輸電桿塔緊固件抗振防松試驗規程中振幅和頻率取值的探討

余虹云，錢 苗，高義波，錢 科，李文仙

（浙江華電器材檢測研究所 國家電力器材產品安全性能質量監督檢驗中心，杭州 310015）

輸電桿塔緊固件抗振防松試驗規程中振幅和頻率取值的探討

余虹云，錢 苗，高義波，錢 科，李文仙

（浙江華電器材檢測研究所 國家電力器材產品安全性能質量監督檢驗中心，杭州 310015）

為解決電力行業標準 《輸電桿塔緊固件抗振防松試驗技術要求》中試驗頻率和空載振幅的取值問題，選取了3種常規振幅和3種常規頻率，對同一批次緊固件進行了橫向振動試驗研究。研究結果表明，3種頻率對緊固件的橫向振動試驗結果影響不大，而不同空載振幅對緊固件的橫向振動試驗結果有較大影響。進一步研究了緊固件發生橫向振動斷裂的試驗條件，最終提出一組試驗頻率、空載振幅的建議值，為編制電力行業標準《輸電桿塔緊固件橫向振動試驗技術要求》提供參考依據。

緊固件；橫向振動；頻率；振幅

0 引言

到目前為止，用于評價緊固件防松性能的試驗方法中，橫向振動法是上世紀八十年代以來公認的效果較理想的方法，我國于1989年首次頒發了國家標準GB/T 10431-1989《緊固件橫向振動試驗方法》，并于2008年修改形成了第二版GB/T 10431-2008《緊固件橫向振動試驗方法》[1]，這是我國目前各行各業檢驗緊固件防松性能的唯一標準，主要被廣泛用于汽車緊固件、航空緊固件、風電緊固件、鐵路緊固件等各類緊固件的防松量化檢測。

熱浸鍍鋅緊固件使得輸電鐵塔構支架之間獲得了連接力。隨著電力鐵塔正朝著高速、大功率的方向發展，對輸電桿塔緊固件的松動和防松問題提出了更高的要求[2]，尤其是我國西北電網的大力發展，3 000萬kW“疆電外送”能力的形成，各種因大范圍存在的強風、沙塵、大溫差等極端氣象環境造成輸電桿塔緊固件松脫問題時有發生，給西北電網安全穩定運行帶來了難以想象的困難和挑戰。由此，輸電桿塔緊固件的防松性能被擺在了重要位置。

研究GB/T 10431-2008，認為該標準沒有針對熱浸鍍鋅緊固件的使用環境做出具體要求。例如GB/T 10431-2008中僅給出了試驗頻率的推薦值和振幅的正弦波形，對振幅沒有給出具體要求，缺乏可執行性。因此，專門針對輸電桿塔用熱浸鍍鋅緊固件起草了電力行業標準《輸電桿塔緊固件抗振防松試驗技術要求》，通過研究分析不同試驗頻率和空載振幅對橫向振動試驗結果的影響，最終提出輸電桿塔緊固件橫向振動試驗的試驗頻率和空載振幅，使標準更具可執行性。

1 橫向振動松動試驗

1.1 試驗原理

將被試緊固件安裝在試驗機上，施加扭矩使之產生夾緊力，在施扭過程中同時讀取扭矩和夾緊力值，直至達到預定的扭矩或夾緊力，停止施扭，然后開機。

借助于試驗機在被夾緊的上下兩塊相對運動的金屬板之間產生的交變橫向位移，使連接受到干擾而松動，導致夾緊力逐漸減小，甚至完全喪失。在試驗過程中連續記錄夾緊力的瞬時值，根據記錄數據的變化對比可以判斷緊固件防松性能。在試驗過程中，夾緊力減小得越慢，防松性能越好；反之，夾緊力減小得越快，防松性能越差。典型的夾緊力變化曲線如圖1所示[3]。

圖1 夾緊力變化曲線

1.2 FPL-600低溫橫向振動試驗系統

FPL-600橫向振動試驗系統由1臺三相異步電動機提供動力，采用寬V帶無級變速器調速，再經多楔帶傳動至偏心輪，偏心輪將旋轉運動轉化為連桿的豎直往復運動，最后由橫向力傳感器和連接板與試驗裝置動板連接。系統同時配置高低溫試驗箱（-40℃～60℃），可開展環境溫度試驗。

