Un estudio preliminar sobre el esfuerzo del torón de la línea de transmisión en tensión.

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 9473 (2022) Citar este artículo

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Las líneas de transmisión a menudo sufren daños en los conductores durante la operación, la mayoría de los cuales son causados por una tensión local excesiva de los hilos de aluminio. Sin embargo, una de las causas del daño del conductor puede ser la tensión que se libera al pasar por la polea. Al mismo tiempo, hay relativamente pocas investigaciones sobre el daño del conductor causado por el paso de la polea. Por lo tanto, este artículo estudia las características de tensión entre torones del torón de aluminio cuando la tensión que se desvía pasa a través de la polea. La influencia del ángulo envolvente, la carga de tensión y la fricción en las características de tensión entre los hilos de aluminio se estudia mediante simulación numérica. Los resultados muestran que la tensión equivalente de la capa neutra de la hebra de aluminio es pequeña y la tensión equivalente máxima aparece en la posición de contacto de la hebra adyacente. Cuanto mayor sea el ángulo envolvente y la carga de tensión de los hilos de aluminio, mayor será la tensión equivalente en la sección transversal. Además, la fricción entre los hilos de aluminio tiene un cierto efecto en la reducción de la tensión equivalente en la sección transversal. La tensión equivalente del hilo de aluminio aumenta desde la capa exterior a la capa interior, por lo que es más probable que se dañe el hilo de aluminio interior que la capa exterior. Finalmente, se ha llevado a cabo tanto el experimento como la simulación, y luego se demuestra que el valor de la tensión en la sección correspondiente tiene una buena consistencia.

El funcionamiento normal y estable de las líneas aéreas de transmisión es la parte más importante de la ingeniería de líneas. Es bastante importante reducir el daño del conductor y la falla de la línea de transmisión en la protección de seguridad de la línea de transmisión1,2,3,4,5. Sin embargo, en el proceso de operación de la línea de transmisión, a menudo se producen daños en los conductores. La mayoría de los casos muestran que el cordón de aluminio está bajo la acción de múltiples cargas, lo que hace que la tensión local del cordón de aluminio sea demasiado grande, lo que resulta en el daño y la fractura del conductor6,7,8,9. Sin embargo, el daño del conductor también puede deberse a la gran tensión local que se ha generado durante la construcción y el tendido del conductor, o incluso al daño parcial del hilo de aluminio. En la actualidad, la mayoría de las investigaciones sobre el daño del conductor se centran en el conductor que funciona en condiciones de trabajo complejas, mientras que las investigaciones sobre el daño del conductor en la construcción de tensión, especialmente en el proceso de pasar la polea, son menos, y las investigaciones sobre el conductor relevante los modelos y las teorías mecánicas son relativamente débiles10,11. Por tanto, es muy necesario estudiar la influencia de la tensión puesta sobre el conductor. Al mismo tiempo, este estudio es de gran importancia para que los trabajadores de energía protejan el conductor de transmisión12.

Investigadores de todo el mundo han comenzado a estudiar la tecnología de construcción del replanteo de tensión y las características de tensión del conductor durante mucho tiempo13,14,15. En la actualidad, la tecnología pertinente está relativamente avanzada. Al mismo tiempo, existen muchos métodos de investigación, como la prueba de razonamiento teórico, el análisis de simulación de elementos finitos del modelo matemático y la comparación de la verificación de prueba específica, etc. Zhou et al.16 estudiaron la relación entre el tamaño de la parte inferior de la ranura y el desgaste del conductor, y presentó algunas sugerencias útiles para el tamaño de la parte inferior de la ranura de la polea de tendido. Raoof et al.17 propusieron las principales características y algunos nuevos avances del modelo real de análisis de torones de acero con estructura multicapa. Estos resultados muestran las fuerzas de contacto indirecto entre torones, capas y los desplazamientos relativos de torones en la estructura espiral con extremos fijos. Nawrocki et al.18 establecieron el modelo de torón de cable mediante el uso de un software de elementos finitos relevante, y aplicaron fuerza axial y carga combinada axial y torsional para estudiar las características de tensión de cada capa de cable y entre torones. Sarma et al.19 señalaron que la línea de transmisión generará corona, y producirá efecto de campo eléctrico, interferencia de radio y otras situaciones en las áreas circundantes de la línea, causando así daño ambiental. Papailiou et al.20 propusieron un nuevo tipo de modelo de conductor para estudiar las características mecánicas de los conductores aéreos. El modelo consideró la fricción y el deslizamiento entre los hilos en el proceso de doblado, derivó la fórmula de cálculo correspondiente y verificó la corrección del modelo a través de las pruebas correspondientes. Kenta21 amplió la investigación basándose en Papailiou K. et al. considerando el proceso de transición del estado de adhesión al estado de deslizamiento entre las capas de trenzado, se simuló y probó el proceso de flexión pura del cable sin tensión axial. Con el fin de obtener los factores que influyen en la variación de la rigidez a la flexión del conductor, a través de los métodos de simulación de elementos finitos, cálculo teórico y medición experimental, la rigidez a la flexión del conductor bajo la carga de tensión ha sido analizada detalladamente por Yang et al. .22,23,24,25. Tomando como objeto de investigación un conductor de núcleo compuesto de fibra de carbono de sección grande de 1660 mm2, Wan et al.26,27 completaron el método de cálculo teórico de la tensión interna cuando el conductor pasa a través de la polea, y calcularon la tensión interna cuando el compuesto de fibra de carbono de sección grande de 1660 mm2 conductor central pasa a través de la polea con diferentes diámetros inferiores.

Sobre la base de las investigaciones anteriores, se han obtenido algunos logros teóricos extraordinarios y experiencia en la construcción de líneas de transmisión, la tecnología de ajuste de tensión y las características de tensión de los conductores, obviamente. Sin embargo, el problema del daño del conductor durante la construcción de desenrollado de tensión aún no se ha resuelto perfectamente. Al mismo tiempo, la investigación principalmente sobre las características de tensión del conductor se basa en el modelo de todo el conductor, que no puede analizar claramente el estado de tensión entre hilos dentro del conductor. Por lo tanto, a través de un modelo de conductor relativamente simplificado, el software de simulación numérica ABAQUS se implementa perfectamente para analizar el comportamiento mecánico del conductor que pasa por la polea durante el proceso de desenrollado de tensión, y luego estudia las características de tensión entre hebras de la hebra de aluminio en estado de flexión. . Luego, la tensión del hilo de aluminio bajo el estado de flexión se analiza simulando la situación del conductor que pasa la polea nuevamente a través de la prueba, para proporcionar cierta base teórica para la construcción de compensación de tensión.

