一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法与流程

本发明属于圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接技术领域，具体涉及一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法。

背景技术：

在传统的输变电工程架空导线及地线的接续工艺中，钢芯铝绞线及地线的镀锌圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线(或铝包圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线)接头均用钢管直接套住圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线液压连接，如果钢管与圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度不匹配、压接模具尺寸不合理、压接压力不足，容易出现欠压、松股、过压、钢丝表面损伤等缺陷，导致接头的握着力不满足标准要求。在造成钢芯铝绞线及地线的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接缺陷因素中，钢管与圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度不匹配是最不能避免的，在铝包圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线的生产工艺中，冷拉钢丝穿过液铝镀铝，相当做了一次回火，冷拉钢丝硬度降低，导致圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线硬度比钢管硬度低，压接时钢管内壁咬伤圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线钢丝，导致接头的握着力降低。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提供一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构和方法，可以解决上述现有技术中存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，包括钢管和铝合金管，铝合金管嵌入到钢管内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线，压接钢管使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线形成钢芯接续管。

钢管和铝合金管长度相同，均为两个钢芯绞线节距。

一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，该方法包括以下步骤：

1)将铝合金管嵌入到钢管内；

2)将两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线从铝合金管两端插入，确保两圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线插入深度相当；

3)采用压接模具压接钢管，使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线表面且填充钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间间隙形成钢芯接续管。

压接模具的压接钢管后压接应力：钢芯接续管压接成型后压力机未停时，钢管内半径为rfe，钢管中心厚度为dfe，钢芯绞线螺纹中径为d2，铝管中径厚度为dal；

根据材料真应力σ与真应变ε的关系

σ＝eε(8)

式(8)中，e----为材料的杨氏模量；

钢芯接续管压接成型后压力机停机移开后，假设铝管壁受压应力为σ1,钢管内半径未rfe+δrfe，钢管中心厚度为dfe+δdfe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为r+δr，铝管中径厚度为dal+δdal

钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，各个厚度增量关系为

δrfe-δr＝δdal(12)

则钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力为

式(14)中：

σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量。

铝管厚度和长度：

钢芯接续管压接成型后嵌入圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间的铝材量s

式(15)中

r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。

嵌入需要的铝管厚度

式(16)中

r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。

则嵌层铝管厚度为δal

δal＝δq+1(mm)(17)

(3)嵌层铝管外径dal为

dal＝6r+1+2δal(18)

式(18)中

r----钢芯绞线钢丝半径(mm)。

铝合金管(2)长度为两个钢芯绞线节距。

钢管厚度δfe为

式(20)中

fb----导线(或地线)计算破断力；

σsfe----钢管屈服强度；

dal----嵌层铝管外径。

则钢管外径为dfe＝dal+2δfe(21)。

压接模具的压接截面面积：

压接截面面积

钢芯压接截面积sx

式(22)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

嵌层铝管截面sq为

式(23)中

dal----嵌层铝管外径；

r----钢芯绞线钢丝半径。

钢管截面积sg为

式(24)中

dfe----钢管外径；

dal----嵌层铝管外径。

压接模具压接截面面积sy为sy＝sx+sq+sg(25)

正六边形压模边长α为

正六边形压模对角线b为

b＝a+2acos60°＝2a(27)

钢芯接续管压接成型后安全工作温度范围：

假设接续管安装时环境温度为t0，钢芯及钢管的线膨胀系数为afe，嵌层铝管线膨胀系数为aal,当运行温度为t1时

钢芯半径膨胀量

δrt＝rafe(t1-t0)(28)

嵌层铝管膨胀量

δdalt＝dalaal(t1-t0)(29)

钢管内径膨胀量

δrfet＝rfeafe(t1-t0)(30)

安全温度

温度升高时:

即接续管运行温度增加量应满足

式(32)中

σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量；

afe----钢的线膨胀系数；

aal----铝的线膨胀系数；

温度降低时：

即接续管运行温度降低量应满足

式(34)中

fb----导线(或地线)计算破断力；

σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

afe----钢的线膨胀系数；

aal----铝的线膨胀系数。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线之间增加一层铝合金管，利用铝合金管的高塑形和高静摩擦系数，避免在钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线压接时出现圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线被压伤、欠压、松股现象，同时又满足接头的握着力要求，使圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接压接更容易实施，压接质量更高，压接头可以免无损检测，减低劳动强度和工程费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构截面示意图；

图3为本发明的压接后结构示意图；

图4为圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线简化模型示意图；

图5为圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线纵截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-图5所示，一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构，包括钢管1和铝合金管2，铝合金管2嵌入到钢管1内，并包裹两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线3，压接钢管1使得铝合金管2紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线3形成钢芯接续管。

钢管1和铝合金管2长度相同，均为两个钢芯绞线节距。

实施例2：一种架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接结构的压接方法，该方法包括以下步骤：

1)将铝合金管嵌入到钢管内；

2)将两对接的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线从铝合金管两端插入，确保两圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线插入深度相当；

3)采用压接模具压接钢管，使得铝合金管紧密贴合圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线表面且填充钢管和圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间间隙形成钢芯接续管。

新型的圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接嵌铝压接管，它由外层钢管和内层铝合金管构成，见图1。外层钢管提供圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线对接主要的抗张力和接头压力，内层铝合金管提供钢丝嵌入填充材料(见图2)，利用铝合金的高静摩擦系数将接头压力转变为抗张力，提高接头的握着力(见图3)。

由于内层铝合金管硬度低，不会压伤圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线，只要模具跟压接管匹配，压接头不会出现欠压、松股现象，可以不用对压接头进行无损检测。

