一种悬垂金具串风激励振动磨损模拟试验平台的制作方法

本实用新型涉及悬垂串金具试验装置，具体地说是一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台。

背景技术：

悬垂串金具在架空电力线路中使用广泛，一般用于连接输电铁塔与导线。一种单联双线夹悬垂串金具由耳轴挂板、直角挂板、联板、预绞式双悬垂线夹组成，各相邻零件之间通过螺栓螺母连接，耳轴挂板另一端安装在输电铁塔上的挂点塔材角钢上，预绞式双悬垂线夹与导线连接。在实际安装运行过程中，悬垂串金具中悬垂线夹与铁塔塔材之间的距离普遍较小。

在风激励作用下，输电线路中导线、金具等会产生一定的振动响应，如导线的低频大幅度来回摆动。而当风激励持续且稳定地作用于输电线路元件时，将会产生不同形式的振动且当这些振动达到一定程度时会形成风致灾害。根据频率和振幅的不同，输电导线的风致振动大致可分为三种：高频微幅的微风振动、中频中幅的次档距振荡和低频大振幅的舞动。三种振动都会对输电线路元件造成破坏，其中微风振动发生最为频繁、危害最大，会造成输电导线或地线的疲劳断股或断线、金具及杆塔构件的损坏。微风振动频率较高，一般为5-120Hz。

因此，在风激励作用下，悬垂串金具和导线会发生不同程度的摆动，导致悬垂串金具中的挂板和悬垂线夹都有可能与铁塔塔材相触碰，造成挂板、悬垂线夹和铁塔塔材的磨损，从而威胁输电线路的安全稳定运行。特别是随着我国西电东送战略的实施，途径内蒙、新疆、甘肃和宁夏等自然风风力大且持续时间长的地区的输电线路越来越多，导线和悬垂串金具的风激励振动现象更加严重且频繁，金具串和塔材的磨损问题也更加严重，而一旦因金具磨损发生断裂破坏将会造成巨大的经济损失和不利的社会影响。

针对上述问题，尽管工程上已针对悬垂串金具结构、塔材结构做了一些改进，但仍未从根本上研究、解决磨损破坏问题。因此，有必要根据输电线路跨越区域的风载荷特点，分析悬垂串金具的磨损特性并研究其防治技术，改进悬垂串金具的结构，开发新型耐磨损金具，减轻或消除悬垂串金具磨损问题，从而提高线路运行可靠性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、使用方便的悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台，其能模拟输电线路中输电导线低频大幅度摆动和高频低幅的微风振动，从而为悬垂串金具的风激励振动磨损特性研究提供方便。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台，包括基座，所述的基座上设有位于左侧的摆动端、位于右侧的固定端和位于两者之间的悬垂串金具；

所述的摆动端用于带动输电导线摆动，从而模拟风激励作用下输电导线的振动，固定端则用于固定输电导线的另一端；

所述的悬垂串金具包括从上到下设置的耳轴挂板、直角挂板、联板和预绞式双悬垂线夹，所述的耳轴挂板与直角挂板轴接，所述的直角挂板与联板轴接，所述的联板与预绞式双悬垂线夹轴接，所述的预绞式双悬垂线夹用于夹在输电导线上；

所述的摆动端与固定端之间设有一支撑架，该支撑架上部的左、右侧面各装有一XY轴运动激励平台；所述的耳轴挂板置于支撑架中，位于耳轴挂板上部的轴的两端分别连接在支撑架左、右侧面上的XY轴运动激励平台上，通过XY轴运动激励平台驱动悬垂串金具作X轴方向和Y轴方向的移动；

所述的XY轴运动激励平台上装有测振传感器，测振传感器用于检测X轴方向及Y轴方向上输出的位移振动量。

作为上述技术方案的补充，所述的XY轴运动激励平台包括固定在支撑架侧面上的XY轴运动激励平台垫板和固定在XY轴运动激励平台垫板上的XY轴运动激励平台工作台；

所述的XY轴运动激励平台工作台包括外围、内圈和位于两者之间的中间块，所述的外围与中间块之间存在间隙，以保证中间块可相对外围做小位移运动；中间块与内圈之间存在间隙，以保证内圈可相对中间块做小位移运动；且外围与中间块之间及中间块与内圈之间均采用柔性连接件连接，使内圈与中间块联动，所述的外围固定在XY轴运动激励平台垫板上，所述耳轴挂板上部的轴的端部连接在内圈上；

