复合绝缘子内楔连接界面结构机械性能及稳定性

文　摘　根据复合绝缘子内楔连接结构组配特点，结合界面结构机械性能和连接原理，分析了界面结构心棒端部的结构应力，找出界面结构应力分布最佳状态时部件的结构尺寸及配合公差，提高了界面结构的拉伸强度，采取相应的加工和组配工艺，保证了产品机械连接性能，并通过试验进行了验证。论证了目前合成绝缘子生产稳定性水平，供用户参考。
关键词　复合绝缘子　内楔连接　界面结构　机械性能　稳定性
　　复合绝缘子是悬挂输电线路的绝缘部件。因其所处的位置及作用，要求既有良好的电气性能，又有较高的机械强度。电力系统运行实践证明，复合绝缘子运行的安全可靠，给电力系统带来相当大的经济效益。复合绝缘子运行过程中心棒承受机械拉力。从心棒的材质性能、结构特点、成型工艺、实测数据以及长期实际运行情况来看，只要复合绝缘子心棒直径选择得当，且生产质量控制严格，心棒的整体机械性能是安全可靠的。由于心棒形状及材质性能的限制，复合绝缘子心棒两端与导线及杆塔之间只能靠金属材质过渡连接。这样就出现两种材质不同，性能相差悬殊的连接界面。该界面将在各种大气环境下传递复合绝缘子运行中全部动、静态机械负荷，是复合绝缘子极其重要的部位。目前国内外复合绝缘子产品心棒与金具的连接，一般都是采用压接、外楔和内楔连接结构，其中内楔连接结构与其它形式连接结构相比，具有结构部件加工简单，组装控制工艺容易，界面结构适应性强等特点，是国内人们公认的机械性能较为可靠的连接方式。本文将进一步根据内楔连接结构组配特点，结合界面结构机械性能连接原理，分析界面结构心棒端部结构应力种类及分布情况，找出界面结构应力分布最佳状态的部件的结构尺寸及配合公差，从而提高界面结构拉伸强度，在其界面结构制造过程中，采取相应的加工和组配工艺，来保证批量产品机械连接性能，通过试验数据，验证其批量产品的机械性能稳定性。
1　复合绝缘子内楔连接结构的连接原理
　　内楔连接结构的复合绝缘子在制造组装过程中，是把心棒端部锯开一条缝，靠压入金属材质的内楔撑开心棒端部与锥形金具内腔表面呈塑变接触面配合，达到心棒与金具连接的目的。这种连接方式是靠锥形金具内腔与心棒端两半外圆周接触面的摩擦力来实现的。根据修正的阿蒙顿—库伦定律，对于材质屈服限相差较大的接触面，其静摩擦力取决于表面的正压力和与摩擦系数及真实接触面有关联的锥形金具内腔表面的粗糙度。锥形金具内腔表面粗糙所出现的轮廓峰能压入心棒端两半外圆周表面所形成的塑变接触面，当复合绝缘子受拉伸负荷作用时，其塑变接触面出现对连接性能起主导作用的粘附结点剪切分力，和锥形金具内腔表面轮廓峰对其塑变接触面的犁削分力，这两种分力随着拉伸负荷的增加而加大。当拉伸负荷增加到一定数值时，因其塑变接触面结构及材质弹性等因素，其接触面粘附结点剪切分力加大，使其接触面首先出现局部滑移，在没有等其犁削分力起作用时，其界面结构内楔斜面机构摩擦角自动锁紧作用将加大其接触面正压力，从而相应增加其界面结构塑变接触面的粘附结点剪切分力，由此可以保证内楔连接结构机械连接性能。
2　复合绝缘子内楔连接结构的机械拉伸破坏强度
　　复合绝缘子内楔连接结构的内楔撑开心棒端两半部分与锥形金具内腔的配合方式，使其界面结构部件间存在着组配结构应力，对其界面结构心棒端两半部分来说，将出现纵向拉应力、横向压应力和楔尖处心棒锯口顶部的劈裂应力，这三种应力随着复合绝缘子的机械拉伸负荷的作用发生变化，都有可能损坏其界面结构。清华大学力学系曾以额定机械负荷拉伸力作用下，对其常规设计出来的内楔连接结构中心棒端的四分之一部分进行各种应力计算，其界面结构心棒的最大纵向拉应力分布状况如图1所示，其界面结构心棒的最大横向压应力分布状况如图2所示，其界面结构楔尖处心棒锯口顶部的劈裂应力分布状况如图3所示。从图1、2和3可以看出，按常规设计出来的内楔连接结构心棒部分的最大拉应力，横向最大压应力和楔尖处心棒锯口顶部的最大劈裂应力，都集中在楔尖与心棒锯口配合的截面上，离开楔尖与心棒锯口配合截面，其心棒部分纵向最大拉应力和横向压应力下降迅速，有些部分横向最大压应力处于负值。

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