專利名稱：一種玻璃鋼電線桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電線桿，特別是涉及一種玻璃鋼電線桿，屬于復(fù)合材料及電線桿 制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)架空輸電線路中使用較為廣泛的桿塔主要有混凝土桿、鋼管桿、鋼管混 凝土桿、格構(gòu)式鐵塔等，傳統(tǒng)的輸電桿塔普遍存在質(zhì)量重、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，施工 運輸和運行維護困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患。玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、耐疲勞性能、耐久性 能和電絕緣性能好等特點，非常適于制造輸電桿塔?，F(xiàn)階段開展復(fù)合材料桿塔研究的主要 目的有(1)利用復(fù)合材料優(yōu)異的絕緣性能縮小輸電線路寬度，節(jié)約占地面積，這在城市中 尤為重要。(2)利用復(fù)合材料優(yōu)異的耐腐蝕性能解決沿海、鹽堿地等腐蝕嚴重地區(qū)的輸電桿 塔安全和壽命問題。隨著電力輸送對新型桿塔結(jié)構(gòu)需求的增長，樹脂基復(fù)合材料將逐漸在架空輸電線 路桿塔中得到廣泛的應(yīng)用。作為傳統(tǒng)材料木材、鋼以及混凝土的替代品，國外復(fù)合材料桿作為輕質(zhì)桿在電力 輸電塔上應(yīng)用上超過三十年。它具有很多優(yōu)點，如高的強度比，耐腐蝕性，耐紫外線，耐久性 能以及電絕緣性能良好等特點，在高山和沼澤地方便安裝，維修和運輸費用低。如在美國的 蒙那大省積雪量大的山區(qū)地帶，運輸極為不方便，采用FRP輸電桿(因其質(zhì)量輕且易安裝) 極大的減輕了安裝人員的操作難度，取得了良好的效果。目前國外在輸電桿塔上樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用形式主要有變截面單桿和直管裝 配式塔架兩種。一般都是纖維增強材料，用聚酯，乙烯基酯或環(huán)氧樹脂作基材，E-玻璃、 S-玻璃、芳族聚酰胺以及碳纖維來作為增強材料。一般大多數(shù)采用的是纖維纏繞技術(shù)成 型。D. Polyzois等采用纖維纏繞技術(shù)成型玻璃纖維增強乙烯基酯樹脂基復(fù)合材料中空錐形 桿，并利用有限元分析對復(fù)合材料桿的動態(tài)行為進行了研究Jherbrooke大學(xué)采用纖維纏 繞技術(shù)成型玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料桿，并對桿的彎曲行為進行了研究；Ioarmis. G等對纖維纏繞成型的玻璃纖維增強聚酯復(fù)合材料中空錐形桿的動態(tài)行為進行了一定的研 究；南加州愛迪生電力公司使用高強玻璃纖維和聚氨酯樹脂制造復(fù)合材料電桿，并對性能 進行了評估，專家委員會認為，復(fù)合材料桿有望顯著減少桿的維修，不需要頻繁的更換，這 些改進降低了維修費用；Desai等采用有限元模型研究了復(fù)合材料桿的彎曲特征，實驗結(jié) 果表明，碳纖維增強的復(fù)合桿的承載能力大約是玻璃纖維增強的復(fù)合桿的承載能力的1. 75 倍；美國蒙那大省的一個大學(xué)設(shè)計一種復(fù)合材料桿，它主要是選用E-玻璃纖維增強的乙烯 基酯樹脂基復(fù)合材料，并且選用纖維纏繞技術(shù)，復(fù)合材料桿的橫截面是薄壁型的，其質(zhì)量比 傳統(tǒng)的桿要輕得多，他們分析了橫截面積的大小及其增強效果。
