絕緣單梯扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法

董根嶺　鄭薇　候軍偉　毛錦　李?！堉久汀《懦?/p>

摘 要：絕緣登高檢修工具（平臺(tái)）在發(fā)電、輸配電、電信、電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)被廣泛大量使用，然而整個(gè)市場(chǎng)環(huán)境卻并不樂觀，加上絕緣梯具的相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、方法尚存一些空白，給電力、通信等安全生產(chǎn)帶來極大安全隱患。針對(duì)目前絕緣單梯扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)的空白，筆者參照《帶電作業(yè)用絕緣硬梯通用技術(shù)條件》[1]《便攜式木梯安全要求》[2]等，進(jìn)行了晃動(dòng)量確定試驗(yàn)，并使用登高安全工具荷重試驗(yàn)裝置對(duì)絕緣單梯進(jìn)行了扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)，并做了相關(guān)研究計(jì)算與論證，以期填補(bǔ)這一空白。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)翁?扭曲強(qiáng)度;試驗(yàn);晃動(dòng)量;安全

中圖分類號(hào)：TM206文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前市場(chǎng)上絕緣梯具多采用高溫聚合拉擠制造工藝，材質(zhì)則選用環(huán)氧樹脂，結(jié)合銷棒技術(shù)，整體無(wú)金屬結(jié)構(gòu)組成，是電力生產(chǎn)及相關(guān)工作必備的登高輔助器具，也是電力作業(yè)人員安全保障的防護(hù)道具，可謂是通信、電力等單位高空作業(yè)的得力幫手?？墒窃诮^緣梯具的使用過程中作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)，盡管所使用的梯具嚴(yán)格的按照《帶電作業(yè)用絕緣硬梯通用技術(shù)條件》[1]、《變電站登高作業(yè)及防護(hù)器材技術(shù)要求第1部分：抱桿梯、梯具、梯臺(tái)及過橋》[3]中對(duì)梯具的水平強(qiáng)度試驗(yàn)、橫檔強(qiáng)度試驗(yàn)、連接裝置強(qiáng)度試驗(yàn)、抗壓試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)并達(dá)到了試驗(yàn)要求，但是在工作人員使用過程中還是會(huì)出現(xiàn)梯子左右搖晃的情況，就像快散架一樣。所以本實(shí)驗(yàn)旨在研究一種可以檢測(cè)單梯搖晃扭矩的試驗(yàn)方法，但是我們考慮到絕緣單梯的結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)木梯，因此木梯的扭曲試驗(yàn)方法并不適用于絕緣單梯，所以該試驗(yàn)使用新型絕緣登高安全工器具荷重試驗(yàn)的裝置（參見試驗(yàn)設(shè)備的章節(jié)）進(jìn)行扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)背景

從絕緣梯具的本身性質(zhì)來討論：絕緣梯大部分是以玻璃纖維增強(qiáng)塑料型材（也叫玻璃鋼）制造，該種材料本身彈性模量并不高，一般只達(dá)到鋼鐵材料的十一分之一，因此常感到剛性不足，容易變形[4];其次在生產(chǎn)加工過程中由于環(huán)境、工藝、人為等因素的影響，導(dǎo)致其性能會(huì)出現(xiàn)一定的離散性;再者玻璃鋼還屬于粘彈性材料，受蠕變等因素的影響，結(jié)構(gòu)變形、破壞的情況復(fù)雜[5]。由此可見，影響絕緣梯具梯具穩(wěn)定性的因素是復(fù)雜多樣的，所以既是為了產(chǎn)品質(zhì)量的提升、行業(yè)水平的發(fā)展考慮，更是為了作業(yè)人員的人身安全考慮，能夠通過試驗(yàn)檢測(cè)并篩選出沒有安全與質(zhì)量保障的梯子。經(jīng)過大量的試驗(yàn)及分析，得出的結(jié)論是絕緣梯具的橫檔與梯梁之間不存在榫卯張緊的特性，而是靠一根通長(zhǎng)的銷棒緊固。因此導(dǎo)致松動(dòng)的根本原因是橫檔與梯梁的相對(duì)滑移，即兩者之間的角度變化。

針對(duì)上述特點(diǎn)，我們對(duì)大量梯具進(jìn)行了試驗(yàn)，其結(jié)果也驗(yàn)證了這一推斷（如圖1所示）。

盡管我們對(duì)絕緣梯是否存在變形判斷困難，但其具有在彈性限度內(nèi)可恢復(fù)變形的不變特性，因此我們可以利用其不變的方面，用數(shù)據(jù)去觀察其是否發(fā)生了永久變形，采用實(shí)驗(yàn)的方法使用機(jī)械電子裝置進(jìn)行檢測(cè)，通過電腦及相關(guān)試驗(yàn)儀器記錄和分析試驗(yàn)結(jié)果，判斷晃動(dòng)量的大小對(duì)梯具穩(wěn)定性的影響。由此可見，通過試驗(yàn)的方法探索這一問題是可行的。

