化雪麗 孫毅

摘 要：防振錘在現(xiàn)階段的應(yīng)用和應(yīng)用原理，主要功能原理使它能解決架空高壓輸電線的重大損壞問(wèn)題，根據(jù)它的畢本工作原理和應(yīng)用范例，構(gòu)思了防振錘在其他方面的應(yīng)用以及存在問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：防震錘；物理學(xué)；應(yīng)用

一、現(xiàn)象

如今空中飛架的高壓電線隨處可見(jiàn)，人們的生活已經(jīng)脫離不開(kāi)它，但越是高運(yùn)作的科技產(chǎn)品，它的潛在危險(xiǎn)性越高。在高空，飛架的高壓輸電線在風(fēng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生所謂的微風(fēng)振動(dòng)。例如，當(dāng)風(fēng)速小至0.5到10 m/s 時(shí)，就會(huì)使高壓線產(chǎn)生3到 120 Hz的振動(dòng)，振幅能達(dá)到數(shù)厘米。高壓線都有線夾做穩(wěn)固，而振動(dòng)就會(huì)使線夾附近的那段電線不斷地受到彎折和磨損，導(dǎo)致局部導(dǎo)線疲勞斷股，最后會(huì)使整根導(dǎo)線折斷而造成事故?？梢?jiàn)，微風(fēng)振動(dòng)是一種危害性很大的振動(dòng)，為了解決這一問(wèn)題，制造出了防震錘來(lái)消除這種振動(dòng)。防震錘消除微風(fēng)振動(dòng)的功能不僅可以用與電力輸電線，還可以嘗試用來(lái)解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一些問(wèn)題。

二、物理學(xué)原理

（一）防震錘的構(gòu)造及簡(jiǎn)單原理

一般由三部分組成，固定線夾、鋼絞線、重錘。防震錘有很多種型號(hào)，總體可以分為F型（對(duì)稱）和FR型（非對(duì)稱），但它們的基本原理是一樣的，后面會(huì)有相關(guān)介紹。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，防震錘只是一段鐵棒，由于它加掛在鐵路塔桿懸點(diǎn)處，以物理學(xué)振動(dòng)原理吸收或者減弱振動(dòng)能量，改變線路搖擺頻率，防止線路的振動(dòng)或舞動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到防止高壓線路出現(xiàn)一系列問(wèn)題的目的。

（二）防震錘的主要作用

架空電力線路受風(fēng)、冰、低溫等氣象條件的作用，使線路產(chǎn)生振動(dòng)和舞動(dòng)。為了減少導(dǎo)線因風(fēng)力引起振動(dòng)而設(shè)的高壓架空路線桿位較高，檔距較大，當(dāng)導(dǎo)線受到風(fēng)力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)頻率較高而振幅很小，風(fēng)振動(dòng)使架空線在懸點(diǎn)處反復(fù)被扭折，引起材料疲勞，最后導(dǎo)致斷股、斷線等事故。導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線懸掛處的工作條件最為不利，由于多次振動(dòng)，導(dǎo)線因周期性的彎折產(chǎn)生疲勞破壞。舞動(dòng)的頻率很低，振幅很大的特點(diǎn)很容易引起相間閃絡(luò)，造成線路跳閘、停電或燒傷等嚴(yán)重事故，對(duì)材料資源的有效應(yīng)用和人員安全方面有極大損害。

（三）防震錘的安裝要求

由于引起振動(dòng)的風(fēng)速范圍為0.5到5 m/s，所以不同的風(fēng)速對(duì)應(yīng)的共振頻率是不同的，一般來(lái)說(shuō)，檔距越大，能形成整數(shù)波長(zhǎng)的幾率就越大，也就越容易振動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速大到使導(dǎo)線處于鎖定狀態(tài)，即以ν0振動(dòng)時(shí)，防震錘發(fā)生諧振，吸收導(dǎo)線大部分的振動(dòng)能量，并把這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能和聲能消耗掉，從而減小了導(dǎo)線振動(dòng)的振幅。防震錘安裝在不同位置，就能對(duì)某個(gè)頻率的共振完全抑制，對(duì)于其他頻率的共振起削弱作用。

