CN104122082B - 一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统 - Google Patents

一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统 Download PDF

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本发明公开了一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其包括拉压力传感器、位移传感器、信号采集器、上位机、PLC、数字油缸、连接杆、定位架以及试样间隔棒，所述试样间隔棒固定设置在定位架上，所述连接杆固定设置在试样间隔棒的线夹中；所述连接杆与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端与数字油缸的上端连接，所述数字油缸的下端连接有伺服电机，所述连接杆与位移传感器连接；所述拉压力传感器以及位移传感器均与信号采集器连接，所述信号采集器与上位机连接，所述PLC与伺服电机连接。通过使用本发明的系统，便能够满足对间隔棒阻尼性能进行有效测试的需求，从而保证了间隔棒的制造质量。本发明可广泛应用于间隔棒阻尼试验领域中。

Description

一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统
技术领域
本发明涉及间隔棒的试验设备，尤其涉及一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统。
背景技术
技术词语解释：
PLC：可编程逻辑控制器
间隔棒主要用于限制子导线之间的相对运动并且在正常运行情况下保持分裂导线的几何形状，因此，间隔棒是分裂导线线路中重要的电力器材，担负着安全送电的重要使命。间隔棒是连接惰性物体，在间隔棒活动关节处利用橡胶作阻尼材料来消耗导线的振动能量，对导线振动产生阻尼作用。而间隔棒的损坏多为振动磨擦损坏，其损坏原因则与间隔棒的阻尼结构密切相关。为了检验间隔棒阻尼结构的有效性，从而保证间隔棒的制造质量，生产厂家应该需要对间隔棒进行阻尼性能试验。然而，目前尚未出现较成熟的间隔棒的阻尼特性试验系统，因此无法满足对间隔棒阻尼性能进行有效测试的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可对间隔棒进行阻尼特性试验的系统。
本发明所采用的技术方案是：一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其包括拉压力传感器、位移传感器、信号采集器、上位机、PLC、数字油缸、连接杆、定位架以及试样间隔棒，所述试样间隔棒固定设置在定位架上，所述连接杆固定设置在试样间隔棒的线夹中；
所述连接杆与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端与数字油缸的上端连接，所述数字油缸的下端连接有伺服电机，所述连接杆与位移传感器连接；
所述拉压力传感器的输出端以及位移传感器的输出端均与信号采集器的输入端连接，所述信号采集器的输出端与上位机的输入端连接，所述PLC的输出端与伺服电机的输入端连接。
进一步，所述试样间隔棒的个数为多个，所述连接杆穿过多个试样间隔棒的线夹将多个试样间隔棒固定连接在一起，所述连接杆固定设置在多个试样间隔棒的线夹中。
进一步，所述拉压力传感器的输出端以及位移传感器的输出端还均与PLC的输入端连接。
进一步，所述伺服电机的输出端与PLC的输入端连接。
进一步，所述PLC连接有触摸屏。
进一步，其还包括U型连接部件，所述的拉压力传感器的一端通过U型连接部件与连接杆连接。
进一步，其还包括底座，所述定位架固定设置在底座上。
进一步，所述的底座包括支撑板，所述支撑板上设有支撑杆，所述支撑杆上设有螺纹以及与螺纹匹配的螺母，所述支撑板通过螺纹和螺母固定在支撑杆上，所述定位架固定设置在支撑板上。
进一步，所述的触摸屏为LED显示触摸屏。
