試驗工裝步驟：

①根據單梯長度布置試驗機底座數量，將單梯水平放置在底座上，調整梯具使其一邊梯梆置于底座中心。

②將扭曲試驗工裝放置安裝好，依次使用掛環連接工裝、拉力傳感器、傳動帶。

③調整拉線傳感器位置，使之垂直照射在梯綁上，傳感器與單梯間距不大于500mm。（試驗工裝如圖6所示）

主機操作步驟：

a.打開主機，打開激光傳感器系統;

b.打開桌面《絕緣梯檢測系統》控制軟件，檢查傳感器工作狀態;

c.點擊界面的設置彈出選項界面，添加載荷：1KN，保載時間：60S，判定參數設值：2，單擊確定;

d.將負荷傳感器、激光傳感器讀數清零;

e.點擊伺服器啟動，電機控制器亮綠燈;

f.單擊新建試樣按鈕，填寫數據，單擊確定;

g.單擊啟動按鈕，試驗自動開始;

h.負荷到達指定值后，預警鈴響，保壓規定時間（60S）后自動卸載;

i.系統自動判定合格與否;

j.試驗完畢若需打印測試表，單擊“報告”按鈕，可進行打印。

（3）試驗數據。試驗結束后打印測試表查看試驗結果（如圖7所示）。

（五）試驗結果分析

根據檢測報告與試驗曲線圖分析（如圖7），施加1000N的載荷持續60s結束后，試驗絕緣梯具發生的位移量（即變形）為2.5mm，該變形量2.5mm小于晃動量試驗得出的晃動量安全值5.0mm，而且報告中顯示殘余變形量最終回復到0mm，說明梯具發生的變形恢復了，梯具沒有發生永久性變形與破壞，所以該絕緣單梯經過檢測是合格的。

三、結論

本文針對絕緣單梯實際操作過程中可能出現左右搖晃這一問題，通過晃動量試驗確定了5mm為安全晃動量，并選用了針對性的設備-新型登高安全工器具荷重試驗裝置進行扭曲強度試驗，經過反復試驗得出結論：只要施加1000N的載荷持續60s結束后，試驗絕緣梯具發生的位移量小于安全晃動量5.0mm，并且殘余變形量很快回復到0mm，也就是說絕緣單梯未發生永久性變形，而是其變形自動恢復，那么該絕緣單梯就是合格的。由此可見該試驗方法可以滿足檢驗單梯扭曲強度的需要。

參考文獻：

[1]GB/T17620-2008《帶電作業用絕緣硬梯通用技術條件》.

[2]GB/T7059-2007《便攜式木梯安全要求》.

[3]DL/T1209.1-2013《變電站登高作業及防護器材技術要求第1部分：抱桿梯、梯具、梯臺及過橋》.

[4]馮廣占，等.璃鋼力學性能的測試與分析[J].玻璃鋼/復合材料，1984（6）：15-20.

[5]李湘渝，等.玻璃鋼結構的力學性能實驗[J].江蘇科技大學學報（自然科學版），2011，25（1）：4-7.

[6]國家電力公司《電力安全工器具預防性試驗規程（試行）》.

[7]GB/T17889.2-2012《梯子第2部分：要求、試驗和標準》.

[8]DL/T878-2004《帶電作業用絕緣工具試驗導則》.