关于100KN钢芯闭式卡强度计算和使用研究

潘武 杨旻昊

摘  要：在更改调换单片绝缘子的过程之中，使用100KN钢芯闭式卡能够大幅度优化作业的步骤，减少检修人员的工作量，实现了人力物力的节约，极大程度上提升了检修作业的运行效率。笔者结合多年工作经验，深入分析100KN钢芯闭式卡强度计算和使用情况等，以期为有关方面工作的开展提供部分借鉴与参考。

关键词：100KN;钢芯闭式卡;强度计算;使用说明

前言

一般而言，架空输电线路往往被安设在野外的区域，由于其杆塔往往高度较高，其极其容易遭受到各类因素的破坏，尤其是高架空输电路之中的绝缘子往往会受到人为因素的破壞与影响，也会遭受到自然因素的攻击与污染，例如雷电攻击与大气污染。与此同时，大雾天气的存在与鸟类的繁殖往往会导致磁觉原子在质量方面存在不稳定性。在机电负荷的强烈作用之下，可能会出现值为0或者值相对较低的情况，这会是大幅度降低绝缘子整体的绝缘能力。当大雾天气出现时，绝缘子串可能会出现散落现象，短路的电流往往会通过瓷瓶的内部出现发热或者膨胀现象，绝缘子的钢帽出现爆炸与碎裂，进而使得绝缘子串出现断裂导线散落一地的现象，而玻璃绝缘子也会出现自己爆炸的情况，复合绝缘子会在电场的影响之下出现腐蚀与损坏，导致护套出现破碎、坏裂、受潮等现象，其中的新棒也可能被腐蚀，整体的机械能力有所降低。故此，一旦发现绝缘子出现损坏或者故障，就必须第一时间对其进行拆卸、更换、调整，从根本上阻止有关的输电线安全事故与责任故障的出现。与此同时处理的原则应该为“有修理及时修理，一旦修理保证质量”。在进行输电线路的检查与维修的过程之中，检修人员往往会采用闭式卡，闭式卡是在该过程之中往往会被使用的一种金属工具。在具体的使用过程之中，应该将其放在需要更换的绝缘子一前一后的两个钢帽之上，而后对丝杆进行收紧，并将绝缘子负载的电荷转移到笔试卡身上，进而实现绝缘子的更改与调换。

1100KN钢芯闭式卡强度计算

1.1 卡具主要技术参数

表1  100KN钢芯闭式卡具技术参数表

工作负荷 材质 卡具中心距

30KN 7A04，σs=412Mpa，σb=490MPa 420mm

1.2主要截面计算

1.2.1对于卡具整体，简化力学模型，如下图所示

从上面的图我们可以看到，A-A截面所处的地方具备的弯矩是最大的，因此应该主要计算这个截面。

1.2.2 A-A截面处的强度计算

（1）A-A处的截面结构如下图

经过有关计算，该截面的惯性距数值等于：Ia=356684.167mm4

那么，该截面所具有的抗弯截面模量等于W=20381.95mm3

（2）施加在这个截面之上的弯距则为：

M =（P/2）×210=3150000N.mm

那么，其弯曲应力为：

σ=M/W

σ=154.54Mpa <σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.2.3B-B截面处的强度计算

（1）B-B处的截面结构如下图

经过有关计算，该截面的惯性距数值等于：Ia=200487.6mm4

那么，该截面所具有的抗弯截面模量等于W=13365.84mm3

（2）施加在这个截面之上的弯距则为：

M =（P/2）×95=1575000N.mm

那么，其弯曲应力为：

σ=M/W

σ=117.83Mpa <σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.2.4C-C截面处的强度计算

