【摘要】针对现在电力部门使用的电力安全工器具力学性能试验机最小的也是20KN的机型，大而且笨重造价高占地面积大等弱点，提出研发一款新型便携式电力安全工器具力学性能试验机，利用丝杆提升加静压力液压的方式，依据电力关于颁发《电力安全工器具预防性试验规程》（试行）的通知（国电发[2002]777号）国标，研发一款新型电力安全工器具力学性能拉力试验机。
　　【关键词】力学性能试验，丝杆提升，静压力
　　1、 引言
　　传统的安全工器具力学拉力试验机采用双臂拱门式，也就是将两根液压缸固定在一块铸铁上，然后在两根液压缸的安装一根横梁，这当中铸铁的重量在200kg左右，单根63的液压缸在50kg左右，横梁在40kg左右，粗粗计算装置重量在350kg左右，对于运输或生产过程中需要搬迁都是一个不小的工程，所以传统的设备安装完后基本上就不会去移动，若需要移动时也往往需要联系厂家过来拆卸并安装调试;同时这种双臂的液压缸，吞油量也比较多，那液压站也比较大，对于空间有限的试验室来说，放置如此笨重而又庞大的设备，往往需要另置一块地方出来，对于城市用地紧张的今天，不但加大了企业的负担，浪费了空间，同时不利于集中生产，加大了工作人员负担。据调查一些比较偏远地区，工作站比较多的地方，工具送检不是很方便，往往要就检测单位，能够将设备带到现场检测，传统的安全工器具力学拉力试验机不便携带是个突出的问题。
　　居于以上这些问题的存在，新型安全工器具力学性能拉力试验机的研制，依据国标，将从便携，易安装，易操作等方面着手，解决生产过程中产生的问题，提高生产效率，保证安全生产。
　　2、技术内容
　　（1）测试范围
　　根据国家电力公司《电力安全工器具预防性试验规程》（国电发[2002]777号）要求，居于改进型新型电力安全工器具力学性能拉力试验机，在不脱离规程的情况下，进行新型装置的研制。预防性试验包括：安全带（围杆带、围杆绳、安全绳、护腰带）、竹木梯，安全帽、脚扣、脚踏板、腰带提等工具的试验。新型力学拉力试验机主要实现小巧，轻便，灵活，且不能脱离国标试验要求。
　　（2）技术参数：
　　最大拉力：5000N
　　最大开距：2600mm
　　最大压力（安全帽）：20KN
　　供电方式：AC220V  750W
　　尺寸：900mm*500mm*1500mm（长*宽*高）
　　（3）、研发内容
　　新型电力安全工器具力学性能试验机包括控制部分（笔记本）和测试装置两部分。测试装置部分包含液压系统、钢丝绳、伸缩杆、安全帽头模等一体式。
　　图一液压缸采用缸体Φ60，伸缩有效高度为500mm，经计算油缸的吞吐油量为1.56升，油箱可以很小。在油缸上安装有行程开关，用于监测伸缩的高度，液压缸伸到500mm时触动行程开关，油缸系统自动停止。在液压缸的伸缩轴的顶部安装一个吊环，吊环承受最大力值为20KN，方便悬挂夹具。
　　图一
　　由于油缸需要的刚需油量为1.56升，所以油箱采用容量为3升的箱体就足够，这样油箱可以做得很小，重量自然就轻了很多，将油箱做成长方体的形状，隐藏在测试装置的底板上，不当美观，同时增加底座的重量。液压系统包括：电机、油泵、换向电磁阀、保压阀、电控节流阀、油路块等。传统这些配件的安装方式都是直接安装在油箱上，若用这里采用传统常规的安装方式，将占用测试装置底座一大部分空间，同时不美观，为了更好的利用空间，我们将这些液压站系统部分安装在圆桶里，电机采用立式安装法。
　　图二圆桶的材质采用铁，将2mm的铁板卷成锥形，底面Φ450mm，顶部Φ280mm，高度1500mm，此圆桶可作为抱杆（电杆），可做不同规格的脚扣试验使用，抱杆底座不做密封，在抱杆底部焊接一铁环，作为安装的法兰，同时在抱杆的尾部壁上钻些小孔作为排气散热作用。当我们将液压站系统安装在底板好后，将抱杆扣在上面系统上，这样就不但节省了空间，使得装置看上去整洁美观。
　　在抱杆的顶部侧壁焊接一圆桩，圆桩起定位悬挂作用，在做升降板装置试验时将绳子悬挂在上面，这样就更好的进行试验。
　　图二
