一種拉線塔用壓接管的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種拉線塔用壓接管，它包括一管本體，所述管本體的管口端面為一平直面，所述管口端面與所述管本體之間通過兩圓弧過渡結構連接以分別形成一外倒角和一內倒角，兩所述圓弧過渡結構與所述管本體的內、外表面相切，兩所述圓弧過渡結構與所述管口端面相交，并且所述圓弧過渡結構滿足如下的幾何關系：t＝0.5×T；L＝(3.5～4.5)×t；R＝(t2+L2)/2t；上式中：T表示拉線與壓接管壓接時壓接鋼模的壓縮量；t表示圓弧過渡結構在垂直于管本體1方向上的高度；L表示圓弧過渡結構在平行于管本體1方向上的長度；R表示圓弧過渡結構的弧半徑。本實用新型能夠有效降低拉線的集中應力，增加拉線及金具的使用壽命。
【專利說明】一種拉線塔用壓接管

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種拉線塔用壓接管。

【背景技術】
[0002]拉線金具包括耐張線夾、U型掛環(huán)等，這些金具與拉線一起組成拉線系統(tǒng)，在拉線塔體中充當重要角色。拉線和金具之間一般通過壓接管連接在一起，連接的質量直接決定著拉線或連接金具安全可靠性，也影響著整個拉線塔的安全穩(wěn)定。
[0003]壓接管的壓接的本質是冷擠壓成型。拉線與壓接管裝配后，壓接管壓接順序按照從里向壓接管管口依次壓，順序不能顛倒，施壓時相鄰兩鋼模間至少重疊5mm以消除第一次壓接端部產生的應力集中。
[0004]壓接管在擠壓力的作用下會在管口擠壓變形，容易出現拉線應力集中現象，拉線金具在長期運行中承受的荷載是變化的，除承受導線的自重外，當有風或有冰附著時還承受風載和冰載，形成拉伸和彎曲兩種荷載的組合作用。在這種復雜的受力條件下，線路可能發(fā)生導線舞動和微風振動等現象，拉線則隨線路發(fā)生振動，由于管口處拉線具有較大的集中應力，進而可能引起強度破壞、疲勞失效。


【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠減小管口處拉線集中應力的拉線塔用壓接管。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種拉線塔用壓接管，其特征在于，它包括一管本體，所述管本體的管口端面為一平直面，所述管口端面與所述管本體之間通過兩圓弧過渡結構連接以分別形成一外倒角和一內倒角，兩所述圓弧過渡結構與所述管本體的內、外表面相切，兩所述圓弧過渡結構與所述管口端面相交，并且所述圓弧過渡結構滿足如下的幾何關系:t = 0.5XT ;L= (3.5?4.5) Xt ;R= (t2+L2) /2t ;上式中:T表示拉線與壓接管壓接時壓接鋼模的壓縮量；t表示圓弧過渡結構在垂直于管本體I方向上的高度；L表示圓弧過渡結構在平行于管本體I方向上的長度#表示圓弧過渡結構的弧半徑。
[0007]所述圓弧過渡結構在平行于所述管本體方向上的長度L與所述圓弧過渡結構在垂直于所述管本體方向上的高度t之間滿足幾何關系:L = 4Xt。
[0008]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型拉線塔用壓接管的管本體與管口端面通過兩圓弧過渡結構連接，并且圓弧過渡結構滿足幾何關系:t=0.5XT，L= (3.5?4.5) Xt, R = (t2+L2)/2t，本實用新型所述壓接管在壓接狀態(tài)下，其內倒角被擠壓為一個圓環(huán)形曲面(該曲面與壓接管內表面重合，內倒角與壓接管端面的交點與拉線剛好接觸)，即形成了一個相對較為緩和的變異區(qū)，因此能夠產生較小的集中應力，從而降低拉線的集中應力，增加拉線及金具的使用壽命。2、本實用新型結構簡單、使用可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型壓接管的結構示意圖；
