一種水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置及加載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置及加載方法，適用于對(duì)底部固定的水泥電 桿或類似桿狀物進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，模擬其承受動(dòng)態(tài)載荷的能力。
【背景技術(shù)】
[0002] 在輸配電網(wǎng)絡(luò)中，水泥電桿往往會(huì)由于臺(tái)風(fēng)作用而發(fā)生批量性的倒桿現(xiàn)象，特別 是在沿海地區(qū)，這種情況會(huì)更加嚴(yán)重。水泥電桿被臺(tái)風(fēng)吹倒，一種情況是由于水泥電桿的 強(qiáng)度不夠，在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的作用下發(fā)生斷裂，另一種情況是由于水泥電桿地基在臺(tái)風(fēng)作用下發(fā) 生松動(dòng)，容易造成水泥電桿的倒塌。不論哪種情況，都可能會(huì)導(dǎo)致輸配電線路發(fā)生斷裂、砸 傷人、甚至產(chǎn)生其它更加嚴(yán)重的后果。為此，必須采取某種技術(shù)手段，來檢驗(yàn)實(shí)際輸配電水 泥電桿是否能經(jīng)得起設(shè)定的臺(tái)風(fēng)等級(jí)。水泥電桿在臺(tái)風(fēng)作用下的受力效果，既可以把臺(tái)風(fēng) 對(duì)水泥電桿的受力作用等價(jià)于某種靜態(tài)力，也可以等價(jià)于動(dòng)態(tài)力的反復(fù)作用。如果對(duì)水泥 電桿施加某一靜態(tài)力，其作用效果與臺(tái)風(fēng)的作用效果相同，那么通過對(duì)水泥電桿人為加載 該特定的靜力，就可以起到檢驗(yàn)水泥電桿是否傾倒或斷裂的作用。如果對(duì)水泥電桿施加 某一頻率和幅值的動(dòng)態(tài)作用力，其作用效果和臺(tái)風(fēng)的作用效果相同，那么通過對(duì)水泥電桿 人為施加具有該頻率和幅值特性的載荷，也同樣可以起到檢驗(yàn)水泥電桿是否會(huì)傾倒或斷 裂的作用。在水泥電桿靜態(tài)等效加載方面，專利(實(shí)用新型：ZL201320721531，發(fā)明專利： CN201310569485)給出了加載裝置的具體設(shè)計(jì)方案及加載方法。由于在靜態(tài)加載過程中， 施加給水泥電桿的推力保持不變或者變化很慢，不能反應(yīng)出臺(tái)風(fēng)作用于水泥電桿的動(dòng)態(tài)效 果。臺(tái)風(fēng)本身具有一定的頻率特性，靜態(tài)加載由于無法反應(yīng)出臺(tái)風(fēng)的瞬變屬性，很難達(dá)到與 臺(tái)風(fēng)同樣的作用效果，因此采用靜態(tài)加載方法評(píng)估臺(tái)風(fēng)對(duì)水泥電桿的作用效果并不理想， 還需要研究動(dòng)態(tài)加載方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)以上不足之處，提供了一種水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置及加載方 法，實(shí)現(xiàn)模擬水泥電桿可承受的動(dòng)態(tài)載荷。
[0004] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是：一種水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置，包括一端固 定于水泥電桿頂部的鋼絲繩，所述鋼絲繩的另一端經(jīng)若干個(gè)縱向間隔固定的導(dǎo)向輪固定于 地面，位于最高處的導(dǎo)向輪的高度與鋼絲繩與水泥電桿的固定位置處于同一高度；所述導(dǎo) 向輪經(jīng)一支架固定于水泥電桿的旁側(cè)；所述鋼絲繩上還串接有一拉力傳感器，所述拉力傳 感器與一控制單元電連接；還包括一用于動(dòng)態(tài)拉動(dòng)所述鋼絲繩的凸輪機(jī)構(gòu)，所述凸輪機(jī)構(gòu) 包括一固定架、沿固定架長(zhǎng)度方向設(shè)有一雙向絲桿，位于雙向絲桿上的兩滑動(dòng)螺母上分別 固定有一半橢圓狀的凸輪，兩凸輪相對(duì)于所述固定架中心對(duì)稱，并且沿所述固定架移動(dòng)；所 述固定架經(jīng)一電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)中心與所述固定架的中心重合。
[0005] 進(jìn)一步的，所述固定架的中心處固定套接有一減速器，所述減速器與所述電機(jī)相 連。
[0006] 進(jìn)一步的，所述凸輪外緣沿周向設(shè)有凹槽，所述鋼絲繩壓入所述凹槽內(nèi)。
[0007] 進(jìn)一步的，所述固定架的中心與兩凸輪頂點(diǎn)連線的中點(diǎn)重合，所述減速器輸出軸 的中心軸線與兩凸輪頂點(diǎn)連線垂直。
