李毅軍，王洪禮

（新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，新疆烏魯木齊 830011）

0 引言

圓線同心絞架空導(dǎo)線指無保護(hù)層和絕緣層的導(dǎo)電線材，價格便宜、使用方便，在國家電力工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，用量極大。額定抗拉力是反映圓線同心絞架空導(dǎo)線質(zhì)量性能的關(guān)鍵指標(biāo)，其質(zhì)量的好壞直接影響著輸電線路工程的質(zhì)量，為驗(yàn)證圓線同心絞架空導(dǎo)線的可靠性和可用性，應(yīng)力—應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以解釋導(dǎo)線強(qiáng)度的要求[1]。

試驗(yàn)機(jī)是進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)研究的基本設(shè)備，由于試驗(yàn)研究的不同需求各種試驗(yàn)機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生。拉力試驗(yàn)性能參數(shù)是材料非常重要的性能指標(biāo)之一，為滿足異種材料的拉力試驗(yàn)的不同需要，拉力試驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了多種型號的拉力設(shè)備。這些試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造基本一致，根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)進(jìn)行加工制作，可以測定常用材料的力學(xué)性能指標(biāo)。對于一些用于特殊領(lǐng)域的工程材料，目前現(xiàn)存的拉力設(shè)備不能滿足實(shí)驗(yàn)的規(guī)定要求；而對一些特殊材料重新定制拉力試驗(yàn)設(shè)備會產(chǎn)生大量費(fèi)用，因此在現(xiàn)有的拉力試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)升級、合并改造以滿足試驗(yàn)要求是一種方便可行的方法[2]。

依據(jù)GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》應(yīng)力—應(yīng)變試驗(yàn)方法的要求，已有的2000 kN 微機(jī)控制電液伺服臥式拉力試驗(yàn)機(jī)的有效工作空間、傳感器、引伸計(jì)和位移數(shù)據(jù)采集儀、測控軟件無法滿足要求，在此背景下對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改造，試樣頭部采用壓接、環(huán)氧樹脂或低熔合金型式進(jìn)行連接，以此完成對圓線同心絞架空導(dǎo)線應(yīng)力—應(yīng)變試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)機(jī)概述

2000 kN 微機(jī)控制電液伺服臥式拉力試驗(yàn)機(jī)主要由主機(jī)、控制柜、液壓源、控制系統(tǒng)和輔助工具組成。

1.1 工作原理

打開設(shè)備總電源開關(guān)，試驗(yàn)機(jī)開始工作。液壓系統(tǒng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動油泵啟動，排除油泵內(nèi)高壓油。高壓油進(jìn)入工作油缸，工作活塞被推動并使橫梁運(yùn)動，橫梁通過拉桿帶動前夾頭移動。當(dāng)橫梁被頂出時，前夾頭與后夾頭之間距離增大并進(jìn)行拉力試驗(yàn)。

在拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，裝在橫梁上的負(fù)荷傳感器可以把壓力變化為信號和裝載在試樣上的引伸計(jì)把位移信號一并傳給微機(jī)系統(tǒng)。這樣，通過微機(jī)系統(tǒng)對壓力和位移的采集、放大，計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出試樣拉力試驗(yàn)參數(shù)曲線圖。同時對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可進(jìn)行處理打印等操作。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

最大試驗(yàn)力2000 kN；量程范圍200～2000 kN；最大有效拉伸空間長度10 000 mm；測力方式，負(fù)荷傳感器測力；引伸計(jì)定標(biāo)距500 mm；引伸計(jì)行程15 mm；測控軟件，試驗(yàn)機(jī)專用軟件。

2 改造方案

此次對試驗(yàn)機(jī)的改造主要涉及增加有效拉伸空間長度、增加小量程壓力傳感器、增加可變標(biāo)距傳感器和位移數(shù)據(jù)采集儀、修改測控軟件四部分組成，對試驗(yàn)機(jī)原有的油路、電路不造成影響，但是增加小量程傳感器和位移數(shù)據(jù)采集儀，因此改造完成后需要計(jì)量檢定部門對試驗(yàn)機(jī)力值和引伸計(jì)位移值進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)合格后方可進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 有效拉伸空間長度改造

原有試驗(yàn)機(jī)有限最大拉伸空間為10 000 mm，依據(jù)GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中6.4.3 中規(guī)定，導(dǎo)線試樣長度應(yīng)為導(dǎo)線直徑的400 倍，且最小值＞10 m，常用導(dǎo)線最大絞線直徑為42.1 mm，要求試驗(yàn)機(jī)有效拉伸空間＞16 840 mm，考慮到裝夾余量，在原有試驗(yàn)機(jī)上增加與原試驗(yàn)機(jī)框架相匹配的框架7.2 m，增加試驗(yàn)機(jī)的有效拉伸空間以滿足試驗(yàn)要求。