[0010]圖2是圖1中I部分的放大結構示意圖；
[0011]圖3是本實用新型在壓接裝置下的結構示意圖；
[0012]圖4是本實用新型與拉線金具間的連接及壓接順序示意圖；
[0013]圖5是圓弧過渡結構示意圖；
[0014]圖6是45號鋼的應力應變曲線；
[0015]圖7是鋼絞線的應力應變曲線；
[0016]圖8為t = Imm時不同L取值時的應力變化曲線。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0018]如圖1、圖2所示，本實用新型提供了一種拉線塔用壓接管，它包括管本體1，管本體I的管口端面2為一平直面，管口端面2與管本體I之間通過兩圓弧過渡結構連接分別形成外倒角3和內倒角4。圓弧過渡結構與管本體I的內、外表面相切，與管口端面2相交，且圓弧過渡結構滿足如下的幾何關系:
[0019]t = 0.5XT ；
[0020]L= (3.5 ?4.5) X t ;
[0021]R = (t2+L2)/2t ；
[0022]上式中:T表示拉線與壓接管壓接時壓接鋼模的壓縮量，其近似取值鋼模橫截面半徑與拉線橫截面半徑的差(拉線橫截面半徑為已知量，鋼模橫截面半徑在壓接規(guī)程中有相關規(guī)定)表示圓弧過渡結構在垂直于管本體I方向上的高度；L表示圓弧過渡結構在平行于管本體I方向上的長度洱表示圓弧過渡結構的弧半徑。
[0023]在一個優(yōu)選的實施例中，圓弧過渡結構在平行于管本體I方向上的長度L與圓弧過渡結構在垂直于管本體I方向上的高度t之間滿足幾何關系:
[0024]L = 4 X t
[0025]本實用新型所提供的上述拉線塔用壓接管，是通過下述的一種拉線塔用壓接管管口設計方法所設計，它包括以下步驟:
[0026]I)壓接管有限元模型的選擇:由于壓接管施加壓力屬于大變形接觸問題，分析過程中根據對稱性，選擇拉線和壓接管縱截面1/2建立有限元計算模型，建模時采用經典雙線性等向強化(BISO)，該模型使用一個雙線性來表示應力應變曲線，根據曲線確定壓接管和拉線的屈服極限和彈性模量；
[0027]2)有限元模型網格劃分:拉線和壓接管均采用平行四邊形網格映射實現網格劃分，并對拉線和壓接管接觸部位，即拉線的外表面和壓接管內表面采用網格局部細化；
[0028]3)約束處理:拉線和壓接管一端施加固定約束，并在拉線的下端施加對稱約束；由于壓接管與拉線之間為面-面接觸接觸，本模型在接觸部位選擇contal72接觸單元和Targel69目標單元，采用兩個接觸對，模擬壓接過程；
[0029]4)加載求解:進行加載時采用斜坡加載方式加載，對壓接鋼模進行位移加載，根據壓接鋼模的形狀，以及壓接管的大小，確定位移大小，即壓接鋼模的壓縮量T，然后對其模型進行求解；
[0030]5)結果提取:在計算結果文件中，提取壓接后塑性變形圖、等效應力圖，并記錄沿壓接管軸線方向上的應力值及變形值；
[0031]6)曲線擬合:確定T的約束范圍為O到壓縮管管壁厚度一半，L的約束范圍為O至10倍的壓縮管管壁厚度，對L和T在給定范圍內進行隨機取值，重復步驟I)?5)，以壓接管管口壓接狀態(tài)下的應力分布為優(yōu)化目標，確定L和T的最佳組合，獲得壓接管管口內倒角和外倒角的弧形過渡結構。
[0032]下面對本實用新型的有益效果從原理上予以論述:
