一種水泥電桿動態(tài)加載裝置及加載方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泥電桿動態(tài)加載裝置及加載方法，適用于對底部固定的水泥電 桿或類似桿狀物進行動態(tài)加載，模擬其承受動態(tài)載荷的能力。
【背景技術】
[0002] 在輸配電網(wǎng)絡中，水泥電桿往往會由于臺風作用而發(fā)生批量性的倒桿現(xiàn)象，特別 是在沿海地區(qū)，這種情況會更加嚴重。水泥電桿被臺風吹倒，一種情況是由于水泥電桿的 強度不夠，在強臺風的作用下發(fā)生斷裂，另一種情況是由于水泥電桿地基在臺風作用下發(fā) 生松動，容易造成水泥電桿的倒塌。不論哪種情況，都可能會導致輸配電線路發(fā)生斷裂、砸 傷人、甚至產(chǎn)生其它更加嚴重的后果。為此，必須采取某種技術手段，來檢驗實際輸配電水 泥電桿是否能經(jīng)得起設定的臺風等級。水泥電桿在臺風作用下的受力效果，既可以把臺風 對水泥電桿的受力作用等價于某種靜態(tài)力，也可以等價于動態(tài)力的反復作用。如果對水泥 電桿施加某一靜態(tài)力，其作用效果與臺風的作用效果相同，那么通過對水泥電桿人為加載 該特定的靜力，就可以起到檢驗水泥電桿是否傾倒或斷裂的作用。如果對水泥電桿施加 某一頻率和幅值的動態(tài)作用力，其作用效果和臺風的作用效果相同，那么通過對水泥電桿 人為施加具有該頻率和幅值特性的載荷，也同樣可以起到檢驗水泥電桿是否會傾倒或斷 裂的作用。在水泥電桿靜態(tài)等效加載方面，專利(實用新型：ZL201320721531，發(fā)明專利： CN201310569485)給出了加載裝置的具體設計方案及加載方法。由于在靜態(tài)加載過程中， 施加給水泥電桿的推力保持不變或者變化很慢，不能反應出臺風作用于水泥電桿的動態(tài)效 果。臺風本身具有一定的頻率特性，靜態(tài)加載由于無法反應出臺風的瞬變屬性，很難達到與 臺風同樣的作用效果，因此采用靜態(tài)加載方法評估臺風對水泥電桿的作用效果并不理想， 還需要研究動態(tài)加載方法。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種水泥電桿動態(tài)加載裝置及加載方 法，實現(xiàn)模擬水泥電桿可承受的動態(tài)載荷。
[0004] 本發(fā)明解決技術問題所采用的方案是：一種水泥電桿動態(tài)加載裝置，包括一端固 定于水泥電桿頂部的鋼絲繩，所述鋼絲繩的另一端經(jīng)若干個縱向間隔固定的導向輪固定于 地面，位于最高處的導向輪的高度與鋼絲繩與水泥電桿的固定位置處于同一高度；所述導 向輪經(jīng)一支架固定于水泥電桿的旁側；所述鋼絲繩上還串接有一拉力傳感器，所述拉力傳 感器與一控制單元電連接；還包括一用于動態(tài)拉動所述鋼絲繩的凸輪機構，所述凸輪機構 包括一固定架、沿固定架長度方向設有一雙向絲桿，位于雙向絲桿上的兩滑動螺母上分別 固定有一半橢圓狀的凸輪，兩凸輪相對于所述固定架中心對稱，并且沿所述固定架移動；所 述固定架經(jīng)一電機驅動旋轉，并且旋轉中心與所述固定架的中心重合。
[0005] 進一步的，所述固定架的中心處固定套接有一減速器，所述減速器與所述電機相 連。
[0006] 進一步的，所述凸輪外緣沿周向設有凹槽，所述鋼絲繩壓入所述凹槽內。
[0007] 進一步的，所述固定架的中心與兩凸輪頂點連線的中點重合，所述減速器輸出軸 的中心軸線與兩凸輪頂點連線垂直。
[0008] 進一步的，所述固定架的兩側沿長度方向分別設有導軌，所述凸輪架設于所述導 軌上沿所述導軌移動。
[0009] 進一步的，所述雙向絲桿設置于所述固定架中部且經(jīng)位于固定架兩端的軸承座固 定，所述雙向絲桿其中一端穿過所述軸承座且設有一用于手動旋轉雙向絲桿的手柄。
[0010] 進一步的，還包括一信號采集處理模塊，所述拉力傳感器經(jīng)信號采集處理模塊與 控制單元電連接，所述電機經(jīng)一電機驅動模塊與所述控制單元電連接。
[0011] 進一步的，還包括一用于顯示電機當前轉速和當前拉力傳感器輸出拉力值的顯示 模塊，所述顯示模塊與所述控制單元連接。
[0012] 本發(fā)明還提供一種如上述所述的水泥電桿動態(tài)加載裝置的加載方法，包括以下步 驟： 步驟S1 :根據(jù)臺風等級、水泥電桿高度和加載作用點，計算動態(tài)加載力的最小值、最大 值和加載頻率； 步驟S2 :設定鋼絲繩的初始狀態(tài)； 步驟S20 :通過一旋轉手柄轉動雙向絲桿，調整位于雙向絲桿上兩滑動螺母的距離，使 得兩凸輪頂點的連線最短，將鋼絲繩壓入凸輪外緣的凹槽內，并且通過控制單元驅動電機 使得固定架繞其中心轉動，使鋼絲繩與凸輪接觸點到固定架中心距離最短，停止驅動電機， 固定架中心即為旋轉中心； 步驟S21 :預緊鋼絲繩，使得鋼絲繩預緊力等于動態(tài)加載力的最小值，此時鋼絲繩處于 初始狀態(tài)； 步驟S3 :設定鋼絲繩的飽和狀態(tài)； 步驟S31 :通過控制單元驅動電機轉動，同時觀測拉力傳感器的拉力值，當拉力值達到 最大時，停止電機運行，若該拉力最大值達到所需的動態(tài)加載力的最大值，則鋼絲繩處于飽 和狀態(tài)，轉至步驟S4 ;否則轉至步驟S32 ; 步驟S32 :旋轉雙向絲桿，使得凸輪沿導軌在固定架反向移動，同時觀測拉力傳感器的 拉力值； 步驟S33 :若鋼絲繩的拉力值達到動態(tài)加載力的最大值時，停止旋轉雙向絲桿，此時鋼 絲繩處于飽和狀態(tài)；否則轉至步驟S32 ; 步驟S4 :確定電機的轉速；設電機轉速為η轉/分，減速器減速比為?:，則動態(tài)加載頻率
