CN110470547A - 一种导线单丝的试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导线单丝的试验装置，所述装置包括：温度控制箱、变形通道、液压控制箱和支撑架，变形通道的上端固定连接于所述温度控制箱的上壁内侧，其下端向下延伸并伸出温度控制箱的下壁；变形通道伸出温度控制箱下壁的部分设有夹具；液压控制箱设于夹具的下端；连接杆的上端与支撑架相连接、下端伸入至变形通道内且用于连接试样件。本发明提供的装置，为研究导线单丝制备的技术参数对其物理性能的影响规律提供一个试验平台，可实现变形速度0.5mm/min至5mm/min、变形程度5％至80％、温度100℃至500℃变化范围内的导线单丝力学和电学性能研究。

Description

一种导线单丝的试验装置
技术领域
本发明涉及输变电技术领域的试验装置，具体涉及一种导线单丝的试验装置。
背景技术
输电导线单丝是特高压输电线路的重要组成部分，是把电能输送到千家万户的纽带。输电导线单丝的强度与输电线路的安全性息息相关，其电阻率直接影响输电线路的电能损耗。高强度及高导电性导线单丝不仅能提高输电线路的安全性，降低电能损耗，还能带来其它附属利益，如降低铁塔高度和强度设计要求、减小线路放线施工难度、节约施工成本等，因此，能从多个方面带来可观的经济利益，所以，追求高强度及高导电性导线单丝是输电线路的发展需求。
导线单丝制备过程极其复杂，涉及到力学、机械和材料等多个学科，制备过程中的变形速度、变形量和变形温度等直接决定了导线单丝的力学和电学性能。研究制备过程中的技术参数(变形速度、变形量和变形温度等)控制导线单丝性能(力学和电学)的物理机制有利于指导工业上导线单丝的制备，以便于改善工业上导线单丝的力学和电学性能。目前，国内尚无导线单丝制备的试验设备，无法有效地研究导线单丝制备过程中的技术参数对其力学和电学性能的影响规律。因此，本发明提出一种导线单丝的试验装置，能够单一地改变变形速度、变形量和变形温度，从而***地研究制备过程中的技术参数对导线单丝力学和电学性能的影响规律。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种导线单丝的试验装置。
本发明提供的技术方案是：一种导线单丝的试验装置，所述装置包括：温度控制箱、变形通道、液压控制箱和设于所述液压控制箱上方的支撑架，
所述变形通道的上端固定连接于所述温度控制箱的上壁内侧，其下端向下延伸并伸出所述温度控制箱的下壁；所述变形通道伸出所述温度控制箱下壁的部分设有夹具；所述液压控制箱设于所述夹具的下端；
所述连接杆的上端与支撑架相连接、下端伸入至变形通道内且用于连接试样件。
优选的，所述支撑架包括：竖直设于所述液压控制箱上的丝杠和横向与所述丝杠连接的支撑顶座；
所述温度控制箱设于所述夹具与所述支撑顶座间，所述温度控制箱通过可调电阻与电源连接；
所述连接杆的一端与所述支撑顶座连接，另一端设有用于连接试样件的内螺纹。
优选的，所述变形通道为等径圆通道；
所述变形通道设于所述温度控制箱内的部分与所述连接杆同轴心设置。
优选的，所述夹具下侧设有支撑连杆，所述液压控制箱上侧有与所述支撑连杆同轴心且对应设置的液压动力杆以实现对所述变形通道加载，获得所述变形通道的竖直设于所述温度控制箱(1)内的部分和设于所述夹具(5)内的部分的夹角角度为90°至170°。
优选的，所述夹具包括：两个矩形固定瓣模和用于紧固所述固定瓣模的紧固螺栓；两个固定瓣模组成的结构中心为贯通所述温度控制箱下壁的所述变形通道的模腔。
优选的，所述模腔为等径圆模腔，其包括：转向段腔和导出段腔；
所述转向段腔为圆弧过渡的夹角通道，内交角为Φ，Φ取值范围为0°至80°，外接弧角为ψ，ψ的取值范围为10°至90°。
优选的，所述转向段腔的两端面有交点，即内交角Φ的顶点为模腔转向段腔的内交点。
优选的，所述连接杆包括按质量百分比计的下述成分制得：C：0.55％，B：1.25％，Si：2.1％，Cr：2.8％，Mn：1.25％，Ce：0.19％，V：0.28％，Ti：0.22％，N：0.013％，P：0.05％，S：0.05％和余量的Fe。
