1引言

　　復(fù)合絕緣子是輸電線路懸掛導(dǎo)線的絕緣部件，其兩端金具與芯棒連接的可靠性直接關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行。國內(nèi)復(fù)合絕緣子芯棒與金具的連接方式普遍采用性能較為穩(wěn)定的內(nèi)楔連接界面結(jié)構(gòu)。為了簡化界面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)組裝機(jī)械化，提高工作效率和降低產(chǎn)品成本，在國內(nèi)檢測(cè)手段和壓接設(shè)備日益完善的條件下，開始采用壓接連接界面結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)雖然在國外已普遍采用，但也超不過10年歷史，有關(guān)這方面的技術(shù)資料和報(bào)道極少，為此，本文根據(jù)復(fù)合絕緣子壓接連接界面的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特點(diǎn)，通過分析連接部件的受力情況和傳遞過程，確定金具部件的結(jié)構(gòu)和組裝工藝，以期提高其機(jī)械性能。

　　2壓接界面的受力狀態(tài)和傳遞過程

　　連接界面采用壓接的復(fù)合絕緣子，是把圓筒狀內(nèi)腔金具套在芯棒端部，通過專用壓接設(shè)備使金具塑變套接在芯棒端部的。兩種結(jié)構(gòu)截然不同的材料，其界面和內(nèi)部的受力狀態(tài)必然有所不同。

　　2．1金具與芯棒的連接及其機(jī)械載荷傳遞機(jī)理

　　 壓接結(jié)構(gòu)的金具部件與芯棒配合時(shí)，金具內(nèi)腔表面加工成粗糙的刀紋與芯棒表面復(fù)合材料壓接，根據(jù)修正的阿蒙頓－庫侖定律，2種硬度相差較大的界面間的靜摩擦力取決于表面正壓力和摩擦系數(shù)及真實(shí)接觸內(nèi)腔表面的粗糙度［2］。當(dāng)復(fù)合絕緣子受拉伸載荷作用時(shí)，界面受粘附結(jié)點(diǎn)剪切分力和金具表面輪廓峰對(duì)芯棒的犁削分力，前者隨著拉伸載荷的增加而加大，當(dāng)增加到其剪切分力臨界值時(shí)，其犁削分力起作用；如果載荷繼續(xù)增加到輪廓峰對(duì)芯棒表面復(fù)合材料的剪切破壞應(yīng)力時(shí)，芯棒迅速從金具腔拔脫，界面連接結(jié)構(gòu)破壞。

　　2．2壓接結(jié)構(gòu)芯棒內(nèi)部材質(zhì)機(jī)械載荷傳遞特點(diǎn)

　　壓接結(jié)構(gòu)的芯棒是由直徑為10μm左右的玻璃纖維束浸漬環(huán)氧樹脂通過圓錐狀內(nèi)腔模具拉擠而形成的，用這種工藝成型的芯棒中的纖維圓柱體理想情況下以正六角形緊密排列，但實(shí)際上由于纖維成束直徑極小及圓周吸附樹脂等原因，芯棒中纖維分布將出現(xiàn)正四角形排列和隨機(jī)性分布排列。由此，芯棒內(nèi)部所有纖維圓柱體之間存在著一定厚度的體形網(wǎng)狀樹脂層。壓接連接界面結(jié)構(gòu)是通過金具圓周塑變促使芯棒彈性變形而進(jìn)行連接的，其芯棒徑向彈性變形的相當(dāng)部分由與纖維彈性模量相差近20倍的樹脂層來承擔(dān)，當(dāng)界面承受拉伸載荷時(shí)，芯棒內(nèi)部纖維所遭受的拉力將由固化收縮延伸率較低的纖維間樹脂層傳遞。雖然芯棒內(nèi)部纖維間極限拉力變化不大，但界面金具承受拉力時(shí)其拉力經(jīng)金具內(nèi)腔圓周與芯棒連接界面?zhèn)鬟f給芯棒內(nèi)部纖維，由于芯棒中纖維圓柱體之間的平衡拉力有差別，其值在芯棒中從外到內(nèi)逐漸減少，最大部位出現(xiàn)在金具內(nèi)腔和芯棒表面層。