二、絕緣單梯晃動(dòng)量的確定及扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)

（一）絕緣單梯的選用及試驗(yàn)值確定

本次試驗(yàn)選用檢測(cè)合格的絕緣單梯作為試驗(yàn)對(duì)象，選取不同公司、不同規(guī)格的絕緣單梯進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

在GB/T7059-2007《便攜式木梯安全要求》[2]中規(guī)定了扭曲試驗(yàn)的方法，考慮到絕緣單梯的結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)木梯，因此木梯的扭曲試驗(yàn)方法并不適用，因此我們對(duì)大量梯具進(jìn)行了試驗(yàn)，參考《變電器登高作業(yè)及防護(hù)器材技術(shù)要求第一部分：抱桿梯、梯具、梯臺(tái)及過橋》[3]標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試驗(yàn)載荷的定義為1.2倍額定工作載荷，參考《便攜式木梯安全要求》[2]指出額定工作載荷不應(yīng)小于90kg，現(xiàn)實(shí)工作中考慮常用梯具工作載荷按照單人100kg進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終我們制定了絕緣梯具扭曲試驗(yàn)的推薦方法及限值。

推薦：1000N;60s。

（二）絕緣單梯晃動(dòng)量試驗(yàn)

對(duì)絕緣單梯單側(cè)受力進(jìn)行分析受力（如圖2），一側(cè)梯綁固定[1]，對(duì)另一側(cè)梯綁施加一個(gè)人體重的重量[6]，使絕緣單梯發(fā)生形變，記錄位移量，試驗(yàn)進(jìn)行500次，記錄數(shù)值，換相同批次的絕緣單梯加裝拉片減少晃動(dòng)量，再次進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)原理選用的儀器為登高安全工具區(qū)荷重試驗(yàn)裝置（參見2-3章節(jié)）。

（三）試驗(yàn)設(shè)備

為了解決絕緣梯檢驗(yàn)需求[7]，我們采用新型絕緣登高安全工器具荷重試驗(yàn)裝置（如圖3所示）進(jìn)行扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)梯具經(jīng)過多項(xiàng)試驗(yàn)依然存在晃動(dòng)的情況進(jìn)行探討。

根據(jù)GB/T17620-2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯通用技術(shù)條件》[1]中對(duì)預(yù)防性試驗(yàn)的要求，整合的設(shè)備可以完成單梯的水平試驗(yàn)、折梯人字梯的抗壓試驗(yàn)、梯子橫檔的強(qiáng)度試驗(yàn)、連接裝置強(qiáng)度試驗(yàn)、絕緣硬梯的電氣試驗(yàn);再者由于絕緣硬梯體積較大，試驗(yàn)的位置不同，擺放的姿態(tài)不同，所以需要較大的空間來實(shí)現(xiàn)，伺服電機(jī)提供的動(dòng)力也需要一套可以轉(zhuǎn)換方向、位置的裝置來實(shí)現(xiàn)各種試驗(yàn)，還不能頻繁調(diào)換輔具，增大勞動(dòng)強(qiáng)度、降低效率;在此基礎(chǔ)條件限制下開發(fā)出來的該試驗(yàn)設(shè)備由于支架可以調(diào)整跨度，所以試驗(yàn)機(jī)最大限度的涵蓋了絕大多數(shù)絕緣梯具的各種試驗(yàn)，其中更能實(shí)現(xiàn)此次的創(chuàng)新性扭曲試驗(yàn)。測(cè)量機(jī)構(gòu)采用高精度的傳感器，以保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，合乎標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)裝置的各模塊具有可快速拆裝的特性，使用起來方便快捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)通用，一機(jī)多用，一機(jī)多能的便利性質(zhì)。

（1）試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)。該試驗(yàn)裝置主要由動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加持裝置及傳動(dòng)系統(tǒng)組成。（如圖4所示）

（2）試驗(yàn)裝置工作流程。第一步，操作人員將試驗(yàn)梯具放置在專用支架上，位置應(yīng)符合試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);第二步，根據(jù)試驗(yàn)要求將試驗(yàn)夾具夾持住梯具相應(yīng)位置;第三步，使用拉力傳感器將夾具與傳動(dòng)裝置連接;第四步，在中控機(jī)操作界面設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，包括試驗(yàn)力值，加載速率，負(fù)荷加載時(shí)間等;第五步，點(diǎn)擊開始運(yùn)行，進(jìn)行試驗(yàn)。伺服電機(jī)運(yùn)行，拖動(dòng)卷?yè)P(yáng)裝置收緊傳動(dòng)裝置，拉力傳感器實(shí)時(shí)反饋拉力值。當(dāng)以設(shè)定速度達(dá)到限值時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，拉力得以保持。試驗(yàn)完畢后，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，卸載負(fù)荷。