En la construcción de devanado de tensión, el conductor pasará a través del bloque de devanado en cada torre. A medida que la polea induce la extrusión y la flexión del conductor, se pueden estimular la deformación por flexión y la tensión local, por lo que el conductor que pasa a través del bloque es un proceso relativamente vulnerable del hilo de aluminio en la construcción de compensación de tensión. Por lo tanto, al centrarse en las características de tensión de la línea de transmisión en tensión, es necesario analizar primero el proceso de tensión del conductor que pasa por la polea.

Cuando el conductor está en tensión, la carga de tensión no excederá el 16% RTS del conductor nominal y el ángulo envolvente entre el conductor y la polea generalmente no excederá en 30. De acuerdo con esta condición de trabajo, el análisis mecánico de la conductor que pasa por la polea se lleva a cabo, como se muestra en la Fig. 1 a continuación.

Diagrama de fuerza del conductor que pasa por la polea.

En la Fig. 1, el conductor será ejercido por tres tipos de cargas durante el desenrollado y paso de la polea:

PD es la presión de la polea sobre el conductor. Para el cálculo se puede utilizar la siguiente fórmula:

F es la carga sobre el conductor en dirección axial durante el replanteo de tensión. El esfuerzo de tracción en la dirección axial se puede obtener de la siguiente manera:

σw es el esfuerzo de flexión del torón cuando el conductor pasa a través de la polea. Se puede expresar mediante la fórmula de Bach28:

En estas ecuaciones, G(N) es la gravedad del conductor en la polea; R(mm) describe el radio inferior de la polea; α(°) denota el ángulo envolvente del conductor que pasa a través de la polea; B(mm) expresa el ancho de contacto entre el conductor y la polea, y generalmente tomamos un tercio del diámetro del conductor; σL(MPa) es la tensión de tracción del conductor en dirección axial; El área de la sección del hilo de aluminio está definida por A(mm2); δ(mm) es el diámetro de un solo hilo conductor de aluminio; K1 es el coeficiente característico del esfuerzo de flexión y podríamos tomar el coeficiente empírico K1 = 0.375; E es el módulo de elasticidad del aluminio; DS(mm) es el valor calculado del diámetro inferior de la ranura de la polea.

Se supone que no hay preesfuerzo en la sección del torón mientras que el ACSR no está sujeto a fuerza externa. Como se muestra en la Fig. 2, se corta un segmento de microelemento de la viga sujeta a flexión pura, y los ejes de coordenadas y y x se establecen respectivamente a lo largo del eje de simetría longitudinal y el eje neutral de la sección. Después de doblar la viga, la línea recta ab se convierte en el arco a'b'. Si el ángulo relativo entre Secc. 1-1 y secc. 2-2 es dθ y el radio de curvatura de la capa neutra es ρ, entonces se puede obtener la deformación unitaria normal de la línea recta ab.

Con base en la ley de Hooke, podemos obtener la tensión normal a la distancia y del eje neutral en la sección transversal

De manera similar, suponiendo que se conoce el radio de curvatura en la sección del torón cuando el torón se somete a una carga de flexión, la tensión normal correspondiente se puede calcular de acuerdo con la ecuación anterior. La Figura 3 describe el modelo espacial de un cordón de conductor en estado de flexión, donde r es el radio de la capa de trenzado donde se encuentra el cordón, D es el diámetro de curvatura del cordón, φ es el ángulo entre la línea entre el centro de la sección del torón y el centro de la sección del torón y el radio de curvatura del torón, y θ es el ángulo entre el radio de curvatura y el eje y en el plano inicial del torón. Entonces podemos obtener la ecuación del parámetro de la bobina de la siguiente manera:

con el incremento dθ del ángulo incluido θ de la sección del cordón, el eje del cordón aumenta en dl, y el incremento del eje del cordón es dL, como se muestra en la Fig. 4.

Diagrama de la deformación geométrica de flexión pura de un haz de microelementos.

Diagrama de flexión del conductor.

Diagrama de incremento de eje de hebra.

Entonces podemos obtener algunas fórmulas relacionadas de la siguiente manera:

De estas ecuaciones se puede obtener lo siguiente:

Entonces, de acuerdo con las Ecs. (7)–(9), se puede dar la siguiente ecuación:

Así que la ecuación. (11) se puede obtener integrando la ecuación. (10)

Combinando Ecs. (6) y (11), podemos obtener las derivadas primera y segunda de la ecuación del parámetro curvilíneo, que puede considerarse como la ecuación analítica para el movimiento curvilíneo de un punto en el espacio. Entonces, la primera y la segunda derivada de la ecuación del parámetro curvilíneo son la velocidad y la aceleración, respectivamente. Al mismo tiempo, la Ec. (14) se puede dar a partir de las Ecs. (12) y (13) simultáneamente.

Debido a que la expresión de la curvatura es demasiado complicada, es apropiado usar el método numérico para resolver su valor correspondiente. La curvatura en un cierto punto de cualquier torón en un torón con un radio de curvatura fijo se puede obtener de la ecuación. (14), y la tensión en cualquier posición en esta sección de la hebra se puede obtener de acuerdo con la ecuación. (5).

Debido a la estructura especial de ACSR, la tensión interna del conductor es muy complicada cuando se suprime la carga externa. Como resultado, al establecer el modelo de conductor, debemos hacer las suposiciones necesarias para obtener un modelo de conductor relativamente simplificado. En este trabajo se proponen los siguientes supuestos para el modelo conductor29,30,31.

Hipótesis de simetría

La estructura de ACSR determina la simetría entre hebras y la similitud entre capas adyacentes. Por lo tanto, se puede usar para estudiar un solo hilo para extenderlo a la misma capa de hilo, y luego para estudiar la capa de hilo adyacente, para extenderlo a todas las capas de hilo.

Hipótesis final

Para el estudio de una sección de conductor, se puede considerar que un extremo del conductor es fijo y el otro extremo solo tiene grados de libertad axiales. Esta suposición se aplica principalmente de acuerdo con la situación real.

Hipótesis de contacto del conductor

De acuerdo con la estructura geométrica de ACSR, se puede considerar que el tipo de contacto entre el hilo central y el hilo adyacente es contacto de línea, el tipo de contacto entre los mismos hilos es contacto de línea y el tipo de contacto entre los hilos adyacentes es contacto puntual .