本发明的有益效果是：所述试样间隔棒固定设置在定位架上，所述连接杆固定设置在试样间隔棒的线夹中，所述连接杆与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端与数字油缸的上端连接，所述数字油缸的下端连接有伺服电机，所述伺服电机带动数字油缸做往复的直线运动，从而使试样间隔棒的线夹摆动，此时，所述拉压力传感器可检测出试样间隔棒活动关节处的阻尼力，所述的位移传感器可检测出连接杆的位移，而通过信号采集器实时采集上述的阻尼力参数以及位移参数，通过分析采集到的阻尼力参数和位移参数的关系，疲劳前后的数据比对，从而对试样间隔棒的阻尼性能进行检测。由此可得，本发明的系统可对试样间隔棒的阻尼性能进行试验，因此，通过使用本发明的系统，便能够满足对间隔棒阻尼性能进行有效测试的需求，从而保证了间隔棒的制造质量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种间隔阻尼试验系统的结构示意图；
图2是本发明一种间隔阻尼试验系统的正面结构示意图；
图3是本发明一种间隔阻尼试验系统的一具体实施例总体结构示意图；
图4是本发明一种间隔阻尼试验系统的一具体实施例机械结构示意图；
图5是间隔棒围绕铰链中心旋转的原理示意图；
图6是向量示意图。
1、试样间隔棒；2、连接杆；3、拉压力传感器；4、位移传感器；5、数字油缸；6、伺服电机；7、U型连接部件；8、PLC；9、信号采集器；10、触摸屏；11、上位机；12、定位架；13、第一螺母；14、第二螺母；15、第三螺母；16、第四螺母；17；第一螺杆；18、第二螺杆；19、支撑板；20、线夹；21、间隔棒铰链；22、可移动臂；23、间隔棒活动关节处。
具体实施方式
一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其包括拉压力传感器、位移传感器、信号采集器、上位机、PLC、数字油缸、连接杆、定位架以及试样间隔棒，所述试样间隔棒固定设置在定位架上，所述连接杆固定设置在试样间隔棒的线夹中；
所述连接杆与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端与数字油缸的上端连接，所述数字油缸的下端连接有伺服电机，所述连接杆与位移传感器连接；
所述拉压力传感器的输出端以及位移传感器的输出端均与信号采集器的输入端连接，所述信号采集器的输出端与上位机的输入端连接，所述PLC的输出端与伺服电机的输入端连接。所述的试样间隔棒为适用于架空线路分裂导线所用的间隔棒。
根据上述可得，本发明系统的工作原理为：所述的PLC通过脉冲信号控制伺服电机正反转，从而带动数字油缸的活塞杆做往复的直线运动，使试样间隔棒的线夹摆动，此时，所述拉压力传感器可检测出试样间隔棒活动关节处的阻尼力，所述的位移传感器可检测出连接杆的位移，通过信号采集器实时采集上述的阻尼力参数以及位移参数，并且上传至上位机，所述上位机中的疲劳试验软件将实时获得的阻尼力参数和位移参数进行处理，使上位机显示阻尼力参数以及位移参数之间的关系曲线。
由上述可得，本发明的系统可对单个的间隔棒进行阻尼特性的试验，这样便能满足对间隔棒阻尼性能进行有效测试的需求，从而可保证间隔棒的制造质量。
另外，本发明的系统也可对试样间隔棒进行疲劳试验，即对试样间隔棒的线夹进行多次的摆动，如1千万次的摆动，即令间隔棒的活动关节处进行多次活动。
进一步作为优选的实施方式，所述试样间隔棒的个数为多个，所述连接杆穿过多个试样间隔棒的线夹将多个试样间隔棒固定连接在一起，所述连接杆固定设置在多个试样间隔棒的线夹中。这样由于连接杆穿过多个试样间隔棒的线夹将多个试样间隔棒固定连接在一起，因此，数字油缸所做的直线运动，便能同时使多个试样间隔棒的线夹进行摆动。由此可得，本发明的系统还能够同时对多个试样间隔棒进行疲劳试验，这样则无需逐一对试样间隔棒进行疲劳试验，从而提高了工作效率，节省了工作时间。优选地，其还包括U型连接部件，所述的拉压力传感器的一端通过U型连接部件与连接杆连接。这样可以防止连接杆因多次的外力作用而造成严重的形变，从而提高本系统的稳定性和可靠性。
进一步作为优选的实施方式，所述拉压力传感器的输出端以及位移传感器的输出端还均与PLC的输入端连接。
进一步作为优选的实施方式，所述伺服电机的输出端与PLC的输入端连接。
进一步作为优选的实施方式，所述PLC连接有触摸屏。
进一步作为优选的实施方式，其还包括底座，所述定位架固定设置在底座上。
进一步作为优选的实施方式，所述的底座包括支撑板，所述支撑板上设有支撑杆，所述支撑杆上设有螺纹以及与螺纹匹配的螺母，所述支撑板通过螺纹和螺母固定在支撑杆上，所述定位架固定设置在支撑板上。
本发明的一具体实施例