[0008] 進(jìn)一步的，所述固定架的兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別設(shè)有導(dǎo)軌，所述凸輪架設(shè)于所述導(dǎo) 軌上沿所述導(dǎo)軌移動(dòng)。
[0009] 進(jìn)一步的，所述雙向絲桿設(shè)置于所述固定架中部且經(jīng)位于固定架兩端的軸承座固 定，所述雙向絲桿其中一端穿過所述軸承座且設(shè)有一用于手動(dòng)旋轉(zhuǎn)雙向絲桿的手柄。
[0010] 進(jìn)一步的，還包括一信號(hào)采集處理模塊，所述拉力傳感器經(jīng)信號(hào)采集處理模塊與 控制單元電連接，所述電機(jī)經(jīng)一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與所述控制單元電連接。
[0011] 進(jìn)一步的，還包括一用于顯示電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速和當(dāng)前拉力傳感器輸出拉力值的顯示 模塊，所述顯示模塊與所述控制單元連接。
[0012] 本發(fā)明還提供一種如上述所述的水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置的加載方法，包括以下步 驟： 步驟S1 :根據(jù)臺(tái)風(fēng)等級(jí)、水泥電桿高度和加載作用點(diǎn)，計(jì)算動(dòng)態(tài)加載力的最小值、最大 值和加載頻率； 步驟S2 :設(shè)定鋼絲繩的初始狀態(tài)； 步驟S20 :通過一旋轉(zhuǎn)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)雙向絲桿，調(diào)整位于雙向絲桿上兩滑動(dòng)螺母的距離，使 得兩凸輪頂點(diǎn)的連線最短，將鋼絲繩壓入凸輪外緣的凹槽內(nèi)，并且通過控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī) 使得固定架繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩與凸輪接觸點(diǎn)到固定架中心距離最短，停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 固定架中心即為旋轉(zhuǎn)中心； 步驟S21 :預(yù)緊鋼絲繩，使得鋼絲繩預(yù)緊力等于動(dòng)態(tài)加載力的最小值，此時(shí)鋼絲繩處于 初始狀態(tài)； 步驟S3 :設(shè)定鋼絲繩的飽和狀態(tài)； 步驟S31 :通過控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)拉力傳感器的拉力值，當(dāng)拉力值達(dá)到 最大時(shí)，停止電機(jī)運(yùn)行，若該拉力最大值達(dá)到所需的動(dòng)態(tài)加載力的最大值，則鋼絲繩處于飽 和狀態(tài)，轉(zhuǎn)至步驟S4 ;否則轉(zhuǎn)至步驟S32 ; 步驟S32 :旋轉(zhuǎn)雙向絲桿，使得凸輪沿導(dǎo)軌在固定架反向移動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)拉力傳感器的 拉力值； 步驟S33 :若鋼絲繩的拉力值達(dá)到動(dòng)態(tài)加載力的最大值時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)雙向絲桿，此時(shí)鋼 絲繩處于飽和狀態(tài)；否則轉(zhuǎn)至步驟S32 ; 步驟S4 :確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速；設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為η轉(zhuǎn)/分，減速器減速比為?:，則動(dòng)態(tài)加載頻率
，當(dāng)確定加載力頻率后，據(jù)此可以獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速η; 步驟S5 :通過控制單元按照轉(zhuǎn)速η驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)固定架連續(xù)旋轉(zhuǎn)，對(duì)水泥電桿進(jìn)行動(dòng) 態(tài)加載，并且在加載過程中記錄鋼絲繩拉力即加載力的變化數(shù)據(jù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：對(duì)于某一朝向的臺(tái)風(fēng)，作用于水泥電 桿上時(shí)，其產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)作用力，只可能是該風(fēng)向的脈動(dòng)值，而不可能產(chǎn)生具有正反向的交變 力，也就是說，水泥電桿受臺(tái)風(fēng)作用力是單向的?；诖?