一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法与流程
本发明涉及电网防灾技术领域，具体涉及一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法。
背景技术：
大跨越特高强铝合金绞线在持续稳定风的作用下，导线与防振锤连接处容易出现磨损甚至发生断股，严重威胁线路安全运行。此外，防振锤只是在几个固有频率下具有降低输电导线的振动的作用，在这几个频率点之外，防振锤降低风振的效果明显降低。再有，现有的防振锤基本只靠钢绞线的摩擦来耗散风能，因此其阻尼系数较低。减振设备长期的微振动及自重压力可以使设备缓慢的产生较大的塑性变形，会导致减震装置的性能不稳定。
为了减低铝合金绞线微风振动给输电导线带来的损害，急需一种减振装置，而由于减振装置需要暴露在风霜雪雨等天气下，因此对装置的材料选择也是至关重要的。
技术实现要素：
本发明专利提供了一种新型阻尼防振锤，该装置具有较高的阻尼系数，降低导线竖向风振的频带较宽，能够降低防振锤对输电导线磨损程度，还可以防止设备发生形变的问题，确保电网运行安全。
针对现有技术的不足，本申请设计了一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法；该防振锤由钢绞线、锤头和线夹组成；该防振锤的锤头是由实心锤头和空心锤头通过法兰连接而成，实心锤头和钢绞线通过套管压接在一起，顶部用锡封装在一起；空心锤头设有一套阻尼液耗能减振装置，该装置由球形空心壳体、隔板及阻尼液组成，空心锤内的隔板设置了大孔和小孔两中孔，以增大阻尼液流动的阻力；所述线夹下部冲压连接钢绞线，锤头与钢绞线铆接连接；该防振锤线夹由输电导线夹头、s形阻尼耗能金属板、钢绞线紧固件和紧固螺栓组成；s形阻尼耗能金属板通过紧固螺栓与线夹连接；线夹底部设置有通孔，钢绞线穿过该通孔，用压接的方式和线夹本体连接。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
本发明提供了一种防振锤，所述防振锤包括竖向和横向设置的阻尼件，包括：所述横向设置的阻尼件由同一水平面对称设置的阻尼件组成；所述竖向阻尼件和所述横向阻尼件两者垂直连接，其连接点位于所述横向阻尼件的中点。
所述同一水平面对称设置的阻尼件包括左右两部分阻尼件；每一部分阻尼件由依次设置的钢材制得的钢绞线阻尼件、轴向设有固定所述钢绞线凹槽的圆柱形阻尼件，和内容纳阻尼液体介质的半球形阻尼件。
优选的，所述竖向阻尼件包括，从下至上依次设置的钢绞线连接件、阻尼件和导线连接件。
优选的，所述阻尼件为一弯曲的蛇形金属板。
优选的，所述钢绞线连接件设有固定所述钢绞线的通孔，和设有与所述竖向阻尼件连接的螺栓固定孔；所述导线连接件设有与所述竖向阻尼件连接的螺栓固定孔，和与导线连接的内壁设有橡胶圈的通孔。
优选的，所述圆柱形阻尼件的凹槽开口端为向外凸缘的开口端；所述半圆形阻尼件内设有与所述钢绞线轴向垂直的圆形的具有至少两种直径的通孔。
优选的，所述两种直径的通孔直径分别为1mm～2mm和0.5mm～1mm，有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种直径的通孔间隔布置
优选的，所述半圆形阻尼件由ti-15、mo-3、ai-2.7、nb-0.2、si制得。
优选的，所述圆柱形阻尼件的封闭端与所述半球形阻尼件的开口端用法兰连接。
优选的，所述阻尼液体介质的材料为二甲基硅油。
本发明还提供了一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法中阻尼液体介质的确定方法，包括：
基于防振锤的加速度幅频特性曲线得到加速度共振频率；
根据加速度共振频率计算固有频率；
根据固有频率计算阻尼液体介质的质量。
优选的，所述固有频率的计算公式为；
式中ω为加速度共振频率，ωn为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。
优选的，所述阻尼液体介质的质量的计算公式为：
式中mf为阻尼液体介质的质量，wn为减振器的固有频率，k为减振器的刚度，m1为减振器的本体结构质量。