如图1至图4示，一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其包括拉压力传感器3、位移传感器4、信号采集器9、上位机11、PLC 8、数字油缸5、连接杆2、定位架12以及试样间隔棒1，一个试样间隔棒1固定设置在一个定位架12上，所述连接杆2固定设置在试样间隔棒1的线夹20上；
所述连接杆2与拉压力传感器3的一端固定连接，所述拉压力传感器3的另一端与数字油缸5的上端固定连接，即所述拉压力传感器3的另一端与数字油缸5的活塞杆固定连接，所述数字油缸5的下端连接有伺服电机6；
所述连接杆2与位移传感器4连接，所述位移传感器4设置在连接杆2的下方；
所述拉压力传感器3的输出端以及位移传感器4的输出端均与信号采集器9的输入端连接，所述信号采集器9的输出端与上位机11的输入端连接，另外，所述拉压力传感器3的输出端以及位移传感器4的输出端还均与PLC 8的输入端连接；
所述PLC 8的输出端与伺服电机6的输入端连接，所述伺服电机6的输出端与PLC 8的输入端连接，并且所述PLC 8还连接有触摸屏10。
上述系统的工作原理具体为：试样间隔棒1固定设置在定位架12上，所述连接杆2固定设置在试样间隔棒1的线夹20上，所述连接杆2与拉压力传感器3的一端固定连接，所述拉压力传感器3的另一端与数字油缸5的上端固定连接，即所述拉压力传感器3的另一端与数字油缸5的活塞杆固定连接，所述数字油缸5的下端连接有伺服电机6，所述的PLC 8通过脉冲信号控制伺服电机6正反转，从而带动数字油缸5的活塞杆做往复的直线运动，对连接杆2产生外力作用，从而使试样间隔棒的线夹20摆动，此时，所述拉压力传感器3可检测出试样间隔棒活动关节处23的阻尼力，所述的位移传感器4可检测出连接杆2的位移，通过信号采集器9实时采集上述的阻尼力参数以及位移参数，并且上传至上位机11，所述上位机11中的疲劳试验软件将实时获得的阻尼力参数和位移参数进行处理，使上位机11显示阻尼力参数以及位移参数之间的关系曲线。设置一坐标系，其横坐标的单位为位移的单位，如厘米，其纵坐标的单位为阻尼力的单位，如牛顿，然后根据这一坐标系的横坐标和纵坐标的关系，将实时采集到的阻尼力参数和位移参数在这一坐标系上显示出来，如，获取的位移参数为3cm，阻尼力参数为1N，那么则在坐标（3,1）上打个点。如此类推，当不停获取位移参数和阻尼力参数后，在这一坐标系上则会显示出一阻尼力参数以及位移参数之间的关系曲线。而由于这一关系曲线为闭合曲线，因此，可计算出这一关系曲线的面积。
由上述可得，本发明系统的优点包括：1、自动机械化地对间隔棒的阻尼特性进行检测试验，极大地提高了试验效率和生产周期；2、伺服电机可精确控制运动位移、往复频率、拉压力的变化情况，因此，本系统的精确性以及操作灵活性更高，而且可解决因为数字油缸的活塞杆在高速运动过程中惯性的影响；3、利用疲劳试验软件这一循环软件实时地成型图像，能方便得出能量损耗等相关试验参数，从而解决了传统无法采集准确的实时实验数据进行分析的问题。还有，发明的系统还能够满足在振动频率2～3Hz、振幅±25.4mm的情况下不间断振动10000000次的情况。
另外，由于所述拉压力传感器3的输出端以及位移传感器4的输出端还均与PLC 8的输入端连接，所述PLC 8还连接有触摸屏10，因此，能够将阻尼力参数和位移参数通过PLC8反馈到触摸屏10进行显示，这样能便于工作人员能够实时地了解力和位移的情况，并且可利用触摸屏10进行系统参数的调整，以设置数字油缸5的运动情况。还有，所述伺服电机6的输出端与PLC 8的输入端连接，因此，所述伺服电机本身的参数也可发送至PLC 8，并且通过PLC 8反馈至触摸屏10进行显示。
如图3和图4所示，所述试样间隔棒1的个数为多个，此时，所述连接杆2穿过多个试样间隔棒1的线夹20将多个试样间隔棒1固定连接在一起，所述连接杆2固定设置在多个试样间隔棒的线夹中，因此，伺服电机6驱动数字油缸5的活塞杆做往复直线运动时，便能够同时使多个试样间隔棒1的线夹20进行摆动，由此可得，本发明能够同时对多个试样间隔棒进行疲劳试验，这样则无需逐一对试样间隔棒进行疲劳试验，从而提高了工作效率，节省了工作时间。
所述的试样间隔棒1进行了疲劳试验后，即进行了多次的线夹摆动后，拉压力传感器3所获取的阻尼力参数和位移传感器4所获取的位移参数，必然会产生变化，此时，在进行疲劳试验后，即通过数字油缸5多次进行往复直线运动，使试样间隔棒的线夹多次进行摆动后，则对单个试样间隔棒进行阻尼特性的试验，从而得到疲劳试验后的阻尼力参数和位移参数之间的关系曲线。对于试验间隔棒疲劳试验前所得到的关系曲线，与疲劳试验后所得到的关系曲线，分别计算这两个关系曲线，即闭合曲线，的面积，然后计算出这两个面积之间的比例，从而便能检测出该试样间隔棒的质量是否符合标准要求，而这一标准为IEC标准，这样生产制造商便能很好地对间隔棒的质量进行监督，从而保证间隔棒的制造质量。
