摘要：根据国内绝缘子生产工艺及应用现状，存在同一型号出厂的绝缘子在尺寸上有毫米级精度误差，并且由于脱模、切边过程的不可控因素造成钢帽圆度不均，甚至存在钢渣凸起或者因脱模磕碰引起的凹凸以及切边模磨损后的切边不完整。因此，本文探究一种可调式通用闭式卡，以解决同规格各个厂家绝缘子尺寸不同的问题，实现一卡多用，同吨位级别绝缘子仅需一套卡具就能够更换。
关键词：可调式通用闭式卡 绝缘子 高压线路 电力系统
1.引言
特高压线路的安全稳定运行关系着电网安全，高压线路运行中，绝缘子在运行电压的长期影响下容易出现低值或者零值，给线路安全运行带来隐患，故需要对其进行维修或更换【1】。结合作者工作实际，在年度检修瓷绝缘子更换工作中，发现目前同规格的瓷绝缘子，虽然机械性能、电气性能统一，但其前端钢帽却没有统一的标准，导致各厂商在加工同规格绝缘子时，钢帽的大小、形状不尽相同，甚至同一厂商同批次都存在不同规格，导致如需更换绝缘子，需根据每一种钢帽尺寸加工卡具，如一串上有多个批次瓷绝缘子，还需携带多套，逐一尝试，极大的浪费生产成本，严重影响作业效率。
2.可调式通用闭式卡设计
2.1设计方案目标
绝缘子是高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的，是一种特殊的绝缘控件,能够在架空输电线路中起到重要作用，它是为了增加爬电距离的，通常由玻璃或陶瓷制成【2】。根据更换绝缘子工具的基本原理，此设计目标可调式通用闭式卡能够对绝缘子的卡点有较好的包容性以保证安全，并且根据绝缘子的外型尺寸，需要可调式通用闭式卡能够进行一定的调节，以适应不同尺寸的同级别绝缘子，在绝缘子更换的作业中，需要可调式通用闭式卡能够拆装方便，方便携带和高空操作，操作可靠简单。
2.2设计条件
一是工作负荷：P=12000Kg（12吨）。
二是卡具参数伟卡具中心距530mm；卡具主体材料TC4；主体材料的许用应力为「σs 」=824MPa，「σb」=903MPa。
2.3工具设计要点
根据国内绝缘子生产工艺、应用现状，存在同一型号出厂的绝缘子在尺寸上有毫米级精度误差，并且由于脱模、切边过程的不可控因素造成钢帽圆度不均，甚至存在钢渣凸起或者因脱模磕碰引起的凹凸以及切边模磨损后的切边不完整【3】。而常规使用的闭式卡具结构很难有效避开这些缺陷，其内槽通常根据拿到手的绝缘子测绘加工，使之能与钢帽匹配，本文结合作者的实践和认识，探究一种可调式通用闭式卡，以解决同规格各个厂家绝缘子尺寸不同的问题，实现一卡多用，同吨位级别绝缘子仅需一套卡具就能够更换，提高卡具通用性，提升作业效率。本文探究的可调式通用闭式卡设计主要是重点针对问题突出的420kN交流绝缘子，新开发了钛合金通用闭式卡具，主体材质均为钛合金，既保证结构强度，又减轻整体重量，在常规闭式卡具的基础上取消传统沟槽，增加了两对具有一定自由度的卡爪，减少了沟槽与钢帽接触的线长度，使卡爪在钢帽上的位置布局更加灵活，前卡体和前卡盖各有一对卡爪，并且卡爪的台阶（带孔部位）伸入前卡体和前卡盖的槽内，通过销轴固定后，使之在槽内有±5°左右的旋转自由度。卡爪与绝缘子钢帽抱紧部位为 V 型槽，使不同口径的 420kN 绝缘子钢帽轴向得到限位，并且绝缘子可以作径向转动，方便避开钢帽上的缺陷。前卡体和前卡盖为铰链分体式结构，通常保留闭式销孔侧铰链，开式槽口侧打开以卡入绝缘子，特殊情况下又能两侧均打开卡入绝缘子，即前卡体和前卡盖全脱离。对于交流 1000kv 线路 420kN 绝缘子钢帽帽圈口径在±6mm 内均可以使用该卡具。这样就可以实现更有效的避开钢帽缺陷，提高了不同批次钢帽的通用性。同时实现产率、质量、精度和效率的提高，能耗、原材料、工序的节省，加工、操作、 控制、使用的简便，环境污染的治理或者根治，以及有用性能的出现等方面反映出来。
3.420KN通用闭式卡设计计算
3.1主要截面计算
对于闭式卡具整体，两端丝杆受力后，卡具承受弯矩，简化力学模型如下图3-1所示：
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图3-1 简化力学模型
由上图可以看出，卡具在E-E截面处有最大弯矩，故对此截面进行计算为主，A-A、B-B、C-C、D-D截面辅助校核。
一是 E-E截面处的强度计算。E-E处的截面结构如下图3-2所示。
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图3-2 E-E处截面结构
