绝缘单梯扭曲强度试验方法

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　　摘 要：绝缘登高检修工具（平台）在发电、输配电、电信、电气化铁路运输等行业被广泛大量使用，然而整个市场环境却并不乐观，加上绝缘梯具的相关检验标准、方法尚存一些空白，给电力、通信等安全生产带来极大安全隐患。针对目前绝缘单梯扭曲强度试验的空白，笔者参照《带电作业用绝缘硬梯通用技术条件》[1]《便携式木梯安全要求》[2]等，进行了晃动量确定试验，并使用登高安全工具荷重试验装置对绝缘单梯进行了扭曲强度试验，并做了相关研究计算与论证，以期填补这一空白。
　　关键词：单梯;扭曲强度;试验;晃动量;安全
　　中图分类号：TM206 文献标识码：A
　　
　　 目前市场上绝缘梯具多采用高温聚合拉挤制造工艺，材质则选用环氧树脂，结合销棒技术，整体无金属结构组成，是电力生产及相关工作必备的登高辅助器具，也是电力作业人员安全保障的防护道具，可谓是通信、电力等单位高空作业的得力帮手。可是在绝缘梯具的使用过程中作业人员发现，尽管所使用的梯具严格的按照《带电作业用绝缘硬梯通用技术条件》[1]、《变电站登高作业及防护器材技术要求第1部分：抱杆梯、梯具、梯台及过桥》[3]中对梯具的水平强度试验、横档强度试验、连接装置强度试验、抗压试验进行试验并达到了试验要求，但是在工作人员使用过程中还是会出现梯子左右摇晃的情况，就像快散架一样。所以本实验旨在研究一种可以检测单梯摇晃扭矩的试验方法，但是我们考虑到绝缘单梯的结构有别于传统木梯，因此木梯的扭曲试验方法并不适用于绝缘单梯，所以该试验使用新型绝缘登高安全工器具荷重试验的装置（参见试验设备的章节）进行扭曲强度试验。
　　一、实验背景
　　从绝缘梯具的本身性质来讨论：绝缘梯大部分是以玻璃纤维增强塑料型材（也叫玻璃钢）制造，该种材料本身弹性模量并不高，一般只达到钢铁材料的十一分之一，因此常感到刚性不足，容易变形[4];其次在生产加工过程中由于环境、工艺、人为等因素的影响，导致其性能会出现一定的离散性;再者玻璃钢还属于粘弹性材料，受蠕变等因素的影响，结构变形、破坏的情况复杂[5]。由此可见，影响绝缘梯具梯具稳定性的因素是复杂多样的，所以既是为了产品质量的提升、行业水平的发展考虑，更是为了作业人员的人身安全考虑，能够通过试验检测并筛选出没有安全与质量保障的梯子。经过大量的试验及分析，得出的结论是绝缘梯具的横档与梯梁之间不存在榫卯张紧的特性，而是靠一根通长的销棒紧固。因此导致松动的根本原因是横档与梯梁的相对滑移，即两者之间的角度变化。
　　针对上述特点，我们对大量梯具进行了试验，其结果也验证了这一推断（如图1所示）。
　　尽管我们对绝缘梯是否存在变形判断困难，但其具有在弹性限度内可恢复变形的不变特性，因此我们可以利用其不变的方面，用数据去观察其是否发生了永久变形，采用实验的方法使用机械电子装置进行检测，通过电脑及相关试验仪器记錄和分析试验结果，判断晃动量的大小对梯具稳定性的影响。由此可见，通过试验的方法探索这一问题是可行的。
　　二、绝缘单梯晃动量的确定及扭曲强度试验
　　（一）绝缘单梯的选用及试验值确定
　　本次试验选用检测合格的绝缘单梯作为试验对象，选取不同公司、不同规格的绝缘单梯进行对比试验。
　　在GB/T7059-2007《便携式木梯安全要求》[2]中规定了扭曲试验的方法，考虑到绝缘单梯的结构有别于传统木梯，因此木梯的扭曲试验方法并不适用，因此我们对大量梯具进行了试验，参考《变电器登高作业及防护器材技术要求第一部分：抱杆梯、梯具、梯台及过桥》[3]标准中对试验载荷的定义为1.2倍额定工作载荷，参考《便携式木梯安全要求》[2]指出额定工作载荷不应小于90kg，现实工作中考虑常用梯具工作载荷按照单人100kg进行设计。最终我们制定了绝缘梯具扭曲试验的推荐方法及限值。
　　推荐：1000N;60s。
　　（二）绝缘单梯晃动量试验
　　对绝缘单梯单侧受力进行分析受力（如图2），一侧梯绑固定[1]，对另一侧梯绑施加一个人体重的重量[6]，使绝缘单梯发生形变，记录位移量，试验进行500次，记录数值，换相同批次的绝缘单梯加装拉片减少晃动量，再次进行试验。根据试验原理选用的仪器为登高安全工具区荷重试验装置（参见2-3章节）。
　　（三）试验设备
　　为了解决绝缘梯检验需求[7]，我们采用新型绝缘登高安全工器具荷重试验装置（如图3所示）进行扭曲强度试验对梯具经过多项试验依然存在晃动的情况进行探讨。
