模拟导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台的制作方法

本发明涉及线夹试验装置，具体地说是一种模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台。

技术背景

线夹是电网系统中一个关键元件之一。线夹的断裂，将导致电气输送的中断，严重时可能造成大面积的停电。更换一只线夹所涉及的人工及材料成本就高达数万元，而停电造成的国民经济损失更是不可估量。

从浙江省电力系统的日常检维修中，发现大量可能导致线夹断裂的潜在风险，即许多线夹出现了不同程度的开裂，如：

（1）2015年10月省送变电公司在负责实施1000千伏安吉站2号主变及其三侧设备c检的检修作业过程中，发现有部分线夹存在开裂现象。

（2）2016年3月浙江省检修公司在雁苍5817线检修时，发现雁苍5817线和苍雁5807线多个耐张线夹引流板存在开裂、变形等问题。

（3）2016年5月对三浦5805线全线36基耐张塔及2侧门型架共888只耐张线夹进行检查，发现18基耐张塔24只引流板存在裂纹。

（4）6月500千伏妙西变妙含5821线和妙山5822线停电检修过程中，发现部分出线门架跨线耐张线夹焊接部位存在开裂现象等等。

从国内相关文献报导看，新疆、青海、四川和江西等省份也出现过线夹开裂现象，这一现象有一定的普遍性。然而，查看国内线夹的相关标准规范，通常只规定了产品的尺寸形式，缺乏从材料、设计、制造、检验、安装和使用检查全寿命范围内较系统规定。

目前，线夹开裂多的现象与人们对线夹失效机理认识不足有关，与相关标准的缺乏有关，与相关的安全保障技术缺少也有关。如在一些文献中，有认为线夹开裂是采用了含缺陷较多的铸造铝有直接关系，但随着缺乏深入的分析，未能给出定量的解释。事实上，在我国铸造铝线夹使用还是较广泛的，不是在所有使用场合和使用寿命范围内，均会出现严重的开裂现象。可见，它们还将与环境因素，特别是环境风力大小直接有关。但由于人们对线夹失效机理认识不足，没有给出明确的线夹材料、设计、制造、检验、安装和使用检查等方面的规范和相关的检测手段，目前通常是依据经验方法进行选型，这是造成目前线夹开裂现象较多的原因所在。

由于风激励振动的复杂性，室内模拟实验是研究线夹失效机理的重要研究手段。

然而，目前国内关于输电导线风激励振动的线夹模拟试验对线夹失效机理的试验研究的案例较少，并且现有的模拟试验平台模拟的振动曲线比较单一，不能很好的符合实际的导线振动情况，使得实验结果和真实的情况有较大偏差。

技术实现要素：

本发明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、使用方便且适用性强的模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台，为线夹的失效机理研究提供方便。

为此，本发明采用如下的技术方案：模拟导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台，其包括基座，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模拟任意曲线装置；

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；

所述的模拟任意曲线装置包括支撑架、滑块底座、夹紧螺钉、滑块封盖、若干长条形滑块、轴套、调心滚子轴承、导轮和曲线模；

所述的支撑架安装在基座上，所述的滑块底座安装在支撑架上，滑块底座和滑块封盖组成一个矩形空间，若干长条形滑块能在滑块底座和滑块封盖组成的矩形空间中上下滑动，矩形空间的顶部固定连接曲线模，若干长条形滑块的顶端顶在曲线模上，使若干长条形滑块的底端形成与曲线模底端一样的曲面，滑块底座的侧壁设有夹紧螺钉，拧紧夹紧螺钉使若干长条形滑块被夹紧，在摩擦力的作用下长条形滑块不再滑动；导轮用于沿着长条形滑块底端形成的曲面上滚动；

所述的轴套套在输电导线上，所述的调心滚子轴承套在轴套上，所述的导轮套在调心滚子轴承外圈上。

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、线夹、固定端滑轨板、直线滑轨组件、固定端底板、圆柱导杆、直线轴承、圆柱导杆固定支撑架；

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支撑架，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支撑架紧固，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；

