CN208899959U - 一种球形弹簧摆式输电塔减振装置 - Google Patents

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黄正
刘石
杨毅
张楚
高庆水
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Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，通过第一主弹簧、第二主弹簧和质块形成弹簧摆，弹簧摆摆动和弹簧振动两种吸振模式相结合，能够形成非线性能量阱，从而具有吸振频带宽、效率高、鲁棒性高的优点；限位杆能够约束弹簧摆的摆动，同时增加弹簧摆的有效摆长，使弹簧摆的振动频率与输电塔的一阶振动频率接近，减振效果好，安全可靠；利用万向连接头、第一主弹簧、质块、第二主弹簧、限位杆、挡板和辅助弹簧即可实现，结构简单、方便安装和部件更换；解决了现有的缺少一种具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件、具有较高的结构安全性和可靠性的输电塔减振装置的技术问题。

Description

一种球形弹簧摆式输电塔减振装置
技术领域
本申请设计减振器技术领域，尤其涉及一种球形弹簧摆式输电塔减振装置。
背景技术
减小输电塔结构的振动是保证输电线路安全稳定运行的一种重要的措施，目前，减小输电塔结构振动的方法有：提高输电塔结构构件刚度、利用粘接弹性材料减振、利用电磁场或电涡流耗能减振、悬挂质量摆减振、碰撞摆减振等，这些方法虽然能够在一定程度上起到减振效果，但是，对输电塔结构采取提高刚度、构件加固等措施，并不是一种经济的方案，且对随机性强、激励频带宽的风载荷，该方案不具有自适应能力，难以保证各种工况下输电塔的安全稳定；利用粘接弹性材料消能的减振技术，在消能的过程中材料容易老化，需要定期进行质量检测，消耗人力物力；利用电磁场或电涡流耗能的减振技术，减振装置结构复杂，长期使用容易出现退磁现象，影响减振效果，鲁棒性低；悬挂质量摆减振方式，减振装置减振频带窄，在满足减振效果的情况下，难以设计出符合实际要求的摆线或质块；碰撞摆减振技术，虽然减振装置减振频带宽、鲁棒性高，但箱体要承受摆球撞击力，其质量难以做到很小，因为减振装置通常需要安装在靠近塔顶位置，总质量不能太大，使得减振装置有效减振质量较小，减振装置的安装和部件更换也不方便。
因此，如何设计一种输电塔减振装置，能够具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件，具有较高的结构安全性和可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本申请提供了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，用于解决现有的缺少一种具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件、具有较高的结构安全性和可靠性的输电塔减振装置的技术问题。
本申请提供了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，包括：万向连接头、第一主弹簧、质块、第二主弹簧、限位杆、挡板和辅助弹簧；
所述万向连接头固定于输电塔的塔头位置；
所述第一主弹簧的一端和所述限位杆的一端均与所述万向连接头连接；
所述限位杆从所述第一主弹簧的内部、所述第二主弹簧的内部和所述质块的内部穿过；
所述限位杆的另一端与所述挡板连接；
所述第一主弹簧的另一端与所述质块的一端固定连接；
所述第二主弹簧的一端与所述质块的另一端固定连接，所述第二主弹簧的一端与所述挡板的第一端固定连接；
所述辅助弹簧一端与所述挡板连接，另一端与所述输电塔的塔身连接；
所述辅助弹簧的数量为四个，四个所述辅助弹簧以所述挡板为交叉点，呈“十”字型水平设置。
优选地，所述球形弹簧摆式输电塔减振装置还包括：紧固件；
所述紧固件包括：螺栓组件或螺钉组件；
所述螺栓组件包括：螺栓和螺母；
所述螺钉组件包括：螺钉、弹垫和平垫；
