CN110893795B - 一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种接触网张力补偿装置，特别是一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其包括坠砣、连接件、推力机构和腔筒；所述连接件一端与所述坠砣相连，所述连接件另一端用于与接触网系统相连，连接件用于将所述坠砣的重力施加到所述接触网系统上；所述连接件与所述推力机构相连，所述连接件用于带动所述推力机构移动；所述腔筒中用于容纳阻尼液体，所述推力机构设于所述腔筒中，用于带动所述阻尼液体运动。上述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置既具有补偿接触网张力、使接触网张力在不同温度下恒定的作用，又能够耗散接触网系统在动载下的震动能量，降低系统的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种接触网张力补偿装置，特别是一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置。
背景技术
近年来，电气化铁路特别是高速铁路发展迅猛，为国民经济发展和大众出行提供了便利。电气化铁路采用接触网系统对列车运行提供电力。接触网索线受温度影响，会热胀冷缩，从而导致接触网空间位置发生变化，以致列车无法正常行驶。
国内电气化铁路多采用坠砣式张力补偿装置。该装置主要是将坠砣重力(或经过放大后的坠砣重力)施加到接触网索线上，使索线张力恒定，并保持线索驰度满足技术要求。从而使接触网悬挂的静力稳定性得到改善，提高了接触网运营安全性。
从静力学角度看，坠砣重力越大，接触网索线张力越大，两者之间保持静力平衡。从动力学的角度，整个接触网系统存在若干腕臂的刚体转动、索线舞动和坠砣震动的耦合问题，属于多体动力学的范畴。索线由于质量轻、阻尼小、柔性大的特点，在动荷载激励下腕臂的刚体转动极容易引发索线的大幅震动。大幅度的索线舞动又会激发坠砣剧烈的上下震动。坠砣上下震动引起附加惯性力，导致与坠砣相连的索线张力发生改变，以致索线的驰度发生显著变化，从而加重索线的舞动。综上所述，坠砣-索线-腕臂存在强烈的耦合作用，在动荷载激励(如大风、地震等)下，极容易激发坠坨、索线、腕臂的强烈震动，给接触网系统带来隐患。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中，坠砣式张力补偿装置存在的在动载下易发生剧烈震动的问题，提供一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，包括坠砣、连接件、推力机构和腔筒；所述连接件一端与所述坠砣相连，所述连接件另一端用于与接触网系统相连，连接件用于将所述坠砣的重力施加到所述接触网系统上；所述连接件与推力机构相连，所述连接件用于带动所述推力机构移动；所述腔筒中用于容纳阻尼液体，所述推力机构设于所述腔筒中，用于带动所述阻尼液体运动。本发明提供的上述具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，使用时，连接件与接触网系统相连并使坠砣悬空，将腔筒固定连接于输电线路支架处，从而实现该张力补偿装置的安装，使得坠砣的重力能够通过连接件作用到接触网系统上，通过坠砣的重力张紧接触网。在遇到地震或大风时，接触网产生震动，连接件随接触网产生往复运动，从而带动推力机构产生运动，推力机构用于带动腔筒的中的阻尼液体运动，通过阻尼液体的阻尼作用耗散震动能量。可知，上述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置既具有补偿接触网张力、使接触网张力在不同温度下恒定的作用，又能够耗散接触网系统在动载下的震动能量，降低系统的安全隐患。
作为本发明的优选方案，具有减震功能的坠砣式张力补偿装置还包括传动机构，所述连接件与所述推力机构通过传动机构相连。
