干式变压器连线杆运输振动疲劳失效试验等效方法

干式变压器连线杆运输振动疲劳失效试验等效方法

干式变压器连线杆是用于连接变压器各相线圈（绕组）间的导体（如图1），一般为纯铜杆，由于其只是两端固定，中间无任何支撑，因此在公路运输是会受到汽车振动激励而产生自振或共振，若运输距离较长或路况较差时，可能会出现振动疲劳断裂（如图2）。

目前对连线杆运输振动疲劳失效的分析方法有两种，一种是建立连线杆三维模型，并通过有限元仿真分析计算其运输振动疲劳寿命。另一种是通过振动试验模拟连线杆的疲劳寿命。由于三维模型与实际成品存在加工偏差，以及在热加工中连线杆晶格发生变化。所以三维模型仿真分析的准确性不如模拟振动试验。

而在进行模拟公路运输振动试验时，振动多少小时等于多少公里呢？

要充分解决以上问题，我们首先需要定义振动试验类型和运输类型和情况。

振动试验类型，在包装运输领域有三种通用振动试验类型。第一种叫定位移测试，与ASTM D999标准的方法A1或A2一致。第二种叫正弦振动测试，与ASTM D999标准的方法B和C一致。但是前面两种振动类型都属于有规律振动，而实际运输振动是无规律的，因此这两种试验类型与实际运输是不相符的。

第三种叫随机振动测试，与ASTM D4728一致。这种试验振动台是以持续改变频率和振幅进行振动，与实际车辆公路运输相似。因此这种类型试验能最接近模拟实际运输情况。随机振动可用功率密度谱PSD（一种在一定频率域内的平均加速度强度的图形）所表示。不同的运输工具和运输情况有不同的PSD和振幅。

运输类型和运输情况，有4基本运输类型：公路，铁路，空运和海运。每一种运输类型都有若干变量－车辆类型及其子类型，装在的数量和配置，交通条件（高速、轨道、湍流、海洋状态）等。结果是一个几乎无限数量可能的组合，想要用单一或简单的测试可以模拟所有这些不同组合是不现实的。比如一辆平板拖车在粗糙的路面行驶可能产生非常高的振动水平，但这仅是在整个运输周期中的几公里。所以要实现振动测试与运输距离的等效，就必须确定先这些变量组合。

图1

图2

一旦我们能够充分指定要进行测试和模拟运输振动的类型，然后我们就可以开始解决这一问题的等价性。随机振动是为了模拟环境，这是唯一在运输包装领域内模拟实际运输通用的振动测试类型。假设PSD曲线轮廓和强度是合理且准确地反映实际运输振动情况，那么一小时测试将等效于一小时的运输情况。但这不是时间与里程的关系，是时间与时间的关系。但由于运输时间是实际的运动持续时间，则可以建立时间与距离的关系。例如，一辆车持续以60英里/小时行驶所测得的PSD曲线和强度，将该PSD用于进行振动试验，那么试验1小时相当于60英里。但是这种测试方法并不理想，因为通常疲劳失效都是在几千甚至上万英里后发生的，而这样就需要耗费几天甚至几周的时间进行模拟，从

而增加了试验成本和能耗。为此我们可以采取保持PSD曲线轮廓提高其强度的方法来加速振动试验。

在1971年的《冲击和振动》中， 休斯飞机公司的Curtis， Tinling， and Abstein提出了振动试验的时间压缩的方法的假设。而1993年，丹尼斯杨（后任ISTA技术总监），在他的论文中引用“集中模拟”，他提出了一个公式计算的加速度增加而相应的减少测试时间。该公式如下：

式中： IT = 加速后均方根加速度

综上所述，我们在实验室进行连线杆的模拟运输振动疲劳试验，首先要确定运输情况下的PSD曲线，接着根据以上工时压缩试验时间，即可在短时间内等效模拟长距离运输振动情况。下面我们就根据以上方法对我司一款需要在美国公路运输8000km的产品进行模拟试验分析。

根据ASTM4728－1995选择最接近的运输工况加速度PSD曲线，FIG.X1.2 中的B曲线（见图三）。该PSD曲线为钢板弹簧卡车以55mph（88.5km/h）的速度在美国高速公路行驶。则8000km需要行驶90.4小时。

PSD曲线功率谱密度如表1所示，均方根加速度为0.14grms。

图3

图4

表1

将均方根加速度提高到1.8grms，则提高后的PSD曲线功率谱密度如表2。

表2

根据以上公式计算试验时间：

TT=T0*I02/IT2=90.4*0.142/1.82=0.54小时=33分钟。

则每分钟相当于以88.5km/h行驶242km。

将加速后的PSD功率谱密度输入振动试验台进行振动模拟试验。试验见图四。

最终试验结果见表3。

表3

从以上振动台模拟振动测试结果看，连线杆失效发生于六千多公里处，而此次公路总运输里程为8000km，不能满足运输要求，因此在发货时需要将连线杆从变压器上拆除下来单独包装发货。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.021