一种补偿张紧缆索长度变化又能保持张力大致恒定的装置

技术领域

本发明涉及一种补偿张紧缆索长度变化又能保持张力大致恒定的装置。

现有技术

用来分配和传输动力或用于铁路牵引的高架动力线的导线安装时有一个很 特殊的张力值，该值要考虑缆索的极限拉伸强度、支承结构的强度和跨距中心最 大垂度方面的要求。

由于制造缆索的材料可以是铜或其合金、铝或其合金、钢或钢芯铝，当温度 上升或下降时，这些材料会膨胀或收缩，所以缆索张紧之后所呈现的结构形状随 时间的推移不是恒定不变的，而是与环境温度有紧密的关系。

这种现象使跨距中间的垂度增大或减小。由于缆索本身的重量而造成的垂度 的这种变化由于电气和/或机械的原因在某些使用场合是不允许的。

电气的原因包括下列情况，当垂度增加时，缆索和周围部件，例如和地面的 绝缘距离缩短了。此外，缆索伸长所引起的张紧力的下降更使所述缆索在风的作 用下振荡和摇摆，这种风能使缆索破坏性地靠近不同相位的其它缆索或靠近接地 部件。

机械原因可从铁路的电气接触线的悬链曲线看到。这些线传统上是由悬挂接 触金属线的支承缆索构成的，机车的导电弓与所述接触线的下侧滑动接触而引出 电流。接触线由支承缆索借助放置在其上的预定短距离相隔的所谓“挂钩”所支 承，使得当支承缆索的外观具有标准垂度时，而接触线的外观保持正直，因而实 际上是水平的，从而使导电弓能正常滑动。由温度变化引起的支承缆索和/或接触 线的收缩能够在所述缆索或支承件上引起不能接受的应力，并引起接触线相对于 轨面不正常的升高；这种应力和升高除了引起接触线不正常的磨损之外，还与通 过导电弓正确收集电源互不兼容。同样，支承缆索和/或接触线由于温度变化引起 的伸长，能引起接触线不正常的下降，同样会在正确收集电流时出现问题。

可用不同的系统来补偿缆索因温度变化而导致长度的改变。

第一个系统由配重构成，该系统借助滑轮把缆索的一端连接于一重量块，该 重量块相当于缆索的张紧力或按滑轮系统比率的函数而减小。这样，由于安装的 重量块是不变的，所以当缆索的长度变化时，缆索的张力保持不变。该系统(今天 仍然是被最广泛使用的系统)具有以下缺陷，即它要占用较大的空间，并不总能与 安装要求相适应，尤其是在铁路行业中，例如在隧道中，实际上往往不可能提供 配重块滑动的凹槽，或者在隧道中可以提供凹槽，但费用太高。这种系统的另一 个缺陷是安装成本高，这主要是需要采取辅助结构来支承、引导和保护配重块所 引起的。

另一个系统是以使用充气补偿器为基础的。在这种系统中，缆索的一端连接 于一装置，这种装置包括一含有压缩气体通常为氮的弹簧/阻尼部件，所述部件提 供一基本恒定的负荷。相对于配重块而言，这种系统具有在安装时只需占用适中 的空间的优点，但它并不是没有缺点，因为在第一次安装之后观察了多年，问题 主要是在部件中的气体的损失，需要不断监视和维护。这种装置的成本也较高， 限制了它在特定情况下的使用。

众所周知，补偿器是由电动机驱动的，并基本上由一具有传感器的装置构 成，该传感器探测由温度变化引起的缆索长度的变化，传感器驱动一电动机，而 电动机又反过来驱动一连接于要被补偿的缆索的杆。这种系统也不是没有缺点， 因为它的费用高，原因是需要安装电源和控制板以及需要有一低压电源，这些不 是总能买到或至少不能廉价买到。

另一补偿系统是由简单的弹簧补偿器构成。这种系统基本上使用螺旋形弹 簧，用以“阻尼”由缆索的膨胀或收缩所引起的机械效果，但由于负荷与行程成 比例变化的弹簧特性，这种系统不能保持缆索的张力恒定不变。

发明概要

本发明的目标是为解决上述问题，提供一种补偿张紧缆索的长度变化的装 置，这种装置能用纯机械的和高可靠的动作来确保缆索的张力，与其长度变化无 关，并维持恒定。

在该目标范围内，本发明的一个目的是提供一种对其安装只需很小容积的装 置。

本发明的另一个目的是提供一种简单又能快速安装同时不需要经常维修的 装置。

本发明的另一个目的是提供一种其制造成本可与传统的补偿器竞争的装 置。

将在此后变得清楚的这个目标、这些和其它目的是通过补偿张紧缆索的长度 变化并能保持张力基本恒定的装置来实现的，该装置包括一对比件，它插在张紧 缆索的一端与锚定件之间，并用以产生一随张紧缆索长度变化而改变的弹性反作 用力，其特征在于它包括将所述对比件连接到所述张紧缆索的装置，所述连接装 置用来将所述对比件的弹性反作用力转换成施加在所述张紧缆索上一基本恒定 的张力，该张力在预定缆索长度变化范围内与其长度无关。

