架空输电导线的表面接触与磨损机理研究

【摘要】： 架空输电导线在风振作用下会产生高频振动,线股之间随之发生振幅极小的相对运动,从而造成接触面间的摩擦、磨损,也会加速裂纹的萌生与扩展,使导线的疲劳寿命大大降低。本课题以钢芯铝绞线为研究对象,主要研究其内外层铝线接触表面,及其在微风振动条件下接触区的磨损机理。为提高导线运行寿命,减小因磨损导致的路损等提供理论与试验依据。 本文在导线磨损模拟试验的基础上,利用有限元计算和磨损微观分析相结合的方法,较为深入研究了钢芯铝绞线磨损机理。(1)通过线夹出口处导线受力研究表明受张力和自重影响,线夹出口处导线应力比较集中,磨损较为严重。(2)利用ABAQUS有限元计算软件对导线接触应力进行分析,得出了不同张力作用下导线间的综合应力分布、接触线股间的接触压力和摩擦剪切力,为导线磨损分析提供了数据基础。(3)通过试验模拟了0.08拉断力下导线的振动,对105、106、107循环周次下的导线磨损区和磨屑的外形尺寸和微观形貌进行观察统计,分析了导线的磨损过程与机理。试验表明导线磨损受线股间接触应力、振幅和振动角等因素的影响,导线微动磨损初期主要以表层组织逐层剥落迁移为主。导线接触表面在高接触压力作用下发生塑性变形,表层组织发生塑变硬化后物理性质发生变化,主要表现为硬度增大,脆性增强,在微动作用下发生剥落滑移。脱落的硬化层部分由磨损区边缘排出,部分继续碎裂为较小磨屑夹杂在接触面间加剧磨损。106循环周次下导线磨损区表面粗糙度最大,107循环周次后导线磨损进入稳定阶段。 本文的分析结果,对提高由于磨损导致的导线抗疲劳寿命下降具有一定理论指导价值,同时为导线设计方法,以及优化线路施工工艺等提供了试验与理论基础。