　　3確定金具合理的結(jié)構(gòu)尺寸

　　壓接結(jié)構(gòu)的金具一端加工成一定深度的圓柱形內(nèi)腔以便套接芯棒，另一端加工成規(guī)定的與桿塔或?qū)Ь€連接的球頭或球窩，如果金具外徑采用塑壓與芯棒連接，會(huì)存在金具開口端塑變量比其它部位大的弊玻為此，根據(jù)金具變形量與剛度的關(guān)系，加大金具內(nèi)腔開口端直徑，可以有效地改善金具軸向變形的均勻性，并降低金具內(nèi)腔端口部位的變形率，有利于提高界面整體的連接性能；金具開口端為直角梯形便于固定均壓環(huán)和加大產(chǎn)品端部的金具尺寸，降低絕緣部件的電壓梯度；此外，為了減少金具非壓接部位對(duì)塑壓變形部位的影響，盡量保證塑變部位金具縱向變形量的均勻性，在金具塑變部位兩端加工卸載環(huán)形槽，也有利于降低壓接頭的壓力值，提高壓接設(shè)備的使用壽命；至于金具的塑變長度應(yīng)按界面材質(zhì)的剪切應(yīng)力最低允許值確定；而金具塑變部位的厚度，應(yīng)根據(jù)金具受拉彈性極限和金具沿厚度塑變承載能力的安全系數(shù)選齲

　　4確定壓接界面部件的工藝參數(shù)

　　壓接界面的芯棒徑向彈性變形量是界面部件組裝時(shí)最關(guān)鍵的工藝參數(shù)，找出影響芯棒徑向彈性變形量的因素，合理確定其具體數(shù)值，才能保證界面結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。在制定界面部件的組裝工藝時(shí)，首先會(huì)遇到芯棒徑向材質(zhì)結(jié)構(gòu)分布狀況問題，芯棒是由機(jī)械性能相差較大的無機(jī)纖維浸漬有機(jī)聚合物樹脂拉擠成型的，樹脂粘度和浸漬工藝的差別直接影響芯棒纖維的含量，使芯棒部件的徑向彈性模量和泊松比出現(xiàn)較大的差異，這必然造成芯棒徑向變形量的不同。因此，在確定芯棒部件的組裝工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)復(fù)合絕緣子所采用的芯棒纖維含量的實(shí)際情況選擇，才能避免因芯棒纖維含量不同而影響界面的機(jī)械性能。

　　其次應(yīng)考慮界面在室溫環(huán)境中組裝時(shí)，芯棒部件徑向材質(zhì)出現(xiàn)的極限壓應(yīng)力問題，其值應(yīng)按芯棒中纖維和樹脂在室溫下應(yīng)力應(yīng)變曲線直到破壞都是線性的條件加以確定。界面組裝時(shí)，芯棒部件徑向出現(xiàn)的彈性變形量有相當(dāng)部分是由彈性模量相當(dāng)?shù)偷睦w維間樹脂來承擔(dān)的，這對(duì)壓應(yīng)力本來就不高在芯棒中可利用延伸率較低的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)纖維間體樹脂層來說，將成為界面徑向受力變形最先損壞的部位。因此在室溫組裝的芯棒部件的徑向極限壓力應(yīng)由樹脂極限壓應(yīng)力值決定。但需要指出樹脂應(yīng)力的極限值應(yīng)由界面實(shí)際承壓狀態(tài)的圓周加壓試驗(yàn)方法獲取。用現(xiàn)有壓應(yīng)力極限值誤差極大，難以準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。