Hipótesis del ángulo de hélice

Bajo la acción de la carga, el ACSR tendrá una torsión relativamente pequeña, pero el cambio del ángulo de torsión es muy pequeño, por lo que se puede ignorar el pequeño cambio del ángulo espiral.

Suposición de sección transversal

En el proceso de tensión, el conductor se estirará o doblará debido a la carga externa compleja, pero la dimensión radial del conductor cambia relativamente poco, por lo que se puede suponer que la dimensión de la sección transversal de ACSR no cambia.

Con base en la base teórica de este capítulo, se puede discutir la influencia del ángulo envolvente, la carga de tensión y la fricción en las características de tensión del hilo de aluminio. Por lo tanto, para realizar una investigación más profunda, es necesario establecer un modelo de conductor razonablemente simplificado y considerar los siguientes aspectos:

Tratamiento simplificado del núcleo interior de acero

La mayor parte del daño del conductor es el daño del hilo de aluminio, por lo que las características de tensión del hilo de aluminio deben considerarse en el estudio de las características de tensión del conductor. Sobre la base de esta simplificación, el núcleo de acero interior del conductor se puede simplificar como un cilindro rígido, y luego se pueden estudiar las características de tensión entre hilos de cada capa de hilo de aluminio del conductor.

Consideración del modelo de construcción paso a paso.

Cuando se usa el modelo de conductor completo para estudiar las características de tensión del conductor, no es claro analizar las características de tensión de cada capa del hilo de aluminio. Por lo tanto, se puede considerar construir el modelo de conductor en dos pasos, es decir, establecer la misma capa del modelo de hilo y la capa adyacente del modelo de hilo para la investigación. Entonces, las características de tensión de la parte del hilo de aluminio de todo el conductor se pueden obtener por medio de inducción y recursión.

Tratamiento simplificado del mismo modelo de hilo de capa

El conductor tiene la simetría de la estructura. Al construir el mismo modelo de hilo de capa, el núcleo de acero interno se puede simplificar como un cilindro rígido, y se pueden construir tres modelos de hilo adyacentes de una sola capa para la investigación. Este modelo puede indicar directamente el estado de tensión de la misma capa en estado de flexión.

Modelo de tratamiento simplificado de hebras de capas adyacentes

Teniendo en cuenta el contacto, la fricción, la extrusión y otros factores entre las capas de hilos de aluminio, el núcleo de acero interno se puede simplificar como un cilindro rígido y luego los hilos de aluminio internos se pueden construir fuera del núcleo de acero. Al mismo tiempo, el modelo de tres hebras de aluminio adyacentes de una sola capa se puede construir en la capa más externa para la investigación. Este modelo puede reflejar mejor que en el estado de flexión, debido a la extrusión del conductor interior Características de distribución del estado de tensión causado por el contacto.

Proceso de investigación de las características de tensión del hilo de aluminio.

Una vez establecido el modelo de conductor, las características de tensión del hilo de aluminio se investigan mediante un análisis de simulación numérica. Finalmente, el ensayo mecánico y el análisis de simulación de tensiones del conductor que pasa por la polea se pueden realizar en base a la plataforma de ensayo del grupo de investigación.

Para estudiar las características de tensión del hilo de aluminio bajo diferentes ángulos envolventes, diferentes cargas de tensión y diferentes condiciones de fricción cuando ACSR pasa a través de la polea. Tomando el JL/G2A-400–45/7 ACSR como objeto de investigación y usando el comando helix en SolidWorks, podemos establecer el modelo de la misma capa de torón y el modelo de la capa de torón adyacente para la investigación y el análisis pertinentes. La longitud del conductor se toma como 200 mm y el modelo del conductor se muestra en la Fig. 5.

Diagrama simplificado paso a paso del modelo de conductor (a) El mismo modelo de hilo de capa; (b) Modelo de hebras de capas adyacentes.

Después de la construcción del modelo de conductor, se establece un modelo de polea adecuado. La polea adopta un tipo de ranura en R simple y el diámetro inferior de la ranura es DC = 560 mm. Luego se importa a ABAQUS para el análisis de simulación (como se muestra en la Fig. 6). Se puede observar que existen muchas interacciones entre los componentes del modelo, por lo que al establecer la correlación se puede utilizar el método dinámico para generar automáticamente la interacción entre los componentes. El comportamiento tangente del atributo de contacto se establece como función de penalización y el comportamiento normal se selecciona de forma predeterminada. Cuando se resuelve el modelo, se usa malla c3d8r para restringir todos los grados de libertad de un extremo del conductor, y el otro extremo solo retiene los grados de libertad en la dirección axial, y luego se aplica la carga de desplazamiento al conductor por la forma de extrusión de la polea.

Modelo de elementos finitos del conductor que pasa por la polea (a) El modelo del hilo de la misma capa que pasa por la polea; (b) El modelo de hebras de capas adyacentes que pasan a través de la polea.

Para estudiar las características de tensión del hilo de aluminio bajo diferentes ángulos envolventes, diferentes cargas de tensión y diferentes condiciones de fricción cuando ACSR pasa a través de la polea. Tomando JL/G2A-400–45/7 ACSR como objeto de investigación, se establecen el mismo modelo de hebras de capa y el modelo de hebras de capa adyacente para la investigación y el análisis pertinentes.

El JL/G2A-400–45/7 ACSR está compuesto por 7 hilos de acero y 45 hilos de aluminio, trenzados en 5 capas, con un diámetro exterior de 26,88 mm. Los parámetros relevantes de cada capa de conductor se muestran en la Tabla 1.

Cuando el conductor pase a través de la polea, se doblará y deformará, y se generará la tensión de flexión correspondiente en el hilo de aluminio. Para simplificar el proceso del conductor que pasa por la polea y facilitar el análisis de simulación numérica, primero se puede establecer el modelo del conductor y luego se pueden estudiar las características de tensión del hilo de aluminio en el estado de flexión moviendo gradualmente la polea para extruir. el conductor. El análisis simplificado del modelo específico de polea transversal se muestra en la Fig. 7.

Análisis del proceso de paso del conductor por la polea.

En la Fig. 7, el método de cálculo específico de cada parámetro es el siguiente (unidad: mm):

donde a describe la mitad de la proyección de la sección de contacto de la polea y el conductor en la dirección horizontal; b expresa la proyección horizontal desde la posición tangente de la polea y el conductor a un extremo del conductor; c denota la distancia horizontal desde el centro de la polea hasta un extremo del conductor; d es la distancia desde la posición tangente de la polea y el conductor a un extremo del conductor; e es la mitad de la longitud del arco correspondiente al ángulo de la envolvente; La distancia de movimiento de la polea está definida por f; θ es la mitad del ángulo de la envolvente; DC es el fondo de la ranura del diámetro de la polea.