与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明专利给出了一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法，所述防振锤包括竖向和横向设置的阻尼件，所述横向设置的阻尼件由同一水平面对称设置的阻尼件组成；所述竖向阻尼件和所述横向阻尼件两者垂直连接，其连接点位于所述横向阻尼件的中点。该防振锤具有三种耗能结构：即内容纳阻尼液体介质的半球形阻尼件，依靠线股之间摩擦耗能的钢绞线结构以及具有滞回耗能能力的竖向阻尼件。这三套耗能系统均能耗散竖向的风振能量，因此，本发明专利的这两套耗能系统均可以有效的降低档距内大跨越导线的竖向风振。
2、本发明专利给出的新型防振锤具有自动激活性能好，能够拓宽减振频率范围。该防振锤将阻尼液减振装置用来应对当前激振频率，将钢绞线及s型耗能金属板应对外界可能产生的激励频率。通过三种阻尼减振系统的方式来提高新型防振锤的有效减振频带宽度。从而使得该防振锤可以在更宽的频率范围内减低导线的竖向风振引起的动力响应。
3、本发明专利给出的新型防振锤中的s型耗能金属板具有缓冲防振锤和输电导线之间的作用力，进而降低防振锤对导线的磨损的作用。
4、本发明专利给出的阻尼液耗能装置中的隔板采用了具有两种圆形孔的半月形结构设计，这种结构设计增大了阻尼液通过隔板的阻力，明显增加了防振锤阻尼耗能能力。
5、本发明专利给出的新型防振锤具有自适应能力，可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好减振效果。
6、本发明专利给出的新型防振锤具有易安装、免维护、耐久性能好的特点。本发明专利对高阻尼液体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，可以做到免维护，耐久性能好。
7、本发明专利给出的新型防振锤竖向风振力学模型可以应用到导线及防振锤动力特性的有限元计算中，采用此模型有限元计算结果可以明显提高该防振锤动力特性计算的准确性，其计算结果和试验结果比较接近。
8、本发明专利给出的新型防振锤竖向风振力学模型参数试验参数识别和优化的方法，可以识别该防振锤的各阶固有频率与阻尼比，并对这两个参数进行优化，从而提高该防振锤的耗能减振效果。
9、抗变形性能好，外壳选择新型材料，不仅能够在恶劣的环境下防止被腐蚀，还能在长期的微振动及自重压力影响下不产生塑性变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的防振锤的俯视图；
图2为本发明提供的防振锤的主视图；
图3为本发明提供的隔板及孔型设计；
图4为本发明提供的线夹本体主视图；
图5为本发明提供的线夹本体左视图；
图6为本发明提供的线夹本体俯视图；
图7为本发明提供的防振锤的力学模型；
附图标记：
1-线夹，2-钢绞线，3-实心锤头，4-空心锤头，5-阻尼液，6-隔板7-法兰盘，8-紧固螺栓ⅰ，9-钢套管，10-锡封，11-耗能金属板，12-大孔，13-小孔，14-线夹压板，15-线夹本体，16-铰链销，17-钢绞线孔，18-紧固螺栓ⅱ，19-橡胶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种防振锤及防振锤中阻尼液介质质量的确定方法，所述防振锤包括竖向和横向设置的阻尼件，包括：所述横向设置的阻尼件由同一水平面对称设置的阻尼件组成；所述竖向阻尼件和所述横向阻尼件两者垂直连接，其连接点位于所述横向阻尼件的中点。本实施例中竖向阻尼件为线夹1。
所述同一水平面对称设置的阻尼件包括左右两部分阻尼件；每一部分阻尼件由依次设置的钢材制得的钢绞线阻尼件、轴向设有固定所述钢绞线凹槽的圆柱形阻尼件，和内容纳阻尼液体介质的半球形阻尼件。本实施例中钢绞线阻尼件为钢绞线2、圆柱形阻尼件为实心锤头3、半球形阻尼件为空心锤头4、阻尼液体介质为阻尼液5。
所述竖向阻尼件包括，从下至上依次设置的钢绞线连接件、阻尼件和导线连接件。本实施例中钢绞线连接件为钢绞线孔17、导线连接件为线夹本体15。
所述阻尼件为一弯曲的蛇形金属板。本实施例中弯曲的蛇形金属板为耗能金属板11。
所述钢绞线连接件设有固定所述钢绞线的通孔，和设有与所述竖向阻尼件连接的螺栓固定孔；所述导线连接件设有与所述竖向阻尼件连接的螺栓固定孔，和与导线连接的内壁设有橡胶圈的通孔。本实施例中钢绞线连接件设置的通孔为钢绞线孔17、橡胶圈为橡胶19。
所述圆柱形阻尼件的凹槽开口端为向外凸缘的开口端；所述半圆形阻尼件内设有与所述钢绞线轴向垂直的圆形的具有至少两种直径的通孔。