　　图三抱杆的高度有1500mm长，根据GB/T 2812-2006（安全帽测试方法）规定，安全帽试验包括冲击试验和刺穿试验，冲击试验：采用5kg的钢锤，材质为45#钢。穿刺试验：要求质量为3KG的钢锥。试验方法，将钢锤（钢锥）置于1米的高度，（钢锤（钢锥）的末端到安全帽的顶端的距离1米处），让钢锤做自由落体，钢锤落在安全帽上所受的冲击力小于4900N，且外观完好，安全帽为合格。所以我们利用抱杆1500mm的高度，在抱杆上安装一横杆，横杆上安装电磁铁，电磁铁的正下方，安装半圆形头模，头模安装在20KN的传感器上，用于做安全帽试验的装置，当电磁铁得电时，将钢锤吸附在上面，同时将安全帽扣在头模上，此时安全帽顶端到钢锤的末端的距离为1米。这样的安装方式，很好的利用了抱杆的高度，无需再立新的铁管，用于安全帽试验。
　　图三
　　图四前面说到静拉力部分采用Φ63有效行程500mm的液压油缸，对于安全带，安全绳试验，500mm的行程是满足不了的，所以装置中加入了预紧装置，预紧装置采用机械式伸缩杆，伸缩杆的有效行程是1.3米，伸缩杆本身采用1.5米的，当伸缩杆到达最高点时，有效距开距为2.8米，那么对于安全带、安全绳的试验来说这样的开距足够。
　　机械式伸缩杆采用Φ60的空心管，在机械式伸缩杆的顶部安装一三角传导线滑轮，三角滑轮与机械伸缩杆连接采用可拆卸的方式，这样有利于运输，滑轮上通过钢丝绳，钢丝绳的一头用卸扣的方式安装在液压缸上面的板环上，钢丝绳绕过线滑轮的另一端安装Y字夹具，Y字夹具上采用尼龙棒作为轮子的滑轮，尼龙轮子中间加工成一凹槽，此夹具主要作为安全带和安全绳试验使用，而在Y字夹具的正下方，也就是底座板上，也安装同样的夹具，底座的夹具安装在传感器上，这样保证试验过程中采集到的数据为施加在试品上的真有效值。 　　对于机械伸缩杆的安装，居于抱杆的高度为1.5米，所以我们将机械伸缩杆安装在抱杆的里面，并在抱杆顶部封上一块板，在板的上面开有孔供机械伸缩杆伸缩，同时在伸缩杆上安装位移检测装置，当机械伸缩杆到达最高点时，机械伸缩杆自动停止，同样但伸缩杆回到最低位时，机械伸缩杆能够自动停止。
　　图四
　　以这样的安装方式使得整个装置一体化，同时很好的利用空间，设备不但小巧，功能齐全，同时符合国标中的静拉力要求。
　　新型电力安全工器具力学性能试验机包括2部分控制，①是液压缸的控制，②机械伸缩杆的控制。
　　液压缸系统采用比例换向阀控制，可以很细密地控制油缸的伸缩速度，改变以往那种2档控制方式，使得试验平稳施力，不过冲。控制器（微电脑控制模块）采用德国西门子PLC，采集模块采用西门子高精度12位模数转换模块，最小分辨率达到1N，采用模块化控制系统增加系统的稳定性。机械伸缩杆的控制，通过西门PLC模块检测传感器数据的情况，来控制机械伸缩杆的运行方式，对于在预紧过程中，当PLC检测到，预紧过程中传感器过来的数值达到设定值的百分之几时，系统将关停伸缩杆，此时系统开启液压缸系统，完成试验。同时PLC模块还检测伸缩杆的位移请况，对于最高点和最低点时关停伸缩杆。
　　居于客户经常碰到现在没有三相电的问题，新型电力安全工器具拉力试验机的液压系统电机采用单相交流220V供电方式，真正做到适用性。
　　为了设备便于移动，在测试装置的底座安装高强度的轮子，在平常需要挪动位置的时候可以很容易，同时在底座的四个角安装螺杆式定位装置，在现在地面不平整的情况下，可以调节四个的定位螺杆使得装置能够平稳的放置，便于进行试验。
　　控制主机采用笔记本（便于携带），在笔记本上安装测试软件，测试软件采用友好的人机界面，软件针对试验项目，进行模块化设置，界面采用简洁直观的图片方式，对安全帽、安全绳、脚扣等电力安全工器具建立项目单，试验人员只需根据试品，电击相应项目，进入到下一界面（测试界面），测试界面包括设置力值，保持时间，测试实时数据显示，倒计时窗口，同时显示实时坐标，测试界面采用图片窗口化，直观简洁，操作起来方便易懂。试验结束后可点击进入报表界面，报表根据国标制定，显示试验项目、试验立值、送检单位、检验人、试验结果、外观检查、试验力值的加载曲线。报表可以通过打印机打印出符合要求的纸质A4纸报表，也可以点击保存，将报表保存在电脑的硬盘上。
　　结论：
　　1、通过图形的模拟，5KN的拉力试验机完全可以小型化。
　　2、 通过理论数值的分析此液压加丝杆方式能完全符合电力现场试验的需要。
　　3、 根据设计，产品成型后将会给电力生产带来很大便捷性。
　　参考文献：
　　1、国家电力公司（印）二OO二年十一月七日关于颁发《电力安全工器具预防性试验规程》（试行）的通知（国电发[2002]777号）。
　　2、本研究受到中国南方电网有限责任公司2014年第一批科技项目《新型便携式电力安全工器具力学性能试验机研制》的资助。