放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法及系统

技术领域

本发明涉及输电线路工程技术领域，具体涉及放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法及系统。

背景技术

在输电线路工程的张力放线施工中，需根据导线长度、跨越区段等因素对导线进行开断、连接。导线间的连接一般采用接续管铝管压接方式。放线技术标准中要求导线接续管外应加装保护钢甲(保护管)，以防通过滑车时接续管(铝管)的弯曲度超过规定要求。

导线接续管保护管在导线放线过程中，随导线连续通过多个放线滑车，与滑车发生了碰撞与接触，滑车对保护管的冲击作用是导致接续管变形的重要影响因素之一。

目前，张力放线过程中，滑车与导线接续管保护管的接触作用过程尚未开展深入研究，保护管的设计载荷仅采用保护管中部经过滑车时的静力载荷，即未考虑保护管端部对滑车的碰撞力，也未考虑过滑车过程中滑车前后摆动对保护管的影响，无法为接续管、保护管及滑车的精细化结构设计提供准确参考。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法及系统，对导线和保护管过放线滑车的过程进行计算，用于为接续管、保护管及滑车的精细化结构设计提供准确参考。

所述一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法，包括：

利用获取的参数信息，以及导线、保护管和放线滑车的初始位置确定各质点的位置；

在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力；

其中，所述质点包括保护管的两端与导线两端的连接点B和C、导线的自由端点A和D，以及放线滑车的中心点O；

所述计算式基于各质点的重力和不同接触情况下各质点之间的作用力确定。

优选的，所述在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力，包括：

S201根据当前时刻各质点的位置判断导线和保护管与放线滑车的接触情况；

S202根据所述导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用计算式计算各质点受到的合力；

S203判断是否满足放线时长，若满足则获取各质点受到的合力中放线滑车与保护管的接触力和放线滑车的载荷，否则执行S204；

S204根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法确定下一时刻各质点的位置，执行S201。

进一步的，所述S201根据当前时刻各质点的位置判断导线和保护管与放线滑车的接触情况，包括：

S2011从导线两端出发作切线，所述切线分别与放线滑车相交于切点，基于两切点距放线滑车中心的水平距离确定导线是否与放线滑车接触，并根据获取的导线两端到放线滑车中点的距离确定导线形变后的长度；

S2012基于保护管的厚度、保护管两端与放线滑车中心的距离、放线滑车的半径和保护管的初始长度，确定保护管是否与放线滑车接触。

进一步的，所述S2011从导线两端出发作切线，所述切线分别与放线滑车相交于切点，基于两切点距放线滑车中心的水平距离确定导线是否与放线滑车接触，并根据获取的导线两端到放线滑车中点的距离确定导线形变后的长度，包括：

设切点分别为O

当x

当x

进一步的，所述根据导线两端距放线滑车中心的距离和导线与放线滑车接触点间的距离计算导线形变后的长度，包括：

基于两切点间的距离和放线滑车的半径计算导线对放线滑车的包络角；

基于所述导线对放线滑车的包络角和获取的导线两端到放线滑车中点的距离，利用导线的形变量计算式计算导线形变后的长度；

其中，所述导线包括牵引侧导线和张力侧导线。

进一步的，当导线为牵引侧导线时，牵引侧导线形变后的长度，按下式计算：

式中：s

其中，所述牵引侧导线AB对放线滑车的包络角β，按下式计算：

式中：l

当导线为张力侧导线时，张力侧导线形变后的长度，按下式计算：

式中：s

其中，所述张力侧导线CD对放线滑车的包络角γ，按下式计算：

式中：l

优选的，所述S2012基于保护管的厚度、保护管两端与放线滑车中心的距离、放线滑车的半径和保护管的初始长度，确定保护管是否与放线滑车接触，包括：

根据保护管与导线的连接点以及保护管的厚度确定保护管与放线滑车接触侧的两端，记为P、Q；

当l

当l

当

当

当

优选的，所述S202根据所述导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用计算式计算各质点受到的合力，包括：

S2021基于质点B的重力矢量和质点C对质点B的作用力矢量，以及根据导线和保护管与放线滑车的接触情况确定的质点A对质点B的作用力矢量和质点O对质点B的作用力矢量，利用第一计算式计算质点B受到的合力F

S2022基于质点C重力矢量和质点B对C的作用力矢量，以及根据导线和保护管与放线滑车的接触情况确定的质点D对质点C的作用力矢量和质点O对质点C的作用力矢量，利用第二计算式计算质点C所受到的合力F

