CN110198024A - 一种基于压电耗能的防振锤 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于压电耗能的防振锤，属于电力设备及相关技术领域。该装置包括橡胶片、薄钢片、压电陶瓷片、铜丝、质量块、限位杆、外壳。本发明创新性地利用压电效应原理，将结构的机械能转换为电势能，通过铜丝的电阻效应继而转化为热能，不断地耗散能量，而且橡胶作为一种粘弹性材料有一定耗能作用，使得防振锤对于输电线的减振效果良好；采用多耗能阻尼单元，更换部分零件时可降低损失；而且构造简单，易于维护；并可通过调节耗能阻尼单元的数量，或调整压电陶瓷片的规格，质量块的质量，实现阻尼参数的调节，从而更好地满足实际需要。
Description
技术领域
本发明属于电力设备及相关技术领域，尤其涉及一种基于压电耗能的防振锤。
背景技术
随着世界上不少国家和地区用电需求的逐步增加，高压架空线路杆位越来越高，档距越来越大，导线在风荷载作用下的剧烈振动，严重威胁着输电线路的安全运行。导线振动时，导线悬挂处的工作条件最为不利，这是由于导线会因周期性的弯折发生疲劳破坏。防振锤的使用可以起到保护导线，减轻金属疲劳和线路老化的作用。
现有的防振锤主要是利用调谐质量阻尼器(Tuned mass damper，即TMD)的原理来达到导线减振的目的。所谓TMD，指的是由质量块、弹簧和阻尼系统组成的结构，其振动频率在主结构频率附近。当风荷载作用在导线上时，TMD会因振子的惯性力和弹簧恢复力而产生与主体结构相反的共振行为。在此过程中，导线振动的能量一部分转换为TMD振子的动能，一部分转化为钢索的弹性势能，余下部分通过TMD耗散。然而，现有的防振锤耗能机制薄弱，减振效果十分有限。
本发明创造性地提出了一种基于压电耗能的防振锤，利用压电效应原理，将TMD振子的动能转化为电能，大大提高耗能效率，增强减振效果。
发明内容
本发明的技术方案：
一种基于压电耗能的防振锤，包括橡胶片、薄钢片、压电陶瓷片、质量块、限位杆、外壳。
整个装置由压电耗能模块、钢索及线夹组成；
所述的限位杆为等截面圆杆，与外壳刚接，置于外壳包裹形成的空腔之中；
所述的矩形橡胶片过限位杆的端部，与外壳内壁紧密贴合；
所述的矩形薄钢片与橡胶片紧密贴合，厚度比橡胶片薄；
所述的矩形压电陶瓷片与钢片贴合，厚度与橡胶片相同，每个压电陶瓷片正负极通过铜丝连接，形成电回路；
所述的长方体质量块位于上下两片压电陶瓷片之间；
所述每个压电陶瓷片正负极用2根以上铜丝连接，以保证系统的冗余度和可靠性；
所述橡胶片、薄钢片、压电陶瓷片、质量块在形心处有圆形孔洞，孔洞直径比限位杆直径略大，限位杆不影响压电耗能单元沿杆长方向的自由运动；
所述质量块、压电陶瓷片、薄钢片、橡胶片组成压电耗能单元，单元设置数量根据减振要求进行增减；
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种基于压电耗能的防振锤，将导线振动动能转化为压电陶瓷的电能，继而转化为热能，耗能效率高，减振效果好。
(2)本发明的一种基于压电耗能的防振锤，橡胶片作为一种粘弹性材料可以产生微小变形，除了保护压电陶瓷片外，也可适当耗能。
(3)本发明的一种基于压电耗能的防振锤，可根据实际需要对压电耗能单元的数量、压电陶瓷片的规格、质量块的质量进行调整，实现阻尼参数的调节。
(4)本发明的一种基于压电耗能的防振锤，各个耗能单元相互独立，更换部分零件时可降低损失。
(5)本发明的一种基于压电耗能的防振锤，具有构造简单，易于维护等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于压电耗能的防振锤的B-B剖面图；
