压接复合电绝缘子的方法和装置 本发明涉及的是一种高、中或低电压用复合电绝缘子的压接技术(crimping)。
复合绝缘子包括一结构坚固的常常由玻璃纤维制做的核心或棒，一组电绝缘裙部(insulating shed)，以及两个压接在该电绝缘子的暴露端上的金属的端接头。按照该绝缘子的特定规范(SML＝规定的机械负荷)，该绝缘组件，因而压接的接合处必须能经受张力。
复合绝缘子的主要故障类型都是在压接过程中在该金属的端接头内玻璃纤维棒的开裂。在这过程中，利用一液压机沿径向将模具向该心棒推压。在该工作行程中间，该模具对该金属的端接头的四周进行压接。这种压接作用将该钢的制件挤压在该玻璃纤维棒上，同时使该钢的制件永久变形。由于玻璃纤维的特殊材料特性，这样的一个玻璃纤维棒在其纵向上具有很大地结构强度，但在其径向上的结构强度却是有限的。
在压接过程中，当由于过分压接在该玻璃纤维棒中引起的压应力在横向上超过该棒的耐压强度时，就会出现开裂。而且，还可能由于该钢制端接头的钻孔表面粗糙而引起应力集中。在压接过程中这些应力集中可使该玻璃纤维棒发生故障，因而导致在该玻璃纤维棒与该端接头之间的机械耦连变弱。
在整个工业界检测裂隙的传统方法是声学检测法，也就是，利用一些适当的声学监测器和放大器检测压接过程中当裂纹出现时的裂纹噪音。但是已经表明，这种声学监测的方法是难于使用的。实际上，该监测常常限于一些临时的样品而不是整个生产过程，结果使一些不合格的连接被漏检。
因此，本发明的目的在于提供一种具有高度可靠性的监测金属端接头在棒上的压接质量的方法。
本发明的另一目的在于提供一种经济而容易使用的监测金属的端接头在棒上的压接质量的方法。
本发明的再一目的在于提供一种能监测金属的端接头压接在棒，如玻璃纤维棒上的压接质量的压接装置。
因此，利用具有压接夹片(crimping jaw)的压接装置将金属的端接头压接在一电绝缘子的电绝缘心棒上的监测方法按本发明具有下列特征：
●在压接过程中可测量由该压接夹片所施加到该端接头上的力和/或压力，
●在压接过程中可测量该压接夹片所行进的距离。
●可对不随距离的增加而增大的力/或压力进行检测。
这样本发明就可提供一种新颖的检测方法，它可检测在该压接操作过程中由开裂或基质损坏(matrix failure)所引起的心棒故障，它利用了力和/或压力传感器来监测和预报心棒的开裂。与由声学检测方法提供的间接显示相反，通过利用力和/或压力传感器就可实现纤维玻璃棒中应力的直接显示。而且，该检测在压接操作过程中是作为连续过程进行的，因而可使用在整个生产过程中，这样就提供了更大的可靠性。另一优点是，当检测到严重的开裂时可立即将该绝缘子废弃，这样就节省了另外的工序。
利用传感器来监测压接过程是很熟悉的，如象用来监测将电连接端子压接在电线上。例如，欧洲专利申请EP 0,460,441就公开了一种用来测定将电连接端子压接在电线上时的电连接质量的方法。该电连接的质量可通过收集力和位移的数据，并将这些数据与标准数据进行比较的方法来监测。这里并不存在在具有脆性结构的心棒，如玻璃纤维棒上的压接。而且，想要达到的目的是使该受监测的压接过程能提供一良好的电连接，而该机械连接的质量和抗张能力则只是第二重要的。
欧洲专利申请EP 0,397,434也公开了一种监测电连接端子压接在金属线上的方法，因而解决了一些与本发明不同的问题。一类似的监测在电线上的压接质量的方法被公开于美国专利US 5,168,736中。这些文献没有一篇提出过涉及将端接头压接在电绝缘子的玻璃纤维棒上的有关问题。
在本发明的方法中，可对施加的力与行进的距离的比率和/或施加的压力与行进的距离的比率进行计算，任何这样的比率变化都可用来检测基本不随距离增加而增加的力或压力。做为选择，也可说，另外可以使该施加的力与行进的距离和/或施加的压力与行进的距离显示出来，以便能对施加的力和/或施加的压力不随行进距离的增加而增加的情况进行目视检测。
虽然本发明是通过一个利用行进距离来监测压接过程的实施例来说明的，但还可测量压接过程所用的时间来代替行进距离，或除了行进距离外还测量上述时间。当利用所用时间来作变量时，最好检测在某一时段内施加的力或压力的减小。
