Ізолятор

/ 6 ' /ДОК Н01 В 17/00 ІЗОЛЯТОР Винахід стосується техніки високих напруг, а саме, конструкцій стержневих ізоляторів із армованих полімерних матеріалів для повітряних ліній електропередач. Відомий ізолятор (ах. 1479960 СРСР, кл. Н 01 В 17/00), виготовлений щільною посадкою склопластикового елемента в наконечники шляхом скручування просоченого замкнутого склоджгута в конічних отворах наконечників і стверджування його в скрученому стані. Ізолятор має низьку міцність при розтягу. Монолітність стержня порушується через недостатню осьову жорсткість, а також незначну міцність сполучника. Армуючі джгути розкручуються, зсуваються і відриваються по поверхнях стикування між собою. Відомий вузол з'єднання склопластикового Ізолятора з наконечником (ах. 748519 СРСР, кл. Н 01 В 17/00), в якому кінець склопластикового стержня розчеплено ступінчатим клином надвоє і вставлено в клиновидної форми порожнину наконечника зі ступінчатою, овальною в перетині, внутрішньою поверхнею, причому наконечник зібраний з двох частин, що притиснуті одна до одної. Такий наконечник складний у виготовленні і не забезпечує достатньої міцності клеємеханічного з'єднання. Відомо, що допустиме навантаження на клеєві з'єднання на порядок менше руйнуючого, тому з часом наступає зріз клейового шару, а значні нормальні контактні напруження спричиняють розтріскування розчеплених частин стержня вздовж волонок, тому що поперечна міцність і жорсткість односпрямовано армованого склопластика в 6. .10 разів нижча від осьової. * Відомий також вузол з'єднання склопластикового стержня з металевим наконечником (ах. 773742 СРСР, кл. Н 01 В 17/00), в якому спряжені поверхні 2 наконечника і стержня мають еліптичну форму, яка переходить поступово від середини з'єднання до країв у циліндричну. Таке з'єднання просте у виготовленні і має високу короткочасну міцність. Недоліком з'єднання є низька довготривала міцність. В зоні переходу від циліндричної до еліптичної форми поверхні, зі сторони ізолятора, має місце значна концентрація контактних напружень. Тому з часом, в зоні стиску утворюються тріщини нормального відриву, що поширюються в площині перетину стержня на певну глибину вздовж великої осі еліпса, які потім трансформуються в тріщини поперечного зсуву вздовж армуючих волокон і спричиняють передчасне руйнування стержня. Відомі також з'єднання композитних трубчатих елементів з металевими наконечниками із застосуванням концентричного опресування в матриці і магнітно-імпульсного обтискання кінців труби разом з зовнішньою деталлю вузла кріплення (Карпинос Д.М., Кадыров В.Х., Крылов Ю.В. Сравнительная оценка эффективности некоторых типов концевых узлов крепления трубчатых стержней из полимерных композитных материалов//Механика композитных материалов.— 1980.—№5.—С. 941...943). Такі з'єднання мають високу короткочасну міцність. Проте довготривала міцність таких з'єднань обмежується часом релаксації нормальних контактних напружень в з'єднанні при незмінній деформації трубчатого елемента в зоні з'єднання. Внаслідок релаксації наступає зрушення з'єднуваних деталей при розтягу і поступове зсування наконечника з труби. Крім цього, міцність елемента при осьовому розтягу обмежується значними згинаючими напруженнями в стінці композитної труби. Відомий також ізолятор (Полимерные изоляторы. К.Л. Соболева, Е.И. Удод, Ю.Н. Шумилов, Ю.Н. Яшин.—Киев: НИИ энергетики, УНПО "Энергопрогресс", НИИВН, 1996), що містить стержень із однонаправлено армованого склопластика, металеві наконечники і послідовно посаджені на стержень впритул одне до одного гумові ребра, з'єднані зі стержнем, наконечниками і між собою : герметиком; причому наконечники охоплюють стержень і з єднані з ним концентричним опресуванням. Недоліком ізолятора є низька довготривала міцність клеємеханічного з'єднання циліндричного стержня з наконечником, яка обмежується часом релаксації нормальних контактних напружень в з'єднанні. Внаслідок релаксації напружень зменшується тертя на контактних поверхнях і наступає адгезійне руйнування з'єднання. Мета винаходу — підвищення надійності і довготривалої міцності з'єднання стержня з наконечником. Поставлена мета досягається тим, що стержень виконаний у вигляді оболонки із перехресно армованого неперервним волокном полімерного матеріалу, всередині якої розміщені пластмасовий стержень і головки металевих наконечників, хвостовики яких виступають з