Debido a que la tensión del hilo de aluminio se ve afectada principalmente por el ángulo envolvente entre el conductor y la polea, la carga de tensión y la fricción entre los hilos cuando el conductor pasa por la polea, la influencia de estos tres aspectos en el esfuerzo del aluminio La hebra debe estudiarse en el análisis de simulación del estado de tensión de la misma capa de hebra.

Debido a la influencia de la tensión local causada por la restricción fija de la cara del extremo, para estudiar las características de tensión del hilo de aluminio, se seleccionan tres secciones del mismo modelo de hilo de capa para el análisis de tensión: la posición de tensión máxima, la posición de 0,5 veces diámetro de paso y la posición de 1 veces el diámetro de paso. El coeficiente de fricción es 0,1. La carga de tensión es el 20 % de la resistencia a la tracción nominal, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente (tensión de von-Mises) se muestra en la Fig. 8.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio a 20% RTS (a) Diagrama de nube de tensión equivalente a tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente a 1 vez el diámetro de paso; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

El ángulo envolvente entre el conductor y la polea se cambia para análisis y comparación, y los resultados se muestran en la Tabla 2.

De acuerdo con el análisis comparativo de los resultados de la simulación anterior, se puede ver que bajo la carga de tensión del 20 % RTS, la tensión equivalente en la sección transversal del hilo de aluminio disminuye desde la posición del borde hasta la capa neutra, y la tensión equivalente máxima se encuentra en la posición de contacto del hilo de aluminio y el núcleo de acero. Por lo tanto, existe una gran posibilidad de que se dañe el hilo de aluminio y cuanto mayor sea el ángulo envolvente entre el conductor y la polea, mayor será la tensión interna del hilo de aluminio.

Bajo la condición de un cierto ángulo envolvente, se puede estudiar la influencia de la carga de tensión en las características de tensión de los hilos de aluminio en estado de flexión. De la misma manera, se seleccionan tres secciones del modelo de conductor para el análisis de tensión: la posición de tensión máxima, la posición de 0,5 veces el diámetro de paso y la posición de 1 vez el diámetro de paso. El coeficiente de fricción es 0,1. La carga de tracción es el 10 % de la resistencia a la tracción nominal, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente se muestra en la Fig. 9.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio al 10 % RTS (a) Diagrama de nube de tensión equivalente a tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente a 1 vez el diámetro de paso; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

La carga de tensión se cambia para análisis y comparación, y los resultados se muestran en la Tabla 3.

De acuerdo con la comparación y el análisis de los resultados de la simulación anterior, bajo la condición de un ángulo envolvente de 15° entre el conductor y la polea, el valor de la tensión en la sección transversal del hilo de aluminio disminuye desde la posición del borde hasta la capa neutra, y cuanto mayor sea Cuanto mayor sea la carga de tensión en el hilo de aluminio, mayor será la tensión interna en el hilo de aluminio, pero la influencia de la carga de tensión en el hilo de aluminio es relativamente pequeña en comparación con el ángulo envolvente.

Cuando se fijan el ángulo envolvente y la carga de tensión del conductor y la polea, se puede estudiar la influencia de la fricción en las características de tensión del hilo de aluminio en estado de flexión. Se seleccionan tres secciones del modelo del conductor para el análisis de tensión: la posición de la tensión máxima, la posición de 0,5 veces el diámetro de paso y la posición de 1 vez el diámetro de paso. En este momento, considerando la situación de no fricción. La carga de tensión es el 20 % de la resistencia a la tensión nominal, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente se muestra en la Fig. 10.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio sin fricción (a) Diagrama de nube de tensión equivalente en tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente a 1 vez el diámetro de paso; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

A partir de la Fig. 8, se muestra el diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con fricción. Luego, comparando el diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con fricción con el caso sin fricción, los resultados se muestran en la Tabla 4.

De acuerdo con la comparación y el análisis de los resultados de la simulación anterior, se puede saber que cuando el conductor está sujeto a una carga de tensión del 20% RTS y cuando se considera la fricción, el valor de la tensión del hilo de aluminio es menor en comparación con el caso. sin considerar la fricción. Al mismo tiempo, se muestra que la fricción entre los hilos de aluminio puede debilitar la tensión equivalente en la sección transversal hasta cierto punto.

Bajo la influencia de la tensión local causada por la restricción fija de la cara final, para estudiar las características de tensión del hilo de aluminio, se seleccionan tres secciones del modelo de hilos de capa adyacente para el análisis de tensión: la posición de tensión máxima, el punto medio y el 0,5 veces el diámetro de paso. El coeficiente de fricción es 0,1. La carga de tensión es el 20 % de la resistencia a la tensión nominal, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente se muestra en la Fig. 11.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio a 20% RTS (a) Diagrama de nube de tensión equivalente a tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente en la sección del punto medio; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

El ángulo envolvente entre el conductor y la polea se cambia para análisis y comparación, y los resultados se muestran en la Tabla 5.

De acuerdo con el análisis comparativo de los resultados de la simulación anterior, se puede saber que bajo la carga de tensión del 20 % RTS, el valor de la tensión en la sección transversal del hilo de aluminio disminuye desde la posición del borde hasta la capa neutra, y la tensión equivalente máxima aparece en la hebra de aluminio adyacente en la posición de contacto y comparando la tensión de la misma capa de hebras, se puede ver que la tensión equivalente de las hebras de aluminio aumenta desde la capa exterior a la capa interior, es decir, el valor de la tensión equivalente de la capa exterior de hebras de aluminio es menor, y el valor de tensión equivalente de la capa interior es mayor. Por lo tanto, la posibilidad de dañar los hilos de aluminio en la posición de contacto de los hilos de aluminio adyacentes es mayor, y los hilos de aluminio interiores se dañan más fácilmente que los hilos de aluminio exteriores. Además, de la Tabla 5, se puede ver que cuanto mayor sea el ángulo envolvente entre el conductor y la polea, mayor será la tensión equivalente del hilo de aluminio.