经计算，该截面的抗弯截面模量为：W=95304mm3
施加于该截面上的弯距为：M=（P/2）×265×2.5=6000×265×2.5=3975000kg.mm
则该截面上的弯曲应力为：σs=M/W=3975000/95304=41.7kg/mm2=417MPa
σs =417MPa <「σs 」。故卡具在工作负荷为12吨时，E-E截面强度足够。
二是D-D截面处的强度计算。D-D处的截面结构如下图3-3所示。
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图3-3 D-D处的截面结构
经计算，该截面的抗弯截面模量为W=92437mm3
施加于该截面上的弯距为：M=（P/2）×188.63×2.5=6000×170×2.5=2829450kg.mm
则该截面上的弯曲应力为：σs=M/W=2829450/92437=30.61kg/mm2=306.1MPa
σs= 306.1MPa <「σs 」。故卡具在工作负荷为12吨时，D-D截面强度足够。
三是C-C截面处的强度计算。C-C处的截面结构如下图3-4所示。
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图3-4 C-C处的截面结构
经计算，该截面的抗弯截面模量为W=58561.3 mm3
施加于该截面上的弯距为：M=（P/2）×90×2.5=6000×90×2.5=1350000kg.mm
则该截面上的弯曲应力为：σs=M/W=1350000/58561.3=23.05kg/mm2=230.5MPa
σs =230.5MPa <「σs 」。故卡具在工作负荷为15吨时，C-C截面强度足够。
四是B-B截面处的强度计算。B-B处的截面结构如下图3-5所示。
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图3-5 B-B处的截面结构
经计算，该截面的抗弯截面模量为W=18555.6mm3
施加于该截面上的弯距为：M=（P/2）×46.8×2.5=6000×46.8×2.5=702000kg.mm
则该截面上的弯曲应力为：σs=M/W=702000/18555.6=37.83kg/mm2=378.3MPa
σs =378.3MPa <「σs 」。故卡具在工作负荷为15吨时，B-B截面强度足够。
五是卡具两端的耳片A-A截面强度计算。耳片受力如下图3-6所示，在45°方向承受剪切力，故该处截面以剪切计算为主。
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图3-6 A-A处的截面结构
剪切面面积A=（66-20.5）×20/2=455mm2
剪切力为P/2=12000/2=6000kg
故剪切应力为τ剪=6000/455=13.18 kg/mm2=131.8MPa
取安全系数为2.5，则TC4的许用剪切应力为：
τ许=903×0.7/2.5=252.8MPa >τ剪=131.8MPa
由此可以看出，卡具两端的耳片强度足够安全。
3.2核心技术参数计算校验
本工具在设计时，首先对原闭式卡进行仔细分拆检测，参考原固定式闭式卡尺寸。以下为核心技术参数模拟算法。主架体强度计算为如本设计为截面，中间螺孔至边缘固定孔直线距离L=156mm，螺孔孔径d=24mm。按静态实验荷载150kN，即以每孔受力37.5kN校核其强度。主体材料为LC4，其屈服强度s=430Mpa，故其所受应力为：
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此外，卡具内胆与钢帽下部凸沿的咬合部位，其强度难以计算，需要通过试验确定。
4.小结
本文所探究的一种可调式通用闭式卡，目的是解决同规格各个厂家绝缘子尺寸不同的问题，实现一卡多用，同吨位级别绝缘子仅需一套卡具就能够更换，大大的降低了劳动强度和生产成本，提高推广性。减少了沟槽与钢帽接触的线长度，在保证使用强度的前提下，使卡爪在钢帽上的位置布局更加灵活， 更有效的避开钢帽缺陷，提高了不同批次钢帽的通用性。并且操作方便与普通闭式卡具相同。
参考文献：
[1]丘伟平.新型绝缘子取销器在带电作业中的应用[J].中国高新区,2019
[2]郭谦.移动式带电作业防潮工具库在电力生产中的研制与应用[J].经济技术协作信息,2019
[3]石荣辉.空气动力型绝缘子通用型闭式卡联板在检修工作中的运用研究[J].科学与信息化,2018