如上所述，本发明可提供一新的、优越性能的控制方法，它能用来检测在压接过程中玻璃纤维棒的故障情况。把这种技术结合到压接机中将改善该绝缘子的机械特性质的量保证。因此，本发明还提供了一压接装置，它具有一些压接夹片用来将金属的端接头压接在一电绝缘子的电绝缘心棒上，该压接装置的特征是，力和/或压力传感器与该夹片相连以便能监测压接操作的进展，从而通过测量该夹片施加到正被压接的端接头上的力和/或压力与该夹片行进的距离来检测过压接(over-crimping)。
有利的是，上述的一些传感器都是安放在固定于夹片上的压接模具中。这就只需要对该模具进行改变，而不是改变夹片。在一优选实施例中，该模具由一些固定的母模和一些可互换的压接模组成，该传感器就安放在这些母模中。这就可保证这些传感器是在该压接装置中，而不管使用的具体的压接模具如何。此外，由于不需要提供带有传感器的一些单个的可互换的压接模具，所以在本实施例中需要的只是一单个的传感器或传感器组。
本发明将借助附图作进一步的描述，其中：
图1用局部剖面的方式示意地表示出一绝缘子，它具有一心棒和两个压接上的端接头。
图2a和2b用部分截面的方式示意地表示出一按照本发明的压接装置；
图3a和3b示意地表示出在压接过程中力与距离的关系曲线；
图4a和4b示意地表示出在压接过程中力与时间的关系曲线；
用图1的例子表示的电绝缘子装置1包括一用电绝缘材料，如象玻璃纤维做的电绝缘心棒2。在棒2的两端装有金属的端接头3。在该两端接头3之间的棒长被具有一些裙部5的套筒4所包围。该套筒4最好是用聚合材料制作而且可用冷缩配合方法套在该心棒2上。
通过在压接区域6压接该接头的方法，将该端接头3固定在该心棒2上，将借助图2a和2b对此作进一步的说明。采用压接该端接头的方法，就可使用最少数的零件。但是，发现该压接过程却可以使该心棒中出现一些裂缝，这就导致该绝缘子的抗张能力的严重下降。
如图2a和2b所示意的那样，一压接装置可以包括一些压接夹片11。在本例子中该装置包括8个夹片11，为了清晰起见，只画出了其中的两个。不是8个，其它的数目，如6个也是可行的。在每个夹片11上都安装有一分立的模具。在所示的实施例中，每个模具都由一母模12和一压接模13组成。该8个母模12可永久地固定在相应的夹片上。各压接模13都是借助，例如，合适的螺栓(未画出)可拆卸地和可互换地安装在母模12上。这些楔形的模具装置将一绝缘子1包围起来，准备将端接头3压接在其心棒2上。最初，在心棒2和端接头3之间有一间隙17。在压接过程中，上述模具向该绝缘子移动，如图2b所示，施加一压力在该端接头3上以便使它们永久变形并产生一压配合。
按照本发明，在压接机的母模12中放置一力或压力传感器15，在所示例子中是放置在270°的取向位置上(0°位置在该装置的右边)。该传感器的输出信号被送到一放大器(未画出)中，该放大器将它转变成力的指示信号。上述模具行进的距离可利用众所周知的位移传感器或光学的位移测量装置来测量。
图3画出了该传感器(探测器)的输出与模具12和13在径向上的行进距离的关系曲线。如果在压接过程中玻璃纤维棒开裂了，则可用这种信息清楚地指示。
在没有发生开裂的正常压接过程的情形中，力F或压力P(以垂直轴表示)随着以水平轴表示的行进距离d的增加而近似地线性增加。这表示在图3a中。力F(Y-轴)和距离d(X-轴)之间的基本的线性关系，如图3中的细辅助线所示，因而就表示一良好的压接操作。
在心棒开裂的情形，压接距离就有一瞬时的增加，而施加的力却没有变化，如图3b所示。这种距离的瞬时增加可由在X处的曲线斜率的突然变化清楚表示。在距离dx处，力F并不会增加超过最大力Fx，这就表示在该心棒中出现了开裂。这结果在压接过程中可始终用来对开裂心棒和无损心棒进行区分。
将图3b的曲线显现在一显示屏上就可对破裂进行目视检测。另外，还通过在预定时间间隔(例如，每0.1秒)上计算力与距离的比率(尤其是：力的增加和距离的增加的比率)来进行机器辅助检测，在该比率的变化大于预定的百分比，例如25％或50％时，就会产生一警示信息。对于业内人士来说将会明白，可利用各种技术来使该检测过程最优化，例如对很多样品，例如5或10个样品的比率取平均的方法。