图2为本发明实施例提供的一种基于压电耗能的防振锤的A-A剖面图；
图3为本发明实施例提供的一种基于压电耗能的防振锤的安装示意图；
图中：1橡胶片、2薄钢片、3压电陶瓷片、4质量块、5限位杆、6外壳。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供的一种基于压电耗能的防振锤的一个实施例，包括：橡胶片1、薄钢片2、压电陶瓷片3、质量块4、限位杆5、外壳6。
在本实施例中，压电耗能单元由橡胶片1、薄钢片2、压电陶瓷片3、质量块4构成，其中耗能单元各部件形心处均开有直径大于限位杆5直径的圆孔，耗能单元可沿杆长方向自由运动；
当导线发生振动时，压电耗能单元由于质量较大，在惯性作用下运动迟滞，导致外壳6对压电耗能单元产生挤压；
橡胶片1在外壳6的挤压下产生变形，耗散了部分能量；外壳6的挤压力通过橡胶片1传给薄钢片2，薄钢片2在保护压电陶瓷片3的同时又将压力均匀传给压电陶瓷片3；压电陶瓷片3与薄钢片2紧密贴合，在压力的作用下压电陶瓷片3上下表面分别产生正负电荷，通过连接正负极的铜丝形成闭合回路，将电能转化为热能并快速耗散，达到良好减振效果。
本发明的一种基于压电耗能的防振锤，将导线振动动能转化为压电陶瓷的电能，继而转化为热能，耗能效率高，减振效果好；橡胶片作为一种粘弹性材料可以产生微小变形，除了保护压电陶瓷片外，也可适当耗能；可根据实际需要对压电耗能单元的数量、压电陶瓷片的规格、质量块的质量进行调整，实现阻尼参数的调节；各个耗能单元相互独立，更换部分零件时可降低损失；具有构造简单，易于维护等优点。
设计本发明时需要注意：第一，橡胶片1、薄钢片2、压电陶瓷片3、质量块4均与外壳内壁周边不接触；第二，橡胶片1、薄钢片2、压电陶瓷片3、质量块4均与限位杆有一定间隙，避免限位杆影响压电耗能单元的运动；第三，外壳和限位杆采用不锈钢制作，从而避免装置在接触雨水时产生锈蚀；第四，压电陶瓷片上下表面应采用多根(2根以上)铜丝相连，保证系统的可靠度和冗余度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种基于压电耗能的防振锤，其特征在于，该防振锤包括橡胶片(1)、薄钢片(2)、压电陶瓷片(3)、质量块(4)、限位杆(5)和外壳(6)；
所述的限位杆(5)为等截面圆杆，其两端与外壳(6)内壁刚接，置于外壳包裹形成的空腔之中；
所述的矩形橡胶片(1)过限位杆(5)的端部，与外壳内壁紧密贴合；
所述的矩形薄钢片(2)与橡胶片(1)紧密贴合，厚度比橡胶片(1)薄；
所述的矩形压电陶瓷片(3)与薄钢片(2)贴合，其厚度与橡胶片(1)相同，每个压电陶瓷片(3)正负极通过铜丝连接，形成电回路；
所述的长方体质量块(4)位于上下两片压电陶瓷片(3)之间；
所述每个压电陶瓷片(3)正负极用2根以上铜丝连接，以保证系统的冗余度和可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电耗能的防振锤，其特征在于，所述的质量块(4)、压电陶瓷片(3)、薄钢片(2)、橡胶片(1)组成压电耗能单元，单元设置数量根据减振要求进行增减。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电耗能的防振锤，其特征在于，所述的橡胶片(1)、薄钢片(2)、压电陶瓷片(3)、质量块(4)在形心处有圆形孔洞，孔洞直径比限位杆(5)直径大，限位杆(5)不影响压电耗能单元沿杆长方向的自由运动。
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