一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及输电线路工程技术领域，具体提供了一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法及装置，包括：在以滑车中心建立的正交坐标系内的局部坐标系中获取双R槽形导线放线滑轮的各圆弧至股线截面形心点的空间向量；基于双R槽形导线放线滑轮内各圆弧至股线截面形心点的空间向量分析股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况。本发明专利技术提供的技术方案，根据双R槽形导线放线滑轮的基本设计参数，通过简洁的空间几何计算获得股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况，极大的简化了导线股线与滑车的接触分析，降低了股线与滑车接触计算量。车接触计算量。车接触计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法及装置


[0001]本专利技术涉及输电线路工程
，具体涉及一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法及装置。

技术介绍

[0002]架空输电线路导线采用裸绞线，采用中心一根直股线周围螺旋绞上一层或多层股线，且相邻层绞向相反。在输电线路张力放线施工时，导线在牵引机牵引作用下由线盘绕出，经过张力机及多个放线滑车后到达牵引场。在此过程中，导线与多个滑车发生接触并脱离接触。与滑车的接触对导线股线的结构变形有极大的影响，是导线松股、散股等缺陷发生的主要原因。
[0003]放线滑车一般由以下主要部件组成：钢丝绳轮、导线轮、支承轴、支架和挂板。各部件作用如下：钢丝绳轮用于展放导引绳和牵引绳，导线轮用于展放导线，支承轴为钢丝绳轮和导线轮提供支承，支承轴两端则支承于支架上，支架上方安装挂板，通过挂板实现放线滑车与铁塔的联接。
[0004]放线过程中，两放线滑车间的导线处于一定的悬垂状态，从而在导线(或接续管保护装置)与导线放线滑轮间产生较大的接触载荷。目前，广泛使用的放线滑车中的导线放线滑轮为双R槽形导线放线滑轮如图3所示，即导线放线滑轮的轮槽截面呈双R形，由两种不同半径的圆弧组成，在较大半径的圆弧槽的底部设置一较小半径的圆弧槽，轮槽横截面上两个所述圆弧的圆心上下对正。在使用中，底部所述小圆弧槽用于导线的通过，外部所述大圆弧槽用于接续管保护装置的通过。由于大、小圆弧半径分别与接续管保护装置和导线的半径相匹配，从而增大了导线和接续管保护装置通过时与导线放线滑轮轮槽的接触面积，进而减小了导线的磨损。
[0005]目前，导线股线与放线滑车接触时的计算多采用有限元仿真计算方法，在计算中需要对不同股线进行接触搜索，分别判断与放线滑车轮槽面的接触或已接触的部位发生滑移或脱离，并判断接触力(包括法向接触力与切向摩擦接触力)。有限元方法中，在确定确切的接触状态前，将接触对和潜在接触对统称为“接触测试对”(相互接触的一个节点与一个单元构成接触对，具有接触可能的一个节点与一个单元，或者距离很近的一个节点与一个单元称为潜在接触对)。
[0006]接触搜索的任务首先是找出系统中存在哪些接触测试对，然后针对找出的每个接触测试对确定其接触状态，即接触、侵入或脱开。对于接触或侵入的情况，接触测试对已经转变为实际的接触对，此时还要找出接触点及侵入量。
[0007]但是，由于导线股线多，股线上节点多，滑车接触面积大，股线与滑车的接触关系判断较为复杂，因此接触搜索算法的效率和精度较低。

