防震锤的物理学原理及应用

化雪丽 孙毅

摘 要：防振锤在现阶段的应用和应用原理，主要功能原理使它能解决架空高压输电线的重大损坏问题，根据它的毕本工作原理和应用范例，构思了防振锤在其他方面的应用以及存在问题。

关键词：防震锤；物理学；应用

一、现象

如今空中飞架的高压电线随处可见，人们的生活已经脱离不开它，但越是高运作的科技产品，它的潜在危险性越高。在高空，飞架的高压输电线在风力的作用下会产生所谓的微风振动。例如，当风速小至0.5到10 m/s 时，就会使高压线产生3到 120 Hz的振动，振幅能达到数厘米。高压线都有线夹做稳固，而振动就会使线夹附近的那段电线不断地受到弯折和磨损，导致局部导线疲劳断股，最后会使整根导线折断而造成事故。可见，微风振动是一种危害性很大的振动，为了解决这一问题，制造出了防震锤来消除这种振动。防震锤消除微风振动的功能不仅可以用与电力输电线，还可以尝试用来解决风力发电机的一些问题。

二、物理学原理

（一）防震锤的构造及简单原理

一般由三部分组成，固定线夹、钢绞线、重锤。防震锤有很多种型号，总体可以分为F型（对称）和FR型（非对称），但它们的基本原理是一样的，后面会有相关介绍。简单来说，防震锤只是一段铁棒，由于它加挂在铁路塔杆悬点处，以物理学振动原理吸收或者减弱振动能量，改变线路摇摆频率，防止线路的振动或舞动，进而达到防止高压线路出现一系列问题的目的。

（二）防震锤的主要作用

架空电力线路受风、冰、低温等气象条件的作用，使线路产生振动和舞动。为了减少导线因风力引起振动而设的高压架空路线杆位较高，档距较大，当导线受到风力作用时，会产生振动。振动频率较高而振幅很小，风振动使架空线在悬点处反复被扭折，引起材料疲劳，最后导致断股、断线等事故。导线振动时，导线悬挂处的工作条件最为不利，由于多次振动，导线因周期性的弯折产生疲劳破坏。舞动的频率很低，振幅很大的特点很容易引起相间闪络，造成线路跳闸、停电或烧伤等严重事故，对材料资源的有效应用和人员安全方面有极大损害。

（三）防震锤的安装要求

由于引起振动的风速范围为0.5到5 m/s，所以不同的风速对应的共振频率是不同的，一般来说，档距越大，能形成整数波长的几率就越大，也就越容易振动，当风速大到使导线处于锁定状态，即以ν0振动时，防震锤发生谐振，吸收导线大部分的振动能量，并把这部分能量转化为热能和声能消耗掉，从而减小了导线振动的振幅。防震锤安装在不同位置，就能对某个频率的共振完全抑制，对于其他频率的共振起削弱作用。

1.安装方向

①螺栓的穿向：避雷线和单或垂直排列的双棵导线的两边相应由线路内侧向外穿，中相由左向右穿。对于多分裂导线应由线束向外穿。

②销钉的穿向：水平方面螺栓上的销钉，方向应由上向下穿。

特别注意：所有的穿向要求，事先要征求线路运行单位的意见，特别是线路改造，各种穿向要求应与原方向一致。

2.安装距离

防震锤在一个耐张段内各档距安装距离一样，在不同耐张段或者不同跨越段的安装距离不同。在不同情况防震锤安装距离的实用公式为b=0.415×10E-3×D×√（9.81T/W）

b：安装距离

D：导线直径

T：平均运行张力

W：导线单位长度重力（N/m）

三、推导

实际应用防震锤时，还要考虑多种因素的影响，我们需要根据不同的环境和需要设计构造不同的防震锤以供使用，设定不同防震锤的固有频率ν0也是重要的一环。由上文防震锤的原理可知它的频率主要与重锤的质量m和钢绞线的劲度系数k有关，接下来推导出ν0的有关计算公式。

在一个以A为半径的圆中，做角速度为w的匀速圆周运动的质點在x轴方向的投影正好就是Acoswt。所以在x方向的简谐运动可以等效于一个匀速圆周运动的投影，那么根据等效结

果，简谐运动周期就相当于圆周运动的周期T=2π/w=2π√m/k，则频率ν=1/T=1/2π√k/m。

四、应用

防震锤主要用于消除风引起的振动使物体产生的振动能量，以此来避免物质受到致命损坏。除了现阶段用于的防止架空高压输电线的微风振动引起导线疲劳断股，我由防震锤的基本工作原理想到，它还可以用在风力发电机，飞机和我们日常生活中用到的晾衣杆（线）上。

（一）在风力发电机的应用

风力发电是一种被当今世界大力采用的发电资源方式，减少乃至避免风力发电机的损坏就成了一个待解决的重要问题。风力发电机一个重要部分就是叶片，由于常年处于室外，叶片的制作材料就必须优良，制作工程也必须繁复严谨。

（二）在飞机上的应用

飞机是我们出行必不可少的交通工具，和汽车、火车等工具一样，它也会偶尔发生安全事故，其中一个重要原因就是飞机在高空飞行时不可避免的受到风力的影响，尤其是机翼这种线条相对明显的部位。

（三）在晾衣杆上的应用

晾衣杆大概是和输电线情况最为相似的物体了，它不仅受到风力的影响，时常晾晒衣物也让它磨损的更为严重，在它两边安装防震锤就能大大避免其损坏。但由于晾衣杆和防震锤的造价差太大，如此使用是一种浪费资源的行为，那进一步的研究改良防震锤的构造，减少它的成本，就成了必要的问题。

参考文献：

[1]李效韩，李邦宜，徐乃管.装防振锤的架空输电线系统的微风响应[J].中国电机工程学报，1997（05）.

[2]何晓雄，李合琴.架空输电线防振锤安装位置的工程计算[J].计算物理，2000（05）.

作者简介：化雪丽（1996-），女，河南周口人，本科，学生；孙毅（2003-），男，新乡卫辉人，高中，学生。