所述的外围与中间块之间设有至少一个X轴压电驱动器，用于推动中间块作X轴方向上的移动，间接带动内圈作X轴方向上的移动；所述的中间块与内圈之间设有至少一个Y轴压电驱动器，用于推动内圈作Y轴方向上的移动。

作为上述技术方案的补充，位于中间块与内圈之间的柔性连接件有4个，分设在四个角上；所述的中间块上开有用于放置Y轴压电驱动器的凹槽，该凹槽位于两个柔性连接件之间。

作为上述技术方案的补充，位于外围与中间块之间的柔性连接件有4个，分设在四个角上；所述的外围上开有用于放置X轴压电驱动器的凹槽，该凹槽位于两个柔性连接件之间。

作为上述技术方案的补充，所述的柔性连接件为柔性铰链。

作为上述技术方案的补充，所述的摆动端包括摆动端底板、伺服电机、用于紧固连接输电导线一侧的摆动端并沟线夹组件和摆动端线夹固定板；伺服电机的输出轴装有弹性膜片联轴器，弹性膜片联轴器与摆动端线夹固定板之间设有对心式曲柄滑块机构，通过伺服电机的转动实现对心式曲柄滑块机构的动作。

作为上述技术方案的补充，所述的对心式曲柄滑块机构包括旋转盘、连杆滑动座、连杆、带座方形轴承、法兰滑块轴、摆动端滑轨板和直线滑轨组件；

所述的旋转盘在阶梯轴端与弹性膜片联轴器连接，旋转盘的圆盘侧开有铣槽和多组按设定距离对称分布的螺纹孔，在圆盘侧通过铣槽和一组螺纹孔与连杆滑动座一侧采用螺栓连接，连杆的两侧通过带座方形轴承分别与连杆滑动座和法兰滑块轴相连，法兰滑块轴通过螺栓固定连接在摆动端滑轨板上；摆动端滑轨板与直线滑轨组件固定连接，形成上述对心式曲柄滑块机构中的“滑块”；

所述的摆动端底板上装有支撑厚立板，该支撑厚立板一侧的上部形成一导轨槽，该导轨槽用于安装所述的直线滑轨组件。

作为上述技术方案的补充，所述的摆动端还包括丝杆座和丝杆，线杆座通过螺栓连接固定在基座上；丝杆穿过丝杆座上的螺纹孔，一侧顶紧在支撑厚立板上。

作为上述技术方案的补充，所述的固定端包括传感器支撑竖板、测力传感器、传感器挡板、弹簧挡板、模具弹簧、弹簧浮动板、固定端线夹固定板、固定端并沟线夹组件、固定端滑轨板、固定端直线滑轨组件、固定端底板、圆柱导杆、直线轴承、圆柱导杆固定件；

所述的固定端底板通过螺栓连接固定在基座上，固定端底板加工有铣槽，用以安装传感器支撑竖板和固定端直线滑轨组件；

所述的传感器支撑竖板通过螺栓连接固定在基座上，传感器支撑竖板上打有通孔，用以通过螺栓连接安装测力传感器，测力传感器的另一侧则利用螺栓固定在传感器挡板上，传感器挡板上还固定有圆柱导杆固定件，传感器挡板与弹簧挡板之间通过螺栓固定连接；

所述的模具弹簧两侧分别固定在弹簧挡板和弹簧浮动板上的圆柱形沉槽中，弹簧浮动板通过螺栓连接固定在固定端滑轨板上；

所述的圆柱导杆一侧通过圆柱导杆固定件紧固，并穿过弹簧挡板上的通孔、模具弹簧内孔、弹簧浮动板上的通孔，另一侧通过直线轴承支撑安装在弹簧浮动板上；

所述的固定端滑轨板打有沉孔，通过螺栓连接与固定端直线滑轨组件相连，相对固定端底板左右滑动，固定端滑轨板上还装有固定端线夹固定板；

所述的固定端并沟线夹组件通过螺栓连接固定在固定端线夹固定板上，用以紧固输电导线。

作为上述技术方案的补充，所述的基座由平台底板和两个分别位于平台底板两端的铸铁平台组成，摆动端和固定端分别安装在相应的铸铁平台上，支撑架安装在平台底板上；所述的支撑架为高度可调的支撑架。