作为本发明的优选方案，所述传动机构包括定滑轮和转轴，所述定滑轮套设于所述转轴上并与所述转轴固定相连；所述连接件包括索线，所述索线与所述定滑轮通过压力接触的方式相连；所述推力机构包括叶片，所述叶片与所述转轴固定相连；所述腔筒上具有开口，所述腔筒套设于所述转轴上，并与所述转轴通过轴承相连。现有技术中，坠砣与接触网系统往往通过定滑轮或滑轮组相连。本发明的优选方案采用上述结构，便于实现安装。同时，通过转轴将连接件在长度方向上的往复运动转化为叶片的转动，使得无论接触网系统的震动幅度多大，都可以实现有效的减震作用，从而降低了对腔筒体积的要求。
作为本发明的优选方案，所述传动机构还包括转轴，所述定滑轮套设于所述转轴上并与所述转轴固定相连；所述推力机构包括叶片，所述叶片与所述转轴固定相连；所述腔筒上具有开口，所述腔筒套设于所述转轴上，并与所述转轴通过轴承相连。通过上述结构，工作时，通过叶片与腔筒中的阻尼液体产生相对运动，耗散震动能量。
作为本发明的优选方案，所述腔筒两端均设有开口，其中靠近所述定滑轮一端的开口与封板固定相连，远离所述定滑轮一端的开口与盖板固定相连并被所述盖板封闭，盖板与封板的面积均大于所述腔筒的横截面积；所述封板上设有用于供所述转轴穿过的第一通孔，所述第一通孔中设有密封圈，用于密封所述转轴与所述第一通孔处的缝隙；所述盖板与所述封板通过连接杆相连。通过上述的结构，便于通过盖板和封板进行腔筒的安装，例如，可以通过盖板和封板将腔筒安装在输电线缆支架上。
作为本发明的优选方案，所述推力机构为螺旋叶片，所述推力机构套设于所述转轴外侧并与所述转轴相连。
作为本发明的优选方案，所述定滑轮与所述转轴的中段相连，所述转轴的两端各连接有一个腔筒和一个推力机构,所述转轴两端的所述推力机构的螺旋叶片的旋向相反。在转轴的两端均设置腔筒和推力机构，且两端的推力机构的螺旋叶片的旋向相反，从而能够抵消阻尼液体对转轴作用的沿轴向方向的作用力。
作为本发明的优选方案，所述坠砣包括第一坠块和第二坠块；所述第一坠块与所述连接件固定相连，所述第二坠块与所述第一坠块通过弹性组件相连。通过设置第一坠块和第二坠块，能够通过第二坠块相对于第一坠块的震动耗散一部分能量，从而进一步增加减震效果。
作为本发明的优选方案，第一坠块上设有第一连接盘，第二坠块上设有第二连接盘，第一连接盘和第二连接盘通过弹性组件相连，使所述第二坠块能够相对于所述第一坠块产生震动。
作为本发明的优选方案，所述弹性组件包括至少两个弹簧，所述至少两个弹簧沿所述第一连接盘和所述第二连接盘的周向方向分布。
作为本发明的优选方案，所述第二坠块的质量小于所述第一坠块的质量，所述弹性组件的刚度这样设置：使弹性组件总体的自振周期等于第一坠块系统的自振周期；所述第一坠块系统的自振周期是指：所述具有减震功能的坠砣式张力补偿装置连接到接触网系统后，接触网系统和第一坠块在外力的作用下产生震动时，第一坠块的震动周期。通过上述结构，坠砣与接触网系统形成一个调谐质量阻尼系统，在动载荷作用下，第二坠块产生共振，耗散大量的震动能量，而第一坠块可以保持相对平稳，从而使接触网系统保持相对平稳。
本发明所述的弹性组件总体的自振周期等于第一坠块系统的自振周期，其目的是使坠砣与接触网系统形成一个调谐质量阻尼系统，从而使第二坠块产生共振。由于误差等原因，弹性组件总体的自振周期不可能完全等于第一坠块系统的自振周期，因此，实际中，可以使弹性组件总体的自振周期可以相对于第一坠块系统的自振周期有所偏差，只要能够使坠砣与接触网系统形成一个调谐质量阻尼系统，从而使第二坠块在动载下产生共振即可。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的上述具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其坠砣与接触网系统通过连接件相连，从而使得坠砣的重力能够通过连接件作用到接触网系统上，从而通过坠砣的重力补偿接触网的张紧力。在遇到地震或大风时，接触网产生震动，连接件随接触网产生往复运动，从而通过传动机构带动推力机构产生运动，推力机构用于带动腔筒的中的阻尼液体运动，通过阻尼液体的阻尼作用耗散震动能量。可知，上述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置既具有补偿接触网张力、使接触网张力在不同温度下恒定的作用，又能够耗散接触网系统在动载下的震动能量，降低系统的安全隐患。