优选地，其还包括U型连接部件7，所述的拉压力传感器3的一端通过U型连接部件7与连接杆2连接。这样能够使连接杆2受力平均，有效地避免连接杆2在多次外力作用后发生严重的形变，从而提高阻尼试验系统的稳定性以及可靠性。
优选地，其还包括底座，所述三个定位架12固定设置在底座上；所述的底座包括支撑板19，所述支撑板19上设有支撑杆，所述支撑杆上设有螺纹以及与螺纹匹配的螺母，所述支撑板19通过螺纹和螺母固定在支撑杆上，所述三个定位架12固定设置在支撑板19上。具体地，如图3所示，所述的支撑杆为螺杆，其包括第一螺杆17和第二螺杆18，所述第一螺杆17上连接有第一螺母13和第二螺母14，所述第二螺杆18上连接有第三螺母15和第四螺母16，所述支撑板19的一端与第一螺杆17连接，所述支撑板19的一端设置在第一螺母13和第二螺母14之间，所述支撑板19的另一端与第二螺杆18连接，所述支撑板19的另一端设置在第三螺母15和第四螺母16之间。通过调节第一螺母13、第二螺母14、第三螺母15以及第四螺母16便可对支撑板19的高度进行调节。
优选地，所述的触摸屏10为LED显示触摸屏。
另外，对于本发明的系统，其原理可参照以下所描述的内容。
如图5所示，假设Ht/w等于铰链粘性阻尼并且力f总垂直于力臂，间隔棒臂的旋转围绕铰链的中心，可由下列公式（1）计算：
J：力臂关于旋转中心的惯性矩；、：分别是力臂旋转的瞬间值；：圆频率；：阻尼常量；：扭转硬度；：力的瞬间值；：力臂长度。
假设施加一个正旋力（F=峰值，合力表示），而旋转角为（φ=峰值），而满足公式（1），其具体变为：
而与上式相关的向量描述则如图6所示。
对于低频率（）和典型的阻尼间隔棒，可以忽略，因此可得出：
而在一个阶段内能量浪费等于：。并且如下式所示：
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：其包括拉压力传感器（3）、位移传感器（4）、信号采集器（9）、上位机（11）、PLC（8）、数字油缸（5）、连接杆（2）、定位架（12）以及试样间隔棒（1），所述试样间隔棒（1）固定设置在定位架（12）上，所述连接杆（2）固定设置在试样间隔棒（1）的线夹（20）中；
所述连接杆（2）与拉压力传感器（3）的一端连接，所述拉压力传感器（3）的另一端与数字油缸（5）的上端连接，所述数字油缸（5）的下端连接有伺服电机（6），所述连接杆（2）与位移传感器（4）连接；
所述拉压力传感器（3）的输出端以及位移传感器（4）的输出端均与信号采集器（9）的输入端连接，所述信号采集器（9）的输出端与上位机（11）的输入端连接，所述PLC（8）的输出端与伺服电机（6）的输入端连接；
所述拉压力传感器（3）的输出端以及位移传感器（4）的输出端还均与PLC（8）的输入端连接；
所述伺服电机（6）的输出端与PLC（8）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：所述试样间隔棒（1）的个数为多个，所述连接杆（2）穿过多个试样间隔棒（1）的线夹（20）将多个试样间隔棒（1）固定连接在一起，所述连接杆（2）固定设置在多个试样间隔棒（1）的线夹（20）中。
3.根据权利要求1或2所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：所述PLC（8）连接有触摸屏（10）。
4.根据权利要求1或2所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：其还包括U型连接部件（7），所述的拉压力传感器（3）的一端通过U型连接部件（7）与连接杆（2）连接。
5.根据权利要求1所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：其还包括底座，所述定位架（12）固定设置在底座上。
6.根据权利要求5所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：所述的底座包括支撑板（19），所述支撑板（19）上设有支撑杆，所述支撑杆上设有螺纹以及与螺纹匹配的螺母，所述支撑板（19）通过螺纹和螺母固定在支撑杆上，所述定位架（12）固定设置在支撑板（19）上。
