[发明专利]一种弹簧悬挂节段模型装置及试验方法

说明书

本发明提供一种弹簧悬挂节段模型装置及试验方法，该装置及方法花费较低、操作性强、适用于任意形式输电线路任意脱冰模式，适用于单频和多频振动情况，且便于在真实脱冰气象条件下展开；针对多跨输电线路任意脱冰模式下任意位置处覆冰脱冰动力响应的研究，将多自由度的输电导线体系在模态空间里离散成多个单自由度体系，通过调整每阶振型对应的广义力来模拟不同脱冰模式；对于每一个单自由度体系，均可以通过设计出相应的弹簧悬挂节段模型装置来模拟；针对多模态振动的情况，设计各阶模态对应的节段模型分别进行脱冰动力试验，为输电线路脱冰研究提供了新方法。

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及输电线路脱冰动力响应，尤其是一种弹簧悬挂节段模型装置及基于模态叠加法的输电线路脱冰动力响应试验方法。

背景技术

覆冰导线在气温升高、人为敲击或自然风力作用之下会产生脱冰现象。脱冰跳跃会使导线或导地线间绝缘间隙减小，增加了相间闪络的可能性，同时产生的不平衡动张力可能造成杆塔横担变形、金具破坏、断线甚至倒塔等事故。因此，获取导线脱冰动力响应具有现实意义。

目前，对于输电线路脱冰动力响应的获取，一些试验方法相继提出，主要包括真型现场实测和缩尺模型脱冰试验。由于真型输电线路所处的地形环境复杂，使得开展现场实测难度大、成本高且数据精度难以保证。尽管缩尺模型脱冰试验将原型线路缩尺至室内试验空间，但由于输电导线结构展向尺度较大的特点，该试验仍然具有模型装卸困难，难以在线路场地同气象开展，从而存在脱冰条件脱离实际情况的不足。此外，由于全档缩尺模型涉及构件较多，设计成本也较高，且试验精度也难以保证，也一定程度上限制了其使用性。

就目前来看，如何针对输电线路脱冰响应单频或多频振动特点，设计出一种花费较低、可操作性强、适应任意形式输电线路任意脱冰模式的试验模型装置，通过试验测得导线脱冰动力响应，然后基于模态叠加法得到原型导线的脱冰位移响应，以验证数值模拟结果的可靠性，国内外还鲜有相关研究。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种弹簧悬挂节段模型装置。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种弹簧悬挂节段模型装置，包括用于支撑输电导线的刚性框架，所述刚性框架包括上梁和支撑柱，所述刚性框架内安装水平方向位置可调的两根竖向弹簧和竖向高度可调的两根水平弹簧；其特征在于：所述弹簧悬挂节段模型装置还包括节段模型，所述节段模型包括悬吊横杆、筒状连接件、盘状连接件、圆形端板和多根导线；所述刚性框架的上梁上设有套管，所述套管可以在刚性框架的上梁上水平移动，所述竖向弹簧的上端与套管相连接，所述竖向弹簧的下端与位于刚性框架中央处的悬吊横杆相连接；所述悬吊横杆与筒状连接件的一端垂直固定，所述筒状连接件的另一端与盘状连接件的盘面垂直固定，所述盘状连接件与圆形端板可拆卸连接；所述刚性框架的支撑柱上部内侧设有带孔钢片，所述筒状连接件的两侧设有分别开设螺纹孔以穿过固定水平弹簧的一端的螺杆，所述水平弹簧的另一端固定至支撑柱的带孔钢片上；所述圆形端板的圆周上设有穿过多根导线的导线孔；

所述圆形盘面的垂直方向上设有第一监控球机，所述第一监控球机用于视频采集导线的脱冰位移相应数据。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述弹簧悬挂节段模型装置还包括第二监控球机和第三监控球机，所述第二监控球机和第三监控球机对称布置在导线横贯方向的两侧，所述第二监控球机和第三监控球机用于观测导线的覆冰脱冰情况。

作为本发明的优选技术方案：所述悬吊横杆沿着其长度方向上设有多个调节孔，以用于调节两根竖向弹簧之间的间距。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种基于模态叠加法的输电线路脱冰动力响应试验方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：