附图说明
图1是本发明提供的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置的结构示意图。
图2是本发明提供的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置(隐藏腔筒及其中一个盖板)的结构示意图。
图3是本发明提供的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置(隐藏腔筒及其中一个盖板)在另一视角下的结构示意图。
图4是本发明是提供的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置的坠砣的结构示意图。
图标：1-坠砣；11-第一坠块；111-第一连接盘；12-第二坠块；121-第二连接盘；13-弹性组件；131-弹簧；2-连接件；3-传动机构；32-定滑轮；31-转轴；4-腔筒；41-盖板；42-封板；43-连接杆；5-螺旋叶片；。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
请参阅图1-图3，本发明实施例提供了一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其包括坠砣1、连接件2、传动机构3、推力机构和腔筒4。
连接件2一端与坠砣1相连，连接件2另一端用于与接触网系统相连。连接件2与传动机构3相连，推力机构与传动机构3相连。接触网系统在地震或大风的作用下发生震动时，连接件2产生往复的运动，连接件2的往复运动通过传动机构3传递给推力机构，从而带动推力机构运动。推力机构设置与腔筒4中，腔筒4中用于容纳阻尼液体，推力机构的运动后，能够带动阻尼液体一起运动，从而实现震动能量的耗散。
具体的，连接件2与接触网系统可以是直接相连，从而将坠砣1的重力直接施加到接触网系统上；也可以在连接件2与接触网系统之间设置滑轮组，从而将坠砣1的重力经过放大后施加到接触网系统上。本领域技术人员可以根据需要补偿的张力大小和坠砣1的重力大小进行设置。
具体的，传动机构3包括定滑轮32和转轴31，定滑轮32固定连接于转轴31上。连接件2被构造为索线，索线与定滑轮32通过压力接触的方式配合相连，在接触网系统震动时，索线来回运动，通过绳索与定滑轮32之间的静摩擦力带动定滑轮32发生转动，从而带动转轴31转动。索线与定滑轮32之间的压力决定于坠砣1的重力。
腔筒4上设有开口，腔筒4套设于转轴31上，并与转轴31之间通过轴承相连。腔筒4的外部固定连接于环境中，使得在转轴31发生转动时，腔筒4能够相对于周围环境保持静止，从而使转轴31与腔筒4产生相对运动。例如，可将腔筒4安装于输电线缆支架上，使腔筒4能够相对于输电线缆支架保持相对静止。
推力机构为套设连接于转轴31上的螺旋叶片5，推力机构位于腔筒4中。当转轴31带动螺旋叶片5发生转动时，螺旋叶片5在腔筒4中发生转动，对腔筒4中的阻尼液体产生推力，从而带动阻尼液体发生移动，从而耗散震动能量。
在本发明的其他实施方式中，推力机构也可以设置为其他结构形式，只要能够通过推力机构的运动带动阻尼液体发生移动即可。具体的，推力机构还可以设置平面叶片，且该平面叶片转轴31的轴向和径向所确定的平面设置。