Bajo la condición de un cierto ángulo envolvente, se puede estudiar la influencia de la carga de tensión en las características de tensión de la hebra de aluminio en estado de flexión. De la misma manera, se seleccionan tres secciones del modelo de torones de capas adyacentes para el análisis de tensión: la posición de máxima tensión, el punto medio y 0,5 veces el diámetro de paso. El coeficiente de fricción es 0,1. La carga de tracción es el 10 % de la resistencia a la tracción nominal, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente se muestra en la Fig. 12.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio al 10 % RTS (a) Diagrama de nube de tensión equivalente a tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente en la sección del punto medio; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

La carga de tensión se cambia para análisis y comparación, y los resultados se muestran en la Tabla 6.

De acuerdo con la comparación y el análisis de los resultados de la simulación anterior, se puede saber que bajo el ángulo envolvente de 15° entre el conductor y la polea, la tensión equivalente en la sección transversal del hilo de aluminio disminuye desde la posición del borde hasta la capa neutra. y el esfuerzo equivalente máximo aparece en el hilo de aluminio adyacente en la posición de contacto, y comparando el esfuerzo de la misma capa de hilos, se puede ver que el esfuerzo equivalente de los hilos de aluminio tiende a aumentar desde la capa exterior a la capa interior . Además, cuanto mayor sea la carga de tensión en el hilo de aluminio, mayor será la tensión equivalente del hilo de aluminio, pero el efecto de la carga de tensión en el hilo de aluminio es relativamente pequeño en comparación con el ángulo envolvente.

Bajo la condición de que el ángulo envolvente del conductor y la polea y la carga de tensión sean constantes, se puede estudiar la influencia de la fricción en las características de tensión del cordón de aluminio en estado de flexión. Se seleccionan tres secciones del modelo de hebras de capas adyacentes para el análisis de tensión: la posición de la tensión máxima, la posición de 0,5 veces el diámetro de paso y la posición de 1 vez el diámetro de paso. En este momento, considerando la situación sin fricción, la carga de tensión es el 20% de la resistencia nominal a la tensión, el ángulo envolvente del conductor y la polea es de 15° y el diagrama de nube de tensión equivalente se muestra en la Fig. 13.

Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio sin fricción (a) Diagrama de nube de tensión equivalente en tensión máxima; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente en la sección del punto medio; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente a 0,5 veces el diámetro de paso; ( d ) Diagrama de nube de tensión equivalente general de hilo de aluminio.

A partir de la Fig. 11, se muestra el diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con fricción. Luego, comparando el diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con fricción con el caso sin fricción, los resultados se muestran en la Tabla 7.

De acuerdo con el análisis comparativo de los resultados de la simulación anterior, se puede saber que bajo la condición de que el conductor esté sujeto a una carga de tensión del 20% y cuando se considera la fricción, el valor de la tensión del hilo de aluminio es menor en comparación con el caso sin considerar la fricción. Al mismo tiempo, muestra que la fricción entre las hebras de aluminio tiene cierto efecto en la reducción de la tensión equivalente en la sección transversal. Además, la tensión equivalente en la sección transversal de la hebra de aluminio disminuye desde la posición del borde hasta la capa neutra y la tensión equivalente máxima aparece en la posición de contacto de las hebras de aluminio adyacentes. Comparando el valor de la tensión de la misma capa de hilos, se puede ver que el valor de la tensión equivalente de los hilos de aluminio tiende a aumentar desde la capa exterior a la capa interior.

Con el fin de profundizar en el estudio del estado tensional entre hilos de la polea de paso del conductor, se tomará como objeto de investigación el ACSR JL/G1A-630–45/7. En primer lugar, sobre la base de la plataforma de prueba del grupo de investigación, se llevará a cabo la prueba de la polea de paso del conductor y se medirá el valor de tensión del hilo de aluminio en diferentes condiciones de trabajo para estudiar las características de tensión del hilo de aluminio. en el proceso. Luego, de acuerdo con el modelo de conductor propuesto en este trabajo, se puede realizar el análisis de simulación numérica del conductor que pasa por la polea para obtener la situación tensional del cordón de aluminio en la posición correspondiente bajo este estado. Finalmente, se comparan la simulación y la prueba, que pueden verificar preliminarmente el mismo hilo de capa, así como el estudio preliminar de las características de tensión entre hilos del conductor bajo el estado de flexión.

La plataforma de prueba tiene una longitud de 4,3 m, una altura de 2,3 m y una superficie de unos 9 m2. El diagrama esquemático de la plataforma de prueba se muestra en la Fig. 14, que incluye aproximadamente cuatro partes: sistema de fijación, sistema de poleas, sistema de carga de tensión y sistema de adquisición de señales. El sistema de fijación se compone de bloque fijo, soporte móvil y abrazadera rígida, mientras que el sistema de poleas se compone de polea y dispositivo de tracción. Entonces, el dispositivo de tensión constante es la parte principal del sistema de carga de tensión, así como el sistema de adquisición de señal está compuesto por un sensor de tensión y un sensor de red de Bragg de fibra.

Diagrama de plataforma de prueba mecánica.

Cuando el conductor se somete continuamente a una carga de tensión, su estructura molecular interna producirá un alargamiento por fluencia permanente e irreversible. Después de aplicar la carga de tensión al metal, la tasa de alargamiento por fluencia es relativamente rápida al principio y luego se ralentiza gradualmente hasta que se detiene con el tiempo. Para ACSR, después de 48 h de carga de tensión, la deformación alcanza un estado estable. En esta prueba, el conductor recibe una RTS del 20 % mediante el dispositivo de tensión constante, y luego se inicia la prueba después de dejar el conductor a un lado durante dos días. El esquema de prueba es el siguiente:

Al principio, el ACSR debe fijarse en la plataforma de prueba, y luego la plataforma de prueba se ajusta para garantizar que el conductor esté horizontal. Luego, el cable metálico se usa para conectar la polea con el cáncamo. Finalmente, se utilizan pernos en U para bloquearlos firmemente para evitar que la polea se caiga cuando se realiza la prueba.

El sensor de rejilla de Bragg de fibra se pega a la superficie del hilo de aluminio que se puede encontrar directamente encima de la ranura de la polea. Luego, la señal se envía de regreso al demodulador para que el software de la computadora pueda determinar la longitud de onda.

La carga de tensión es impuesta sobre el conductor por el dispositivo de tensión constante. Además, la manivela de bobinado debe operarse para hacer que el dispositivo de tracción tire de la polea para que se eleve verticalmente. Entonces debería dejar de operar la manivela de bobinado cuando la longitud de onda va a cambiar. Además, la longitud de onda debe escribirse como la longitud de onda inicial. Por fin, el dispositivo de tensión constante pudo operarse para satisfacer la prueba.