оболонки назовні; головки наконечників мають форму півкулі, спряженої в основі з циліндром і покриті антиадгезійним шаром; оболонка армована під кутом до осі по спіралях, що перехрещуються на сферичних поверхнях головок наконечників, охоплює головки наконечників і забезпечує надійне з'єднання з ними. Антиадгезійний шар запобігає клейовому з'єднанню як небажаному, бо з нього могли б утворитися тріщини в оболонці внаслідок когезійного руйнування клейового шару. Перехрещування волокон на сферичних поверхнях наконечників дозволяє реалізувати міцність з'єднання за рахунок форми. Спряження сферичної і циліндричної поверхонь головки виключає концентрацію нормальних контактних напружень. На фіг. 1 показана конструкція ізолятора, на фіг. 2 — схема перехрещування армуючих стрічок на сферичній поверхні наконечника, на фіг. З — стержень, випробуваний на міцність. Ізолятор складається з оболонки 1 із перехресно армованого матеріалу, пластмасового стержня 2, металевих наконечників 3 з головками і хвостовиками, гумових ребер 4, з'єднаних зі стержнем, наконечниками і між собою шаром 4 герметика 5. Оболонка 1, стержень 2 і наконечники 3 утворюють несучий стержень ізолятора, який з'єднується з арматурою через хвостовики з різьбою. Оболонка 1 формується намоткою неперервного волокна на стержень 2 і головки наконечників 3. Для забезпечення поперечної жорсткості при намотуванні деталі 2 і 3 притискуються вздовж осі і центруються виступами в отворах на стержні 2. Стрічка неперервних волокон намотується по спіралях під кутом до осі, причому пряма і зворотня спіралі перехрещуються на сферичних поверхнях головок наконечників (фіг. 2). Значення кута армування не більше 35°. Співвідношення діаметрів головки і хвостовика наконечника не менше 1,66. Бічні поверхні головок наконечників покриті антиадгезійним шаром до сполучника матеріалу оболонки 1. Несучий стержень ізолятора працює наступним чином. Осьове зусилля розтягу передається головками наконечників на оболонку 1, тому що оболонка охоплює їх. В з'єднанні виникають нормальні і дотичні (внаслідок тертя) контактні напруження. Дотичні напруження на порядок менші нормальних і не можуть спричинити руйнування оболонки з поверхні, а нормальні напруження сприймаються армуючими волокнами, що працюють на розтяг. Крім цього, плавний перехід від циліндричної до півсферичної поверхонь головки виключає концентрацію контактних напружень в з'єднанні, чим запобігає руйнуванню оболонки з поверхні розривом чи розтріскуванням сполучника. Міцність з'єднання реалізується за рахунок форми, тому що армуючі волокна охоплюють головку петлями і працюють на розтяг. Пластмасовий стержень 2 обмежує згин стінки оболонки 1, армованої під кутом не більшим 35° до осі і виключає передчасне руйнування шляхом розмотування волокна при розтягу. Отже, в такій конструкції стержня реалізується максимальна міцність матеріалу оболонки, а довготривала міцність визначається не міцністю з'єднання, а міцністю армованого полімерного матеріалу. Форма наконечника і співвідношення його діаметрів експериментально. Досліджено міцність при осьовому визначені розтягу s Форма наконечника і співвідношення експериментально. Досліджено його діаметрів м іцність при осьовому визначені розтягу базальтопластикових несучих стержнів з кутом армування оболонки 1, рівним 34°, з вініпластовим стержнем 2, з конічними і півк улястими головками наконечників 3. Зразки намотували базальтовим ровінгом (із 17 первинних ниток по 100 елементарних волокон кожна), просоченим епоксидним сполучником, в якості якого використаний епоксиднополіефірний компаунд К-115 з отверд жувач ем ПЕПА. Рез ультати д ос лід жень пр и в ед ені в таб лиц і, д е Р — р уйнуюч е навантаження ; х = 1.25, 1,66 — співвідношення діаметрів сфери і хвостовика; х =60,90 і 120° — кут вершини конуса наконечників. Таблиця. X Р,кН 1,25 63,00 1,66 75,20 60° 60,00 90° 55,00 120° 50,20 Максимальну міцність мають несучі стержні з наконечниками, головки яких мають форму півкулі, спряженої в основі з циліндром, при співвідношенні діаметрів головки і хвостовика рівному 1,66. Руйнування оболонки відбувається поза з'єднанням розривом армуючих волокон (фіг. 3). Винахід дозволяє підвищити надійність і довготривалу міцність з'єднання несучого стержня з наконечником. /золятор фіг. Z i 2. 1 fiSmopu: Когут 1С П опель ЙЛ. ?и М.М. Ізолятор Й8тори: Когут (-с. Попель Й.М. Хомуи М.М.