，當確定加載力頻率后，據(jù)此可以獲得電機轉速η; 步驟S5 :通過控制單元按照轉速η驅動電機帶動固定架連續(xù)旋轉，對水泥電桿進行動 態(tài)加載，并且在加載過程中記錄鋼絲繩拉力即加載力的變化數(shù)據(jù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下有益效果：對于某一朝向的臺風，作用于水泥電 桿上時，其產(chǎn)生的動態(tài)作用力，只可能是該風向的脈動值，而不可能產(chǎn)生具有正反向的交變 力，也就是說，水泥電桿受臺風作用力是單向的?；诖耍景l(fā)明提出采用鋼絲繩進行動載 荷的加載(鋼絲繩只能承受拉力，不能承受壓力)。鋼絲繩具有柔性，通過導向輪方便改變鋼 絲繩走向，并且鋼絲繩拉力并不會隨著鋼絲繩走向的改變而改變，這為加載裝置的設計和 安裝提供了很大便利，降低了對加載場地的要求。凸輪機構在電機帶動下連續(xù)旋轉，從而帶 動鋼絲繩松緊交替，使水泥電桿產(chǎn)生向鋼絲繩拉力方向的往復運動。這種方法的好處是， 動力源在連續(xù)旋轉(而非頻繁正反向切換）的情況下，實現(xiàn)了對水泥電桿動態(tài)加載的往復運 動，動態(tài)加載力幅值范圍可調，大幅提升了動力源的壽命，也提高了該加載裝置的靈活性。
【附圖說明】
[0014] 下面結合附圖對本發(fā)明專利進一步說明。
[0015] 圖1是本發(fā)明水泥電桿動態(tài)加載裝置的結構圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明凸輪機構的結構示意圖。
[0017] 圖3a是本發(fā)明凸輪處于水平的狀態(tài)； 圖3b是本發(fā)明鋼絲繩壓入凸輪凹槽內狀態(tài)； 圖3c是本發(fā)明鋼絲繩預緊狀態(tài)； 圖3d是本發(fā)明電機旋轉時凸輪豎直狀態(tài)； 圖3e是本發(fā)明通過旋轉手柄使得雙向絲桿調整凸輪間距的狀態(tài)。
[0018] 圖中：1_水泥電桿；2-鋼絲繩；3-導向輪；4-電機；5-減速器；6-凸輪；7-拉力傳 感器；8-固定架；9-導軌；10-雙向絲桿。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0020] 如圖1~2所示，一種水泥電桿動態(tài)加載裝置，包括一端固定于水泥電桿1頂部的 鋼絲繩2,所述鋼絲繩2的另一端經(jīng)若干個縱向間隔固定的導向輪3固定于地面，位于最高 處的導向輪3的高度與鋼絲繩2與水泥電桿1的固定位置處于同一高度；所述導向輪3經(jīng) 一支架固定于水泥電桿1的旁側；所述鋼絲繩2上還串接有一拉力傳感器7,所述拉力傳感 器7與一控制單元電連接；還包括一用于動態(tài)拉動所述鋼絲繩2的凸輪6機構，所述凸輪6 機構包括一固定架8、沿固定架8長度方向設有一雙向絲桿10,位于雙向絲桿10上的兩滑 動螺母上分別固定有一半橢圓狀的凸輪6,兩凸輪6相對于所述固定架8中心對稱，并且沿 所述固定架8移動；所述固定架8經(jīng)一電機4驅動旋轉，并且旋轉中心與所述固定架8的中 心重合。
[0021] 在實際加載裝置中，其導向輪3的個數(shù)可以根據(jù)實際需要和場地安裝條件靈活設 置，但是位于最高處的導向輪3的高度需要與鋼絲繩2固定于水泥電桿1頂端位置處于同 一高度，鋼絲繩2與水泥電桿1成90°，這樣才能保證在拉力不變的情況下，對水泥電桿1 所產(chǎn)生的力矩最大。從上述可知，本發(fā)明通過鋼絲繩2與水泥電桿1固定，鋼絲繩2具有柔 性，方便改變鋼絲繩2走向，因此該加載裝置可以靈活的改變作用力的方向。鋼絲繩2產(chǎn)生 動態(tài)加載力通過所述凸輪6機構實現(xiàn)按照設定的頻率進行往復受拉運動，使動力源在連續(xù) 旋轉(而非頻繁正反切換）的情況下，實現(xiàn)了力幅值可調的動態(tài)連續(xù)加載，大幅提升了動力 源的壽命，也提高了該加載裝置的靈活性。
[0022] 進一步的，所述固定架8的中心處固定套接有一減速器5,所述減速器5與所述電 機4相連。減速器5起到增加轉矩降低轉速的作用，比如減速比取80,電機4轉速為3000 轉/分，則加載頻率為1.