腔筒4两端均设有开口，腔筒4靠近定滑轮32的一端的开口与盖板41固定相连，另一端的开口与封板42固定相连。盖板41与封板42的面积均大于腔筒4的横截面积，盖板41与封板42之间通过连接杆43相连。本实施例中，连接杆43为螺杆。通过设置盖板41和封板42，能够便于装置的安装。进一步的，封板42设置于腔筒4上靠近于定滑轮32的一端，封板42与腔筒4上的开口相连，具体的，开口的边缘与封板42焊接。封板42还设有用于供转轴31穿过的第一通孔，封板42的第一通孔中设有密封圈，密封圈的内圈与转轴31接触，密封圈的外圈与封板42的通孔接触，从而避免腔筒4中的阻尼液体从通孔中流出，实现密封。
为了使转轴31与腔筒4之间的支承关系更加稳定，在一个腔筒4中，可以设置两个轴承与转轴31相配合，两个轴承呈间隔地设置。
转轴31的端部可以位于腔筒4中，此时腔筒4上远离定滑轮32一端的开口被盖板41封闭，转轴31的端部与盖板41之间不接触，避免转轴31端部与盖板41之间产生摩擦。在其他的实施方式中，转轴31的端部也可以伸出腔筒4之外，此时，盖板41上设置用于供转轴31穿过的第二通孔，第二通孔中也设有密封圈，用于避免腔筒4中的阻尼液体泄漏。
进一步的，转轴31的中部与定滑轮32相连，转轴31一端与一个推力机构和一个腔筒4相连，转轴31另一端与另一个推力机构和另一个腔筒4相连，且转轴31两端连接的螺旋叶片5的旋向相反。通过这种结构，在转轴31转动的时候，两端的螺旋叶片5对两端腔筒4中的阻尼液体的作用力在转轴31轴向上的分量的方向相反，即：两端的阻尼液体对两端的螺旋叶片5作用的反力在转轴31轴向上的分量方向相反，从而使转轴31两端所受外力在转轴31轴向上的分量能够抵消或部分抵消，减小了转轴31的载荷。
请参阅图4，坠砣1包括第一坠块11和第二坠块12，第一坠块11一端与索线固定相连，第一坠块11另一端与第二坠块12通过弹性件相连。具体的，第一坠块11外侧环设有第一连接盘111，第二坠块12外侧环设有第二连接盘121，弹性件包括多个弹簧131，多个弹簧131在第一连接盘111和第二连接盘121的周向方向上均匀布置，每个弹簧131的一端与第一连接盘111固定相连，每个弹簧131的另一端与第二连接盘121固定相连。第二坠块12的质量小于第一坠块11的质量。
弹簧131的刚度这样设置：使弹性组件13总体的自振周期等于或基本等于第一坠块11系统的自振周期，使得接触网和第一坠块11在地震或大风的作用下震动时，第二坠块12能够产生共振，从而使第二坠块12和弹性件消耗主要的震动能量，减小第一坠块11的震动幅度。
其中，第一坠块系统的自振周期是指：该具有减震功能的坠砣式张力补偿装置连接到接触网系统后，接触网系统和第一坠块11在外力的作用下产生震动时，第一坠块11的震动周期。通过上述的设置，使得在该具有减震功能的坠砣式张力补偿装置连接到接触网系统后，形成一个调谐质量阻尼系统，可以减小第一坠块11的震动幅度。
具体的，第一坠块11包括至少两个重叠设置的质量块，第二坠块12包括至少两个重叠设置的质量块。在使用中，可以根据实际情况确定第一坠块11中的质量块的个数和第二坠块12中质量块的个数，便于调节。
本实施例提供的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置的有益效果在于：
1.本发明提供的上述具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其坠砣1与接触网系统通过连接件2相连，从而使得坠砣1的重力能够通过连接件2作用到接触网系统上，从而通过坠砣1的重力张紧接触网系统。在遇到地震或大风时，接触网产生震动，连接件2随接触网产生往复运动，从而通过传动机构3带动推力机构产生运动，推力机构用于带动腔筒4中的阻尼液体运动，通过阻尼液体的阻尼作用耗散震动能量。可知，上述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置既具有补偿接触网张力、使接触网张力在不同温度下恒定的作用，又能够耗散接触网系统在动载下的震动能量，降低系统的安全隐患；
2.在转轴31的两端均设置腔筒4和推力机构，且两端的推力机构的螺旋叶片5的旋向相反，从而能够抵消阻尼液体对转轴31作用的沿轴向方向的作用力；