（3）試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，經(jīng)過大量的對(duì)比試驗(yàn)得出當(dāng)位移量大于5.43時(shí)晃動(dòng)量幅度開始變大，取值取5mm為安全晃動(dòng)量。

（四）扭曲試驗(yàn)過程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備。準(zhǔn)備好進(jìn)行試驗(yàn)需要的絕緣梯具，根據(jù)實(shí)際需要來組裝適用的試驗(yàn)裝置。檢查實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的清潔性與組裝模塊各部分的穩(wěn)固性，檢查各控制模塊、運(yùn)行軟件以及結(jié)果顯示器是否正常工作。

（2）試驗(yàn)過程。試驗(yàn)工裝步驟：

①根據(jù)單梯長(zhǎng)度布置試驗(yàn)機(jī)底座數(shù)量，將單梯水平放置在底座上，調(diào)整梯具使其一邊梯梆置于底座中心。

②將扭曲試驗(yàn)工裝放置安裝好，依次使用掛環(huán)連接工裝、拉力傳感器、傳動(dòng)帶。

③調(diào)整拉線傳感器位置，使之垂直照射在梯綁上，傳感器與單梯間距不大于500mm。（試驗(yàn)工裝如圖6所示）

主機(jī)操作步驟：

a.打開主機(jī)，打開激光傳感器系統(tǒng);

b.打開桌面《絕緣梯檢測(cè)系統(tǒng)》控制軟件，檢查傳感器工作狀態(tài);

c.點(diǎn)擊界面的設(shè)置彈出選項(xiàng)界面，添加載荷：1KN，保載時(shí)間：60S，判定參數(shù)設(shè)值：2，單擊確定;

d.將負(fù)荷傳感器、激光傳感器讀數(shù)清零;

e.點(diǎn)擊伺服器啟動(dòng)，電機(jī)控制器亮綠燈;

f.單擊新建試樣按鈕，填寫數(shù)據(jù)，單擊確定;

g.單擊啟動(dòng)按鈕，試驗(yàn)自動(dòng)開始;

h.負(fù)荷到達(dá)指定值后，預(yù)警鈴響，保壓規(guī)定時(shí)間（60S）后自動(dòng)卸載;

i.系統(tǒng)自動(dòng)判定合格與否;

j.試驗(yàn)完畢若需打印測(cè)試表，單擊“報(bào)告”按鈕，可進(jìn)行打印。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后打印測(cè)試表查看試驗(yàn)結(jié)果（如圖7所示）。

（五）試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告與試驗(yàn)曲線圖分析（如圖7），施加1000N的載荷持續(xù)60s結(jié)束后，試驗(yàn)絕緣梯具發(fā)生的位移量（即變形）為2.5mm，該變形量2.5mm小于晃動(dòng)量試驗(yàn)得出的晃動(dòng)量安全值5.0mm，而且報(bào)告中顯示殘余變形量最終回復(fù)到0mm，說明梯具發(fā)生的變形恢復(fù)了，梯具沒有發(fā)生永久性變形與破壞，所以該絕緣單梯經(jīng)過檢測(cè)是合格的。

三、結(jié)論

本文針對(duì)絕緣單梯實(shí)際操作過程中可能出現(xiàn)左右搖晃這一問題，通過晃動(dòng)量試驗(yàn)確定了5mm為安全晃動(dòng)量，并選用了針對(duì)性的設(shè)備-新型登高安全工器具荷重試驗(yàn)裝置進(jìn)行扭曲強(qiáng)度試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出結(jié)論：只要施加1000N的載荷持續(xù)60s結(jié)束后，試驗(yàn)絕緣梯具發(fā)生的位移量小于安全晃動(dòng)量5.0mm，并且殘余變形量很快回復(fù)到0mm，也就是說絕緣單梯未發(fā)生永久性變形，而是其變形自動(dòng)恢復(fù)，那么該絕緣單梯就是合格的。由此可見該試驗(yàn)方法可以滿足檢驗(yàn)單梯扭曲強(qiáng)度的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T17620-2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯通用技術(shù)條件》.

[2]GB/T7059-2007《便攜式木梯安全要求》.

[3]DL/T1209.1-2013《變電站登高作業(yè)及防護(hù)器材技術(shù)要求第1部分：抱桿梯、梯具、梯臺(tái)及過橋》.

[4]馮廣占，等.璃鋼力學(xué)性能的測(cè)試與分析[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1984（6）：15-20.

[5]李湘渝，等.玻璃鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，25（1）：4-7.

[6]國(guó)家電力公司《電力安全工器具預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（試行）》.

[7]GB/T17889.2-2012《梯子第2部分：要求、試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)》.

[8]DL/T878-2004《帶電作業(yè)用絕緣工具試驗(yàn)導(dǎo)則》.