一种防振锤钢绞线阻尼特性的测试方法与流程

1.本发明涉及到架空输变电导线减振保护装置领域，具体涉及到一种防振锤钢绞线阻尼特性的测试方法。


背景技术：

2.架空高压输变电线路在使用的过程中往往会受到外部因素的影响而产生一定的振动，微风振动就是其中一种比较常见的形式。高压输电线路导线的振动时间占全年时间的30-50％，严重影响其使用寿命和线路的稳定性。因此，电力输送行业通常采用安装防振减振装置，如音叉式防振锤这类谐振-阻尼品，以降低导线振动的幅度，减少导线疲劳应力损伤，提高输变电线路的安全可靠性。
3.典型的音叉式防振锤是由锤头、阻尼钢绞线和悬挂支架组成。从设计到零件制造和装配，主要影响其性能的因素主要有：1)锤头的几何形状和质量分布；2)阻尼钢绞线的阻尼特性；3)整体装配精度。这些因素影响的固有频率特性与功率谱特性。其中钢绞线的阻尼特性，对系统的特性的影响，需要科学可靠的方法进行测量，从而提高产品的质量管理水平。
4.钢绞线是有多股高强钢丝加捻-稳定处理后，按设计要求切断到规定的长度，进行的组装；作为防振锤的重要零件，在其工作状态下，除了锤头饶自身的轴心振动，并以连接它的悬挂支架的固定端振动；钢绞线的振动，使得钢丝之间的松紧和气隙发生变化，造成摩擦为非线性变化；按照现有常规的方法，需要通过测量钢绞线单根钢丝的应变，根据应变的动态变化，可以计算获得钢绞线的振动-阻尼特性。但是，这种测量细小钢丝的应变的试验方法较为困难，而且，用外层单根或数根钢丝应力变化来推算整束(包含内层钢丝)行为的计算方法也存在较大误差。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种防振锤钢绞线阻尼特性的测试方法，解决了传统测量钢绞线阻尼特性试验方法较为困难，存在较大误差的问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种防振锤钢绞线阻尼特性的测试方法，具体包括以下步骤：
7.步骤s1、将钢绞线设置为悬臂状态，在钢绞线上安装电感线圈，在钢绞线的末端加载重力载荷，调整所述重力载荷的大小；
8.步骤s2、所述电感线圈连接lcr电感电桥，在相同载荷下，分别对所述电感线圈施加范围为10～100hz的不同的激励频率，比如10hz、15hz、20hz、25hz、30hz、50hz、100hz，所述lcr电感电桥检测记录相应频率对应的电感峰值，经过多次重复测试，获得每一个相应频率对应的电感峰值的平均值，从所述lcr电感电桥的输出电感值l数据中，选取最大电感值lmax的对应的电流频率作为设定激励电流频率fk，记录此时所述电感线圈的电感量静态值；
9.步骤s3、释放端部载荷，检测记录振动幅值ai与电感量li的变化，确定振动幅值ai与电感量li之间的对应关系；
10.步骤s4、绘制振动幅值ai的时间曲线图，按自由衰减法计算钢绞线的阻尼；
11.具体的，设瞬时ti的振动幅值为经过一个周期td后，下一个振动幅值为其中n称为阻尼参变量，表示系统阻尼的大小，td为周期时间，这两个相邻振动幅值之比为：
[0012][0013]
对公式(1)两边取自然对数得：
[0014][0015]
通过公式(2)进一步求得：
[0016][0017]
根据所述振动幅值ai的时间曲线图，通过线性回归获得参数方程的解，即振动衰减函数x(t)，并计算获得阻尼参变量n，周期时间td，进而求得衰减率系数δ和阻尼比系数ξ。在防振锤系统的设计计算中，使用x(t)更便于数字化计算和数据保存。
[0018]
上述测量方法的原理为，钢绞线在受到外界机械应力而发生形变的时候其磁导率也会随之发生改变，钢丝导磁材料在螺旋线圈的电感值与磁芯的磁导率呈正比的关系，由于集束的钢绞线多股钢丝之间存在间隙(空气隙)，因此，螺旋线圈的电感值在钢绞线发生弯曲形变的时候会不断改变。由于钢绞线结构变形使单根钢丝材料之间发生相对摩擦滑动而产生阻尼，被称为滞后阻尼(固体阻尼或结构阻尼)。
[0019]
具体的，本发明的试验模型，当在钢绞线的一端施加重力载荷后，钢绞线产生一定的变形量，钢绞线在自重下端部下垂；钢绞线上的电感线圈在此状态下对应着一定范围的电感值；但是当钢绞线端部的载荷消失之后，由于钢绞线本身所具备的迟滞特性，钢绞线会在一定振幅范围内上下振动；在持续地上下振动地过程中对应不同的形变量，电感线圈检测获得不同的电感值；总之，钢绞线的形变状态和电感线圈的电感值之间的对应关系是采用如此试验方法获得。
[0020]
上述方案优点在于，其一，被测件的安装和加载过程，与防振锤产品的实际应用条件高度接近，避免了设计数据转换和生产条件差异造成的误差。