所述两种直径的通孔直径分别为1mm～2mm和0.5mm～1mm，有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种直径的通孔间隔布置。本实施例中直径1mm～2mm为大孔12、直径0.5mm～1mm为小孔13。
所述半圆形阻尼件由ti-15、mo-3、ai-2.7、nb-0.2、si制得。
所述圆柱形阻尼件的封闭端与所述半球形阻尼件的开口端用法兰7连接。
所述阻尼液体介质的材料为二甲基硅油。
一种防振锤中阻尼液介质质量的确定方法中阻尼液体介质的确定方法，包括：
基于防振锤的加速度幅频特性曲线得到加速度共振频率；
根据加速度共振频率计算固有频率；
根据固有频率计算阻尼液体介质的质量。
所述固有频率的计算公式为；
式中ω为加速度共振频率，ωn为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。
所述阻尼液体介质的质量的计算公式为：
式中mf为阻尼液体介质的质量，wn为减振器的固有频率，k为减振器的刚度，m1为减振器的本体结构质量。
本发明专利给出的新型防振锤采用装配整体式结构设计。防振锤的整体结构由钢绞线2、锤头及线夹1组成。该防振锤的锤头由实心锤头3及空心锤头4通过法兰7连接而成，实心锤头3和钢绞线2通过钢套管9压接在一起，顶部用锡封10在一起；空心锤头4则内置了一套阻尼液耗能减振装置，该装置由球形空心壳体、隔板6及阻尼液5组成，空心锤头4内的隔板6采用了具有两种圆形孔的半月形结构设计，两种圆形孔直径分别为1mm～2mm、0.5mm～1mm,有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种不同直径的孔采取间隔布置的方式，这种隔板的设计结构增大了阻尼液通过隔板的阻力，明显增加了防振锤阻尼耗能能力。线夹1下部冲压连接钢绞线，锤头与钢绞线铆接连接，如附图1、图2和图3所示。
附图1、图2和图3给出了新型防振锤的整体结构。该防振锤的锤头由实心锤头3及空心锤头4通过法兰7连接而成，实心锤头3和钢绞线2通过钢套管9压接在一起，顶部用锡封10在一起；空心锤头4则内置了一套阻尼液耗能减振装置，该装置由球形空心壳体、隔板6及阻尼液5组成。空心锤头4内的隔板6设置了大孔12和小孔13，线夹1下部冲压连接钢绞线，锤头与钢绞线铆接连接。该防振锤空心锤内部的隔板6采用了具有两种圆形孔的半月形结构设计，两种圆形孔直径分别为1mm～2mm、0.5mm～1mm,有孔面积总和占整个隔板面积的百分比为40％～60％，两种不同直径的孔采取间隔布置的方式这种隔板的设计结构增大了阻尼液通过隔板的阻力，明显增加了阻尼液阻尼耗能能力。
防振锤线夹1由线夹本体15、耗能金属板11、钢绞线紧固件组成及紧固螺栓18组成。耗能金属板11端部应插入线夹本体15设置的槽内，并通过紧固螺栓18与线夹本体15连接在一起，如附图4、图5和图6所示。给出了线夹结构设计方式。此外，线夹底部设置有通孔，钢绞线2穿过该通孔，并用压接的方式和线夹本体15连接在一起。
附图4、图5和图6给出了线夹结构设计方式。该线夹1由线夹本体15、耗能金属板11、钢绞线紧固件组成及紧固螺栓18组成。耗能金属板11端部应插入线夹本体15设置的槽内，并通过紧固螺栓18与线夹本体15连接在一起给出了线夹结构设计方式。此外，线夹底部设置有通孔，钢绞线2穿过该通孔，并用压接的方式和线夹本体15连接在一起。
本发明专利给出了一种多阻尼变质量防振锤。当该防振锤在风荷载的作用下运动时,阻尼液减振装置中的阻尼液，因惯性向防振锤运动相反方向运动,进而产生了与防振锤运动方向相反的压力,该压力由防振锤作用在输电到线上,进而起到减小输电导线风振的作用；此外尼装置中的阻尼液的黏性也能起到耗散风能的作用，即该防振锤通过利用液体晃动产生的动水压力以及阻尼液的耗能形成了对输电导线的减振作用。通过改变阻尼液箱体内部的液体量来改变水平减振动器的质量，进而改变其固有频率，使其固有频率和当前的水平风振频率一致，使其达到最优的阻尼效果。空心锤内置的隔板增大了阻尼液流动的阻力，从而进一步增大了其阻尼耗能的作用。此外，防振锤的钢绞线线股之间通过摩擦耗散竖向振动能量；s形金属连接金属板除了可以通过反复轴向伸缩耗散竖向的振动能量，还可以降低防振锤与导线之间的作用力，从而降低了防振锤与导线之间的磨损。因此，本发明专利给出的新型防振锤，具有以下几种功能：第一，耗能能力强。