S2023基于质点D重力矢量和张力矢量，以及根据导线与放线滑车的接触情况确定的质点C对质点D的作用力矢量利用第三计算式计算质点D所受到的合力F

S2024基于质点O重力矢量、悬挂点S对质点O的作用力矢量和保护管BC对O的作用力矢量，以及根据导线与放线滑车的接触情况确定的导线对质点O的作用力矢量，利用第四计算式计算质点O所受到的合力F

进一步的，所述第一计算式如下式所示：

F

式中：F

所述第二计算式如下式所示：

F

式中：F

所述第三计算式如下式所示：

F

式中：F

所述第四计算式如下式所示：

F

式中：F

优选的，所述根据导线和保护管与放线滑车的接触情况确定的质点A对质点B的作用力矢量和质点O对质点B的作用力矢量，包括：

根据牵引侧导线的形变量和牵引侧导线的初始长度，利用牵引侧导线内力计算式确定牵引侧导线内力；

根据牵引侧导线AB与放线滑车的接触情况，基于所述牵引侧导线内力和单位矢量确定质点A对质点B的作用力矢量f

根据保护管与放线滑车的接触情况，根据保护管的形变量和确定质点O对质点B的作用力矢量f

优选的，所述质点A对质点B的作用力矢量f

当导线AB与滑车接触时，则f

当导线AB与滑车不接触时，则f

所述牵引侧导线内力计算式，如下式所示：

式中：f

进一步的，所述质点O对质点B的作用力矢量f

当保护管P与放线滑车发生点接触时，则

f

式中：k为接触刚度；R为放线滑车的半径，l

当保护管PQ与放线滑车发生线接触时，则

式中：e

当保护管PQ与放线滑车不接触时，f

优选的，所述质点C对质点B的作用力矢量f

f

式中e

所述保护管内力f

式中：EA

优选的，所述质点D对质点C的作用力矢量f

当导线CD与放线滑车接触时，则f

当导线CD与放线滑车不接触时，则f

式中：f

优选的，所述质点O对质点C的作用力矢量f

当保护管的Q与放线滑车发生点接触时，则

f

式中：k为接触刚度；R为放线滑车的半径，l

当保护管PQ与放线滑车发生线接触时，则有

式中：e

当保护管与放线滑车不接触时，f

优选的，所述悬挂点S对质点O的作用力矢量f

f

其中f

所述放线滑车的荷载f

式中：EA

优选的，所述S204根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法确定下一时刻各质点的位置，包括：

根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法按下式确定下一时刻各质点的位移，根据下一时刻各质点的位移确定下一时刻各质点的位置；

式中：n为时间步编号，h为时间增量步长；c

基于同一发明构思，本发明还提供了一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算系统，包括：

获取模块，用于利用获取的参数信息，以及导线、保护管和放线滑车的初始位置确定各质点的位置；

计算模块，用于在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力；

其中，所述质点包括保护管的两端与导线两端的连接点B和C、导线的自由端点A和D，以及放线滑车的中心点O；

所述计算式基于各质点的重力和不同接触情况下各质点之间的作用力确定。

优选的，所述计算模块，包括：

第一计算子模块，用于根据当前时刻各质点的位置判断导线和保护管与放线滑车的接触情况；

第二计算子模块，用于根据所述导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用计算式计算各质点受到的合力；

第三计算子模块，用于判断是否满足放线时长，若满足则获取各质点受到的合力中放线滑车与保护管的接触力和放线滑车的载荷，否则调用第四计算子模块；

第四计算子模块，用于根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法确定下一时刻各质点的位置，调用所述第一计算子模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的技术方案，利用获取的参数信息，以及导线、保护管和放线滑车的初始位置确定各质点的位置；在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力；其中，所述质点包括保护管的两端与导线两端的连接点B和C、导线的自由端点A和D，以及放线滑车的中心点O；所述计算式基于各质点的重力和不同接触情况下各质点之间的作用力确定。该技术方案实现了导线和保护管在通过放线滑车过程中各质点合力的计算，研究放线过程中各质点受到的合力的运动变化过程，为接续管保护管的设计提供可靠计算方法，指导放线施工。