A través del método de reemplazar el ángulo de la envolvente con el desplazamiento, se puede calcular el desplazamiento asociado con diferentes ángulos de la envolvente. Luego gire la manivela de bobinado lentamente para aplicar el desplazamiento vertical al conductor. Debe detenerse hasta que el ángulo envolvente se cumpla con el requisito de prueba, y luego se debe reducir la longitud de onda.

Repita el proceso de prueba y registre la longitud de onda de los diferentes ángulos de envolvente. Además, cambie la carga de tensión y repita la prueba tres veces, después de eso, la cifra final de la prueba es un promedio de los tres conjuntos de datos.

Basado en el principio del sensor de rejilla de Bragg de fibra, se puede calcular la diferencia de longitud de onda y luego se puede adquirir la microtinción de la hebra de aluminio a través de la transformación de la fórmula. Por lo tanto, el valor de la tensión se obtendrá en función del módulo de elasticidad del aluminio.

En esta prueba, se utilizan el JL/G1A-630–45/7 ACSR y una polea de ranura en R simple con un diámetro inferior de ranura de 550 mm. Ambos son el conductor real y la polea utilizados en la configuración de tensión real, por lo que la prueba tiene una alta autenticidad y confiabilidad, y los resultados de la prueba tienen una fuerte persuasión y pueden verificar preliminarmente la precisión del mismo modelo de capa y llevar a cabo cierta investigación. de las características de tensión del hilo de aluminio cuando el conductor pasa por la polea. La plataforma de prueba mecánica del conductor que pasa por la polea se muestra en la Fig. 15.

Plataforma de prueba mecánica de conductor que pasa por polea.

En el proceso de pasar la polea, el conductor será aplastado por la ranura de la rueda, lo que provocará una deformación por flexión. De la situación real, la tensión interna del hilo de aluminio en la mitad superior de la ranura de la rueda es diferente de la de la mitad inferior. Sin embargo, puede verse que la curvatura del hilo de aluminio en la mitad inferior de la ranura es mayor, mientras que la curvatura del hilo de aluminio en la mitad superior es menor. De manera similar, de acuerdo con el principio de transmisión de fuerza, la presión de extrusión de las dos partes del hilo de aluminio es básicamente la misma, por lo que la diferente tensión local producida por las dos partes del hilo de aluminio bajo la misma presión de extrusión generalmente es causada por la diferente curvatura. de las dos partes del hilo de aluminio y las diferentes variables de forma.

Según el análisis anterior, en la prueba, solo se debe probar la tensión del hilo de aluminio en la mitad superior de la ranura de la rueda, mientras que el estado de tensión del hilo de aluminio en la mitad inferior puede ser equivalente al estado de tensión de la mitad superior con gran curvatura. Además, de acuerdo con la hipótesis de simetría de la estructura del conductor y el mismo modelo de hilo de capa, al probar la parte superior del hilo de aluminio, podemos encontrar un hilo de aluminio directamente arriba para probar y estudiar, que puede satisfacer las necesidades de esta prueba. y satisfacer el propósito de la prueba. En el proceso de adquisición de datos, se utiliza el sistema de adquisición de rejillas de Bragg de fibra. Al encontrar la diferencia de longitud de onda de la condición de prueba correspondiente, se convierte la microdeformación correspondiente y luego se obtiene el valor de tensión interna del hilo de aluminio bajo esta condición. Al mismo tiempo, al disponer los puntos de medición de la rejilla de Bragg de fibra, las restricciones fijas en ambos extremos del cable de prueba provocarán una tensión local en el hilo de aluminio. Por lo tanto, el punto de medición debe ubicarse en el punto medio del cordón de aluminio. De esta forma, es posible evitar el error de prueba causado por la restricción fija en ambos extremos del conductor, para que los datos de prueba sean más confiables. Los parámetros estructurales del torón de aluminio con núcleo de acero JL/G1A-630–45/7 utilizado en esta prueba se muestran en la Tabla 8.

Durante esta prueba, es obvio que los principales factores que afectan el estado de tensión interna del hilo de aluminio son el ángulo envolvente del conductor y la polea y la carga de tensión del conductor durante la construcción de desenrollado de tensión. Por lo tanto, de acuerdo con las necesidades y los propósitos de la prueba, la influencia de diferentes ángulos envolventes y diferentes cargas de tensión en la tensión del hilo de aluminio se puede estudiar bajo la condición de la misma luz del conductor (la luz del conductor probada aquí es L = 1800 mm ).

Debido a la limitación de las condiciones de prueba y los errores de prueba inevitables, aunque esta prueba no puede ser consistente con el ángulo envolvente del conductor en el proceso de pasar por la polea, esta prueba ha sido relativamente capaz de satisfacer la investigación y el análisis de problemas relacionados. Por lo tanto, al estudiar la influencia del ángulo envolvente del conductor y la polea en el estado de tensión del hilo de aluminio, puede elegir una condición de prueba en la que el ángulo envolvente del conductor y la polea sea a = 3°, a = 6 °, a = 9°, a = 12° y a = 15°. En consecuencia, cuando se estudia la influencia del conductor en el estado de tensión de los hilos de aluminio bajo diferentes cargas de tensión, las condiciones de prueba se pueden seleccionar para la carga de tensión T = 0kN y T = 10kN.

Al determinar el ángulo envolvente del conductor y la polea, se implementa el método de desplazamiento que se ha discutido para controlar el ángulo envolvente. El ángulo de la envolvente se transforma en la carga de desplazamiento en la dirección vertical. El diferente ángulo envolvente del conductor y la polea se puede obtener aplicando diferentes cargas de desplazamiento al conductor a través de la polea. Las condiciones de trabajo específicas en la prueba son las siguientes.

Condición de prueba 1: la carga de tensión del conductor es T = 0kN.

Cuando la carga de tensión de ACSR en la prueba es T = 0kN, la longitud de onda de la fibra óptica bajo diferentes ángulos de envolvente medidos en la prueba y el valor de tensión convertido de ACSR se muestran en la Tabla 9.

Condición de prueba 2: la carga de tensión del conductor es T = 10kN.

Cuando la carga de tensión de ACSR en la prueba es T = 10kN, la longitud de onda de la fibra óptica bajo diferentes ángulos de envolvente medidos en la prueba y el valor de tensión convertido de ACSR se muestran en la Tabla 10.