國外對復(fù)合材料電桿的耐久性進行了一定的研究。Yokobori等人將FRP的疲勞壽 命與破壞積累的機制聯(lián)系在一起，實驗采用短纖維增強聚碳酸酯復(fù)合材料作為實驗材料， 采用時間疲勞測試方法，研究疲勞壽命與破壞積累之間的關(guān)系，實驗結(jié)果表明，這種材料的 疲勞壽命來自于破壞積累，這些破壞積累取決于內(nèi)部基體與纖維的斷裂，這種斷裂受控于 時間周期；Suzanne等人對輸電桿的疲勞斷裂進行了紅外光譜分析；Zhenyu Ouyang等研 究了在潮濕環(huán)境中FRP連接處的連接界面破壞能的非線性降低模式，他們指出了濕度降低 FRP的有效強度，減小了的破壞能，引起材料內(nèi)部破壞的內(nèi)聚力失效的失效形式，境相對濕 度，材料尺寸大小，材料的擴散性能，測試方法，材料的表面處理都能顯著影響耐久性實驗 中的破壞能的大小；底特律愛迪生公司指出，風(fēng)力產(chǎn)生的諧振將引起輸電桿的疲勞破壞，在 季風(fēng)區(qū)域，這個破壞發(fā)生在懸臂梁與桿主體部分的連接處。加拿大的Bell等人采用離心制造技術(shù)成功制備了錐形的中空玻璃鋼桿，實驗結(jié) 果表明在相同的條件下，GFRP桿與木質(zhì)桿具有相同的橫向承載能力，并進一步指出了，GFRP 桿在發(fā)生偏轉(zhuǎn)時具有一定的彈性。Polyzois對GFRP桿進行了一定的測試，實驗結(jié)果表明，GFRP桿采用懸臂梁結(jié)構(gòu)， 有三種不同的失效形式。失效形式一是在層間附近的扣鎖失效，失效形式二是最大剪切力 引起的失效，失效形式三是安裝時最大橫截面的張力引起的失效。美國加利福尼亞大學(xué)對復(fù)合材料的整體鑲嵌連接技術(shù)做了一定研究。在全復(fù)合材 料300千伏高壓輸電塔設(shè)計中開發(fā)了 CIF(整體鑲嵌連接技術(shù))，已經(jīng)安裝在了加利福尼亞 州南部的輸電廠。復(fù)合材料電桿在國外取得了很好的發(fā)展，原材料和生產(chǎn)工藝得到了不斷的改進， 結(jié)構(gòu)性能也得到了很大的提高，在很多地區(qū)應(yīng)用取得了一定的成效。但是在國內(nèi)，復(fù)合材料 電桿處于起步階段，其發(fā)展還需要加大研發(fā)力量，以期更好的應(yīng)用于輸電線路中。從查閱的國內(nèi)外文獻和專利等可以看出，國內(nèi)外均是對復(fù)合材料電桿桿體的力學(xué) 計算、成型工藝、失效分析等作出介紹，對于桿體具體結(jié)構(gòu)、橫擔(dān)、導(dǎo)線卡等各零部件及各連 接件的結(jié)構(gòu)、力學(xué)分析、成型工藝等尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力 分析，采用玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料制作電線桿桿體、橫擔(dān)、導(dǎo)線座，用金屬材料加工 各連接件，裝配制得的玻璃鋼電線桿，電線桿結(jié)構(gòu)強度、剛度均滿足使用要求，絕緣性良好， 質(zhì)量輕，耐腐蝕，抗老化。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種玻璃鋼電線桿，包括桿體、橫擔(dān)、導(dǎo)線座、金具、卡 箍、端帽和套筒，橫擔(dān)通過卡箍安裝在桿體的上部，桿體頂端安裝端帽，三套導(dǎo)線座和金具 分別用螺釘固定在橫擔(dān)的兩端和端帽上，桿體的下部套裝套筒，導(dǎo)線座和金具之間固定導(dǎo) 線，所述的桿體為均勻變壁厚的中空圓錐形結(jié)構(gòu)，壁厚變化率S為0. 15% 0.2%，其中壁
厚變化率“ "max f- dmax為桿體的最大壁厚即桿體最下端的壁厚，dmin為桿體的最小壁
厚即桿體最上端的壁厚，1為桿體的母線長度。所述的橫擔(dān)的橫截面采用等截面形式，采用玻璃纖維與乙烯基酯樹脂拉擠成型。