附图简要说明

根据本发明装置下述两较佳的但非排他的实施例的详细描述，本发明的特征 和优点将更为清楚，举例说明仅仅作为附图中的非限制性的例子，其中：

图1至7是第一实施例的装置的视图，具体是：

图1是对应于张紧缆索处在最大收缩的工作条件下本发明装置的示意性侧视 图；

图2是对应于张紧缆索处在最大伸长工作条件下本发明装置的类似于图1的 视图；

图3是在对应于图1的工作条件下的本发明装置的前视图；

图4至6是在张紧缆索三种不同长度条件下的本发明装置的工作原理的示意 图；

图7绘图表示了张紧缆索的长度变化时对比件的反作用力，该图参考了前面 附图所示的第一实施例的装置；

图8至12是第二实施例的装置的视图，具体是：

图8是对应于张紧缆索处在最大收缩工作条件下本发明装置的示意性侧视 图；

图9是对应于张紧缆索处在最大伸长工作条件下本发明装置类似于图8的视 图；

图10是在对应于图8的工作条件下本发明装置的前视图；

图11和12是在对应于图8和9的张紧缆索两种不同长度条件下本发明装置 的工作原理示意图。

发明的实施例

参阅图1至7，尽管装置是水平安装的，但为了方便，图中垂直示出了该装 置，总的用编号1表示的本发明的装置包括一对比件(contrast element)3，它是插 在张紧缆索2的端部与一锚定件之间的装置，锚定件由一锚桩或其它固定安装件 构成。对比件3用于产生一弹性反作用力f，该弹性反作用力f按缆索2长度变 化的函数而变化。该装置还包括将对比件3连接到缆索2的装置4，所述连接装 置4用来将对比件3的弹性反作用力转换成施加在缆索2上的、与其长度无关、 在预定长度变量化范围内的基本恒定的张力。

连接装置4包括一杠杆系统，它由最好至少一个半径恒定的滑轮5a、5b和 一半径可变的滑轮6所构成，滑轮5a、5b支承成在自己的中心轴上旋转，而半 径可变的滑轮6刚性地连接于半径不变的滑轮5a、5b上。缆索2连接于半径不 变的滑轮5a、5b上，并缠绕在其上，而对比件3通过一连接缆索7连接于半径 可变的滑轮6上，该连接缆索7沿与半径不变的滑轮5a、5b上的缆索2缠绕方 向相反的缠绕方向缠绕在半径可变的滑轮6上。

更具体地说，由半径不变的滑轮5a、5b和半径可变的滑轮6构成的组件被 一对力臂8a、8b所支承，这对力臂在与锚定件相结合的一端由一横向枢轴9相 连。力臂8a和8b支承着滑轮5a、5b和6，使它们能绕一与半径不变的滑轮5a、 5b的轴线一致的轴线10转动，所述滑轮5a、5b和6绕所述轴线10刚性地一起 转动。

滑轮5a、5b和6由一枢轴11支承，枢轴11本身形成轴线10，并通过轴承 12支承诸滑轮。

对比件3最好由一螺旋簧13构成，该簧的纵向端通过合适的端部14连接于 枢轴9，枢轴9固定在力臂8a和8b上，并通过一连接件15将所述力臂连接到锚 定件上。螺旋簧13的另一纵向端通过合适的端部16安装于缆索7上，而连接缆 索7缠绕在半径可变的滑轮6上，并通过其压缩式端部18及二个连接件17安装 在滑轮6上。

在所示的实施例中，不是用单个半径不变的滑轮，而是用两个成对的半径不 变的滑轮，编号为5a和5b，它们相互同轴，具有相同的半径，每一个半径不变 的滑轮为缆索19a、19b形成一卷道，而缆索19a、19b通过连接件20分别连接 于各自的半径不变的滑轮5a或5b上，其相对端通过一叉臂(yoke)21将它们连接 到张紧缆索2上。

半径可变的滑轮6插在两半径不变的滑轮5a和5b之间，以便使由缆索2的 拉伸和弹簧13的弹性反作用力所产生在枢轴11上的弯矩保持良好的平衡。

事实上，施加在两半径不变的滑轮5a和5b上的缆索2上的张力T分成等于 张力T的一半的两相等的力，但为了说明的方便，此后所提到的施加到缆索2的 张力T时，仿佛使用的两根缆索19a和19b就是一根缆索和一只对应于滑轮5a 或5b的半径不变的滑轮。

半径可变的滑轮6的轮廓是这样考虑的，即虽然弹簧13的反作用力按缆索2 长度变化的函数而改变，但要确保在装置各种工作条件下张力T是恒定的。

事实上，半径可变的滑轮半径rα特性是可选择的，以满足关系R·T=rα·fα，该 关系表示了作用在诸滑轮上由张力T和弹簧13的反作用力fα所产生的两扭矩在 轴11上的平衡状态。