优选的，所述支撑连杆包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.7％，Cr：5.3％，Mn：0.26％，Si：0.17％，Ni：2.1％，V：14.2％，Ti：1.2％，Mo：2.1％，稀土：1.31％，S和P的总含量不超过0.075％，余量的Fe及不可避免的杂质。
优选的，所述变形通道包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.0％，Cr：4.9％，B：1.1％，Ni：0.7％，Mn：0.8％，Si：0.8％，Nb：0.43％，W：1.5％，Ti：0.65％，S：0.03％，P：0.03％和余量的Fe。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的技术方案，采用的试验装置，为研究导线单丝制备的技术参数对其物理性能的影响规律提供一个试验平台，可实现变形速度0.5mm/min至5mm/min、变形程度5％至80％、温度100℃至500℃变化范围内的导线单丝力学和电学性能研究。
(2)本发明提供的技术方案，采用的试验装置，能够单一地改变变形速度、变形量和变形温度，从而***地研究制备过程中的技术参数对导线单丝力学和电学性能的影响规律。
(3)本发明提供的技术方案，采用变形通道和夹具，具有操作方便、结构简单和可连续挤压的优点。
(4)本发明提供的技术方案，采用的连接杆，通过添加B、V和N三种元素，形成高硬度的铁硼化合物，钒氮化合物，明显提高连接杆硬度并改善连接杆的耐磨性，所述连接杆具有如下力学性能：抗拉强度：1550-1700MPa，屈服强度：1000-1150MPa，延伸率：δs9-11％，硬度：57-59HRC。
(5)本发明提供的技术方案，采用支撑连杆，具有较高的韧性和耐磨性，其硬度达到67.5HRC，韧性达到16.3J/cm2，其耐磨性是高锰钢的11倍，有较好的抗划伤能力，其使用寿命是高锰钢的6～8倍。
(6)本发明提供的技术方案，采用的变形通道，具有良好的冲击韧度，且工艺简单周期短，生产成本低；其硬度可达60HRC，冲击韧度可达15.7J/cm2。
附图说明
图1为本发明的试验装置的主视图；
图2为本发明的试验装置的侧视图；
图3为本发明的试验装置的剖视图；
图4为本发明变形通道的结构示意图，其中，(a)为变形通道的夹角为170°时的状态，(b)为变形通道的夹角为90°时的状态；
图5为本发明夹具的结构示意图，其中，(a)为变形通道的夹角为170°时的夹具，(b)为变形通道的夹角为90°时的夹具；
其中，1-温度控制箱；2-变形通道；3-液压控制箱；3-1-液压动力杆；4-支撑架；4-1-丝杠；4-2-支撑顶座；5-夹具；5-1-固定瓣模；5-2-紧固螺栓；5-3-模腔；5-4-转向段腔；5-5-导出段腔；6-连接杆；7-试样件；8-支撑连杆；9-可调电阻；10-电源；Φ-内交角；ψ-外接弧角；θ-变形通道夹角。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1至图5所示，本发明提供的制备导线单丝的装置，所述装置包括：温度控制箱1、变形通道2、液压控制箱3和设于所述液压控制箱3上方的支撑架4，所述变形通道2的上端固定连接于所述温度控制箱1的上壁内侧，其下端向下延伸并伸出所述温度控制箱1的下壁；所述变形通道2伸出所述温度控制箱下壁的部分设有夹具5；所述液压控制箱3设于所述夹具5的下端；所述连接杆6竖直贯通所述温度控制箱的上壁，其上端与支撑架4相连接、下端伸入至变形通道2内且用于连接试样件7；
所述支撑架4包括：竖直设于所述液压控制箱3上的丝杠4-1和横向与所述丝杠连接的支撑顶座4-2；所述温度控制箱1设于所述夹具5与所述支撑顶座4-2间，其通过可调电阻9与电源10连接；所述连接杆6的一端与所述支撑顶座4-2连接，另一端设有用于连接试样件7的内螺纹；
所述变形通道2为等径圆通道；所述变形通道2设于所述温度控制箱1内的部分与所述连接杆6同轴心设置；
所述夹具5下侧设有支撑连杆8，所述液压控制箱3上侧有与所述支撑连杆8同轴心且对应设置的液压动力杆3-1，以实现对所述变形通道2加载，获得所述变形通道的竖直设于所述温度控制箱1内的部分和设于所述夹具5内的部分的夹角角度为90°至170°；