2.2 傳感器改造

原有試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)力量程范圍200～2000 kN，依據(jù)GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中常用額定拉斷力最小值12.55 kN，原2000 kN 臥拉拉力傳感器在小力值40 kN 以下達(dá)不到1 級要求精度，不能滿足需要。故增加1 個小力值傳感器，且對精準(zhǔn)控制的硬件進(jìn)行改造，能獨(dú)立與原有試驗(yàn)機(jī)操作系統(tǒng)連接使用，并實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)：最大試驗(yàn)力，300 kN（精度0.5 級）；測力范圍，2%～100%FS；可在任意力值點(diǎn)固定平穩(wěn)保持測量值，可按設(shè)定試驗(yàn)程序在規(guī)定的試驗(yàn)速率下均勻平穩(wěn)加力、減力（至零位），以滿足試驗(yàn)力值范圍的要求。

2.3 引伸計(jì)和位移數(shù)據(jù)采集器改造

原有試驗(yàn)機(jī)引伸計(jì)為定標(biāo)引伸計(jì)500/15，依據(jù)GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》標(biāo)準(zhǔn)D.5.3 要求：通過測量導(dǎo)線標(biāo)距兩端的位移用來測定導(dǎo)線應(yīng)變；導(dǎo)線試樣長度應(yīng)為導(dǎo)線直徑的400 倍，且最小值＞10 m。故采用位移傳感器標(biāo)距（可變標(biāo)距引伸計(jì)）5000 mm，兩側(cè)為光柵尺；位移傳感器行程，±100 mm；位移傳感器線性度，≤±0.1%；位移傳感器分辨率，0.002 mm，且位移數(shù)據(jù)采集儀對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以滿足試驗(yàn)位移控制的要求。

2.4 測控軟件改造

原有試驗(yàn)機(jī)測控軟件為專用測控軟件，專用測控軟件具有多級液壓加載、連續(xù)加荷平穩(wěn)、多級試驗(yàn)力保持（保持控制時間≥30 min）、自動保載、自動采集并儲存數(shù)據(jù)、繪制曲線，自動打印試驗(yàn)報(bào)告，計(jì)算機(jī)適時控制試驗(yàn)進(jìn)程、顯示試驗(yàn)力及試驗(yàn)曲線，軟件具備外部突然斷電測試數(shù)據(jù)及曲線自動保存功能。依據(jù)GB/T 1179—2017《圓線同心絞架空導(dǎo)線》標(biāo)準(zhǔn)D.6 導(dǎo)線的試驗(yàn)負(fù)荷要求其軟件自動繪制整個試驗(yàn)過程的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并自動計(jì)算出彈性模量；對原有專用測控軟件進(jìn)行升級改造，可實(shí)現(xiàn)施加到30%RTS 負(fù)荷，保荷0.5 h，試驗(yàn)期間，自動讀取讀數(shù)，并自動卸載到初始負(fù)荷；施加到50%RTS 負(fù)荷，保荷1 h，試驗(yàn)期間，自動讀取讀數(shù)，并自動卸載到初始負(fù)荷；施加到70%RTS 負(fù)荷，保荷1 h，試驗(yàn)期間，自動讀取讀數(shù)，并自動卸載到初始負(fù)荷；施加到85%RTS 負(fù)荷，保荷1 h，試驗(yàn)期間，自動讀取讀數(shù)，并自動卸載到初始負(fù)荷；在完成試驗(yàn)程序后，再均勻增加負(fù)荷直至試樣發(fā)生破斷，但在負(fù)荷達(dá)到85%RTS 前，仍如前所述的同樣時間間隔讀取拉力和伸長數(shù)值；在試驗(yàn)過程中載荷增長應(yīng)勻速，達(dá)到30%RTS 的時間應(yīng)在1～2 min，實(shí)驗(yàn)過程中載荷增長應(yīng)保持恒定。程序完成后軟件應(yīng)能自動繪制整個試驗(yàn)過程的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并自動計(jì)算試驗(yàn)程序中的彈性模量，以滿足試驗(yàn)程序控制的要求；軟件自動繪制整個試驗(yàn)過程的應(yīng)力—應(yīng)變曲線（圖1）。

圖1 整個試驗(yàn)過程的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

2.5 計(jì)量檢定/校準(zhǔn)

對已經(jīng)完成改造的試驗(yàn)機(jī)力值和位移值依據(jù)JJG 139—2014《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》進(jìn)行計(jì)量檢定/校準(zhǔn)，按照計(jì)量檢定/校準(zhǔn)規(guī)程的規(guī)定對位移和力值2%、10%、20%、40%、60%、80%、100%進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)，檢定/校準(zhǔn)結(jié)果合格，符合檢定規(guī)程的要求。

3 結(jié)語

經(jīng)使用證明，改造后的拉力機(jī)具有兩套試驗(yàn)機(jī)測量系統(tǒng)，改進(jìn)效果良好，既可以滿足金屬材料、鋼絲繩、預(yù)應(yīng)力鋼絞線的拉伸試驗(yàn)要求，又可以滿足圓線同心絞架空導(dǎo)線拉伸和應(yīng)力—應(yīng)變試驗(yàn)的要求，擴(kuò)展了試驗(yàn)機(jī)的使用功能。