　　界面組裝時(shí)芯棒徑向彈性變形量的試驗(yàn)選擇，應(yīng)考慮芯棒纖維間樹脂層結(jié)構(gòu)變化的影響。樹脂層是由高分子通過交鏈形成體型的網(wǎng)狀高聚合物，其分子結(jié)構(gòu)必然隨著環(huán)境溫度的變化而變化，其物理性質(zhì)存在著玻璃化、高彈性和粘流3種狀態(tài)。對(duì)于復(fù)合絕緣子來說，雖然界面組裝溫度和產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境溫度都低于樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度79．12℃，但界面組裝時(shí)的室溫遠(yuǎn)低于產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行的最高環(huán)境溫度。當(dāng)界面在室溫下組裝時(shí)，芯棒徑向纖維間樹脂層出現(xiàn)的彈性變形只是外力作用于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)分子主鏈的鍵長和鍵角發(fā)生微小改變而使樹脂形狀引起改變，樹脂的應(yīng)力應(yīng)變直到破壞都是線性的。其破壞值較高。
　　
　　如果產(chǎn)品運(yùn)行溫度升高到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下幾十度范圍內(nèi)時(shí)，溫度升高將引起其高分子側(cè)基、支鏈和小鏈節(jié)等較小運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)加劇，外力促使樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子主鏈鍵長和鍵角發(fā)生較大的變化。樹脂的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律見圖1中的曲線2，其線性部分應(yīng)力最高點(diǎn)比曲線1低很多，而且還會(huì)出現(xiàn)樹脂屈服現(xiàn)象。如果產(chǎn)品運(yùn)行溫度接近樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，溫度升高促使分子熱運(yùn)動(dòng)的能量足以克服網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘，鏈段也將被激發(fā)，通過主鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)不斷改變構(gòu)象，當(dāng)外力作用時(shí)分子鏈可以從蜷曲變成伸展?fàn)顩r，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有較大的改變。這時(shí)的樹脂應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1中的曲線3，已基本上不存在線性關(guān)系，應(yīng)力增加不明顯，應(yīng)變卻有很大發(fā)展。國產(chǎn)產(chǎn)品如果在自然環(huán)境時(shí)常出現(xiàn)45℃左右高溫運(yùn)行，其散熱性能比瓷差的復(fù)合絕緣部件的溫度可能要升高到50～60℃。在這種條件下，要保證其機(jī)械性能的穩(wěn)定性，在室溫組裝時(shí)芯棒部件徑向彈性變形量的數(shù)值不宜選擇太高。目前所有國外復(fù)合絕緣子壓接連接界面結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其界面結(jié)構(gòu)在合理連接長度的拉脫破壞載荷都稍高于額定機(jī)械載荷。具體數(shù)值應(yīng)以金具與芯棒徑向材質(zhì)的熱膨脹差異按產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境可能出現(xiàn)的最大溫度變化來確定。但還需要指出，無論金具與芯棒徑向熱膨脹系數(shù)差異有多大，只要在產(chǎn)品運(yùn)行溫差范圍內(nèi)，芯棒徑向變形始終在彈性變形范圍內(nèi)，其金具與芯棒配合面連接性能的蠕變就不可能太大。

　　5結(jié)束語

　 （1）復(fù)合絕緣子的壓接連接界面，是靠塑變金具內(nèi)腔粗糙表面與芯棒相互作用進(jìn)行連接的。其芯棒內(nèi)部拉力是由纖維間的樹脂層進(jìn)行傳遞的，由里及外逐漸增大。
  　（2）壓接界面金具應(yīng)采用端口加強(qiáng)型和受壓部位端有環(huán)形卸載槽的結(jié)構(gòu)，其金具長度、厚度及與芯棒的配合間隙應(yīng)由配合部位剪切應(yīng)力值決定。
　  （3）壓接界面在室溫下組裝時(shí)，芯棒部件的徑向彈性變形量最大極限值應(yīng)以芯棒徑向纖維間樹脂試驗(yàn)獲得的極限壓應(yīng)力來確定。其芯棒徑向彈性變形量的確定，除了要考慮芯棒纖維含量的影響外，還應(yīng)考慮芯棒的纖維間高聚物樹脂材質(zhì)。在室溫下組裝的產(chǎn)品其運(yùn)行環(huán)境雖然都處在樹脂玻璃化狀態(tài)，但產(chǎn)品運(yùn)行可能出現(xiàn)的最高環(huán)境溫度與芯棒中樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度79．12℃相差不是很大，若要保持界面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，則芯棒徑向彈性變形量在產(chǎn)品組裝時(shí)不宜選擇過大。