该关系式导出如下的关系式：          $r_{\alpha }=\frac{R•T}{f_{\alpha }}$

其中：

α是诸滑轮的转动角，R和T分别是半径不变的滑轮的半径和施加在缆索2 上的要保持恒定的张力，fα是由于诸滑轮转动α角的结果而由弹簧13施加的 力，该力由于弹簧13具有线性弹性特性而能容易地算出。

在一个较佳实施例中，如果滑轮5a、5b总的转过270°，以便补偿缆索2的 总的伸长L，则           $2\mathrm{\pi R}=L\frac{360}{270}$

从中可得到      $R=\frac{L·2}{3\pi }$

设预张力f270为当α=270°时，其张力相当于最大力f0的一半，f0为当α=0° 时缆索2(图4)在最大收缩条件下弹簧的张力，如果f270施加到弹簧13，弹簧13 的对应于滑轮转角α的反作用力是：         $f_{\alpha }=f_0-\frac{\alpha }{270}(f_0-f_{270})$

从中可以得到：         $f_{\alpha }=f_0(1-0.5\frac{\alpha }{270})$

这些关系可以获得有关由弹簧13施力于半径可变的滑轮6的轮廓曲线的极 坐标等式：          $r_{\alpha }=\frac{R·T}{f_{\alpha }}=\frac{R·T}{f_0(1-0.5·\frac{\alpha }{270})}$

由于f0等于T，又由于当α=0时rα=R，所以可得到：          $r_{\alpha }=\frac{R}{(1-0.5·\frac{\alpha }{270})}$

如果弹簧13对应于α=270°的预加载力f270等于弹簧13对应于α=0°所产生的 最大力f0的一半，附图中示意性地示出了滑轮6的几何形状，半径可变滑轮6轮 廓的尺寸和极坐标等式只是假定滑轮5a或5b、6转动270°来补偿张紧缆索的总 伸长L情况下的一个非限制性的例子。

因此，如果由于操作需要而考虑其它假定，诸如用滑轮的不同转角补偿缆索 长度的变化，半径可变的滑轮6的轮廓就可能是不同的。

图8至12示出了本发明装置的第二实施例，尽管该装置是水平安装的，但 图中为了方便起见该装置仍垂直表示。作为对比件3，该实施例使用了一弹簧 13，该弹簧的作用是用压缩取代拉伸，为了可以缠绕，该弹簧连接在至少一个半 径不变的滑轮5a、5b上，同时张紧缆索2连接于一半径可变滑轮6上。至于图 8至12的其它编号，保留与前面附图中相同的编号。

更具体地说，在第二实施例中的弹簧13插在一固定板30与一活动板31之 间，固定板30连接于枢轴9，活动板31连接于两牵引件32a和32b，而牵引件 通过一滑轮33将弹簧13连接于两连接缆索7a和7b，它们取代原来的连接缆索 7。用一与半径可变的滑轮6上的张紧缆索2的缠绕方向相反的方向，将两连接 缆索7a和7b固定和缠绕在两半径固定的滑轮5a和5b上。

半径可变的滑轮6设置在两半径不变的滑轮5a和5b之间，以便平衡由缆索 2的张力和沿两连接缆索7a和7b传递的弹簧的弹性反作用力所引起的力矩。

这样，作用在滑轮上的和由张力T和弹簧13的反作用力fα产生的两扭矩的 相等条件用关系式R·fα=rα·T表示，从中可以得到：           $r_{\alpha }=\frac{R•f_{\alpha }}{T}$

其中

R=半径不变的滑轮5a、5b的半径；

rα=半径可变的滑轮6的半径。

因为f0=T和f270=0.5·f0=0.5·T       $f_{\alpha }=f_0(1-0.5\frac{\alpha }{270})$

从中可以获得        $r_{\alpha }=R·(1-0.5·\frac{\alpha }{270})$

本发明装置的动作从已描述和图示的内容中就可清楚知道。

尤其清楚的是，在缆索2收缩的情况下，弹簧13的弹性反作用力增加，在 缆索2伸长的情况下，弹簧2的弹性反作用力下降。尽管弹簧13借助设置在缆 索2与弹簧13之间的特定连接使其弹性反作用力是可变的，但当所述缆索2的 长度改变时，施加在缆索上的张力T保持不变。

实际上，已经观察到本发明的补偿装置完全达到了所期望的目的，因为尽管 使用弹性类型的对比件，即按张紧缆索长度变化而改变的弹性反作用力，在任何 情况下都能确保在不同的工作条件下施加到缆索上的张力不变。

如此设想的装置容许多种改型和变化，所有这些都在本发明理念的范围之 内，所有的零部件都可用其它技术上相等的零部件替代。

实际上，所采用的材料以及尺寸根据要求和已有技术的情况可以任选。