所述夹具5包括：两个矩形固定瓣模5-1和用于紧固所述固定瓣模5-1的紧固螺栓5-2；两个固定瓣模5-1组成的结构中心为贯通所述温度控制箱1下壁的所述变形通道的模腔5-3；夹具5通过螺栓和螺母连接从而达到固定变形通道2的目的，变形通道2由夹具5固定，夹具5再由支撑连杆8固定；液压控制箱3的动力杆3-1驱动支撑连杆8和夹具5向上移动，从而带动温度控制箱1和温度控制箱1内的变形通道2向上移动；由于连接杆6和位于变形通道2内的试样件7通过连接杆6固定连接于支撑架4的下方，因此在变形通道2向上移动的过程中，将试样件7折成至实际工况中试验人员预设的弯度(此弯度是根据变形通道的夹角θ而定的)，进而达到试样件7变形的目的；
所述模腔5-3为等径圆模腔，其包括：转向段腔5-4和导出段腔5-5；所述转向段腔5-4是有一定圆弧过渡的夹角通道，其内交角为Φ，Φ取值范围为0°至80°，其外接弧角为ψ，ψ的取值范围为10°至90°；
所述转向段腔5-4的两端面有交点，即内交角Φ的顶点为模腔的转向段腔5-4的内交点；
所述连接杆6包括按质量百分比计的下述成分制得：C：0.55％，B：1.25％，Si：2.1％，Cr：2.8％，Mn：1.25％，Ce：0.19％，V：0.28％，Ti：0.22％，N：0.013％，P：0.05％，S：0.05％和余量的Fe；
所述支撑连杆8包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.7％，Cr：5.3％，Mn：0.26％，Si：0.17％，Ni：2.1％，V：14.2％，Ti：1.2％，Mo：2.1％，稀土：1.31％，S和P的总含量不超过0.075％，余量的Fe及不可避免的杂质；
所述变形通道2包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.0％，Cr：4.9％，B：1.1％，Ni：0.7％，Mn：0.8％，Si：0.8％，Nb：0.43％，W：1.5％，Ti：0.65％，S：0.03％，P：0.03％和余量的Fe。
具体讲，如图4至图5所示，本实施例提供一种导线单丝的试验装置，为研究导线单丝制备的技术参数对其物理性能的影响规律提供一个试验平台，可实现变形速度0.5mm/min至5mm/min、变形程度5％至80％、温度100℃至500℃变化范围内的导线单丝力学和电学性能研究；
其主要通过连接杆6连接到支承顶座4-2上和支撑连杆8连接到液压动力杆3-1上，再通过液压控制箱3，控制液压动力杆3-1的向上运动速度，实现加载速度0.5mm/min至5mm/min的动力加载；细长圆柱形的试验试样件7通过螺纹连接到连接杆6的下端，把试验试样件6同心地放到圆柱变形通道2进口位置，再把试验试样件6、变形通道2一起布置在温度控制箱1里。通过调节可调电阻R的电阻值大小，进而调节温度控制箱1中的电流大小，即可实现温度控制箱100℃至500℃温度范围内的连续变化，从而达到变形温度100℃至500℃范围内的调节。在液压控制箱3的加载作用下，试验试样件6沿着变形通道2进口，经过变形通道2弯道处，经历塑性变形加工之后，再从变形通道2出口流出。通过调节夹具5的内交角Φ和外接弧角ψ，从而调节变形通道夹角θ的大小，进而改变塑性变形的大小；
变形通道夹角θ为内交角Φ和直角90°的总和；当夹具的内交角Φ为0°时，外接弧角ψ为90°，变形通道夹角θ为90°，变形程度为80％；当夹具的内交角Φ为80°时，外接弧角ψ为10°，变形通道夹角θ为170°，变形程度为5％。机械加工制造出内交角Φ为0°、30°、60°和80°的夹具，其对应的外接弧角ψ分别为90°、60°、30°和10°，其夹角θ为90°、120°、150°和170°的变形通道分别安装在温度控制箱1内，即实现变形程度5％至80％范围内变化。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种导线单丝的试验装置，所述装置包括：温度控制箱(1)、变形通道(2)、液压控制箱(3)和设于所述液压控制箱(3)上方的支撑架(4)，其特征在于，