[0021]
其二，选择性的采用电感敏感频率，通过在钢绞线上布置电感线圈，利用lcr电感电桥采集钢绞线在振动过程中的电感值变化，在最大程度不破坏被测试件工作状态的条件下，实验测试获取电感数据与钢绞线的自阻尼系数之间的关系，进而计算获得钢绞线的对数衰减率和阻尼比，在此基础上为防振锤用钢绞线阻尼特性计算提供精确的设计依据。
[0022]
其三，本发明采用在防振锤用钢绞线上安装电感线圈的方法，通过测量钢绞线在不同的载荷变形下的电感变化，从而实现对钢绞线的动态振动阻尼特性的测量；该项技术既可以对不同钢绞线的振动阻尼特性进行测量，还可以针对已经完成装配的钢绞线防振锤系统进行阻尼特性研究和分析，进一步的研究系统的诸元参数的动态变化以及其相互的影响因素；本发明的检测方法可以推动防振锤系统和元件的精确设计，以及获得高精度的优
化制造工艺。
[0023]
进一步的，采用专用夹头压紧被测钢绞线的固定端，所述专用夹具施加的夹持力使钢绞线无空气间隙夹紧，所述固定端总体质量是被测钢绞线质量的10倍以上；所设计的防振锤钢绞线的固定端专用夹头，是实现防振锤悬臂梁模型的关键；所述固定端总体质量是被测钢绞线质量的10倍以上，这是固定端夹持稳固性满足理论模型的必要条件。
[0024]
进一步的，所述电感线圈位于离钢绞线固定端的1/3至2/3的位置，所述电感线圈的螺旋管长度不超过所述钢绞线长度的10％；在接近固定端的位置，钢绞线自重以及自由端的加载负荷，按常规的等截面悬臂梁模型计算，钢绞线靠近固定端的钢绞线单根钢丝的应力大于自由端部；由于钢绞线在自重状态下成均匀弯曲变形，而阻尼系数主要与弯曲变形的钢丝间的摩擦相关，因此安装电感线圈的位置在钢绞线长度的1/3到2/3位置均可以获得满意的测试数据，从而降低了检测位置布置的难度，带来工程上便利性。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]
1、被测件的安装和加载过程，与防振锤产品的实际应用条件高度接近，避免了设计数据转换和生产条件差异造成的误差；
[0027]
2、选择性的采用电感敏感频率，通过在钢绞线上布置电感线圈，利用lcr电感电桥采集钢绞线在振动过程中的电感值变化，在最大程度不破坏被测试件工作状态的条件下，实验测试获取电感数据与钢绞线的自阻尼系数之间的关系，进而计算获得钢绞线的对数衰减率和阻尼比，在此基础上为防振锤用钢绞线阻尼特性计算提供精确的设计依据；
[0028]
3、本发明采用在防振锤用钢绞线上安装电感线圈的方法，通过测量钢绞线在不同的载荷变形下的电感变化，从而实现对钢绞线的动态振动阻尼特性的测量；该项技术既可以对不同钢绞线的振动阻尼特性进行测量，还可以针对已经完成装配的钢绞线防振锤系统进行阻尼特性研究和分析，进一步的研究系统的诸元参数的动态变化以及其相互的影响因素；本发明的检测方法可以推动防振锤系统和元件的精确设计，以及获得高精度的优化制造工艺。
附图说明
[0029]
图1为本发明钢绞线试件的截面图；
[0030]
图2为本发明试验模型的示意图；
[0031]
图3为本发明钢绞线振动幅值ai的时间-位移曲线图；
[0032]
图中：1、专用夹头；2、钢绞线；3、电感线圈；4、重力载荷；5、lcr电感电桥。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均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。
[0035]
如图1所示，钢绞线是有多股高强钢丝加捻-稳定处理后，按设计要求切断到规定的长度，进行的组装；作为防振锤的重要零件，其工作状态下，除了锤头饶自身的轴心振动，并以连接它的悬挂支架的固定端振动；钢绞线的振动，使得钢丝之间的松紧和气隙发生变化，造成摩擦为非线性变化；按照常规的方法，通过测量钢绞线单根钢丝的应变，根据应变的动态变化，可以计算获得钢绞线的振动-阻尼特性。但是，这种测量细小钢丝的应变的试验方法较为困难，而且，用外层单根或数根钢丝应力变化来推算整束(包含内层钢丝)行为的计算方法也存在较大误差。
[0036]
本发明针对防振锤用钢绞线阻尼特性问题，结合电磁感应原理，提出了一种测试防振锤钢绞线阻尼特性的无损实验方法，检测、获取敏感频率下的阻尼系数，具体包括以下步骤：
[0037]
步骤s1、将钢绞线2设置为悬臂状态，在钢绞线2上安装电感线圈3，在钢绞线2的末端加载重力载荷4，调整所述重力载荷4的大小；
[0038]