本实用新型具有的有益效果如下：

1、结构紧凑，可同时实现输电导线大幅度摆动和微风振动的模拟，且能实现多种振动频率和振幅的模拟，使用方便。

2、XY轴运动激励平台及测控系统能够保证较高精度的位移输出，实现较精确的微风振动模拟；

3、适应性强，通过调节支撑架的高度可用于不同型号尺寸悬垂串金具的耐磨性能测试和评价。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中一种单联双线夹悬垂串金具结构示意图(图1b为图1a的侧视图)；

图2是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台的整体结构示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台的正视图；

图4是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台沿A-A面剖开的左视图；

图5是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台支撑架的局部剖视图；

图6是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台中XY轴运动激励平台结构三个方向上的视图(图6b为图6a的左视图，图6c为图6a的后视图)；

图7是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台中XY轴运动激励平台垫板的具体结构示意图；

图8是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台中XY轴运动激励平台工作台的具体结构示意图；

图9是本实用新型具体实施方式中一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台中XY轴运动激励平台工作台测控系统的工作原理简图；

图10是本实用新型具体实施方式中摆动端的结构示意图。

图中，1-平台底板，2-丝杆，3-丝杆座，4-铸铁平台，5-摆动端底板，6-电机安装板，7-伺服电机，8-弹性膜片联轴器，9-支撑厚立板，10-旋转盘，11-连杆滑动座，12-连杆，13-直线滑动组件，14-摆动端滑轨板，15-摆动端线夹固定板，16-摆动端并沟线夹组件，17-输电导线，18-支撑架，19-XY轴运动激励平台垫板，20-XY轴运动激励平台工作台，21-悬垂串金具，22-固定端并沟线夹组件，23-固定端线夹固定板，24-固定端滑轨板，25-固定端直线滑轨组件，26-固定端底板，27-弹簧挡板，28-圆柱导杆，29-弹簧浮动板，30-测力传感器，31-传感器支撑竖板，32-传感器挡板，33-模具弹簧，34-直线轴承，35-圆柱导杆固定件，36-带座方形轴承，37-法兰滑动轴，202-外围，203-内圈，204-中间块，205-柔性连接件，206-X轴压电驱动器，207-Y轴压电驱动器，211-耳轴挂板， 212-直角挂板，213-联板，214-预绞式双悬垂线夹，215-轴。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，一种悬垂串金具风激励振动磨损模拟试验平台，由位于基座左侧的摆动端、位于基座中间的支撑架、位于基座右侧的固定端三部分组成，基座由平台底板和两个分别位于平台底板两端的铸铁平台组成，且摆动端、固定端分别通过一个铸铁平台4安装在平台底板1上，支撑架直接与平台底板1相连。固定端固定输电导线17一侧，摆动端以一定频率和振幅带动输电导线17一侧和悬垂串金具21大幅度摆动，通过支撑架上的XY轴运动激励平台向悬垂串金具21施加一定的高频小振幅激励，从而模拟了风激励作用下架空输电导线及悬垂串金具的大幅度摆动及叠加在其上的微风振动。

如图2、3所示，所述的摆动端包括摆动端底板5、伺服电机7、用于紧固连接输电导线一侧的摆动端并沟线夹组件16、摆动端线夹固定板15、丝杆座3和丝杆2；伺服电机7的输出轴装有弹性膜片联轴器8，弹性膜片联轴器8与摆动端线夹固定板15之间设有对心式曲柄滑块机构，伺服电机7通过弹性膜片联轴器8带动对心式曲柄滑块机构运动，从而实现输电导线17在X轴方向上的摆动。

如图10所示，所述的对心式曲柄滑块机构包括旋转盘10、连杆滑动座11、连杆12、带座方形轴承36、法兰滑块轴37、摆动端滑轨板14和直线滑轨组件13；

所述的旋转盘10在阶梯轴端与弹性膜片联轴器8连接，旋转盘10的圆盘侧开有铣槽和多组按设定距离对称分布的螺纹孔，在圆盘侧通过铣槽和一组螺纹孔与连杆滑动座11一侧采用螺栓连接，连杆12的两侧通过带座方形轴承36分别与连杆滑动座11和法兰滑块轴37相连，法兰滑块轴37通过螺栓固定连接在摆动端滑轨板14上；摆动端滑轨板14与直线滑轨组件13固定连接，形成上述对心式曲柄滑块机构中的“滑块”。

所述的摆动端底板5上装有支撑厚立板9，该支撑厚立板9一侧的上部形成一导轨槽，该导轨槽用于安装所述的直线滑轨组件13。摆动端底板5上加工的腰子槽使其能改变在铸铁平台4上的位置。

