李毅军，王洪礼

（新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

0 引言

圆线同心绞架空导线指无保护层和绝缘层的导电线材，价格便宜、使用方便，在国家电力工程建设中被广泛应用，用量极大。额定抗拉力是反映圆线同心绞架空导线质量性能的关键指标，其质量的好坏直接影响着输电线路工程的质量，为验证圆线同心绞架空导线的可靠性和可用性，应力—应变的实验结果可以解释导线强度的要求[1]。

试验机是进行各种实验研究的基本设备，由于试验研究的不同需求各种试验机也应运而生。拉力试验性能参数是材料非常重要的性能指标之一，为满足异种材料的拉力试验的不同需要，拉力试验设备生产厂家设计了多种型号的拉力设备。这些试验机构造基本一致，根据规范设计进行加工制作，可以测定常用材料的力学性能指标。对于一些用于特殊领域的工程材料，目前现存的拉力设备不能满足实验的规定要求；而对一些特殊材料重新定制拉力试验设备会产生大量费用，因此在现有的拉力试验设备上进行技术升级、合并改造以满足试验要求是一种方便可行的方法[2]。

依据GB/T 1179—2017《圆线同心绞架空导线》应力—应变试验方法的要求，已有的2000 kN 微机控制电液伺服卧式拉力试验机的有效工作空间、传感器、引伸计和位移数据采集仪、测控软件无法满足要求，在此背景下对试验机进行改造，试样头部采用压接、环氧树脂或低熔合金型式进行连接，以此完成对圆线同心绞架空导线应力—应变试验。

1 试验机概述

2000 kN 微机控制电液伺服卧式拉力试验机主要由主机、控制柜、液压源、控制系统和辅助工具组成。

1.1 工作原理

打开设备总电源开关，试验机开始工作。液压系统电机开始运转，带动油泵启动，排除油泵内高压油。高压油进入工作油缸，工作活塞被推动并使横梁运动，横梁通过拉杆带动前夹头移动。当横梁被顶出时，前夹头与后夹头之间距离增大并进行拉力试验。

在拉伸实验过程中，装在横梁上的负荷传感器可以把压力变化为信号和装载在试样上的引伸计把位移信号一并传给微机系统。这样，通过微机系统对压力和位移的采集、放大，计算机屏幕上显示出试样拉力试验参数曲线图。同时对实验数据可进行处理打印等操作。

1.2 主要技术参数

最大试验力2000 kN；量程范围200～2000 kN；最大有效拉伸空间长度10 000 mm；测力方式，负荷传感器测力；引伸计定标距500 mm；引伸计行程15 mm；测控软件，试验机专用软件。

2 改造方案

此次对试验机的改造主要涉及增加有效拉伸空间长度、增加小量程压力传感器、增加可变标距传感器和位移数据采集仪、修改测控软件四部分组成，对试验机原有的油路、电路不造成影响，但是增加小量程传感器和位移数据采集仪，因此改造完成后需要计量检定部门对试验机力值和引伸计位移值进行检定/校准合格后方可进行试验。

2.1 有效拉伸空间长度改造

原有试验机有限最大拉伸空间为10 000 mm，依据GB/T 1179—2017《圆线同心绞架空导线》中6.4.3 中规定，导线试样长度应为导线直径的400 倍，且最小值＞10 m，常用导线最大绞线直径为42.1 mm，要求试验机有效拉伸空间＞16 840 mm，考虑到装夹余量，在原有试验机上增加与原试验机框架相匹配的框架7.2 m，增加试验机的有效拉伸空间以满足试验要求。

2.2 传感器改造

原有试验机试验力量程范围200～2000 kN，依据GB/T 1179—2017《圆线同心绞架空导线》中常用额定拉断力最小值12.55 kN，原2000 kN 卧拉拉力传感器在小力值40 kN 以下达不到1 级要求精度，不能满足需要。故增加1 个小力值传感器，且对精准控制的硬件进行改造，能独立与原有试验机操作系统连接使用，并实现控制参数：最大试验力，300 kN（精度0.5 级）；测力范围，2%～100%FS；可在任意力值点固定平稳保持测量值，可按设定试验程序在规定的试验速率下均匀平稳加力、减力（至零位），以满足试验力值范围的要求。

2.3 引伸计和位移数据采集器改造

原有试验机引伸计为定标引伸计500/15，依据GB/T 1179—2017《圆线同心绞架空导线》标准D.5.3 要求：通过测量导线标距两端的位移用来测定导线应变；导线试样长度应为导线直径的400 倍，且最小值＞10 m。故采用位移传感器标距（可变标距引伸计）5000 mm，两侧为光栅尺；位移传感器行程，±100 mm；位移传感器线性度，≤±0.1%；位移传感器分辨率，0.002 mm，且位移数据采集仪对位移数据进行采集，以满足试验位移控制的要求。

2.4 测控软件改造

原有试验机测控软件为专用测控软件，专用测控软件具有多级液压加载、连续加荷平稳、多级试验力保持（保持控制时间≥30 min）、自动保载、自动采集并储存数据、绘制曲线，自动打印试验报告，计算机适时控制试验进程、显示试验力及试验曲线，软件具备外部突然断电测试数据及曲线自动保存功能。依据GB/T 1179—2017《圆线同心绞架空导线》标准D.6 导线的试验负荷要求其软件自动绘制整个试验过程的应力—应变曲线，并自动计算出弹性模量；对原有专用测控软件进行升级改造，可实现施加到30%RTS 负荷，保荷0.5 h，试验期间，自动读取读数，并自动卸载到初始负荷；施加到50%RTS 负荷，保荷1 h，试验期间，自动读取读数，并自动卸载到初始负荷；施加到70%RTS 负荷，保荷1 h，试验期间，自动读取读数，并自动卸载到初始负荷；施加到85%RTS 负荷，保荷1 h，试验期间，自动读取读数，并自动卸载到初始负荷；在完成试验程序后，再均匀增加负荷直至试样发生破断，但在负荷达到85%RTS 前，仍如前所述的同样时间间隔读取拉力和伸长数值；在试验过程中载荷增长应匀速，达到30%RTS 的时间应在1～2 min，实验过程中载荷增长应保持恒定。程序完成后软件应能自动绘制整个试验过程的应力—应变曲线，并自动计算试验程序中的弹性模量，以满足试验程序控制的要求；软件自动绘制整个试验过程的应力—应变曲线（图1）。

图1 整个试验过程的应力—应变曲线

2.5 计量检定/校准

对已经完成改造的试验机力值和位移值依据JJG 139—2014《拉力、压力和万能试验机检定规程》进行计量检定/校准，按照计量检定/校准规程的规定对位移和力值2%、10%、20%、40%、60%、80%、100%进行检定/校准，检定/校准结果合格，符合检定规程的要求。

3 结语

经使用证明，改造后的拉力机具有两套试验机测量系统，改进效果良好，既可以满足金属材料、钢丝绳、预应力钢绞线的拉伸试验要求，又可以满足圆线同心绞架空导线拉伸和应力—应变试验的要求，扩展了试验机的使用功能。