1.安裝方向

①螺栓的穿向：避雷線和單或垂直排列的雙棵導(dǎo)線的兩邊相應(yīng)由線路內(nèi)側(cè)向外穿，中相由左向右穿。對(duì)于多分裂導(dǎo)線應(yīng)由線束向外穿。

②銷釘?shù)拇┫颍核椒矫媛菟ㄉ系匿N釘，方向應(yīng)由上向下穿。

特別注意：所有的穿向要求，事先要征求線路運(yùn)行單位的意見(jiàn)，特別是線路改造，各種穿向要求應(yīng)與原方向一致。

2.安裝距離

防震錘在一個(gè)耐張段內(nèi)各檔距安裝距離一樣，在不同耐張段或者不同跨越段的安裝距離不同。在不同情況防震錘安裝距離的實(shí)用公式為b=0.415×10E-3×D×√（9.81T/W）

b：安裝距離

D：導(dǎo)線直徑

T：平均運(yùn)行張力

W：導(dǎo)線單位長(zhǎng)度重力（N/m）

三、推導(dǎo)

實(shí)際應(yīng)用防震錘時(shí)，還要考慮多種因素的影響，我們需要根據(jù)不同的環(huán)境和需要設(shè)計(jì)構(gòu)造不同的防震錘以供使用，設(shè)定不同防震錘的固有頻率ν0也是重要的一環(huán)。由上文防震錘的原理可知它的頻率主要與重錘的質(zhì)量m和鋼絞線的勁度系數(shù)k有關(guān)，接下來(lái)推導(dǎo)出ν0的有關(guān)計(jì)算公式。

在一個(gè)以A為半徑的圓中，做角速度為w的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在x軸方向的投影正好就是Acoswt。所以在x方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以等效于一個(gè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的投影，那么根據(jù)等效結(jié)

果，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)周期就相當(dāng)于圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2π/w=2π√m/k，則頻率ν=1/T=1/2π√k/m。

四、應(yīng)用

防震錘主要用于消除風(fēng)引起的振動(dòng)使物體產(chǎn)生的振動(dòng)能量，以此來(lái)避免物質(zhì)受到致命損壞。除了現(xiàn)階段用于的防止架空高壓輸電線的微風(fēng)振動(dòng)引起導(dǎo)線疲勞斷股，我由防震錘的基本工作原理想到，它還可以用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)，飛機(jī)和我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降牧酪聴U（線）上。

（一）在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電是一種被當(dāng)今世界大力采用的發(fā)電資源方式，減少乃至避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)的損壞就成了一個(gè)待解決的重要問(wèn)題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一個(gè)重要部分就是葉片，由于常年處于室外，葉片的制作材料就必須優(yōu)良，制作工程也必須繁復(fù)嚴(yán)謹(jǐn)。

（二）在飛機(jī)上的應(yīng)用

飛機(jī)是我們出行必不可少的交通工具，和汽車、火車等工具一樣，它也會(huì)偶爾發(fā)生安全事故，其中一個(gè)重要原因就是飛機(jī)在高空飛行時(shí)不可避免的受到風(fēng)力的影響，尤其是機(jī)翼這種線條相對(duì)明顯的部位。

（三）在晾衣桿上的應(yīng)用

晾衣桿大概是和輸電線情況最為相似的物體了，它不僅受到風(fēng)力的影響，時(shí)常晾曬衣物也讓它磨損的更為嚴(yán)重，在它兩邊安裝防震錘就能大大避免其損壞。但由于晾衣桿和防震錘的造價(jià)差太大，如此使用是一種浪費(fèi)資源的行為，那進(jìn)一步的研究改良防震錘的構(gòu)造，減少它的成本，就成了必要的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：化雪麗（1996-），女，河南周口人，本科，學(xué)生；孫毅（2003-），男，新鄉(xiāng)衛(wèi)輝人，高中，學(xué)生。