技术实现思路

[0008]为了克服上述缺陷，本专利技术提出了一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方
法及装置。
[0009]第一方面，提供一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法，所述架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法包括：
[0010]在以滑车中心建立的正交坐标系内的局部坐标系中获取双R槽形导线放线滑轮的各圆弧至股线截面形心点的空间向量；
[0011]基于双R槽形导线放线滑轮内各圆弧至股线截面形心点的空间向量分析股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况。
[0012]优选的，所述在以滑车中心建立的正交坐标系内的局部坐标系中获取双R槽形导线放线滑轮的各圆弧至股线截面形心点的空间向量之前，包括：
[0013]计算以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量；
[0014]利用所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量构建所述局部坐标系。
[0015]进一步的，所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量的计算式如下：
[0016]OQ＝OP
‑
(OP
·
e
x
)e
x
[0017]上式中，OQ为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量，OP为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点的空间向量，e
x
为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内x轴的单位方向向量。
[0018]进一步的，所述利用所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量构建所述局部坐标系，包括：
[0019]以e
x
，e
y
’
，e
z
’
为轴，以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内O为原心构建所述局部坐标系，其中，e
y
’
＝e
z
’
×
e
x
，e
y
’
为局部坐标系中y轴的单位方向向量，e
z
’
为局部坐标系中z轴的单位方向向量。
[0020]优选的，所述双R槽形导线放线滑轮的各圆弧包括：左圆弧、右圆弧、左过度圆弧、右过度圆弧和底圆弧。
[0021]进一步的，所述接触情况包括下述中的至少一种：轮槽表面侵入量、轮槽表面法向接触力、轮槽表面切向方向和轮槽表面切向摩擦力。
[0022]进一步的，所述基于双R槽形导线放线滑轮内各圆弧至股线截面形心点的空间向量分析股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况，包括：
[0023]当股线截面形心点P的位置于左圆弧上、|O
c
P|+R
s
>R
c
且π
‑
c≤cos
‑1(O
c
P/|O
c
P|
·
e
x
)≤π时，股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的侵入区在左圆弧内，轮槽表面侵入量为|O
c
P|+R
s
‑
R
c
，轮槽表面法向接触力F＝
‑
k(|O
c
P|
‑
R
c
)
·
O
c
P，轮槽表面切向方向τ＝
‑
e
y
’
×
O
c
P/|e
y
’
×
O
c
P|，轮槽表面切向摩擦力T＝
‑
sign(V
·
τ)
·
μ
·
k
·
(|O
c
P|
‑
R
c
)
·
τ；
[0024]当股线截面形心点P的位置于左过度圆弧上、|O
m1
P|
‑
R
s
<R
m
、π/2
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空输电线路导线股线与滑车接触分析方法，其特征在于，所述方法包括：在以滑车中心建立的正交坐标系内的局部坐标系中，获取双R槽形导线放线滑轮的各圆弧至股线截面形心点的空间向量；基于双R槽形导线放线滑轮内各圆弧至股线截面形心点的空间向量，分析股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在以滑车中心建立的正交坐标系内的局部坐标系中获取双R槽形导线放线滑轮的各圆弧至股线截面形心点的空间向量之前，包括：计算以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量；利用所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量构建所述局部坐标系。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量的计算式如下：OQ＝OP
‑
(OP
·
e
x
)e
x
上式中，OQ为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量，OP为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点的空间向量，e
x
为以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内x轴的单位方向向量。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内滑车中心与股线截面形心点在yz平面上的投影的空间向量构建所述局部坐标系，包括：以e
x
，e
y
’
，e
z
’
为轴，以滑车中心建立的正交坐标系Oxyz内O为原心构建所述局部坐标系，其中，e
y
’
＝e
z
’
×
e
x
，e
y
’
为局部坐标系中y轴的单位方向向量，e
z
’
为局部坐标系中z轴的单位方向向量。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双R槽形导线放线滑轮的各圆弧包括：左圆弧、右圆弧、左过度圆弧、右过度圆弧和底圆弧。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接触情况包括下述中的至少一种：轮槽表面侵入量、轮槽表面法向接触力、轮槽表面切向方向和轮槽表面切向摩擦力。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于双R槽形导线放线滑轮内各圆弧至股线截面形心点的空间向量分析股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的接触情况，包括：当股线截面形心点P的位置于左圆弧上、|O
c
P|+R
s
>R
c
且π
‑
c≤cos
‑1(O
c
P/|O
c
P|
·
e
x
)≤π时，股线对双R槽形导线放线滑轮的轮槽表面的侵入区在左圆弧内，轮槽表面侵入量为|O
c
P|+R
s
‑
R
c
，轮槽表面法向接触力F＝
‑
k(|O
c
P|
‑
R
c
)
·
O
c
P，轮槽表面切向方向τ＝
‑
e
y
’
×
O
c
P/|e
y
’
×
O
c
P|，轮槽表面切向摩擦力T＝
‑
sign(V
·
τ)
·
μ
·
k
·
(|O
c
P|
‑
R
c
)
·
τ；当股线截面形心点P的位置于左过度圆弧上、|O
m1
P|
‑
R
s
<R
m
、π/2
‑
c<cos
‑1(O
m1
P/|O
m1
P|
·
e
z
’
)<π/2
‑
c+b且O
m1
P
·
e
x
>0时，侵入区在左过度圆弧内，轮槽表面侵入量为R
m
+R
s
‑
|O
m1
P|，轮槽表面法向接触力F＝k(|O
m1
P|
‑
R
m
)
·
O
m1
P，轮槽表面切向方向τ＝e
y
’
×
O
m1
P/|e
y
’
×
O
m1
P|，轮
槽表面切向摩擦力T＝
‑
sign(V
·
τ)
·
μ
·
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·
τ；当股线截面形心点P的位置于底圆弧上、|O
g
P|+R
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>R
g
且cos
‑1(O
g
P/|O
g
P|
·
e
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)≤a时，轮槽表面侵入区在底圆弧内，侵入量为|O
g
P|+R
s
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R
g
，轮槽表面法向接触力F＝
‑
k(|O
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P，轮槽表面切向方向τ＝
‑
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×
O
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P/|e
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g
P|，轮槽表面切向摩擦力T＝
‑
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·
τ)
·
μ
·
k
·
(|O
g
P|
‑
R
g
)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦剑，万建成，乔良，刘晨，张飞凯，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网陕西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：