所述的线夹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，所述的固定端还包括径向力传感器支撑立板、径向力传感器支撑底板、径向力传感器转动杆、转动手轮和径向力传感器；径向力传感器与线夹的外壁配合使用；

所述的径向力传感器支撑立板通过螺栓固定在径向力传感器支撑底板上，径向力传感器转动杆安装在径向力传感器支撑立板上，径向力传感器转动杆为丝杆，径向力传感器转动杆的内端安装径向力传感器，外端安装转动手轮。

作为上述技术方案的补充，所述的径向力传感器支撑底板安装在基座上。

作为上述技术方案的补充，所述的线夹上还贴有应变片。

作为上述技术方案的补充，所述的轴套与输电导线间隙配合，所述的调心滚子轴承与轴套过盈配合，所述的导轮与调心滚子轴承过盈配合。

作为上述技术方案的补充，所述的长条形滑块的端部倒圆角，除圆角之外的面粗糙。

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并沟线夹组件和线夹固定板；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支撑厚立板挡块和带帽长螺杆，支撑厚立板挡块通过螺栓连接固定在基座上；带帽长螺杆穿过支撑厚立板挡块上的螺纹孔，一侧顶紧在支撑厚立板上。

本发明具有的有益效果如下：

1、结构紧凑，可实现多种激振频率、振幅以及曲线的模拟风激励作用，使用方便，为线夹的失效机理研究提供方便。

2、适用性强，可用于线夹材料、设计、制造、检验、安装和使用检查等方面的规范和相关的检测。

附图说明

图1是本发明模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台的整体示意图；

图2是本发明模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台的前视图；

图3是本发明模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台的俯视图；

图4是本发明模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台沿b-b方向的剖视图；

图5是本发明模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台沿a-a方向的剖视图；

图6是本发明模拟任意曲线装置的示意图；

图7是本发明模拟任意曲线装置的主视图；

图8是本发明模拟任意曲线装置的俯视图；

图9是本发明对心式曲柄滑动机构运动特征示意图；

图10是本发明对心式曲柄滑块机构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明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发明，并不用于限定本发明。

如图1、2、3所示，一种模拟输电导线在风激励下进行任意曲线摆动的线夹试验平台，由基座、设在基座左侧的摆动端，设在基座右侧的固定端和位于摆动端与固定端之间的模拟任意曲线装置组成，所述的基座由铸铁平台1和连接底板23组成。摆动端和固定端都安装在铸铁平台1上，模拟任意曲线装置安装在连接底板23上。摆动端以一定频率和振幅带动输电导线22摆动，从而模拟风激励作用下架空输电导线的振动，固定端则用于固定输电导线22的另一端。摆动端包括摆动端底板2、电机安装板3、加强筋4、伺服电机5、弹性膜片联轴器6、端盖7、支撑厚立板8、端盖9、旋转盘10、连杆滑动座11、带座方形轴承12、连杆13、法兰滑块轴14、直线滑轨组件15、摆动端滑轨板16、并沟线夹组件17、摆动端线夹固定板18、加强筋板19、支撑厚立板挡块20和带帽长螺杆21。

如图4，摆动端底板2上加工有腰子槽，穿过腰子槽利用螺栓将摆动端底板2连接在铸铁平台1上。摆动端底板2上还加工有沉头孔，用以安装电机安装板3、固定加强筋板4、支撑厚立板8。

加强筋板4用以固定电机安装板3、支撑厚立板8等，提高结构稳定性。

伺服电机5安装在电机安装板3上。

弹性膜片联轴器6用以连接伺服电机5和旋转盘10。

支撑厚立板8通过沉头螺钉固定安装在摆动端底板2上，并以加强筋板4提高结构稳定性。支撑厚立板8上有通孔，通过轴承来支撑旋转盘10以及安装端盖7、端盖9。支撑厚立板8上一侧铣导轨槽，用以安装直线滑轨组件15。