所述的桿體采用玻璃纖維與乙烯基酯樹脂纏繞工藝成型，底部整體成型法蘭。所述的導(dǎo)線座采用玻璃纖維與環(huán)氧樹脂層壓工藝成型。所述的金具、卡箍、端帽和套筒采用金屬材料制造，表面鍍鋅防腐。所述的卡箍為前后對稱的分體結(jié)構(gòu)，每一半卡箍包括中部的半圓環(huán)結(jié)構(gòu)和左右兩 側(cè)與橫擔(dān)橫截面形狀一致的卡槽結(jié)構(gòu)，在卡槽結(jié)構(gòu)上加工安裝孔。所述的端帽為不對稱的分體機構(gòu)，由小圓環(huán)部分和大圓環(huán)部分組成，小圓環(huán)部分 和大圓環(huán)部分的中部圓環(huán)部分組成一個完整的圓，小圓環(huán)部分和大圓環(huán)部分的兩側(cè)各有一 個安裝平臺，安裝平臺上加工安裝孔，在大圓環(huán)部分上加工導(dǎo)線座安裝平臺，導(dǎo)線座安裝平 臺的寬度w = 2h，其中h為導(dǎo)線座安裝平臺外側(cè)邊緣的弦心距，w > wd, Wd為導(dǎo)線座寬度。所述的金具為中部突出的片狀結(jié)構(gòu)，中部突出為內(nèi)凹的圓弧面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用特殊的變壁厚桿體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使材料發(fā)揮其最佳的承載功能并降 低了制作成本；(2)本發(fā)明桿體采用纏繞方法整體成型桿體根部玻璃鋼法蘭，在方便與地基安裝 的同時，滿足了力學(xué)性能要求；(3)本發(fā)明設(shè)計不同材料和成型工藝來生產(chǎn)桿體、橫擔(dān)和導(dǎo)線座，在滿足了電線桿 耐腐蝕、電絕緣性能的同時，又滿足了性能可設(shè)計、減重等多種功能需求；(4)本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)的金具、卡箍和端帽，在結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝方便的同時 滿足了力學(xué)性能要求。


圖1為本發(fā)明桿體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明桿體下部與套筒連接關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為本發(fā)明桿體上部與橫擔(dān)連接關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為本發(fā)明卡箍主視圖5為本發(fā)明卡箍俯視圖6為圖5A-A方向的剖視圖7為本發(fā)明端帽主視圖8為本發(fā)明端帽俯視圖9為本發(fā)明金具主視圖10為本發(fā)明金具俯視圖。
具體實施例方式本發(fā)明如圖2、3所示，包括桿體1、橫擔(dān)2、導(dǎo)線座3、金具4、卡箍5、端帽6和套筒 7，橫擔(dān)2通過卡箍5安裝在桿體1的上部，桿體1頂端安裝端帽6，三套導(dǎo)線座3和金具4 分別用螺釘8固定在橫擔(dān)2的兩端和端帽6上，桿體1的下部套裝套筒7，導(dǎo)線座3和金具 4之間固定導(dǎo)線。1、桿體桿體的受力特點是桿體頂部受力最小，越接近桿體根部受力越嚴重。因此，根據(jù)其受力特點，將桿體設(shè)計成中空錐形均勻變厚度形式，即桿體根部厚度最大，向桿體頂部方向 逐漸減小，壁厚變化率(單位長度上的厚度變化)δ為0.15% 0.2%，其中壁厚變化率
權(quán)利要求
1.一種玻璃鋼電線桿，其特征在于包括桿體(1)、橫擔(dān)O)、導(dǎo)線座(3)、金具、卡 箍(5)、端帽(6)和套筒(7)，橫擔(dān)⑵通過卡箍(5)安裝在桿體⑴的上部，桿體⑴頂端安 裝端帽(6)，三套導(dǎo)線座(3)和金具(4)分別用螺釘固定在橫擔(dān)(2)的兩端和端帽(6)上，桿 體(1)的下部套裝套筒(7)，導(dǎo)線座(3)和金具(4)之間固定導(dǎo)線，所述的桿體(1)為均勻變壁厚的中空圓錐形結(jié)構(gòu)，壁厚變化率S為0. 15% 0. 2%，其中壁厚變化率