所述限位杆与所述万向连接头通过所述紧固件连接，所述限位杆与所述挡板通过所述紧固件连接。
优选地，所述质块的质量为所述输电塔的总质量的1％～2％。
优选地，所述限位杆的有效摆长等于所述第一主弹簧自然长度、所述第二主弹簧长度和所述质块在垂直方向上的长度三者之和，其中，所述在垂直方向上的长度为所述第一主弹簧与所述质块的连接点至所述第二主弹簧与所述质块的连接点的直线距离。
优选地，所述挡板与所述辅助弹簧的连接点至所述万向连接头的转动中心的距离大于所述有效摆长。
优选地，所述质块为圆柱体。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，包括：万向连接头、第一主弹簧、质块、第二主弹簧、限位杆、挡板和辅助弹簧；万向连接头固定于输电塔的塔头位置；第一主弹簧的一端和限位杆的一端均与万向连接头连接；限位杆从第一主弹簧的内部、第二主弹簧的内部和质块的内部穿过；限位杆的另一端与挡板连接；第一主弹簧的另一端与质块的一端固定连接；第二主弹簧的一端与质块的另一端固定连接，第二主弹簧的一端与挡板的第一端固定连接；辅助弹簧一端与挡板连接，另一端与输电塔的塔身连接；辅助弹簧的数量为四个，四个辅助弹簧以所述挡板为交叉点，呈“十”字型水平设置。本申请提供的装置，通过第一主弹簧、第二主弹簧和质块形成弹簧摆，并通过第一主弹簧、第二主弹簧两者的振动传递竖直方向上的能量，通过辅助弹簧的振动传递的水平方向上的能量，弹簧摆摆动和弹簧振动两种吸振模式相结合，能够形成非线性能量阱，从而具有吸振频带宽、效率高、鲁棒性高的优点；限位杆能够约束弹簧摆的摆动，同时增加弹簧摆的有效摆长，使弹簧摆的振动频率与输电塔的一阶振动频率接近，减振效果好，安全可靠；本申请提供的装置，利用万向连接头、第一主弹簧、质块、第二主弹簧、限位杆、挡板和辅助弹簧即可实现，结构简单、方便安装和部件更换；解决了现有的缺少一种具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件、具有较高的结构安全性和可靠性的输电塔减振装置的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例中提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的一个结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的辅助弹簧安装位置示意图；
其中，附图标记为：
1、万向连接头；2、第一主弹簧；3、质块；4、第二主弹簧；5、限位杆； 6、挡板；7、辅助弹簧。
具体实施方式
本实申请实施例公开了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，用于解决现有的缺少一种具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件、具有较高的结构安全性和可靠性的输电塔减振装置的技术问题。
请参阅图1和图2，本申请提供了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的一个实施例，本申请实施例提供的球形弹簧摆式输电塔减振装置，包括：万向连接头1、第一主弹簧2、质块3、第二主弹簧4、限位杆5、挡板6和辅助弹簧7；
万向连接头1固定于输电塔的塔头位置；
第一主弹簧2的一端和限位杆5的一端均与万向连接头1连接；
限位杆5从第一主弹簧2的内部、第二主弹簧4的内部和质块3的内部穿过；
限位杆3的另一端与挡板6连接；
第一主弹簧2的另一端与质块3的一端固定连接；
第二主弹簧4的一端与质块3的另一端固定连接，第二主弹簧4的一端与挡板6的第一端固定连接；
辅助弹簧7一端与挡板6连接，另一端与输电塔的塔身连接；
辅助弹簧7的数量为四个，四个辅助弹簧7以挡板6为交叉点，呈“十”字型水平设置。
需要说明的是，本申请实施例中，第一主弹簧2和第二主弹簧4的刚度可以由弹簧刚度计算公式得到，弹簧刚度计算公式为：
其中，km为弹簧刚度，ω1为弹簧的振动频率，mt为弹簧质量，f为输电塔结构在顺线向和横线向的一阶振动频率的平均值，ω1＝2πf。第一主弹簧2在重力作用下的长度为：其中，mt为弹簧质量，g为重力加速度，km为弹簧刚度，lm1为第一主弹簧2的自然长度。