附图说明

图1为本发明实施例的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法流程图；

图2为本发明实施例中保护管通过滑车的运动系统示意图；

图3为本发明实施例的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法的具体流程图；

图4为本发明实施例中导线与滑车的接触示意图；

图5为本发明实施例中保护管与滑车的主要尺寸示意图；

图6为本发明实施例中某一时间步内保护管与滑车的接触示意图

图7为本发明实施例中另一时间步内保护管与滑车接触力示意图

图8为本发明实施例中放线过程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

由于保护管的设计载荷存在仅采用保护管中部经过滑车时的静力载荷，即未考虑保护管端部对滑车的碰撞力，也未考虑过滑车过程中滑车前后摆动对保护管的影响的缺陷，因此本发明实施提供了一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法，分析在放线过程中导线和保护管过放线滑车的动力计算，用于为接续管、保护管及滑车的精细化结构设计提供准确参考。

如图1所示，本发明实施例提供的一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法，包括：

S1利用获取的参数信息，以及导线、保护管和放线滑车的初始位置确定各质点的位置；

S2在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力；

其中，所述质点包括保护管的两端与导线两端的连接点B和C、导线的自由端点A和D，以及放线滑车的中心点O；

所述计算式基于各质点的重力和不同接触情况下各质点之间的作用力确定。

本实施例中，所述S2在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力，可以采用下列方式进行计算：

S201根据当前时刻各质点的位置判断导线和保护管与放线滑车的接触情况；

S202根据所述导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用计算式计算各质点受到的合力；

S203判断是否满足放线时长，若满足则获取各质点受到的合力中放线滑车与保护管的接触力和放线滑车的载荷，否则执行S204；

S204根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法确定下一时刻各质点的位置，执行S201。

在本实施例中，为了更清楚的描述导线和保护管过放线滑车的过程，建立保护管与放线滑车接触的多体运动系统，构建过程包括：

如图2所示，将牵引侧导线、保护管、张力侧导线及滑车、滑车悬臂看作由平面内多个部件组成的多体运动系统。放线滑车悬挂点为S，并以S为原点建立平面坐标系。

牵引侧导线(AB)、保护管(BC)、张力侧导线(CD)依次通过滑车。放线滑车在悬臂的作用下绕悬挂点发生前后摆动。

牵引方向及张力方向由放线工况确定，在保护管过滑车过程中保持不变。

为了便于描述在构建的多体运动系统中设置单元及节点，包括：

牵引侧导线单元AB，单元初始长度为l

悬臂单元SO的初始长度为l

保护管单元BC，单元初始长度为l

滑车为圆形刚性单元，中心为O，半径为R。

将单元质量均匀集中于质点B、C、D、O上，则各质点质量为：

m

m

m

m

式中，ρ

利用构建的多体运动系统对本发明实施例进行阐述，如图3所示，对图1中放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法的计算过程进行详细展开，具体包括：