2 試樣選取及試驗參數的確定

2.1 試樣選取

為盡量減少緊固件試樣差異對試驗結果的影響，使試驗結果更具有可比性，采購了同一批次、性能等級、爐號、結構、螺紋規格及長度的熱鍍鋅緊固件。M20-6.8為輸電桿塔緊固件常用型號緊固件。

表1 緊固件試樣規格型號明細

2.2 試驗參數的確定

輸電桿塔所用熱浸鍍鋅緊固件的螺栓主要承受剪切應力，螺栓抗剪強度為0.62Rm，min，因此經驗得出螺栓承受的緊固軸力值需小于其最小拉斷力的62%[4]。為此，也進行了試驗驗證，對M20-6.8的緊固件扭斷時所承受的軸力進行了測試，其平均值約為99.33 kN，約為最小拉斷力標稱值的67.57%（如表2所示），從而驗證了上述經驗結論。

表2 6.8級緊固件扭斷夾緊力與標稱最小拉斷力的百分比值

以測試緊固件防松性能為目的，將預緊力設置為較為安全的最小拉斷力標稱值的40%。

試驗振動次數為5 000次。

試驗在室溫20±5℃范圍中進行。

試驗頻率選取較常用的5 Hz，10 Hz，12.5 Hz。

空載振幅為正弦波，選取較為常用的±1 mm，±1.5 mm，±2 mm。

試驗采用二因素三水平正交試驗法，試驗表如表3所示。

3 緊固件橫向振動試驗

3.1 試驗頻率對試驗結果的影響

在3組頻率下開展了M20-6.8緊固件的橫向振動試驗，共計90個試樣。試驗結果如表4所示，首先采用格拉布斯（Grubbs）準則對試驗結果進行異常值剔除[5]。

表3 緊固件防松性能規律研究參數設定

表4 三組頻率下緊固件橫向振動試驗數據

經過格拉布斯（Grubbs）準則檢驗后發現，f=5 Hz和f=10 Hz兩組數據中61.1%和36.8%為異常值，在剔除后，再對2組剩余數據進行異常值分析，如表5所示，再經格拉布斯（Grubbs）準則檢驗后，f=10 Hz一組數據中的55.4%為異常值，再次剔除。再對f=10 Hz剩余數據進行異常值分析后，無異常值。

表5 剔除異常值后緊固件試驗數據異常值分析

采用了繪制直方圖的方式對不同頻率下的緊固件橫向振動試驗數據進行了比較，如圖2所示。

經直方圖定性比較，3種頻率試驗條件下，5 000次振動后，緊固件的剩余緊固軸力與初始預緊力比值的均值較接近，分布也較相似，沒有呈現明顯的差別，且試驗過程都較平穩。因此，在試驗條件允許情況下，為保證試驗效率，建議試驗頻率采用12.5 Hz。

3.2 空載振幅對試驗結果的影響

在3組振幅下開展了M20-6.8緊固件的橫向振動試驗，共計120個試樣。試驗結果如表6所示，首先采用格拉布斯（Grubbs）準則對試驗結果進行異常值剔除。

經過格拉布斯（Grubbs）準則檢驗后，3組數據中無異常值需要剔除。此處采用了繪制直方圖的方式對不同振幅下的緊固件橫向振動試驗數據進行了比較，如圖3所示。

經直方圖定性比較，在3組振幅下，5 000次振動試驗后，對輸電桿塔緊固件的抗振防松性能影響較為明顯。

在s=±1mm試驗條件下，5 000次振動后緊固件的剩余緊固軸力與初始預緊力比值最高，呈現以86%為中心的類似正態分布，且試驗數據離散性小。

在s=±1.5 mm試驗條件下，5 000次振動后緊固件的剩余緊固軸力與初始預緊力比值較s=±1.5 mm試驗條件下略高，即呈現以30%為中心的類似正態分布，數據離散性大。