A través de la prueba del valor de la tensión en el punto medio del cordón de aluminio en diferentes condiciones de trabajo, se obtienen las Tablas 9 y 10. Para encontrar más claramente la influencia del ángulo envolvente y la carga de tensión del conductor en la tensión interna del hilo de aluminio, el diagrama de curvas de la tensión de la sección en el punto medio del hilo de aluminio con el cambio del ángulo envolvente puede hacerse, cuando el conductor está bajo la condición de prueba 1 y la condición de prueba 2, como se muestra en la Fig. 16.

Diagrama de curvas de la tensión de la sección en el punto medio del cordón de aluminio con el cambio del ángulo envolvente bajo la condición de prueba.

En la Fig. 16, cuando la carga de tracción en el ensayo es T = 0kN, con el aumento del ángulo envolvente entre el conductor y la polea, la tensión equivalente en el punto medio del cordón de aluminio también aumenta positivamente, y aparece la misma regla cuando la carga de tensión es T = 10kN. Además, se puede ver en la figura que el gráfico de líneas de datos obtenido bajo la condición de prueba 1 generalmente está por debajo del gráfico de líneas de datos obtenido bajo la condición de prueba 2, lo que muestra que bajo el mismo ángulo envolvente, la tensión de la sección en el punto medio de la línea de hilo de aluminio aumenta con el aumento de la carga de tensión, pero de acuerdo con el análisis de comparación numérica, se sabe que el ángulo envolvente del conductor y la polea y la carga de tensión del conductor son los dos factores principales que afectan la interna Esfuerzo del hilo de aluminio. Y luego, la influencia del ángulo envolvente en el valor de la tensión de los hilos de aluminio es más evidente que la carga de tensión.

De acuerdo con el modelo de conductor propuesto en este documento, combinado con el tipo de polea utilizada en esta prueba y los parámetros estructurales relevantes de JL/G1A-630–45/7 ACSR, el modelo de conductor que pasa a través de la polea de acuerdo con la prueba es establecido. Para este modelo, para comparar con la situación de prueba y ahorrar tiempo de cálculo, la longitud del conductor se toma como L = 180 mm. Una vez establecido el modelo, se importa a ABAQUS para el análisis de simulación numérica (como se muestra en la Fig. 17). La interacción entre las partes del modelo todavía se genera automáticamente por el método de dinámica general. En la solución, todos los grados de libertad en una cara del extremo del conductor están restringidos y la otra cara del extremo solo retiene los grados de libertad en la dirección axial. Luego, la carga de tensión se aplica de acuerdo con las necesidades de la prueba y, finalmente, la carga de desplazamiento se aplica al conductor por medio de la polea que comprime el conductor.

Modelo de elementos finitos del conductor que pasa por la polea en el ensayo.

Según el modelo, se simulan dos condiciones de trabajo del conductor que pasa por la polea en la prueba, y luego se puede obtener el diagrama de nube de tensión equivalente del conductor que pasa por la polea a través del procesamiento posterior del software de simulación. En el análisis de los resultados de las pruebas comparativas y el estudio del estado de tensión del hilo de aluminio bajo este estado de flexión, se debe seleccionar para investigación el hilo de aluminio en la posición correspondiente en la prueba. Y en el proceso de análisis de simulación, es necesario realizar un análisis específico correspondiente a las condiciones de prueba.

Condición de simulación 1: la carga de tensión del conductor es T = 0kN.

Debido a la influencia de la tensión local causada por la restricción fija de la cara del extremo, al estudiar las características de tensión del hilo de aluminio bajo el estado de flexión del conductor, para ser consistente con la prueba, la sección en el punto medio del hilo de aluminio es seleccionado para el análisis de tensión, y la carga de tensión del conductor se toma como T = 0kN, y el diagrama de nube de tensión equivalente de diferentes ángulos envolventes entre el conductor y la polea se muestra en la Fig. 18.

Diagrama de nube de tensión equivalente de la posición del punto medio del hilo de aluminio con una carga de tracción de 0 kN (a) Diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 3°; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente con un ángulo de envolvente de 6°; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente con un ángulo de envolvente de 9°; (d) Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 12°; (e) Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 15°.

De acuerdo con el diagrama de nube de tensión equivalente de la simulación numérica, se puede ver que el estado de distribución de tensión de la posición del punto medio correspondiente de la hebra de aluminio en diferentes ángulos envolventes bajo la condición de simulación 1. Por lo tanto, para analizar y compare la tensión equivalente en la sección transversal, y para explicar el problema de manera más intuitiva, los resultados de esta simulación se pueden mostrar en la Tabla 11.

Condición de simulación 2: la carga de tensión del conductor es T = 10 kN.

Diagrama de nube de tensión equivalente de la posición del punto medio del hilo de aluminio con una carga de tracción de 10 kN (a) Diagrama de nube de tensión equivalente del hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 3°; (b) Diagrama de nube de tensión equivalente con un ángulo de envolvente de 6°; (c) Diagrama de nube de tensión equivalente con un ángulo de envolvente de 9°; (d) Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 12°; (e) Diagrama de nube de tensión equivalente de hilo de aluminio con un ángulo envolvente de 15°.

De acuerdo con el diagrama de nube de tensión equivalente de la simulación numérica, se puede ver que el estado de distribución de tensión de la posición del punto medio correspondiente de la hebra de aluminio tiene diferentes ángulos de envolvente bajo la condición de simulación 2. Al igual que con la condición de simulación 1, el Los resultados de esta simulación se pueden mostrar en la Tabla 12.

En base al ensayo anterior, se utiliza la simulación numérica del modelo de conductor propuesto en este trabajo para simular el estado tensional en el punto medio del cordón de aluminio bajo diferentes condiciones de trabajo, y se obtienen los diagramas de nube de tensiones equivalentes bajo diferentes ángulos envolventes. , y los resultados de la simulación se muestran en la Tabla 11 y la Tabla 12. Para analizar claramente los resultados de la simulación, se utiliza el mismo método de investigación que los resultados de la prueba para hacer el diagrama de curvas de la tensión de la sección en el punto medio del aluminio. hilo con el cambio del ángulo de la envolvente cuando el conductor está bajo la condición de simulación 1 y la condición de simulación 2, como se muestra en la Fig. 20.

Diagrama de curvas de la tensión de la sección en el punto medio del cordón de aluminio con el cambio del ángulo envolvente bajo la condición de simulación.