（1）C-C处的截面结构如下图

经过有关计算，该截面的惯性距数值等于：Ia=121666.279mm4

那么，该截面所具有的抗弯截面模量等于W=8111.08mm3

（2）施加在这个截面之上的弯距则为：

M =（P/2）×70=1050000N.mm

那么，其弯曲应力为：

σ=M/W

σ=129.45Mpa<σs=412Mpa/2.5=164.8 Mpa

1.3卡芯计算

卡芯由40Cr材料加工而成，σs=785Mpa，σb=980MPa

卡芯截面图如下：

1.3.1卡芯A-A处主要受剪力，故以剪切计算为主

A-A处剪切面面积A=1648.5mm2

剪切力为P=30000N

故剪切应力为δ剪=30000/1648.5=18.2MPa

取安全系数为2.5，则40Cr的许用剪切应力为：

δ许=785×0.6/2.5=188.4MPa >δ剪=18.2MPa

从这里我们可以直接得出结论，这个截面具备足够的安全性与一定的强度。

2.B-B处截面处有最大弯矩

（1）B-B处的截面结构如下图

经过有关计算，该截面的惯性距数值等于：Ia=4361.191mm4

那么，该截面所具有的抗弯截面模量等于W=692.25mm3

（2）施加于该截面上的弯距为：

M =P/4×26.2=196500N.mm

则该截面上的弯曲应力为：

σ=M/W

σ=283.85Mpa <σs=785Mpa/2.5=314 Mpa

1.4卡具两端的耳片截面计算

耳片截面图如下：

这个地方的截面出现剪断现象的可能性较大，因此应该主要进行剪切计算。

剪切面面积A=123mm2

剪切力为P/2=30000/2=15000N

故剪切应力为δ剪=15000/123=121.95MPa

取安全系数为2.5，则7A04的许用剪切应力为：

δ许=490×0.7/2.5=137.2MPa >δ剪=121.95MPa

从这里我们可以看出这个界面具备较强的安全性和一定的强度。

1.5耳片处螺钉的计算

由于该处的螺钉为M14的自制螺栓，属于工厂的厂标件，具备一定的工作强度，在此就省略计算。

由以上计算可以看出，当卡具在工作过程之中负荷等于30kn的时候，工作是安全的，并且能够保证2.5倍的安全系数。

2 100KN钢芯闭式卡的使用

100KN钢芯闭式卡主要用于输电线路等电位更换或停电更换及安装耐张绝缘子。其工作负荷为30KN，安全系数为2.5倍，动试验负荷为45KN，主体材料为7A04超硬航空铝合金。

具体的使用及注意事项如下所示：

2.1操作方法

组装卡具：在地面将100KN闭式卡与丝杠（或其他工具）试装，确定无误。通过滑车绳索等辅助工具将100KN闭式卡吊装于铁塔。将100KN闭式卡前卡上盖打开安装到绝缘子上，合上盖，拧紧螺帽，将钢帽抱牢与闭式卡丝杠连接，在与100KN闭式卡后卡上盖打开安装到绝缘子上，合上盖，拧紧螺帽，将钢帽抱牢在连接闭式卡丝杠。收紧闭式卡丝杠使导线提升一定高度，松弛绝缘子串;摘取弹簧销;更换绝缘子;拆除步骤与安装步骤相反。

2.2维护与保养、使用寿命

初次使用需要仔细阅读使用说明书。卡具存放时，存放处严防酸、碱性物质及腐蚀性气体，以防产品锈蚀损坏。产品在使用、运输、存放中严禁磕碰，以防产品损坏。本产品严禁随意拆卸，长期存放应擦洗干净，做防护处理。

2.3安全作业注意事项

本产品可用作停电或等电位作业更换绝缘子，作业时应严格按照DL5009.2电力建设安全工作规程进行安全作业。一般应该在天气较为良好的情况之下开展安全作业，雷暴天气，雨雪天气，大雾天气的条件之下，都应该禁止进行安全作业，与此同时当风力超过10米每秒的时候，也应该停止安全作业。如果在安全作业的过程之中遭遇了天气的剧烈变化，应该立刻停止安全作业的进行，并采取对应的措施来保证作业人员的安全。在进行安全作业之前，应该对使用的有关工具进行安全确认，现场不得使用不合格和非專用工具进行作业。安全作业使用的绝缘支、拉、吊杆、绝缘操作杆、绝缘绳索应符合GB13398和GB13035的规定。

结  语

综上所述，100KN钢芯闭式卡可用于绝缘子的更换，操作起来比较简单、方便，便利了现场施工人员的施工作业，有效提升了现场施工作业效率，缩短停电时间，能够带来较大的社会与经济效益，并且具备较强的普适性，我们应该大力的推广和使用。

参考文献

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