本申请实施例中提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，包括：万向连接头1、第一主弹簧2、质块3、第二主弹簧4、限位杆5、挡板6和辅助弹簧7；万向连接头1固定于输电塔的塔头位置；第一主弹簧2的一端和限位杆 5的一端均与万向连接头1连接；限位杆5从第一主弹簧2的内部、第二主弹簧4的内部和质块3的内部穿过；限位杆5的另一端与挡板6连接；第一主弹簧2的另一端与质块3的一端固定连接；第二主弹簧4的一端与质块3的另一端固定连接，第二主弹簧4的一端与挡板6的第一端固定连接；辅助弹簧7一端与挡板6连接，另一端与输电塔的塔身连接；辅助弹簧7的数量为四个，四个辅助弹簧7以所述挡板为交叉点，呈“十”字型水平设置。本申请提供的装置，通过第一主弹簧2、第二主弹簧4和质块3形成弹簧摆，并通过第一主弹簧2、第二主弹簧4两者的振动传递竖直方向上的能量，通过辅助弹簧7的振动传递的水平方向上的能量，弹簧摆摆动和弹簧振动两种吸振模式相结合，能够形成非线性能量阱，从而具有吸振频带宽、效率高、鲁棒性高的优点；限位杆5能够约束弹簧摆的摆动，同时增加弹簧摆的有效摆长，使弹簧摆的振动频率与输电塔的一阶振动频率接近，减振效果好，安全可靠；本申请提供的装置，利用万向连接头1、第一主弹簧2、质块3、第二主弹簧 4、限位杆5、挡板6和辅助弹簧7即可实现，结构简单、方便安装和部件更换；解决了现有的缺少一种具有减振频带宽、鲁棒性高、能达到输电塔减振效果，同时结构简单、便于安装和更换部件、具有较高的结构安全性和可靠性的输电塔减振装置的技术问题。
以上是本申请提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的一个实施例，以下是本申请提供的一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的另一个实施例。
请参阅图1和图2，本申请提供了一种球形弹簧摆式输电塔减振装置的另一个实施例，本申请实施例提供的球形弹簧摆式输电塔减振装置，包括：万向连接头1、第一主弹簧2、质块3、第二主弹簧4、限位杆5、挡板6和辅助弹簧7；
万向连接头1固定于输电塔的塔头位置；
第一主弹簧2的一端和限位杆5的一端均与万向连接头1连接；
限位杆5从第一主弹簧2的内部、第二主弹簧4的内部和质块3的内部穿过；
限位杆3的另一端与挡板6连接；
第一主弹簧2的另一端与质块3的一端固定连接；
第二主弹簧4的一端与质块3的另一端固定连接，第二主弹簧4的一端与挡板6的第一端固定连接；
辅助弹簧7一端与挡板6连接，另一端与输电塔的塔身连接；
辅助弹簧7的数量为四个，四个辅助弹簧7以挡板6为交叉点，呈“十”字型水平设置。
进一步地，球形弹簧摆式输电塔减振装置还包括：紧固件；
紧固件包括：螺栓组件或螺钉组件；
螺栓组件包括：螺栓和螺母；
螺钉组件包括：螺钉、弹垫和平垫；
限位杆5与万向连接头7通过紧固件连接，限位杆5与挡板6通过紧固件连接。
需要说明的是，本申请实施例中，紧固件可以是螺栓组件，也可以是螺钉组件，螺栓组件由螺栓和螺母组成，螺钉组件由螺钉、弹垫和平垫组成，当然螺钉组件也可以只由螺钉和弹垫，或，螺钉和平垫组成。
进一步地，质块3的质量为输电塔的总质量的1％～2％。
进一步地，限位杆5的有效摆长等于第一主弹簧2自然长度、第二主弹簧长度4和质块3在垂直方向上的长度三者之和，其中，在垂直方向上的长度为第一主弹簧2与质块3的连接点至第二主弹簧4与质块3的连接点的直线距离。
进一步地，挡板6与辅助弹簧7的连接点至万向连接头1的转动中心的距离大于有效摆长。
需要说明的是，本申请实施例中，万向连接头1和辅助弹簧7均与输电塔连接，会受到安装位置塔头内部空间限制，限位杆5长度和辅助弹簧7长度需要跟艰苦此空间尺寸进行设计；第一主弹簧2、第二主弹簧4和质块3尺寸沿着限位杆5方向的尺寸根据限位杆5长度进行设计，质块3在垂直于限位杆5平面的尺寸应避免过大，以保证弹簧摆在吸振能力要求在塔头内部有适当的摆动空间。