该防振锤具有三种耗能机制：即空心锤内阻尼液的粘滞阻尼耗能，钢绞线线股之间的摩擦阻尼耗能以及s型耗能金属板的滞回耗能。第二，具有缓冲防振锤和输电导线之间的作用力，从而降低导线对防振锤的磨损。第三，防范导线竖向振动的频率范围广，该防振锤具有自适应能力可以根据外界激励的变化来改变自身的参数，使得自身固有频率与外界激励频率保持一致，从而获得较好的宽频减振效果。第四，具有免维护，耐久性能好。本发明专利对高阻尼液体封装的结构设计，因此将其悬挂在高空中不会产生漏油的现象，可以做到免维护，耐久性能好。第五，新型防振锤具有易安装、自动激活性能好、容易匹配调频等优点。本发明专利给出的新型防振锤具有自动激活性能好，能够拓宽减振频率范围。该防振锤将阻尼液减振装置用来应对当前激振频率，将钢绞线及s型耗能金属板应对外界可能产生的激励频率。通过三种阻尼减振系统的方式来提高新型防振锤的有效减振频带宽度。从而使得该防振锤可以在更宽的频率范围内减低导线的竖向风振引起的动力响应。
新型防振锤的质量由实心锤头m1和空心锤头及其内部的阻尼液质量mf两部分组成。该防振锤阻尼由钢绞线摩擦阻尼c0、s形金属板滞回阻尼c1及空心锤内部的粘性阻尼液产生的粘滞阻尼c2组成。该防振锤的刚度为k。该防振锤对输电导线竖向微风振动的控制力f一般由两部分组成：一部分是导线与防振锤之间的相互作用力f1及空心锤内阻尼液产生的与f1方向相反的控制力f2组成，如附图7所示。
附图7给出了该减振装置的力学模型。可以看出：该防振锤的质量由实心锤头m1和空心锤头及其内部的阻尼液质量mf两部分组成。该防振锤阻尼由钢绞线摩擦阻尼c0、s形金属板滞回阻尼c1及空心锤内部的粘性阻尼液产生的粘滞阻尼c2组成。该防振锤的刚度为k。该防振锤对输电导线竖向微风振动的控制力f一般由两部分组成：一部分是导线与防振锤之间的相互作用力f1及空心锤内阻尼液产生的与f1方向相反的控制力f2组成则变质量新型防振锤的运动微分方程可以写为：
在该防振锤的工作过程中：当空心锤内部的粘性阻尼液的质量mf可以在0到mfmax范围内根据外界激励情况进行调节，因此防振锤质量的可变化的范围为m1到m1+mfmax。因此，该防振锤的固有频率ωn为：
从式2可以看出：当液体的质量mf从0到mfmax范围内变化时，该防振锤的固有频率ωn也随之而发生变化，范围是
阻尼液基本振型的模态质量一般为防振锤的模态质量的1％～10％。
从上边的力学模型可以看出：只要调节水平阻尼器液体的质量，使得防振锤的固有频率与外界频率保持一致，就可以使得该防振锤取得最好的水平风振减振效果。为了测出防振锤的阻尼及固有频率，本发明设计了一套试验装置。该装置由电磁振动台、防振锤、加速度传感器等组成。将防振锤刚性固定于电磁振动台，对防振锤进行正弦扫频激励，频率范围5～120hz，由力传感器获得振动台对防振锤的激振力，通过加速度传感器获得线夹加速度，积分得到线夹速度，同步记录数据采集卡在每个采集周期中的频率、速度、力、相位差，从而得到防振锤在不同振动速度下的阻抗谱。据实验所得阻抗谱，可获得防振锤在不同激振速度下各阶固有频率与对应的阻抗值及半功率点。
本发明专利采用单模态识别法从一条频响函数曲线识别各阶固有频率与阻尼比。用半功率点法计算防振锤阻尼比，设fn，re分别为固有频率及对应的阻抗值，则半功率点为re/2对应的点，其对应频率fa，fb分别位于fn两侧，防振锤固有频率对应的阻尼比为
在振动过程中，通过改变新型防振锤装载的阻尼液质量达到拓宽其减频带的目的。通过试验新型防振锤对导线有效减振的频率范围为:10hz～80hz,其阻尼比范围为：0.05～0.2。
固有频率是振动系统的一项重要特性参数，该参数取决于系统本身的质量和刚度。实验中，常常采用共振法来测量振动系统参数的常用方法，共振法即利用固有频率与共振频率的关系来估计固有频率的方法。共振频率是使振动系统产生共振，响应振幅达到最大值时所对应的激励频率。减振器的响应是加速度，则称为加速度共振频率。对减振器固有频率识别实验时，需要测出减振器的加速度幅频特性曲线，通过该曲线，确定减振器的加速度共振频率ω，然后根据固有频率的计算公式4可以求解得出减振器的固有频率分别为ωn。
式中ω为加速度共振频率，ωn为减振器的固有频率，ξ为减振器的阻尼比。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
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