7.根据权利要求3所述一种间隔棒阻尼特性及疲劳试验系统，其特征在于：所述的触摸屏（10）为LED显示触摸屏。
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Denomination of invention: Spacer damping characteristic and fatigue testing system

Effective date of registration: 20191205

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Guangdong Fogang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: GUANGZHOU XINYUAN HENGYE POWER TRANSMISSION DEVICE Co.,Ltd.

Registration number: Y2019440020032

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Date of cancellation: 20210309

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Guangdong Fogang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

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Registration number: Y2019440020032

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Denomination of invention: Damping characteristics and fatigue test system of spacer

Effective date of registration: 20210330

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Guangdong Fogang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: GUANGZHOU XINYUAN HENGYE POWER TRANSMISSION DEVICE Co.,Ltd.

Registration number: Y2021440000110

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Date of cancellation: 20230327

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Guangdong Fogang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: GUANGZHOU XINYUAN HENGYE POWER TRANSMISSION DEVICE Co.,Ltd.

Registration number: Y2021440000110

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Denomination of invention: A Spacer Damping Characteristics and Fatigue Testing System

Effective date of registration: 20230330

Granted publication date: 20160824

Pledgee: Guangdong Fogang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: GUANGZHOU XINYUAN HENGYE POWER TRANSMISSION DEVICE Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980036988