图4a和4b的曲线图示出本发明的另一实施例，这个实施例可用来代替上述实施例，也可和上述实施例一同使用。对于一没有出现开裂的压接过程来说，随时间所施加的力图示在图4a中。最初，该力常常以一预定的速率(等变)随时间增大。这第一时段用图4a中的I表示。当达到预定的最大力时，那个力就在用II表示的第二时段保持不变。最后，该力在用III表示的第三时段减小到0。如图4a所示，该曲线相当平滑，在第一时段I具有基本恒定的斜率，而在第二时段II为基本等值的水平线(力)。
对于一确实出现开裂的压接过程来说，该随时间所施加的力图示在图4b中。该曲线与图4a的曲线很类似。但是，在时间tx处却出现了开裂，这就导致了所施加的力的突然减小。在曲线上这点是用X表示的。在所示的例子中，该裂缝和由该传感器测量的该裂缝所导致的力的减小都在时段II出现。将会明白，裂纹也可在时段I出现。当在时段I出现裂纹时，也影响该曲线的斜率。但在本实施例中，检测的判据是力的减小而不是没有增加。它表明了，在实际上，所测量的力的减小是很容易检测的。
将会明白，图4a和4b的曲线同样很适用于压力和时间的关系。
从上述将很清楚，标准的压接机可很容易地通过增加力和/或压力传感器来加以改进。因而，本发明并不需要对现存设备作费时而或昂贵的改变。
例子
通过增加一些监测用的力传感器而改进了一标准的压接机。
主要的压接技术变量，压接压力、压接距离、压接维持时间以及负荷等变率(load ramp rate)都被确认为关键压接参数。因此，这些参数都被选作Taguchi试验，表1.1的基础，该试验的目的是检验该机器对于这些参数的灵敏度。上述试验还设计成这样，使得在一些试验中将诱发出压接连接的故障。在压接操作过程中，在液压头内测量的总合压力、该模具行进的距离、以及在基模中测量的力都被记录和记载下来。在破坏试验中，画出力与伸长的关系曲线。按预定的等变率(kN/分)将破坏试验的负荷一直施加到损坏为止。
表I试验序号压力-1压力-2等变率保持时间 样品 1 9 95 5 4 3 2 9 100 30 7 3 3 9 105 55 10 3 4 9 95 30 10 3 5 9 100 55 4 3 6 9 105 5 7 3 7 9 95 55 7 3 8 9 100 5 10 3 9 9 105 30 4 3
压力-1：预载压力，在这压力上，该机器对端接头进行检测并开始使压力线性上升到一规定的程度。
压力-2：压接压力。
等变率：施加压力-2的变化率。
保持时间：该压接压力(压力-2)维持的时间。
将上述传感器(力传感器)放置在基模(母模)中，从而不必将传感器安装到每个单独的压接模具组(individual dieset)中。对于该传感器的位置请参看图2。共有3个加工过的“母模”用来装配两个力传感器。它们是安放在90°、180°、270°位置上的模具。安装这两个传感器是为了对在该模具前面和后面传递给该端接头的力进行比较。这种改进所用的传感器和放大器是从KISTLER仪器公司获得的。
发现最好是，由于该压接头的机械构形的原因，该两力传感器应安放在位于270°的母模中，参看图2a。
Taguchi试验：在第一批试验期间，压接了27个样品并对每次压接时的压接变量都作了记录。变量信息都收集在表3中。
眼下请注意，该力传感器还未为读取力的实际读数进行过校准。但是，它是以库仑来计数的并被整理为相对值。
从压接力与位移的关系曲线的特征形状就可预报在该破坏试验过程中该绝缘子的故障类型。在破坏试验过程中的三种故障类型是：
1.心棒断裂，
2.由于过分压接而造成的基质裂缝，以及
3.心棒拉出：这时由于损坏，即没有开裂的损坏，而将心棒从端接头中撤出。
图3a和3b图示出了清楚地未损坏和明显开裂情形的曲线形状上的确定差别。
列在下面的结果概括了编号为X.1、X.2、X.3的试验结果和预报的故障类型，上述编号为对每组条件所进行的三个试验的编号，而符号A和B是该组合件的两相反端的标记。这些表中的省略符号解释于下：
预报的故障类型的省略符号：
G-PO：好的部分，在负荷＞绝缘子的SML(kN)时，断裂或拉出。
B：在负荷＜绝缘子的SML(kN)时断裂。
M：基质开裂。
故障类型的省略符号：