Se puede ver en el diagrama de la nube de tensión equivalente en el punto medio de la hebra de aluminio que la tensión equivalente en la sección transversal de la hebra de aluminio disminuye desde el exterior hacia el centro de la sección, es decir, la tensión en la capa neutra de una una sola hebra de aluminio es más pequeña y la tensión en el borde es mayor. La ley consistente con los resultados de la prueba se muestra en la Fig. 20: bajo las dos condiciones de simulación, con el aumento del ángulo envolvente entre el conductor y la polea, la tensión equivalente en el punto medio del hilo de aluminio aumenta positivamente; Al comparar los datos de la condición de simulación 1 y la condición de simulación 2, también se puede ver que con el mismo ángulo envolvente, la tensión de la sección en el punto medio del hilo de aluminio aumenta con el aumento de la carga en el eje del conductor. , y la influencia del ángulo de la envolvente sobre el valor de la tensión del hilo de aluminio es más obvia que la de la carga de tensión.

Con el fin de estudiar más a fondo las características de tensión del hilo de aluminio en diferentes condiciones de trabajo cuando el conductor pasa por la polea, y verificar preliminarmente la corrección y racionalidad del mismo modelo de hilo de capa. Ahora, los datos obtenidos de la condición de simulación 1, la condición de prueba 1, la condición de simulación 2 y la condición de prueba 2 se muestran en la Tabla 13 y la Tabla 14, y el diagrama de curvas de la sección en el punto medio del cordón de aluminio con el el cambio del ángulo de la envolvente se muestra en la Fig. 21 bajo la condición de prueba 1, la condición de prueba 2, la condición de simulación 1 y la condición de simulación 2.

Comparación de datos de estrés en diferentes condiciones de trabajo.

En la Tabla 13, a excepción de la condición de ángulo envolvente de 3°, el error de simulación y prueba es superior al 10 %, el error de otras condiciones está dentro del 10 %. En la Tabla 14, comparando los datos de la condición de simulación 2 y la condición de prueba 2, todos los errores son de alrededor del 5%. Las razones de este error pueden deberse a la precisión del propio instrumento y algunos errores en la medición, errores en el proceso de adquisición de datos y la precisión del análisis de simulación numérica. Sin embargo, se puede saber que tales errores están dentro del rango aceptable. Por lo tanto, en general, el valor de la tensión de la sección en el punto medio del cordón de aluminio obtenido por la simulación numérica está en buena concordancia con el valor obtenido por la prueba, lo que también muestra que el modelo de conductor utilizado en la simulación numérica es relativamente correcta y razonable. En la Fig. 21, también se puede ver que los resultados de la simulación numérica concuerdan bien con los resultados de la prueba en las dos condiciones. Ya sea la tendencia en el dibujo o el análisis comparativo de la simulación y la prueba, puede probar preliminarmente que el mismo modelo de hebra de capa propuesto en este documento tiene una mejor corrección y racionalidad, lo que también allana el camino para nuestra investigación adicional sobre el mecanismo de daño. del conductor en el futuro.

Además, se puede ver en las tablas y el diagrama de curvas bajo las dos condiciones de trabajo que el ángulo envolvente del conductor y la polea y la carga de tensión del conductor son los dos factores principales que afectan la tensión interna del hilo de aluminio. y la influencia del ángulo envolvente en el valor de la tensión del hilo de aluminio es más evidente que la de la carga de tensión. Por lo tanto, en la construcción del replanteo de tracción, es necesario tomar buenas medidas de protección para el conductor en su conjunto y minimizar el ángulo envolvente entre el conductor y la polea dentro del rango permitido. Además, teniendo en cuenta la influencia de la polea en el hilo de aluminio, se debe colocar el tipo razonable de polea de desenrollado y la arandela elástica en la posición de contacto entre el conductor y la ranura de la rueda para reducir el daño de la polea en el hilo de aluminio. .

Para discutir las características de tensión entre hebras de las hebras de aluminio en el estado de flexión cuando el conductor pasa a través de la polea, se construyen el mismo modelo de hebra de capa y el modelo de hebra de capa adyacente basado en teorías y tecnologías relacionadas. Luego, a través de la comparación y el análisis de la prueba y la simulación, se investigan las características de tensión del conductor en el estado de flexión y se verifica preliminarmente la racionalidad del modelo.

De este estudio se pueden extraer las siguientes conclusiones:

La tensión equivalente (tensión de von-Mises) en la sección transversal de las hebras de aluminio muestra una tendencia decreciente desde la posición del borde hasta la capa neutra, y la tensión equivalente máxima aparece en la posición de contacto de las hebras de la capa adyacente.

Cuanto mayor sea el ángulo envolvente y la carga de tensión de los hilos de aluminio, mayor será la tensión equivalente en la sección transversal. Además, en relación con el ángulo envolvente, la carga de tensión tiene un efecto apropiadamente pequeño sobre los hilos de aluminio. La fricción entre los hilos de aluminio tiene un cierto efecto en la reducción de la tensión equivalente en la sección transversal.

La tensión equivalente de los hilos de aluminio aumenta desde la capa exterior a la capa interior. Los hilos de aluminio internos tienen más probabilidades de dañarse que los hilos de aluminio externos.

Después de comparar y analizar los resultados de la prueba y los resultados de la simulación, se encuentra que la tensión equivalente en el punto medio del cordón de aluminio obtenido por la simulación numérica está en buena concordancia con la tensión equivalente obtenida en la prueba, lo que prueba que la misma capa El modelo de cadena utilizado en la simulación numérica es más preciso y razonable. Además, la influencia del ángulo envolvente sobre el esfuerzo equivalente del cordón de aluminio es más evidente que la de la carga de tracción. Por lo tanto, durante la construcción del replanteo de tensión, es necesario tomar medidas de protección para el conductor y reducir el ángulo envolvente entre el conductor y la polea tanto como sea posible dentro del rango permitido.

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Esta investigación fue financiada por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, número de subvención 2018YFC0809400.

Laboratorio Estatal Clave de Ciencia y Tecnología de Explosiones, Instituto de Tecnología de Beijing, Beijing, 100081, China

Xin Hu, Qingming Zhang y Cheng Shang

Escuela de Energía e Ingeniería Mecánica, Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China, Beijing, 102206, China

Zezhong Zhao y Xiaoming Rui

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Correspondencia a Qingming Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Hu, X., Zhang, Q., Zhao, Z. et al. Un estudio preliminar sobre la tensión del cordón de la línea de transmisión en el replanteo de tensión. Informe científico 12, 9473 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13300-3

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Recibido: 10 noviembre 2021

Aceptado: 23 de mayo de 2022

Publicado: 08 junio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-13300-3

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