[0033]如圖1所示，當壓接管與拉線5壓接后，在壓接部位產生握著力，握著力由三部分組成:一是壓接管經過壓縮塑性變形后與拉線5的摩擦力；二是壓接管經過壓縮塑性變形后使其與拉線的絞制紋路咬合在一起而產生“螺紋效應”的咬合力；三是壓接管經過壓縮塑性變形所產生的高溫熱能使其與拉線5的表面產生了“局部的熔合現象”所形成的粘著力。
[0034]壓接管壓接的本質是冷擠壓成型。拉線5與壓接管裝配后，壓接管壓接順序按照從里向壓接管管口依次壓，順序不能顛倒，施壓時相鄰兩壓接鋼模6間至少重疊5mm以消除第一次壓接端部產生的應力集中(如圖4所示)。對非螺栓型耐張線夾壓接管施壓時，第一模自U形拉環(huán)7端頭開始，逐漸向管口方向依次施壓。壓接管在周向壓力作用下產生塑性變形，外徑和內徑尺寸均減小，通過內壁和拉線5的接觸面?zhèn)鬟f法向力，致使拉線5產生變形。壓接使拉線5與壓接管之間形成一定的握著強度，牢固接合為一整體。由于擠壓過程的加工硬化作用，被擠壓件的強度、硬度、耐疲勞性均有較大的提高。當進行到最后一次壓接，壓接管管口突變，形成集中應力，同時沒有相應的措施來消除或者減小管口的集中應力。
[0035]集中應力產生原因是由于受力構件由于外界因素或自身因素幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍內應力顯著增大。
[0036]因此，本實用新型的最大改進之處在于:對壓接管管本體I的管口處的內倒角4和外倒角3設計為圓弧過渡結構。傳統(tǒng)結構的倒角一般設計為45°斜線倒角或者圓形倒角，用于消除壓接管I管口處產生的應力集中，但是對于壓接管I的本身應用領域及壓接成型過程，這種應力消除方式并非最佳。由此，實用新型人為了解決此問題，以彈塑性理論和接觸問題基本理論作為研究基礎，開發(fā)了消除壓接形式的端部應力的設計方法，并由此應用于拉線塔用壓接管管口，獲得壓接管管口的內外倒角的圓弧過渡結構，即:t = 0.5 X T，L =(3.5?4.5) Xt,優(yōu)選的，L = 4Xt。如圖5所示,根據上述幾何關系可進一步確定圓弧的半徑R = (t2+L2)/2t，并且圓弧過渡結構與管本體I的表面相切。
[0037]如圖1、圖2所示，壓接管在未壓接狀態(tài)下，其內倒角4和外倒角3的是相同的，內倒角4與管本體I內表面相切、與管口端面2相交,外倒角3與管本體I外表面相切、與管口端面2相交。
[0038]如圖3所示，壓接管在壓接狀態(tài)下，壓接管的內倒角被擠壓為一個圓環(huán)形曲面，該曲面與壓接管內表面重合，內倒角與壓接管端面的交點與拉線剛好接觸，兩者之間不存在相互作用力；壓接管的端面被擠壓形成向外側突出的弧形曲面。
[0039]本實用新型原理是通過減緩壓接管的管口處的突變大小來完成。在進行壓接管壓接時，較緩和的變異區(qū)，能夠產生較小的集中應力，最終降低拉線集中應力，從而增加拉線及金具的使用壽命。本實用新型結構簡單，操作方便，簡單可靠，能較好的解決拉線塔用壓接管對拉線的產生集中應力的問題，增加拉線及金具的使用壽命。
[0040]下面以一具體實施例來說明本實用新型所述方法的效果。
[0041 ] 選擇的壓接管材料為45號鋼，通過查表得到45號鋼的抗拉強度600MPa，布氏硬度為176 ;拉線抗拉強度為不小于1225MPa，布氏硬度為371。本實施例的算例選用的耐張線夾型號為NY-135G耐張線夾，圓形鋼管外徑30mm，內徑為15mm。
[0042]利用ANSYS有限元分析軟件針對管口不同的形狀分別進行建模和應力分析，分析內容主要包括壓接過程中的等效應力、接觸壓力、接觸狀態(tài)，以及卸載后的殘余應力、接觸狀態(tài)等。采用壓接機鋼模為YMG-30，采用施壓寬度為7.5mm，其表面位移載荷為2mm。分析步驟如下:
[0043]I)壓接管有限元模型的選擇:對壓接管施加壓力屬于大變形接觸問題，分析過程中根據對稱性，選擇拉線和液壓管縱截面1/2建立有限元計算模型。ANSYS程序提供了多種塑性材料選項，建模時采用經典雙線性等向強化BIS0，該模型使用一個雙線性來表示應力應變曲線，所以有兩個斜率，彈性斜率和塑性斜率。45號鋼的屈服極限為355MPa，切線模量約為彈性模量的1/10，取2.lElOPa。鋼絞線選擇屈服極限為1025MPa的鋼材，相應的BISO模型應力應變曲線如圖6、圖7所示。該曲線將被輸入到壓接過程的模擬計算中去。
[0044]2)有限元模型網格劃分:拉線和壓接管均采用平行四邊形網格映射實現網格劃分，并對拉線和壓接管接觸部位，即拉線的外表面和壓接管內表面采用網格局部細化；
[0045]3)約束處理:針對本模型選擇contal72接觸單元和Targel69目標單元以及PLANE183結構單元進行求解。左端固定約束，下端對稱約束。采用兩個接觸對，模擬壓接過程。
[0046]4)加載求解:在ANSYS軟件中進行加載時采用斜坡加載方式加載，對液壓鋼模進行位移加載，根據鋼模的形狀，以及壓接管的大小，確定位移大小為2mm。
[0047]5)結果處理:利用ANSYS有限元分析軟件提取其中的接觸壓力，進行分析。
[0048]6)針對管口不同的形狀分別進行建模重復步驟I)?5)。如附圖8所示，針對管口處弧形倒角t = Imm時,不同的L(給出了 2mm、3mm、4mm、5mm),其中O點為壓接管端面與外表面的交點。對比得到當縱向切割在I?4_時，應力變化趨于平緩。當縱向切割變?yōu)?mm時，得到應力變化較大。因此可以確定當L = 4Xt，圓弧的半徑R = (t2+L2)/2t時，為應力分布最均勻，屬于應力消除的最佳切合點。
[0049]本實用新型僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置及其連接都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，凡根據本實用新型原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種拉線塔用壓接管，其特征在于，它包括一管本體，所述管本體的管口端面為一平直面，所述管口端面與所述管本體之間通過兩圓弧過渡結構連接以分別形成一外倒角和一內倒角，兩所述圓弧過渡結構與所述管本體的內、外表面相切，兩所述圓弧過渡結構與所述管口端面相交，并且所述圓弧過渡結構滿足如下的幾何關系:
t = 0.5 X T ；
L= (3.5 ?4.5) Xt ;
R= (t2+L2)/2t ； 上式中:T表示拉線與壓接管壓接時壓接鋼模的壓縮量；t表示圓弧過渡結構在垂直于管本體I方向上的高度；L表示圓弧過渡結構在平行于管本體I方向上的長度洱表示圓弧過渡結構的弧半徑。
2.如權利要求1所述的一種拉線塔用壓接管，其特征在于，所述圓弧過渡結構在平行于所述管本體方向上的長度L與所述圓弧過渡結構在垂直于所述管本體方向上的高度t之間滿足幾何關系:
L = 4X t0
【文檔編號】F16G11/02GK204127204SQ201420499383
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】袁兆祥, 齊立忠, 陳大斌, 王璋奇, 張子引, 楊永剛, 金逸, 田雷, 李本良, 劉學軍, 盧飛, 劉顥 申請人:國家電網公司, 國網北京經濟技術研究院, 江蘇省電力公司