在s=±2 mm試驗條件下，5 000次振動后緊固件的剩余緊固軸力與初始預緊力比值最低，呈現以23%為中心的類似正態分布，且試驗數據離散性大。

同一批次熱浸鍍鋅緊固件在相同條件下開展橫向振動試驗，在排除了試驗數據異常值后，試驗數據離散性越大，越能反映同一批次緊固件防松性能的差異，有助于對比較判斷緊固件防松性能好壞。

通過本次試驗可得出，緊固件橫向振動試驗振幅在±1.5 mm和±2 mm之間選取。

圖2 不同頻率下緊固件橫向振動試驗數據對比

表6 三組振幅下緊固件橫向振動試驗數據

圖3 不同振幅下緊固件橫向振動試驗數據對比圖

3.3 振動斷裂試驗

在上百組試驗中，曾出現過緊固件在振動過程中斷裂的現象，為得出緊固件可能發生振動斷裂的試驗條件，設置了4組較苛刻的試驗條件：

表7 熱鍍鋅緊固件橫向振動試驗數據

每組試驗條件的緊固件試樣50顆，規格等級 M20×6.8，5 000次橫向振動試驗后，第（2），（3），（4）組試驗結果均正常，沒有出現振動斷裂。但第（1）組試驗結果中，50顆緊固件試樣，其中6顆出現了振動斷裂的現象，振斷率高達10%以上。第（1）組試驗如表7所示。

由此說明，當試驗振幅達到±2 mm、試驗頻率12.5 Hz，可能導致緊固件直接振動斷裂，不利于分析比較緊固件的防松性能。

4 結論

通過研究不同試驗頻率和空載振幅對緊固件橫向振動試驗結果的影響，得出以下結論：

（1）盡管3種試驗頻率對緊固件橫向振動試驗結果影響不大，若沒有實際使用頻率要求，仍然建議選擇12.5 Hz作為試驗頻率，可以提高試驗效率，并與GB/T 10431-2008的推薦值保持一致。

（2）選取12.5 Hz作為橫向振動試驗頻率前提下，空載振幅建議選取±1.5 mm，利于分析比較緊固件的振動防松性能，并且不會因為振幅過大、頻率和預緊力過高導致緊固件振動斷裂。

[1]GB/T 10431-2008緊固件橫向振動試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]竇金峰，韓寶林，宋廣偉，等.電力輸配電鐵塔緊固件的松動和防松方法[J].應用技術，2010（11）∶173-176.

[3]李維榮.螺紋緊固件防松技術及試驗方法研究[D].合肥：合肥工業大學，2005∶26-28.

[4]GB/T 16823.1-1997螺紋緊固件緊固通則[S].北京：中國標準出版社，1997.

[5]王文周.未知σ，t檢驗法剔除異常值最好[J].四川工業學院學報，2000，19（3）∶84-86.

（本文編輯：陸 瑩）

Study on Amplitude and Frequency Value for Anti-vibration and Loose Proof Tests of Fasteners Used in Pole&Tower of Transmission Line

YU Hongyun，QIAN Miao，GAO Yibo，QIAN Ke，LI Wenxian

（National Quality Supervision&Inspection Center of Electrical Equipment Safety Performance，Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute，Hangzhou 310015，China）

To discuss the test frequency and non-load amplitude value in the power industry standard of Technical Requirements for Anti-vibration and Loose Proof Tests of Fasteners Used in Pole and Tower of Transmission Line，the paper selects 3 regular amplitudes and 3 regular frequencies to and conducted transverse vibration tests on the same batch of fasteners.The result shows that the three frequencies barely have effects on the transverse vibration test results while the non-load amplitude has significant influences.Furthermore,the article further investigates the test conditions when transverse vibration rupture occurs，and provides a set of test frequency and non-load amplitude value，providing references to compilation of Technical Requirements for Anti-vibration and Loose Proof Tests of Fasteners Used in Pole and Tower of Transmission Line.

fasteners；transverse vibration；frequency；amplitude

TM75

B

1007-1881（2016）11-0067-05

2016-09-20

余虹云（1964），女，教授，從事電力器材檢測技術研究、開發及應用工作。