旋转盘10、连杆滑动座11、带座方形轴承12、连杆13、法兰滑块轴14、直线滑轨组件15、摆动端滑轨板16共同组成对心式曲柄滑块机构。

旋转盘10的结构如图4、10所示，其圆盘侧上有矩形铣槽和按一定距离对称分布的螺纹孔。旋转盘10在阶梯轴端与弹性膜片联轴器6相连，在圆盘侧通过矩形铣槽和螺纹孔与连杆滑动座11一侧形成螺栓连接。选择不同的螺纹孔组安装可获得不同大小的连杆滑动座11和旋转盘10中心距，即是上述对心式曲柄滑块机构中曲柄的长度。

连杆13两侧通过带座方形轴承12分别与连杆滑动座11、法兰滑块轴14相连。

法兰滑块轴14通过螺栓连接固定在摆动端滑轨板16上。法兰滑块轴14中心高度与旋转盘10中心高度相同。

摆动端滑轨板16与直线滑轨组件15相连，即形成上述对心式曲柄滑块机构中的“滑块”元件。

摆动端线夹固定板18通过沉头螺钉固定安装在摆动端滑轨板16上，并以加强筋板19提高结构稳定性。

并沟线夹组件17通过螺栓连接固定在摆动端线夹固定板18上，用以紧固输电导线22。

支撑厚立板挡块20通过螺栓连接固定在铸铁平台1上。带帽长螺杆21穿过支撑厚立板挡块20上的螺纹孔，一侧顶紧在支撑厚立板8上。

如图5所示，固定端包括传感器支撑竖板24、测力传感器25、传感器挡板26、弹簧挡板27、模具弹簧28、弹簧浮动板29、固定端线夹固定板30、线夹31、固定端滑轨板32、直线滑轨组件33、固定端底板34、径向力传感器支撑立板35、径向力传感器支撑底板36、转动手轮37、径向力传感器转动杆38、径向力传感器39、圆柱导杆40、直线轴承41和圆柱导杆固定支撑架42。

固定端底板34通过螺栓连接固定在铸铁平台1上。固定端底板34加工有铣槽，用以安装传感器支撑竖板24、直线滑轨组件33。

传感器支撑竖板24通过螺栓连接固定在铸铁平台1上，并以加强筋板4提高稳定性。传感器支撑竖板24上打有通孔，用以通过螺栓连接安装测力传感器25。测力传感器25另一侧则利用螺栓固定在传感器挡板26上，且测力传感器25对称布置使各传感器测力近似相等。传感器挡板26上还固定有圆柱导杆固定支撑架42。传感器挡板26与弹簧挡板27之间通过螺栓固定连接。

模具弹簧28两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32上，并以加强筋板19提高稳定性。

圆柱导杆40一侧通过圆柱导杆固定支撑架42紧固，并穿过弹簧挡板27上的通孔、模具弹簧28内孔、弹簧浮动板29上的通孔，另一侧通过直线轴承41支撑安装在弹簧浮动板29上。

固定端滑轨板32打有沉孔通过螺栓连接与直线滑轨组件33相连，可相对固定端底板34左右滑动。固定端滑轨板32上还安装有固定端线夹固定板30。

线夹31通过螺栓连接固定在固定端线夹固定板30上，用以紧固输电导线22。

径向力传感器支撑立板35通过螺栓固定在径向力传感器支撑底板36上，径向力传感器转动杆38安装在径向力传感器支撑立板35上，径向力传感器转动杆38为丝杆，径向力传感器转动杆38的内端安装径向力传感器39，外端安装转动手轮37。转动手轮可以使得杆前进或者后退，转动手轮37上安装着径向力传感器39可以测定径向力的大小。

线夹31上还贴有应变片311，应变片311在使用前需要进行标定，标定方法为在测试前转动手轮37推动径向力传感器39缓缓前进和后退，记录下力传感器各个力对应的应变片311的电压大小以此来获得精确的应变片311的力-电压曲线。

如图6、7、8所示，模拟任意曲线装置由长条形滑块43、滑块底座44、夹紧螺钉45、滑块封盖46、轴套47、调心滚子轴承48、导轮49、支撑架50、120°连接件51、90°连接件52和曲线模53组成，支撑架50通过120°连接件53和90°连接线52进行连接和固定。

