防振锤功率特性试验研究

冷档定

摘 要：功率特性是防振锤的关键质量特性，是指在恒定的线夹振动速度下，防振锤在不同工作频率范围内的耗能。试验时，可通过设定频率，调节至相应振速，测量激振力的峰值及力和速度（加速度）的相位夹角，通过功率消耗公式计算出防振锤功率特性。

关键词：防振锤;功率特性;试验

中图分类号：TM752文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0068-02

Abstract： The power characteristic is the key quality characteristic of the anti-vibration hammer， which refers to the energy consumption of the anti-vibration hammer in different operating frequency ranges at a constant clamp vibration speed. During the test， one can set the frequency， adjust to the corresponding vibration speed， measure the peak value of the exciting force and the phase angle between the force and the speed （acceleration）， and calculate the power characteristics of the anti-vibration hammer through the power consumption formula.

Keywords： vibration damper;damper power dissipation;test

自1925年司托克布里奇防振锤发明以来，各种类型的防振锤已广泛应用于不同电压等级的架空输电线路工程中。防振锤已成为抑制架空输电线路微风振动的重要线路保护金具之一。

防振锤的作用是抑制风振，将风施加于导线的机械能转化为热能等能源而消耗掉。功率特性是评价防振锤产品质量优劣的关键特性。但由于防振锤振动的复杂性，防振锤的功率特性试验只是作为防振锤产品型式试验中应进行的试验项目，在防振锤的批量生产抽样试验中较少进行，大多数防振锤生产企业也未添置该功率特性试验设备。为此，笔者在防振锤功率特性的试验方面进行了有益探索，取得了初步结果，为防振锤产品性能改进提供了试验条件和重要依据。

1 防振锤功率特性试验原理

不考虑导线自阻尼及导线与防振锤交互作用的影响，实验室中测量防振锤功率特性时，可通过在振动台上安装一防振锤，振动台由一信号发生器控制。为模拟防振锤实际应用，信号发生器的输出信号（频率和振幅）应可调并满足试验频率范围及线夹振速的需要，输出信号一般为正弦信号。试验中，由振动台给防振锤输入能量，由于防振锤是一“耗能器”，其必然会消耗一定的能量，根据能量平衡原理，通过测量附着点的力和速度及力和速度的相位差，根據式（1）可得出防振锤的功率消耗。

式中，[P]为防振锤功率消耗;[F]为在附着点测量的力峰值;[Vs]为附着点测量的速度峰值;[θv]为力和速度信号的相位差。

由于速度信号一般由加速度传感器采集的加速度信号转换而成，当直接采用加速度信号时，其公式为：

式中，[f]为设定频率;[As]为附着点测量的加速度峰值;[θa]为力和加速度信号的相位差。

根据《防振锤技术条件和试验方法》（DL/T 1099—2009）等相关标准规定[1-3]，防振锤功率特性试验一般采用线夹定振速法测量，从式（1）、式（2）可以看出，要得出防振锤在不同频率下的耗能，只需要通过振动台设定一定的频率，调节信号发生器驱动振动台来获得相应的速度（加速度），这些量都是可以通过设备来控制的已知设定量[4-5]，测量的主要任务就是测出[F]、[F]与[Vs（As）]的相位差。

2 人工测量

试验振动台为电动振动台，它在正弦信号发生器控制下能产生正弦垂直振动。其工作频率远远大于防振锤的振动频率范围。防振锤所受的力是通过安装于振动台与防振锤支架之间的压电式力传感器来测量的。直接安装于防振锤或防振锤支架上的压电式加速度传感器可测出防振锤的加速度，需要时可通过积分器转换为速度。将力和加速度（速度）信号转换的电信号经放大器放大后输入数字示波器，通过数字示波器读出加速度（速度）和力信号峰值以及两信号之间的相位差。测试系统框图如图1所示。

在防振锤振动频率范围内，作为该套测量系统的力和加速度传感器应该具有优良的相位正确度和线性度。为检测系统的精确度，可以在防振锤支架上安装一个小的刚性体，在所有计算的试验频率范围内，通过振动台振动给支架和刚性体以期望的恒定振速，通过以下两点来判断该试验系统及传感器是否正确地工作：[F]和[Vs]的相位角[θv]是或非常接近90°，或[F]和[As]的相位角[θa]是或非常接近0°;[F]对加速度的比率（[FAs]）将是一常量，即[FAs]≈[M]（支架质量+刚性体质量），[M]=1.1kg。试验结果如表1所示。

实际测试可采用逐点测试的方法，通过设定振动频率[f]，调整[Vs]到规定值后测量[F]及[θv]（[θa]），通过电子文档进行数据处理后得出防振锤的功率特性，测试的某一型号防振锤D22功率特性曲线如图2所示。

3 自动测量

人工测量虽然直观，但耗时较多，容易引入人为测量误差。后期采用动态数据采集分析系统，能较为方便快捷地实施防振锤功率特性试验。防振锤功率特性试验动态数据采集分析系统由计算机软件程序生成某一频率下标准正弦信号，通过信号采集器放大并经D/A转换后输入振动台功率放大器，推动振动台工作。为保持功率特性稳定，线性扫描速度远低于0.2Hz/s。试验中依然用力传感器测出振动台施加于防振锤的力，用加速度传感器测出防振锤的加速度，将上述两种信号输入信号采集器，信号采集器和计算机之间通过IEEE1394接口进行通信联络。经A/D转换后将采集的信号通过动态数据采集和分析软件对两路信号进行识别和比较，并及时反馈调整。

通过防振锤功率特性试验软件，人们可以实时观测两路信号的变化，直观地看到[F]与[V]的相位差。为检测系统的正确性，防振锤功率特性试验软件设置有校准程序，在防振锤功率特性试验前可进行系统自动校准。由于软件的便捷性，人们可以方便地将校准得到的数据代入，可选择地对后续测量数据进行修正。

参考文献：

[1]国家能源局.防振锤技术条件和试验方法：DL/T 1099—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]IEC.Overhead lines-Requirements and tests for Stockbridge type aeolian vibration dampers，MOD：IEC 61897—1998[S].Geneva：IEC，1998.

[3]IEEE.IEEE Guide for laboratory measurement of the power dissipation characteristics of Aeolian vibration dampers for single conductors：IEEE Std 664—1993[S].New York：IEEE，1993.