B：由于高拉力负荷引起的断裂。
PO：拉出。
S：碎片，由于在孔径改变时锋利的边缘引起的纤维损坏。
R：由于钻孔在孔中造成的凸起对纤维的损坏。
C-B：压接产生的心棒裂缝。
M：在压接过程中的基质损坏。
表2 试验 号 记录的峰 值压力 预报的 故障模 式组合件的预报故障 端A或B实际故障模式组合件的实际故障端A或B 故障负 荷kN 正确的 是/非 (Y/N) 1.1 98.1 98.3 A B-R 95 Y 1.2 99.5 99.8 A B-S 110 Y 1.3 98.5 98.3 A/B B 93 Y/N 2.1 104.7 104.7 A B-R 110 Y 2.2 106.1 104.1 B B 105 Y 2.3 / 104.9 A B-M 115 Y 3.1 111.3 111.4 A B 62 Y 3.2 112.8 / A/B B 59 Y 3.3 112.6 / / / / / / 4.1 99.1 99.5 / / / / 4.2 98.6 / / PO 110 Y 4.3 99.4 99.6 A B 55 Y 5.1 105.3 104.7 B PO 120 Y 5.2 105.8 108.1 / / / / / 5.3 / 107.5 A B 115 Y/N 6.1 106.7 107.9 B B 70 Y 6.2 107.9 107.8 A B 80 Y 6.3 107.7 108.1 A/B B 65 Y 7.1 101.8 103.7 B B-PO 65 Y 7.2 100.6 / A B 105 Y 7.3 / 103.3 A/B B 105 Y/N 8.1 104.4 103.1 A/B B 110 Y 8.2 102.2 103.4 B B 100 Y 8.3 104.4 102.2 试验数据 不充分 B 120 / 9.1 111.5 109.2 A C-B 78 Y 9.2 108.6 109.5 试验数据 不充分 M 115 / 9.3 110.3 109 试验数据 不充分 C-B 40 /
根据上述的结果，可以断定：所有使用的压接压力都太高，因而可将压接压力设定在93巴上。已被证实，高于55％的等变率会引起较高的压力变化，因而选择的最小等变率为30％。压力-1由机器固定，而且保持时间对最后结果没有明显的影响，因而选择了最短的保持时间，同时要注意过程时间。
设定压力-1＝9巴
设定压力-2＝93巴
保持时间＝4秒
P/t ＝30
利用上述参数，作了15次试验来对F-D的理论进行验证，该理论被当做似乎合理的故障检测判据。
表3试验号 记录的峰值压 力 预报的故 障模式 组合件的 预报故障 端A或B 实际故 障模式 组合件的 实际故障 端A或B 故障 负荷 kN正确的 是/非 (Y/N) 10.1 / / G-PO A B B 103.6 Y 10.2 99.1 97.9 G-PO A/B B B 113.1 Y 10.3 98.8 99.0 G-PO B B B 113.9 Y 10.4 99.2 98.8 G-PO A PO-B B 115.6 Y 10.5 98.3 100.1 B A ？ ？ 87.2 Y 10.6 99.6 97.7 G-PO B B B 114.3 Y 10.7 97.1 99.6 G-PO B B B 106.4 Y 10.8 98.2 98.6 G-PO B S ？ 108.3 Y 10.9 98.3 98.8 G-PO A B B 103.2 Y 10.10 98.7 98.2 G-PO B B B 109.4 Y 10.11 99.7 98.5 G-PO A B A 111.7 Y 10.12 99.0 98.3 G-PO B B A 112.7 Y 10.13 99.2 99.3 G-PO A B ？ 108 Y 10.14 98.2 98.8 G-PO A B B 111.4 Y 10.15 98.6 100.5 G-PO B B B 104 Y
业内人士将会明白，该实施例和上述的例子都只是通过例子提供的，因而可进行很多的添加和改变而并不偏离由附录的权利要求所确定的本发明的范围。