　　根据GB/T17620-2008《带电作业用绝缘硬梯通用技术条件》[1]中对预防性试验的要求，整合的设备可以完成单梯的水平试验、折梯人字梯的抗压试验、梯子横档的强度试验、连接装置强度试验、绝缘硬梯的电气试验;再者由于绝缘硬梯体积较大，试验的位置不同，摆放的姿态不同，所以需要较大的空间来实现，伺服电机提供的动力也需要一套可以转换方向、位置的装置来实现各种试验，还不能频繁调换辅具，增大劳动强度、降低效率;在此基础条件限制下开发出来的该试验设备由于支架可以调整跨度，所以试验机最大限度的涵盖了绝大多数绝缘梯具的各种试验，其中更能实现此次的创新性扭曲试验。测量机构采用高精度的传感器，以保证测量结果准确可靠，合乎标准。试验装置的各模块具有可快速拆装的特性，使用起来方便快捷，结构简单却功能强大，实现了一机通用，一机多用，一机多能的便利性质。
　　
　　（1）试验装置的结构。该试验装置主要由动力系统、控制系统、加持装置及传动系统组成。（如图4所示）
　　
　　（2）试验装置工作流程。第一步，操作人员将试验梯具放置在专用支架上，位置应符合试验的相关标准;第二步，根据试验要求将试验夹具夹持住梯具相应位置;第三步，使用拉力传感器将夹具与传动装置连接;第四步，在中控机操作界面设定试验参数，包括试验力值，加载速率，负荷加载时间等;第五步，点击开始运行，进行试验。伺服电机运行，拖动卷扬装置收紧传动装置，拉力传感器实时反馈拉力值。当以设定速度达到限值时，伺服电机停止转动，拉力得以保持。试验完毕后，伺服电机反转，卸载负荷。 　　（3）试验结果。试验结果如图5所示，经过大量的对比试验得出当位移量大于5.43時晃动量幅度开始变大，取值取5mm为安全晃动量。
　　
　　（四）扭曲试验过程与试验数据
　　（1）试验准备。准备好进行试验需要的绝缘梯具，根据实际需要来组装适用的试验装置。检查实验装置平台的清洁性与组装模块各部分的稳固性，检查各控制模块、运行软件以及结果显示器是否正常工作。
　　（2）试验过程。试验工装步骤：
　　①根据单梯长度布置试验机底座数量，将单梯水平放置在底座上，调整梯具使其一边梯梆置于底座中心。
　　②将扭曲试验工装放置安装好，依次使用挂环连接工装、拉力传感器、传动带。
　　③调整拉线传感器位置，使之垂直照射在梯绑上，传感器与单梯间距不大于500mm。（试验工装如图6所示）
　　
　　主机操作步骤：
　　a.打开主机，打开激光传感器系统;
　　b.打开桌面《绝缘梯检测系统》控制软件，检查传感器工作状态;
　　c.点击界面的设置弹出选项界面，添加载荷：1KN，保载时间：60S，判定参数设值：2，单击确定;
　　d.将负荷传感器、激光传感器读数清零;
　　e.点击伺服器启动，电机控制器亮绿灯;
　　f.单击新建试样按钮，填写数据，单击确定;
　　g.单击启动按钮，试验自动开始;
　　h.负荷到达指定值后，预警铃响，保压规定时间（60S）后自动卸载;
　　i.系统自动判定合格与否;
　　j.试验完毕若需打印测试表，单击“报告”按钮，可进行打印。
　　（3）试验数据。试验结束后打印测试表查看试验结果（如图7所示）。
　　
　　（五）试验结果分析
　　根据检测报告与试验曲线图分析（如图7），施加1000N的载荷持续60s结束后，试验绝缘梯具发生的位移量（即变形）为2.5mm，该变形量2.5mm小于晃动量试验得出的晃动量安全值5.0mm，而且报告中显示残余变形量最终回复到0mm，说明梯具发生的变形恢复了，梯具没有发生永久性变形与破坏，所以该绝缘单梯经过检测是合格的。
　　三、结论
　　本文针对绝缘单梯实际操作过程中可能出现左右摇晃这一问题，通过晃动量试验确定了5mm为安全晃动量，并选用了针对性的设备-新型登高安全工器具荷重试验装置进行扭曲强度试验，经过反复试验得出结论：只要施加1000N的载荷持续60s结束后，试验绝缘梯具发生的位移量小于安全晃动量5.0mm，并且残余变形量很快回复到0mm，也就是说绝缘单梯未发生永久性变形，而是其变形自动恢复，那么该绝缘单梯就是合格的。由此可见该试验方法可以满足检验单梯扭曲强度的需要。
　　参考文献：
　　[1]GB/T17620-2008《带电作业用绝缘硬梯通用技术条件》.
　　[2]GB/T7059-2007《便携式木梯安全要求》.
　　[3]DL/T1209.1-2013《变电站登高作业及防护器材技术要求第1部分：抱杆梯、梯具、梯台及过桥》.
　　[4]冯广占，等.璃钢力学性能的测试与分析[J].玻璃钢/复合材料，1984（6）：15-20.
　　[5]李湘渝，等.玻璃钢结构的力学性能实验[J].江苏科技大学学报（自然科学版），2011，25（1）：4-7.
　　[6]国家电力公司《电力安全工器具预防性试验规程（试行）》.
　　[7]GB/T17889.2-2012《梯子第2部分：要求、试验和标准》.
　　[8]DL/T878-2004《带电作业用绝缘工具试验导则》.
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