(1)输入系统参数，系统参数包括：单元属性、质量、牵引速度张力；

(2)输入迭代参数，迭代参数包括：运动时长t，时间步长h、阻尼系数ζ；

(3)输入多体系统质点初始位置；

(4)根据当前时刻质点位移、质点所受载荷，采用中心差分法计算下一时刻质点位移；

(5)判断导线、保护管与滑车的接触情况；

(6)计算导线AB内力f

(7)保护管内力及保护管与滑车的接触力；；

(8)重复(4)-(7)，直至运动过程结束；

(9)输出运动过程结果。

其中，系统参数和迭代参数统称为参数信息；同时步骤(4)可以在判断导线、保护管与滑车的接触情况之前计算，也可以在计算保护管内力及保护管与滑车的接触力之后计算。

在本实施例中，(5)判断导线、保护管与滑车的接触情况，可以采用下列步骤进行判断，包括：

1)判断导线AB与滑车接触：如图4所示，从A、B出发得到与滑车相切的2条直线，切点分别为A

当x

其中l

当x

2)判断导线CD与滑车接触：从C、D出发得到与滑车相切的2条直线，切点分别为C

当x

其中l

当x

3)判断保护管与滑车的接触

如图5、图6和图7所示，当l

当l

当

当

当

其中P、Q的位置由B、C的位置及保护管厚度b

在本实施例中，可以采用下列步骤计算各质点受到的合力，包括：

已知当前时刻t

1)质点B所受合力为

F

i)m

ii)f

当导线AB与滑车接触时，有

f

当导线AB与不接触时，

f

式中f

其中e

iii)f

当保护管P与滑车O发生点接触时，

f

当PQ与滑车发生线接触时，则有

其中e

不接触时，f

iv)f

f

其中e

其中s

2)质点C所受合力为

F

i)m

ii)f

当导线CD与滑车接触时，

f

不接触时，

f

式中f

其中e

iii)f

Q与滑车O发生点接触时，

f

PQ与滑车发生线接触时，则有

其中e

不接触时，f

iv)f

f

3)质点D所受合力为

F

i)m

ii)f

当导线CD与滑车接触时，

f

不接触时，

f

其中e

iii)T

4)质点O所受合力为

F

i)m

ii)f

f

其中f

iii)f

f

iv)f

f

不接触时，f

v)f

f

其中e

不接触时，f

在本实施例中，可以通过下列步骤实现(4)根据当前时刻质点位移、质点所受载荷，采用中心差分法计算下一时刻质点位移，包括：

质点在力的作用下遵循牛顿第二定律进行运动，采用中心差分法来求解质点的运动方程，即利用质点受到的合力采用中心差分法计算下一时刻质点位移。

式中，n为时间步编号，h为时间增量步长；c

导线质点A在牵引力的作用下前进，在通过运动过程中维持恒定速度v

其中v

输入第0个和第1个时间步的质点位置向量及质点合力矢量后，即可计算后续时间步的结果，直至计算过程结束。

在如图8所示的放线过程中，利用本实施例提出的导线保护管过放线滑车的动力计算方法，可计算保护管过滑车过程中滑车与保护管间接触力和滑车载荷等动力结果，分析放线速度、导线张力、滑车悬挂高度、保护管厚度等施工因素对保护管的影响，为保护管设计、滑车承载性能等提供实际参考。在上述实施例中，滑车与保护管间接触力通过f

本发明实施例提供的方法还可以应用于导线牵引板通过放线滑车的冲击计算。

需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算系统，用于实现上述任一实施例所述的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法，具体包括：

获取模块，用于利用获取的参数信息，以及导线、保护管和放线滑车的初始位置确定各质点的位置；

计算模块，用于在放线过程中，基于各时刻下各质点位置对应的导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用预先设定的计算式分别计算各质点受到的合力；

其中，所述质点包括保护管的两端与导线两端的连接点B和C、导线的自由端点A和D，以及放线滑车的中心点O；

所述计算式基于各质点的重力和不同接触情况下各质点之间的作用力确定。

本实施例中，所述计算模块，包括：

第一计算子模块，用于根据当前时刻各质点的位置判断导线和保护管与放线滑车的接触情况；

第二计算子模块，用于根据所述导线和保护管与放线滑车的接触情况，利用计算式计算各质点受到的合力；

第三计算子模块，用于判断是否满足放线时长，若满足则获取各质点受到的合力中放线滑车与保护管的接触力和放线滑车的载荷，否则调用第四计算子模块；

第四计算子模块，用于根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法确定下一时刻各质点的位置，调用所述第一计算子模块。

本实施例中，所述第一计算子模块，具体用于：

S2011从导线两端出发作切线，所述切线分别与放线滑车相交于切点，基于两切点距放线滑车中心的水平距离确定导线是否与放线滑车接触，并根据获取的导线两端到放线滑车中点的距离确定导线形变后的长度；

S2012基于保护管的厚度、保护管两端与放线滑车中心的距离、放线滑车的半径和保护管的初始长度，确定保护管是否与放线滑车接触。

本实施例中，所述第二计算子模块，具体用于：

S2021基于质点B的重力矢量和质点C对质点B的作用力矢量，以及根据导线和保护管与放线滑车的接触情况确定的质点A对质点B的作用力矢量和质点O对质点B的作用力矢量，利用第一计算式计算质点B受到的合力F

S2022基于质点C重力矢量和质点B对C的作用力矢量，以及根据导线和保护管与放线滑车的接触情况确定的质点D对质点C的作用力矢量和质点O对质点C的作用力矢量，利用第二计算式计算质点C所受到的合力F

S2023基于质点D重力矢量和张力矢量，以及根据导线与放线滑车的接触情况确定的质点C对质点D的作用力矢量利用第三计算式计算质点D所受到的合力F

S2024基于质点O重力矢量、悬挂点S对质点O的作用力矢量和保护管BC对O的作用力矢量，以及根据导线与放线滑车的接触情况确定的导线对质点O的作用力矢量，利用第四计算式计算质点O所受到的合力F

本实施例中，所述第四计算子模块，具体用于：

根据各质点受到的合力、放线速度和导线张力采用中心差分法按下式确定下一时刻各质点的位移，根据下一时刻各质点的位移确定下一时刻各质点的位置；

式中：n为时间步编号，h为时间增量步长；c

本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

进一步，本发明还提供了一种存储装置。在根据本发明的一个存储装置实施例中，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该存储装置可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中存储是非暂时性的计算机可读存储介质。

进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的放线过程中导线保护管过放线滑车的动力计算方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。