，本發(fā)明提出采用鋼絲繩進(jìn)行動(dòng)載 荷的加載(鋼絲繩只能承受拉力，不能承受壓力)。鋼絲繩具有柔性，通過導(dǎo)向輪方便改變鋼 絲繩走向，并且鋼絲繩拉力并不會(huì)隨著鋼絲繩走向的改變而改變，這為加載裝置的設(shè)計(jì)和 安裝提供了很大便利，降低了對(duì)加載場(chǎng)地的要求。凸輪機(jī)構(gòu)在電機(jī)帶動(dòng)下連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而帶 動(dòng)鋼絲繩松緊交替，使水泥電桿產(chǎn)生向鋼絲繩拉力方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種方法的好處是， 動(dòng)力源在連續(xù)旋轉(zhuǎn)(而非頻繁正反向切換）的情況下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥電桿動(dòng)態(tài)加載的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)，動(dòng)態(tài)加載力幅值范圍可調(diào)，大幅提升了動(dòng)力源的壽命，也提高了該加載裝置的靈活性。
【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
[0015] 圖1是本發(fā)明水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3a是本發(fā)明凸輪處于水平的狀態(tài)； 圖3b是本發(fā)明鋼絲繩壓入凸輪凹槽內(nèi)狀態(tài)； 圖3c是本發(fā)明鋼絲繩預(yù)緊狀態(tài)； 圖3d是本發(fā)明電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪豎直狀態(tài)； 圖3e是本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)手柄使得雙向絲桿調(diào)整凸輪間距的狀態(tài)。
[0018] 圖中：1_水泥電桿；2-鋼絲繩；3-導(dǎo)向輪；4-電機(jī)；5-減速器；6-凸輪；7-拉力傳 感器；8-固定架；9-導(dǎo)軌；10-雙向絲桿。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020] 如圖1~2所示，一種水泥電桿動(dòng)態(tài)加載裝置，包括一端固定于水泥電桿1頂部的 鋼絲繩2,所述鋼絲繩2的另一端經(jīng)若干個(gè)縱向間隔固定的導(dǎo)向輪3固定于地面，位于最高 處的導(dǎo)向輪3的高度與鋼絲繩2與水泥電桿1的固定位置處于同一高度；所述導(dǎo)向輪3經(jīng) 一支架固定于水泥電桿1的旁側(cè)；所述鋼絲繩2上還串接有一拉力傳感器7,所述拉力傳感 器7與一控制單元電連接；還包括一用于動(dòng)態(tài)拉動(dòng)所述鋼絲繩2的凸輪6機(jī)構(gòu)，所述凸輪6 機(jī)構(gòu)包括一固定架8、沿固定架8長(zhǎng)度方向設(shè)有一雙向絲桿10,位于雙向絲桿10上的兩滑 動(dòng)螺母上分別固定有一半橢圓狀的凸輪6,兩凸輪6相對(duì)于所述固定架8中心對(duì)稱，并且沿 所述固定架8移動(dòng)；所述固定架8經(jīng)一電機(jī)4驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)中心與所述固定架8的中 心重合。
[0021] 在實(shí)際加載裝置中，其導(dǎo)向輪3的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要和場(chǎng)地安裝條件靈活設(shè) 置，但是位于最高處的導(dǎo)向輪3的高度需要與鋼絲繩2固定于水泥電桿1頂端位置處于同 一高度，鋼絲繩2與水泥電桿1成90°，這樣才能保證在拉力不變的情況下，對(duì)水泥電桿1 所產(chǎn)生的力矩最大。從上述可知，本發(fā)明通過鋼絲繩2與水泥電桿1固定，鋼絲繩2具有柔 性，方便改變鋼絲繩2走向，因此該加載裝置可以靈活的改變作用力的方向。鋼絲繩2產(chǎn)生 動(dòng)態(tài)加載力通過所述凸輪6機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)按照設(shè)定的頻率進(jìn)行往復(fù)受拉運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)力源在連續(xù) 旋轉(zhuǎn)(而非頻繁正反切換）的情況下，實(shí)現(xiàn)了力幅值可調(diào)的動(dòng)態(tài)連續(xù)加載，大幅提升了動(dòng)力 源的壽命，也提高了該加載裝置的靈活性。
[0022] 進(jìn)一步的，所述固定架8的中心處固定套接有一減速器5,所述減速器5與所述電 機(jī)4相連。減速器5起到增加轉(zhuǎn)矩降低轉(zhuǎn)速的作用，比如減速比取80,電機(jī)4轉(zhuǎn)速為3000 轉(zhuǎn)/分，則加載頻率為1.