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的橫擔(dān)(2)的橫截面 采用等截面形式，采用玻璃纖維與乙烯基酯樹脂拉擠成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的桿體(1)采用玻璃 纖維與乙烯基酯樹脂纏繞工藝成型，底部整體成型法蘭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的導(dǎo)線座(3)采用玻 璃纖維與環(huán)氧樹脂層壓工藝成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的金具(4)、卡箍(5)、 端帽(6)和套筒(7)采用金屬材料制造，表面鍍鋅防腐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的卡箍(5)為前 后對稱的分體結(jié)構(gòu)，每一半卡箍包括中部的半圓環(huán)結(jié)構(gòu)(51)和左右兩側(cè)與橫擔(dān)(2)橫截面 形狀一致的卡槽結(jié)構(gòu)(52)，在卡槽結(jié)構(gòu)(52)上加工安裝孔(53)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的端帽(6)為不對 稱的分體機構(gòu)，由小圓環(huán)部分(61)和大圓環(huán)部分(62)組成，小圓環(huán)部分(61)和大圓環(huán)部 分(62)的中部圓環(huán)部分組成一個完整的圓，小圓環(huán)部分(61)和大圓環(huán)部分(62)的兩側(cè)各 有一個安裝平臺(63)，安裝平臺(63)上加工安裝孔(65)，在大圓環(huán)部分(62)上加工導(dǎo)線 座安裝平臺(64)，導(dǎo)線座安裝平臺(64)的寬度W = 2h，其中h為導(dǎo)線座安裝平臺(64)外 側(cè)邊緣的弦心距，w > wd, Wd為導(dǎo)線座寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種玻璃鋼電線桿，其特征在于所述的金具(4)為中 部突出的片狀結(jié)構(gòu)，中部突出為內(nèi)凹的圓弧面。
全文摘要
一種玻璃鋼電線桿，包括桿體、橫擔(dān)、導(dǎo)線座、金具、卡箍、端帽和套筒，橫擔(dān)通過卡箍安裝在桿體的上部，桿體頂端安裝端帽，三套導(dǎo)線座和金具分別用螺釘固定在橫擔(dān)的兩端和端帽上，桿體的下部套裝套筒，導(dǎo)線座和金具之間固定導(dǎo)線，桿體為均勻變壁厚的中空圓錐形結(jié)構(gòu)，壁厚變化率δ為0.15％～0.2％，其中壁厚變化率dmax為桿體的最大壁厚即桿體最下端的壁厚，dmin為桿體的最小壁厚即桿體最上端的壁厚，l為桿體的母線長度。本發(fā)明采用特殊的變壁厚桿體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使材料發(fā)揮其最佳的承載功能并降低了制作成本；本發(fā)明桿體采用纏繞方法整體成型桿體根部玻璃鋼法蘭，在方便與地基安裝的同時，滿足了力學(xué)性能要求；本發(fā)明設(shè)計不同材料和成型工藝來生產(chǎn)桿體、橫擔(dān)和導(dǎo)線座，在滿足了電線桿耐腐蝕、電絕緣性能的同時，又滿足了性能可設(shè)計、減重等多種功能需求。
文檔編號E04H12/02GK102134931SQ20111009242
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者于淼, 張華婷, 李曉樂, 王耀, 許曉燕, 黃潛 申請人:航天材料及工藝研究所