大截面鋁導體電阻測量智能夾具

姚遠，程欣，付馳威，劉源，蔡家虎，張弘

（湖北省產品質量檢驗研究院，湖北武漢，436070）

0 引言

由于鋁材質表面氧化形成致密氧化鋁，會造成鋁絞合導體與測試夾具以及鋁絞合導體單絲之間接觸電阻提高，進行導體電阻測量時按照傳統的測量方法會產生較大的波動。國家標準GB/T 3048.4中要求測量時加大樣品長度用以抵消測量誤差。具體要求為：“導體截面積（95~185）mm2，取3m；導體截面積240mm2及以上取5m。有爭議時導體截面積（95~185）mm2，取5m；導體截面積240mm2及以上取10m?！?/p>

國家標準中給出的導體電阻計算的公式如下：

式中：R20為20℃時每千米長度的導體電阻值（Ω/km）；

Ri為溫度ti時Li長度的電纜導體電阻測量值（Ω）；

α20為導體材料20℃的導體電阻溫度系數。

由公式可以看出電纜長度Li測量的準確性對最終檢測數據影響巨大。在傳統的測量方法中Li為測試夾具電位電極間的距離，可視為恒量。傳統夾具電位極之間的距離均為1m，顯然無法滿足大截面鋁導體電阻測量的需要。

日常測量工作中主要采用將長導體彎曲的方式固定兩端，測量電阻后，在電位端處做上明顯標記。隨后將樣品解開、拉直手動測量標記間的距離Li帶入計算。眾所周知大截面電纜均通過絞合成型，并彎曲成盤放置，加上大截面導體自身重量，導致絞力、彎曲力、重力同時作用于導體，使導體產生彎曲變形。為克服導體彎曲應力人工消耗大，費時費力，測量精度也難以保證。因此需要設計一套可以滿足國家標準中對不同截面、不同長度的大截面鋁導體樣品測試的智能夾具，配合自動精確測量系統使用，用于提高檢驗工作的精度和效率。

1 智能夾具的硬件構成

為了滿足國家標準要求中不同長度樣品的需求，又實現操作簡便智能化的雙層特點，設計的大截面鋁導體電阻測量智能夾具需要實現以下幾個功能:（1）適合多種長度樣品；（2）樣品長度的精確測量；（3）克服樣品彎曲應力；（4）導體截面積自動判斷。

本設計中智能夾具分為固定夾具和移動夾具兩個部分，兩個夾具均安裝在小車上便于移動。實際使用時將固定式夾具通過錨鏈鎖定，通過調整移動夾具位置實現針對不同長度樣品的適應性。

夾具硬件均采用SolidWorks軟件3D建模設計，能快捷完整的生成工程圖紙。固定式夾具結構如圖1所示。

圖1 固定夾具

固定式夾具主要有一根垂直方向的螺桿可控制支撐板上下移動。同時考慮到不同型號的鋁鼻子厚度可能存在差異，通過進行XX裝置微調確保電流、電位端與導體中心線水平，避免電纜承受橫向拉力時電位端受到磨損。

圖2 移動夾具

移動夾具上安裝有步進驅動電移臺行程達300mm、控制精度0.5mm、最大可輸出4000N拉力。該橫向拉力用以克服樣品的彎曲應力，使兩夾具間導體樣品盡可能繃緊拉直，該拉力應不能導致樣品發生形變。但不同截面導體發生形變力值大小不一，需要對拉力進行監控后反饋控制。在電移臺與電纜掛鉤之間安裝一分辨率為1N的拉力傳感器，可準確的測量導體承受的實時拉力并反饋至控制系統。

移動夾具的電流端上安裝有分辨力0.01mm、精度±0.2%的彈簧電子尺，電流端閉合時可精確測量夾持鋁鼻子的外徑，將數據反饋至控制系統。

當電移臺工作時，帶動底板上電流端、電位端、激光測距儀等部件整體后移，當檢測人員觀察到激光安平儀發出的水平光線不會被下垂的導體遮擋時認為導體基本繃直。此時通過與電位端垂直的分辨力1mm、精度±1mm的激光測距儀測量兩電位端的距離，反饋至控制系統。

2 智能夾具的控制系統設計

智能夾具是否智能，其控制流程設計非常重要。其控制流程如圖3所示。

通過監測樣品上壓接鋁鼻子外徑，判斷導體標稱截面積，控制拉力上限，最終測試結果與標準電阻值比較判定是否合格。具體參數對應表如表1所示。

表1 鋁鼻外徑、導體截面積、導體標準值對應表

鋁鼻外徑范圍參數從大量日常檢測工作中使用鋁鼻子外徑參數總結而來。拉力預設上限前期通過引用標準GB/T 12527-2008中導體拉斷力的參數10%作為設計值。最終的預設上限將通過以下兩組試驗數據綜合分析后寫入控制系統。

（1）使用臥式拉力試驗機對各截面積、不同長度樣品進行大量的試驗，采集各類導體屈服力。（2）樣機組裝完畢后，將各截面積、不同長度樣品安裝上去驗證將導體拉緊繃直時需要拉力。導體標稱截面積對應導體電阻值引用標準GB/T3956-2008中相應條款。

圖3 控制流程圖

3 結束語

本文針對大截面鋁導體電阻測量設計了一種智能夾具，該夾具使用方便，具備自動判斷樣品截面積、自動測量導體長度等功能，自動化程度高，滿足標準要求。但如何讓夾具更聰明，檢測更精確。還需要強化以下兩個方面。

（1）尚不具備自動判斷導體是否已經繃直的功能。設計中加入了激光安平儀輔助人員判斷導體是否拉直，激光束是否存在遮擋還是需要人工判斷，尚無法形成有效反饋，實現自動控制。采用針對不同類型、不同截面的導體均設置一個拉力限值，當拉力到達該力值時默認導體已經繃緊的方案，又存在不同企業生產的同類型同截面電纜之間差異性的問題，需要進行大量的試驗分析數據。

（2）可能會因為不同廠家同型號鋁鼻子尺寸存在差異或使用液壓鉗壓接鋁鼻子產生的形變，導致判斷導體截面積時出現偏差。一方面可通過大量的實驗收集更多的數據讓設定值更精確，使其更智能，另一方面通過上位機軟件實現最終測量數據與該截面附近檔位導體電阻標準值比較出現跨越檔位情況時發出警報，確認樣品截面積。

該智能夾具是質監總局科技計劃項目——大截面鋁導體導體電阻自動精確測量裝置中的組成部分。配合測試儀及控制軟件實現大截面鋁導體導體電阻自動精確測量，用于提高檢驗工作的精度和效率。

參考文獻

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[2]GB/T 12527-2008,額定電壓1kv及以下架空絕緣電纜[S].[3]GB/T 3956-2008,電纜的導體[S].

[4]黃晉.如何準確測量大截面鋁導體電纜直流電阻[J].裝備制造技術,2013,(第4期).