[发明专利]一种基于系统敏感系数的防振锤设计方法

权利要求书

1.一种基于系统敏感系数的防振锤设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、计算2R防振锤：基于系统敏感系数的防振锤结构设计方法，对2R防振锤进行计算；

S2、计算4R防振锤：针对步骤S1中的2R防振锤的计算方法，可以扩展到4R防振锤的计算，获得优化特征值频率

S3、防振锤建模：防振锤可以简单地建模为具有两个锤头配重和一个作为锤头之间的连接件的钢绞线，将其安装在输电线路上，对称结构的防振锤可以简化为一根钢绞线和一个锤头组成的两自由度系统，整个防振锤系统可以看作是两个半阻尼器模型的叠加，防振锤的建模可以从半个防振锤阻尼器简化模型开始，从半个防振锤阻尼器简化模型开始对防振锤进行建模；

S4、敏感性分析：根据步骤S1-步骤S3进行敏感性分析；

所述步骤S3中，对防振锤建模过程中参数的计算过程包括如下步骤：

S3.1、对重的质量和惯性矩分别用E_m和J_m表示，钢绞线的长度和对重心的回转半径分别用L和R表示，点G和O分别表示质心和钢绞线与锤头的连接点，点G和O之间的距离假定为1，状态向量x1和x2分别表示对重心的平移和回转，而状态向量y1表示传输线导线的运动；

S3.2、按如下公式计算k：

计算式一：

计算式二：

其中防振锤的控制方程为无阻尼两自由度系统，是状态向量x₁的双微分，F(V)是传输线上风速的函数外力，k是钢绞线的刚度系数，E_m和J_m分别是钢绞线的杨氏模量和第二惯性矩；

S3.3、外力的频率f是风速V的函数，按如下公式计算f：

计算式三：

其中S_T是Strouhal数，设置在0.18分以及0.22分，D是传输线的直径，V是风速；

S3.4、谐振频率灵敏度，在无阻尼系统下，使用以下刚性矩阵K和阻尼矩阵λ方程计算防振锤的特征值：

计算式四：

计算式五：

计算式六：

计算式七：

S3.5、步骤S3.4中两个特征值λ₁和λ₂受到简单半阻尼模型中设计参数值的变化，以根据设计参数的应用值确定特定特征值；

S3.6、相对其他参数项，钢绞线长度l接近于零的情况下，当质量矩阵中的非对角项变为0时，将防振锤系统的第一模态与第二模态拆分，当第一特征值λ₁＝ω1时，计算式如下：

计算式八：

计算式九：

计算式十：

S3.7、第二特征值λ₂＝ω₂和第一特征值ω₁之间的关系可以使用计算式五导出，计算式如下所示：

计算式十一：

S3.8、由于参数L的值比参数k的值大，导出近似的简单形式，将计算式八中的设计参数代入ω₁后，可得出第二特征值的最终简单公式，计算式如下所示：

计算式十二：

S3.9、从步骤S3.7和S3.8中导出的计算式八和计算式十二，用偏微分方程可以求解特征值ω₁对各相关参数的设计灵敏度，作为防振锤的一部分的钢绞线，选用参数稳定质量可靠的商用产品，因此可以把设计参数看做是固定的，计算式八中的第一特征值受到两个参数锤头质量和钢绞线长度变化的影响，它对这两个参数的偏导数的计算式如下所示：

计算式十三：

计算式十四：

其中“const”表示与相关参数相关的常数项；

S3.10、步骤S3.9中，由微分公式可知，第一特征值对参数L比对参数m更敏感，它们分别与m^-2和L^-4成正比，两个方程中的负号都意味着第一个特征值的减少和相关参数值的增加；

S3.11、从步骤S3.8中计算式十二可见，第二特征值ω₂随三个参数m、L和R变化，同理，第二个特征值的偏微分方程计算式如下所示：

计算式十五：

计算式十六：

计算式十七：

2.根据权利要求1所述的一种基于系统敏感系数的防振锤设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，当钢绞线的质量足够小时，可以忽略不计，并且钢绞线的物理属性可以用每个自由度DOF的恒定刚度系数和阻尼比来表示。