所述变形通道(2)的上端固定连接于所述温度控制箱(1)的上壁内侧，其下端向下延伸并伸出所述温度控制箱(1)的下壁；所述变形通道(2)伸出所述温度控制箱下壁的部分设有夹具(5)；所述液压控制箱(3)设于所述夹具(5)的下端；
所述连接杆(6)的上端与支撑架(4)相连接、下端伸入至变形通道(2)内且用于连接试样件(7)。
2.如权利要求1所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述支撑架(4)包括：竖直设于所述液压控制箱(3)上的丝杠(4-1)和横向与所述丝杠(4-1)连接的支撑顶座(4-2)；
所述温度控制箱(1)设于所述夹具(5)与所述支撑顶座(4-2)间，所述温度控制箱(1)通过可调电阻(9)与电源(10)连接；
所述连接杆(6)的一端与所述支撑顶座(4-2)连接，另一端设有用于连接试样件(7)的内螺纹。
3.如权利要求1所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述变形通道(2)为等径圆通道；
所述变形通道(2)设于所述温度控制箱(1)内的部分与所述连接杆(6)同轴心设置。
4.如权利要求2所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述夹具(5)下侧设有支撑连杆(8)，所述液压控制箱(3)上侧有与所述支撑连杆(8)同轴心且对应设置的液压动力杆(3-1)以实现对所述变形通道(2)加载，获得所述变形通道的竖直设于所述温度控制箱(1)内的部分和设于所述夹具(5)内的部分的夹角角度为90°至170°。
5.如权利要求1所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述夹具(5)包括：两个矩形固定瓣模(5-1)和用于紧固所述固定瓣模(5-1)的紧固螺栓(5-2)；两个固定瓣模(5-1)组成的结构中心为贯通所述温度控制箱(1)下壁的所述变形通道的模腔(5-3)。
6.如权利要求5所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述模腔(5-3)为等径圆模腔，其包括：转向段腔(5-4)和导出段腔(5-5)；
所述转向段腔(5-4)为圆弧过渡的夹角通道，其内交角(Φ)的取值范围为0°至80°，其外接弧角(ψ)的取值范围为10°至90°。
7.如权利要求6所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述转向段腔(5-4)的两端面有交点，所述内交角(Φ)的顶点为所述转向段腔(5-4)的内交点。
8.如权利要求1所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述连接杆(6)包括按质量百分比计的下述成分制得：C：0.55％，B：1.25％，Si：2.1％，Cr：2.8％，Mn：1.25％，Ce：0.19％，V：0.28％，Ti：0.22％，N：0.013％，P：0.05％，S：0.05％和余量的Fe。
9.如权利要求4所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述支撑连杆(8)包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.7％，Cr：5.3％，Mn：0.26％，Si：0.17％，Ni：2.1％，V：14.2％，Ti：1.2％，Mo：2.1％，稀土：1.31％，S和P的总含量不超过0.075％，余量的Fe及不可避免的杂质。
10.如权利要求1所述的一种导线单丝的试验装置，其特征在于，
所述变形通道(2)包括按质量百分比计的下述成分制得：C：1.0％，Cr：4.9％，B：1.1％，Ni：0.7％，Mn：0.8％，Si：0.8％，Nb：0.43％，W：1.5％，Ti：0.65％，S：0.03％，P：0.03％和余量的Fe。
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