由丝杆2、丝杆座3组成的丝杆调节机构安装在铸铁平台4上，线杆座3通过螺栓连接固定在基座上；丝杆2穿过丝杆座3上的螺纹孔，一侧顶紧在支撑厚立板9上。通过调节丝杆2能改变摆动端底板5及安装在其上的其它组件相对于铸铁平台4的位置，从而可调节输电导线17的张紧力。

如图2、3、4所示，所述的固定端包括传感器支撑竖板31、测力传感器30、传感器挡板32、弹簧挡板27、模具弹簧33、弹簧浮动板29、固定端线夹固定板23、固定端并沟线夹组件22、固定端滑轨板24、固定端直线滑轨组件25、固定端底板26、圆柱导杆28、直线轴承34、圆柱导杆固定件35；

所述的固定端底板26通过螺栓连接固定在基座上，固定端底板26加工有铣槽，用以安装传感器支撑竖板31和固定端直线滑轨组件25；

所述的传感器支撑竖板31通过螺栓连接固定在基座上，传感器支撑竖板31上打有通孔，用以通过螺栓连接安装测力传感器30，测力传感器30的另一侧则利用螺栓固定在传感器挡板32上，传感器挡板32上还固定有圆柱导杆固定件35，传感器挡板32与弹簧挡板27之间通过螺栓固定连接；

所述的模具弹簧33两侧分别固定在弹簧挡板27和弹簧浮动板29上的圆柱形沉槽中，弹簧浮动板29通过螺栓连接固定在固定端滑轨板24上；

所述的圆柱导杆28一侧通过圆柱导杆固定件35紧固，并穿过弹簧挡板27上的通孔、模具弹簧33内孔、弹簧浮动板29上的通孔，另一侧通过直线轴承34支撑安装在弹簧浮动板29上；

所述的固定端滑轨板24打有沉孔，通过螺栓连接与固定端直线滑轨组件25相连，相对固定端底板26左右滑动，固定端滑轨板24上还装有固定端线夹固定板23；

所述的固定端并沟线夹组件22通过螺栓连接固定在固定端线夹固定板23上，用以紧固输电导线17。

固定端滑轨板24通过固定端直线滑轨组件25与固定端底板26连接，保证其能在Z轴方向上运动，通过圆柱导杆28限制其在Z轴方向上的运动范围，从而确保输电导线17与固定端不是完全刚性连接。

如图2、3、4所示，所述的摆动端与固定端之间设有支撑架18，该支撑架18上部的左、右侧面各装有一XY轴运动激励平台；所述的耳轴挂板211置于支撑架18中，位于耳轴挂板上部的轴215的两端分别连接在支撑架18左、右侧面上的XY轴运动激励平台上，通过XY轴运动激励平台驱动悬垂串金具作X轴方向和Y轴方向的移动。

所述的XY轴运动激励平台上装有测振传感器，测振传感器用于检测X轴方向及Y轴方向上输出的位移振动量；所述的测振传感器与XY轴运动激励平台的测控系统连接。

如图6-8所示，所述的XY轴运动激励平台包括固定在支撑架侧面上的XY轴运动激励平台垫板19和固定在XY轴运动激励平台垫板上的XY轴运动激励平台工作台20；所述的XY轴运动激励平台工作台20包括外围202、内圈203和位于两者之间的中间块204，所述的外围202与中间块204之间设有可使中间块204相对外围做小位移运动的间隙，所述的中间块204与内圈203之间设有可使内圈203相对中间块做小位移运动的间隙，外围202与中间块204之间及中间块204与内圈203之间均采用柔性连接件205连接，使内圈203与中间块204联动，所述的柔性连接件205为柔性铰链。柔性铰链在力的作用下能发生一定程度的弹性变形，产生位移，相当于起位移传递作用的导轨，具有无间隙、无摩擦、免润滑等优点。

所述的外围202固定在XY轴运动激励平台垫板19上，所述耳轴挂板上部的轴215的端部连接在内圈203上。

所述的外围202与中间块204之间设有至少一个X轴压电驱动器206，用于推动中间块204作X轴方向上的移动，间接带动内圈203作X轴方向上的移动；所述的中间块204与内圈203之间设有至少一个Y轴压电驱动器207，用于推动内圈203作Y轴方向上的移动。