为了更好地说明本申请实施例的技术方案，本申请实施例中，输电塔质量为ms＝35188kg，输电塔结构在顺线向和横线向的一阶振动频率的平均值 f＝1.0617Hz，当然，这个平均值可以通过有限元模型得到；质块3与输电塔的质量比取μ＝mz/ms＝0.01，因此，可以得到质块3的质量mz＝352kg；限位杆5的横截半径r1＝0.02m，质块3的密度ρ＝7850kg/m3，质块3的尺寸r2按式估算，得到r2＝0.22m；第一主弹簧2、第二主弹簧4的刚度根据实施例一中的刚度计算公式可以得到km＝8mπ2f2＝31328N/m；挡板6与辅助弹簧7的连接点到万向连接头1转动中心的距离为l2＝0.92m；挡板6为厚度为 0.02m、边长为0.10m的正方形钢板，四个边中间位置有与辅助弹簧7连接的部件；万向连接头1转动中心到与其相连的主弹簧距离为0.09m，限位杆5的有效摆长的计算公式为lb＝lm1+lm2+h，h为质块3在垂直方向上的长度，lm1为第一主弹簧2的自然长度，lm2为第二主弹簧4的自然长度，因此，限位杆5的有效摆长为lb＝0.92-0.02/2-0.09＝0.82m；第一主弹簧2和第二主弹簧4的总长度为lm1+lm2＝0.82-0.22＝0.60m，取lm1＝0.35m，lm2＝0.25m；弹簧摆在自重作用下第一主弹簧2的长度为l1＝0.35+352×9.81/(2×31328)＝0.405m；辅助弹簧7的刚度可以根据公式：其中，ω2＝2πf，n为辅助弹簧的数量，取n＝4，因此，辅助弹簧7的刚度为ka＝702N/m。
本申请实施例中，在计算时没有考虑限位杆5、挡板6、弹簧的质量，事实上，它们的质量与质块的质量比约为5％～10％，考虑到本申请实施例提供的球形弹簧摆式输电塔减振装置的宽频带减振特性和鲁棒性，上述实施例中的设计能够满足减振要求。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，包括：万向连接头、第一主弹簧、质块、第二主弹簧、限位杆、挡板和辅助弹簧；
所述万向连接头固定于输电塔的塔头位置；
所述第一主弹簧的一端和所述限位杆的一端均与所述万向连接头连接；
所述限位杆从所述第一主弹簧的内部、所述第二主弹簧的内部和所述质块的内部穿过；
所述限位杆的另一端与所述挡板连接；
所述第一主弹簧的另一端与所述质块的一端固定连接；
所述第二主弹簧的一端与所述质块的另一端固定连接，所述第二主弹簧的一端与所述挡板的第一端固定连接；
所述辅助弹簧一端与所述挡板连接，另一端与所述输电塔的塔身连接；
所述辅助弹簧的数量为四个，四个所述辅助弹簧以所述挡板为交叉点，呈“十”字型水平设置。
2.根据权利要求1所述的球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，所述球形弹簧摆式输电塔减振装置还包括：紧固件；
所述紧固件包括：螺栓组件或螺钉组件；
所述螺栓组件包括：螺栓和螺母；
所述螺钉组件包括：螺钉、弹垫和平垫；
所述限位杆与所述万向连接头通过所述紧固件连接，所述限位杆与所述挡板通过所述紧固件连接。
3.根据权利要求1所述的球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，所述质块的质量为所述输电塔的总质量的1％～2％。
4.根据权利要求1所述的球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，所述限位杆的有效摆长等于所述第一主弹簧自然长度、所述第二主弹簧长度和所述质块在垂直方向上的长度三者之和，其中，所述在垂直方向上的长度为所述第一主弹簧与所述质块的连接点至所述第二主弹簧与所述质块的连接点的直线距离。
5.根据权利要求4所述的球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，所述挡板与所述辅助弹簧的连接点至所述万向连接头的转动中心的距离大于所述有效摆长。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的球形弹簧摆式输电塔减振装置，其特征在于，所述质块为圆柱体。
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