步骤s2、所述电感线圈3连接lcr电感电桥5，在相同载荷下，分别对所述电感线圈4施加范围为10～100hz的不同的激励频率，比如10hz、15hz、20hz、25hz、30hz、50hz、100hz，所述lcr电感电桥5检测记录相应频率对应的电感峰值，经过多次重复测试，获得每一个相应频率对应的电感峰值的平均值，如表1所示
[0039][0040]
表1
[0041]
从所述lcr电感电桥5的输出电感值l数据中，选取最大电感值lmax＝0.0465的对应的电流频率15hz作为设定激励电流频率fk，记录此时所述电感线圈的电感量静态值；
[0042]
步骤s3、释放端部载荷，检测记录振动幅值ai与电感量li的变化，确定振动幅值ai与电感量li之间的对应关系，如表2所示
[0043][0044]
表2
[0045]
步骤s4、绘制振动幅值ai的时间曲线图，如图3所示，按自由衰减法计算钢绞线的阻尼；
[0046]
具体的，设瞬时ti的振动幅值为经过一个周期td后，下一个振动幅值为其中，n称为阻尼参变量，表示系统阻尼的大小，td为周期时间，这两个相邻振动幅值之比为：
[0047][0048]
对公式(1)两边取自然对数得：
[0049]
[0050]
通过公式(2)进一步求得：
[0051][0052]
根据所述振动幅值ai的时间曲线图，通过线性回归获得参数方程的解，即振动衰减函数x(t)＝27.29+496.03e^(-5.14t)，并计算获得阻尼参变量n＝5.14，周期时间td＝0.16，进而求得衰减率系数δ＝0.8224，阻尼比系数ξ＝0.2532。
[0053]
上述测量方法的原理为，钢绞线在受到外界机械应力而发生形变的时候其磁导率也会随之发生改变，钢丝导磁材料在螺旋线圈的电感值与磁芯的磁导率呈正比的关系，由于集束的钢绞线多股钢丝之间存在间隙(空气隙)，因此，螺旋线圈的电感值在钢绞线发生弯曲形变的时候会不断改变。由于钢绞线结构变形使单根钢丝材料之间发生相对摩擦滑动而产生阻尼，被称为滞后阻尼(固体阻尼或结构阻尼)。
[0054]
具体的，本发明的试验模型如图2所示，当在钢绞线2的一端施加重力载荷4后，钢绞线2产生一定的变形量，钢绞线2在自重下端部下垂；钢绞线2上的电感线圈3在此状态下对应着一定范围的电感值；但是当钢绞线2端部的载荷消失之后，由于钢绞线2本身所具备的迟滞特性，钢绞线2会在一定振幅范围内上下振动；在持续地上下振动地过程中对应不同的形变量，电感线圈3检测获得不同的电感值；总之，钢绞线2的形变状态和电感线圈3的电感值之间的对应关系是采用如此试验方法获得。
[0055]
上述方案优点在于，其一，被测件的安装和加载过程，与防振锤产品的实际应用条件高度接近，避免了设计数据转换和生产条件差异造成的误差。
[0056]
其二，选择性的采用电感敏感频率，通过在钢绞线2上布置电感线圈3，利用lcr电感电桥5采集钢绞线2在振动过程中的电感值变化，在最大程度不破坏被测试件工作状态的条件下，实验测试获取电感数据与钢绞线2的自阻尼系数之间的关系，进而计算获得钢绞线2的对数衰减率和阻尼比，在此基础上为防振锤用钢绞线阻尼特性计算提供精确的设计依据。
[0057]
其三，本发明采用在防振锤用钢绞线2上安装电感线圈3的方法，通过测量钢绞线2在不同的载荷变形下的电感变化，从而实现对钢绞线2的动态振动阻尼特性的测量；该项技术既可以对不同钢绞线2的振动阻尼特性进行测量，还可以针对已经完成装配的钢绞线防振锤系统进行阻尼特性研究和分析，进一步的研究系统的诸元参数的动态变化以及其相互的影响因素；本发明的检测方法可以推动防振锤系统和元件的精确设计，以及获得高精度的优化制造工艺。
[0058]
进一步的，采用专用夹头1压紧被测钢绞线2的固定端，所述专用夹具施加的夹持力使钢绞线2无空气间隙夹紧，所述固定端总体质量是被测钢绞线2质量的10倍以上；所设计的防振锤钢绞线的固定端专用夹头1，是实现防振锤悬臂梁模型的关键；所述专用夹头1的夹持力大于所述钢绞线2质量的10倍，这是固定端夹持稳固性满足理论模型的必要条件。
[0059]
进一步的，所述电感线圈3位于离钢绞线2固定端的1/3至2/3的位置，所述电感线圈3的螺旋管长度不超过所述钢绞线2长度的10％；在接近固定端的位置，钢绞线2自重以及自由端的加载负荷，按常规的等截面悬臂梁模型计算，钢绞线2靠近固定端的钢绞线单根钢丝的应力大于自由端部；由于钢绞线2在自重状态下成均匀弯曲变形，而阻尼系数主要与弯曲变形的钢丝间的摩擦相关，因此安装电感线圈3的位置在钢绞线2长度的1/3到2/3位置均
可以获得满意的测试数据，从而降低了检测位置布置的难度，带来工程上便利性。
[0060]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。