支撑架50固定在连接底板23上，轴套47套在输电导线22上，间隙配合，调心滚子轴承48套在轴套47上过盈配合，导轮49套在调心滚子轴承48外圈上，过盈配合，滑块43是具有高强度的材料制成的，端部倒圆角，除圆角之外的面粗糙具有很大的摩擦力。

滑块底座44和滑块封盖46组成一个矩形空间，长条形滑块43可以沿着滑块底座44和滑块封盖46组成的矩形空间上下滑动，若干长条形滑块43顶在曲线模53上，曲线模53可用泡沫或者其他容易切割的材料制成，使得长条形滑块底端形成与曲线模53一样的曲线，之后拧紧夹紧螺钉45使得长条形滑块43夹紧在摩擦力的作用下长条形滑块43不再滑动。导轮49可以沿着长条形滑块底端形成的曲线上滚动。

由于长条形滑块43组成的曲线是一条由许多圆弧组成的曲线，在导轮49沿着曲线运动的过程中会有细小的振动，用于模拟风激励下输电导线22的高频振动，使得模拟出来的振动更加符合实际。

本发明的工作过程如下：

首先，如图4所示，在旋转盘10上，选择一个螺纹孔组安装连杆滑动座11，即获得一定大小的连杆滑动座11和旋转盘10中心距，即是对心式曲柄滑块机构中曲柄的长度。而根据对心式曲柄滑块机构的结构特性，如图9所示，曲柄长为a，连杆长为b且a≤b时，滑块的位移始终在（b-a）、（b+a）之间，滑块运动的中间位置始终为b。因此，在选择不同的螺纹组即不同的曲柄长度安装时，摆动端滑轨板16将始终以某一固定点为中心沿着直线滑轨组件15左右滑动，且摆动端滑轨板16左右滑动行程为2a，摆动端滑轨板16的运动为近正弦运动。

之后，摆动端底板2与铸铁平台1之间用螺栓连接但不完全拧紧，使摆动端底板2能在铸铁平台1上左右滑动。

之后，转动带帽长螺杆21使支撑厚立板8左移，则摆动端底板2及在摆动端底板2上安装的所有零部件将随之向左移动，从而摆动端与固定端之间的输电导线22受拉产生一定预紧力，输电导线22带动右侧固定端上的固定端滑轨板32沿着直线滑轨组件33向左滑动，从而使模具弹簧28压缩，利用测力传感器25可获知当前输电导线22预紧力的大小。

当前输电导线22预紧力达到实验要求数值后，即拧紧用于连接摆动端底板2与铸铁平台1的螺栓，使摆动端底板2不能相对于铸铁平台1左右滑动。

最后，伺服电机5启动带动弹性膜片联轴器6和旋转盘10旋转，由旋转盘10、连杆滑动座11、带座方形轴承12、连杆13、法兰滑块轴14、直线滑轨组件15、摆动端滑轨板16共同组成的对心式曲柄滑块机构随之运动。从而带动输电导线22一侧摆动，在导轮49的作用下，输电导线22沿着长条形滑块43组成的曲线上移动，即模拟出架空输电导线在风激励作用下沿着某一种曲线振动。而固定端滑轨板32在输电导线22的作用下沿着直线滑轨组件15左右滑动，同时压缩或拉伸模具弹簧28，同时在左右振动的时候，线夹31产生形变带动其表面的应变片311发生形变，根据事先标定的力-电压曲线可以求出线夹31所受的力的大小。

利用该平台，通过调整伺服电机5的转速，可获得不同的输电导线22摆动的频率和曲线；调整连杆滑动座11和旋转盘10中心距时，即可改变摆动端滑轨板16左右滑动行程，亦即输电导线22摆动的振幅；通过更换不同的曲线模53可以实现输电导线22的振动曲线。

因此，该平台可实现不同频率和振幅的风激励作用下实现任意曲线线夹风激励振动的模拟，用于进行线夹风激励振动模拟试验对线夹失效机理的试验研究。