压接管嵌层铝管计算

1、钢芯钢芯绞线螺纹中径为d2计算

按螺栓螺纹参数定义，螺栓螺纹中径d2，常用于几何计算，为一个假想圆柱体的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。则钢芯绞线螺纹中径为d2为图4中大圆o的直径，其半径为r，对于7根钢丝的钢芯绞线，圆o与圆p相交的弧长等于圆o周长的1/12。即

(1)式中

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

θ----外层钢丝所割钢芯绞线螺纹中径圆弧角的一半。

圆o方程为

x²+y²＝r²(2)

x＝rcosθ(3)

y＝rsinθ(4)

圆p方程为

(x-2r)²+y²＝r²(5)

(5)式中

r----钢芯绞线钢丝半径。

用上五个方程立方程组，求得

r＝2.7875r(6)

即

d2＝5.575r(7)

2、压接应力计算

钢芯接续管压接成型后压力机未停时，如图4，钢管内半径为rfe，钢管中心厚度为dfe，钢芯绞线螺纹中径为d2，铝管中径厚度为dal。

根据材料真应力σ与真应变ε的关系

σ＝eε(8)

(8)式中

e----为材料的杨氏模量

钢芯接续管压接成型后压力机停机移开后，假设铝管壁受压应力为σ1,钢管内半径未rfe+δrfe，钢管中心厚度为dfe+δdfe，钢芯绞线螺纹中径圆半径为r+δr，铝管中径厚度为dal+δdal。

钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，这些厚度增量关系为

δrfe-δr＝δdal(12)

则钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力为

式(14)中

σ1----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

σ----钢芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量。

3、嵌层铝管计算

(1)钢芯接续管压接成型后嵌入圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线间的铝材量s

式(15)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

(2)嵌入需要的铝管厚度

式(16)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

则嵌层铝管厚度为δal

δal＝δq+1(mm)(17)

(3)嵌层铝管外径dal为

dal＝6r+1+2δal(mm)(18)

式(18)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

(4)嵌层铝管材料：

根据铝合金的屈服强度及抗氧化性，嵌层铝管选用5a05防锈铝制造。

(5)嵌层铝管长度：

根据资料，铝合金与铝合金的静摩擦系数为1.05-1.35，铝合金与低碳钢的静摩擦系数为0.61。对于圆线同心绞架空导线7根绞铝包钢绞线、圆线同心绞架空导线7根绞镀锌钢绞线，都按圆线同心绞架空导线7根绞镀锌钢绞线与铝合金嵌层管静摩擦力计算，嵌层铝管螺纹损坏临界压接长度lqmin为

式(19)中

fb----导线(或地线)计算破断力；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

d2----钢芯绞线螺纹中径。

经计算，嵌层铝管螺纹损坏临界压接长度lqmin小于钢芯绞线节距，钢芯绞线节距一般为lqmin的3至4倍，因此为了安全起见，嵌层铝管长度取2个钢芯绞线节距(1个钢芯绞线节距为钢芯直径的18倍)。

钢管计算：钢管材质：钢芯接续压接钢管为材料为q345b，屈服强度为345mpa。

钢管内径：钢芯绞线的接续钢管内径等于嵌层铝管外径。

钢管外径：圆线同心绞架空导线7根绞钢绞线总破断力为fb,钢管的屈服强度为σsfe，则钢管厚度δfe为

式(20)中

fb----导线(或地线)计算破断力；

σsfe----钢管屈服强度；

dal----嵌层铝管外径。

则钢管外径为

dfe＝dal+2δfe(21)

钢管的长度：钢管长度与嵌层铝管相同，为2个钢芯绞线节距(1个钢芯绞线节距为钢芯直径的18倍)。

1.模具参数计算：压接模具压接截面面积

2.压接模具压接截面面积

钢芯压接截面积sx

式(22)中

r----钢芯绞线钢丝半径。

嵌层铝管截面sq为

式(23)中

dal----嵌层铝管外径；

r----钢芯绞线钢丝半径。

钢管截面积sg为

式(24)中

dfe----钢管外径；

dal----嵌层铝管外径。

压接模具压接截面面积sy为

sy＝sx+sq+sg(25)

3.正六边形压模边长α为

4.正六边形压模对角线b为

b＝a+2acos60°＝2a(27)

安全运行温度计算：假设接续管安装时环境温度为t0，钢芯及钢管的线膨胀系数为afe，嵌层铝管线膨胀系数为aal,当运行温度为t1时

1.钢芯半径膨胀量

δrt＝rafe(t1-t0)(28)

2.嵌层铝管膨胀量

δdalt＝dalaal(t1-t0)(29)

3.钢管内径膨胀量

δrfet＝rfeafe(t1-t0)(30)

5.安全温度

温度升高时:

即接续管运行温度增加量应满足

式(32)中

σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量；

afe----钢的线膨胀系数；

aal----铝的线膨胀系数；

温度降低时：

即接续管运行温度降低量应满足

式(34)中

fb----导线(或地线)计算破断力；

σ1----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除后，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

σ----铜芯接续管压接成型后压力机压力解除前，

钢芯、嵌层铝管、钢管之间的压应力；

rfe----钢管压接后内半径；

r----钢芯绞线螺纹中径d2的一半；

dal----嵌层铝管等效厚度；

efe----钢的杨氏模量；

eal----铝合金的杨氏模量；

r----钢芯绞线钢丝半径

afe----钢的线膨胀系数；

aal----铝的线膨胀系数。

实例计算

1.钢芯铝绞线参数

2.嵌层铝管参数计算

3.钢管参数计算

4.压模参数计算

5.安全运行温度计算

以上所述，仅为本发明的具体实施方式实例，本发明的保护范围并不局限于此。熟悉该技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易找到变化或替换方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。