3.坠砣1可以与接触网系统形成一个调谐质量阻尼系统，在动载荷作用下，第二坠块12产生共振，耗散大量的震动能量，而第一坠块11可以保持相对平稳，从而使接触网系统保持相对平稳，起到更好的减震作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，包括坠砣(1)、连接件(2)、推力机构和腔筒(4)；
所述连接件(2)一端与所述坠砣(1)相连，所述连接件(2)另一端用于与接触网系统相连，所述连接件(2)用于将所述坠砣(1)的重力施加到所述接触网系统上；
所述连接件(2)与所述推力机构相连，用于带动所述推力机构移动；
所述腔筒(4)中用于容纳阻尼液体，所述推力机构设于所述腔筒(4)中，用于带动所述阻尼液体运动；
所述坠砣(1)包括第一坠块(11)和第二坠块(12)；
所述第一坠块(11)与所述连接件(2)固定相连，所述第二坠块(12)与所述第一坠块(11)通过弹性组件(13)相连，使所述第二坠块(12)能够相对于所述第一坠块(11)产生震动；
第一坠块(11)上设有第一连接盘(111)，第二坠块(12)上设有第二连接盘(121)，第一连接盘(111)和第二连接盘(121)通过弹性组件(13)相连；
所述弹性组件(13)包括至少两个弹簧(131)，所述至少两个弹簧(131)沿所述第一连接盘(111)和所述第二连接盘(121)的周向方向分布；
所述坠块(12)的质量小于所述第一坠块(11)的质量；
所述弹性组件(13)的刚度这样设置：使弹性组件(13)总体的自振周期等于第一坠块(11)系统的自振周期；
所述第一坠块(11)系统的自振周期是指：所述具有减震功能的坠砣式张力补偿装置连接到接触网系统后，接触网系统和第一坠块(11)在外力的作用下产生震动时，第一坠块(11)的震动周期。
2.根据权利要求1所述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，还包括传动机构(3)，所述连接件(2)与所述推力机构通过传动机构(3)相连。
3.根据权利要求2所述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，所述传动机构(3)包括定滑轮(32)和转轴(31)，所述定滑轮(32)套设于所述转轴(31)上并与所述转轴(31)固定相连；
所述连接件(2)包括索线，所述索线与所述定滑轮(32)通过压力接触的方式相连；
所述推力机构包括叶片，所述叶片与所述转轴(31)固定相连；
所述腔筒(4)上具有开口，所述腔筒(4)套设于所述转轴(31)上，并与所述转轴(31)通过轴承相连。
4.根据权利要求3所述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，所述腔筒(4)两端均设有开口，其中靠近所述定滑轮(32)一端的开口与封板(42)固定相连，远离所述定滑轮(32)一端的开口与盖板(41)固定相连并被所述盖板(41)封闭，盖板(41)与封板(42)的面积均大于所述腔筒(4)的横截面积；
所述封板(42)上设有用于供所述转轴(31)穿过的第一通孔，所述第一通孔中设有密封圈，用于密封所述转轴(31)与所述第一通孔处的缝隙；
所述盖板(41)与所述封板(42)通过连接杆(43)相连。
5.根据权利要求3所述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，所述推力机构为螺旋叶片(5)，所述推力机构套设于所述转轴(31)外侧并与所述转轴(31)相连。
6.根据权利要求4所述的具有减震功能的坠砣式张力补偿装置，其特征在于，所述定滑轮(32)与所述转轴(31)的中段相连，所述转轴(31)的两端各连接有一个腔筒(4)和一个推力机构,所述转轴(31)两端的所述推力机构的螺旋叶片(5)的旋向相反。
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