位于中间块204与内圈203之间的柔性连接件205有4个，分设在四个角上；所述的中间块204上开有用于放置Y轴压电驱动器207的凹槽，该凹槽位于两个柔性连接件之间。

位于外围202与中间块204之间的柔性连接件205有4个，分设在四个角上；所述的外围202上开有用于放置X轴压电驱动器206的凹槽，该凹槽位于两个柔性连接件之间。

如图1所示，所述的悬垂串金具21包括从上到下设置的耳轴挂板211、直角挂板212、联板213和预绞式双悬垂线夹214，所述的耳轴挂板211与直角挂板212轴接，所述的直角挂板212与联板213轴接，所述的联板213与预绞式双悬垂线夹214轴接，所述的预绞式双悬垂线夹214用于夹在输电导线17上。

如图5所示，悬垂串金具21的耳轴挂板211通过XY轴运动激励平台上的通孔与其固定连接。悬垂串金具21的预绞式双悬垂线夹214与输电导线17连接。

本实用新型的工作过程如下：

在固定端并沟线夹组件22上安装好输电导线17后，输电导线17只能沿轴线方向上移动。

通过调节丝杆2使支撑厚立板9左移，使得摆动端底板5及其上的零部件随之向左移动，从而使输电导线17中产生一定的预紧力。而在输电导线17的作用下，固定端上的固定端滑轨板24沿着固定端直线滑轨组件25移动并使圆柱导杆28中的模具弹簧33压缩，利用测力传感器30可获知当前输电导线17中预紧力的大小。调节当前输电导线17预紧力直至达到试验要求数值后，拧紧用于连接摆动端底板5与铸铁平台4的螺栓。

伺服电机7启动带动弹性膜片联轴器8和旋转盘10旋转，由旋转盘10、连杆滑动座11、连杆12、直线滑轨组件13、摆动端滑轨板14组成的对心式曲柄滑块机构随之运动。从而带动输电导线17和悬垂串金具21摆动，即模拟出架空输电导线和悬垂串金具在风激励作用下的低频大幅度摆动。通过调整伺服电机7转速和连杆滑动座11在旋转盘10上的位置可以改变摆动的频率和振幅。此外，通过调节伺服电机7转速能获得的输出频率一般在0-25Hz，而为了保证试验平台的运行可靠性和稳定性，输出频率不宜过高，因此试验平台摆动端所能产生的导线摆动频率一般在0-15Hz，满足模拟输电导线低频大幅度摆动所需的频率要求。

为模拟高频低幅的微风振动对输电线路元件的影响，利用XY轴运动激励平台产生高频低幅振动作用于悬垂串金具21和输电导线17。如图9所示，XY轴运动激励平台工作台20与测控系统相连接。系统开始工作时，测振传感器检测工作台在X轴方向、Y轴方向上输出的振动量，经过二次仪表、A/D模数转换采样，并在计算机上通过对应的控制算法与试验要求的设定值进行比较、处理，之后通过D/A数模转换和驱动电源将调节信号传输给XY轴运动激励平台工作台上的压电驱动器，使四个压电驱动器分别输出动作，对XY轴运动激励平台进行定位，从而获得在X、Y轴方向上均具有设定频率值和振幅值的振动。压电驱动器一般能产生高达数千Hz的激励频率，因此利用XY轴运动激励平台能产生0至数千Hz的激励频率，满足模拟输电导线微风振动所需的频率要求。

利用该模拟试验平台，通过调整伺服电机7的转速、调整连杆滑动座11相对于旋转盘10的位置可以获得不同频率和振幅，实现在不同频率和振幅的风激励作用下，输电导线和悬垂串金具的大幅度摆动振动模拟；通过XY轴运动激励平台及其测控系统的反馈控制调节，能够使悬垂串金具在X轴、Y轴方向上以一定频率和振幅振动，即模拟出输电导线和悬垂串金具在风激励作用下的微风振动。

综上所述，该试验平台可实现在多种激振频率和振幅的模拟风激励作用下输电导线和悬垂串金具的大幅度摆动振动及高频低幅的微风振动。利用该平台，可以进行不同风激励作用下输电导线和悬垂串金具的振动及磨损特性研究，以了解悬垂串金具的振动特性及耐磨性能，为悬垂串金具的结构改进提供方便；还可用于制造厂商或采购单位对生产的悬垂串金具进行抽样测试以评价悬垂串金具的耐磨性能是否达标，从而为电网金具的质量监督检验工作提供有效手段，保证电网系统的安全运行。