一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法，即利用真实气态方程式逐点计算的方法对补偿装置闭环尺寸

【技术实现步骤摘要】
一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法


[0001]本专利技术涉及张力补偿装置
，尤其涉及气液压式或气压式张力自动补偿装置的尺寸计算方法。

技术介绍

[0002]在电气化铁路的供电接触网中，在任何气候条件下，架空的电缆承力索、接触线要始终处于张紧的状态，以保障供电接触网的正常工作。在电气化铁路接触网供电系统中，为确保列车正常运行，受流弓良好的取流就要求承力索和接触线必须要有一定的张力。但由于热胀冷缩的影响，承力索和接触线随环境温度的变化其长度产生变化而影响到张力的变化，因此供电接触网广泛使用了张力补偿装置。该装置按照施工要求，在供电接触网支柱或隧道顶部等处，安装在锚段端部，并且串联在接触线或承力索内，对承力索和接触线因环境温度变化所引起的张力变化进行补偿，从而确保承力索和接触线在不同的气候条件下始终保持恒张力。铁路系统技术发展的突飞猛进，列车速度不断提升，对承力索和接触线张力的稳定性的要求越来越高。张力补偿装置补偿精度显得尤为重要。
[0003]目前气压、气液压张力补偿装置的补偿原理就是利用气体随温度变化推动活塞及活塞杆缩进或伸出来适配拉线随温度变化的伸长或缩短，确保拉线在任何温度下保持恒张力。
[0004]现有气压式或气液压式张力补偿装置尺寸确定过程是按照理想气态方程式：P1V1/T1＝P2V2/T2和拉线线胀公式：ΔL＝L*a*ΔT，选择计算补偿装置尺寸参数。即当环境温度T1升高至T2时，内部高压气体为了保持压力不变，气体体积必然由V1膨胀为V2，推动活塞缸内活塞使活塞杆缩进。在此过程中，符合理想气态方程式：P1V1/T1＝P2V2/T2。根据理想气态方程式，选择合适的参数，保持在内部高压气体压力不变(即输出力不变)的情况下，使活塞杆的收缩量正好等于接触线或承力索由于该环境温度的升高所引起的伸长量，从而实现补偿。
[0005]由于补偿装置使用的气体压力比较大，同时环境温度变化范围广，补偿装置工作中，实际气体变化与理想气体变化有一定的差距，所以上述利用理想气态方程式计算确定补偿装置尺寸，在实际使用中补偿精度会产生一定的误差

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法，即利用真实气态方程式逐点计算的方法对补偿装置闭环尺寸
‑‑‑
缸筒尺寸进行逐点计算修正。
[0007]本专利技术的技术方案具体如下：
[0008]一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法，具体步骤如下：
[0009](1)根据工作张力需求大小，先确定活塞缸直径D1、活塞杆直径d1与缸筒壁厚，并根据使用地区确定温度范围在
‑
40℃至40℃或
‑
25℃至45℃。一般取值
‑
25℃至45℃，及其寒
冷的北方地域取值
‑
40℃至40℃。下面描述都是针对一般地域，取值
‑
25℃至45℃。
[0010](2)记录温度T环境下补偿装置内工作气体
‑
氮气在理想状态下的体积V0，并记录温度变化至T+
△
T时，氮气在理想状态下的体积变化
△
V0，理想状态气体恒压下满足：
[0011]V0/(V0+ΔV0)＝T/(T+ΔT) (1)；
[0012]补偿装置工作原理ΔL＝Δh
ꢀꢀ
(2)；
[0013]拉线伸长量满足线胀公式ΔL＝L*a*ΔT
ꢀꢀ
(3)；
[0014]其中，
△
L
‑
为所补偿拉线伸长距离，
△
h
‑
为气体膨胀推动活塞缩进距离；L
‑
为所补偿拉线长度，a
‑
为所补偿拉线线膨胀系数；
[0015](3)根据步骤(1)已知条件，联立公式(1)(2)(3)可求出H2、D2及补偿装置中活塞最大行程H1；其中，D2
‑
储气筒内径，H2
‑
储气筒内部长度；
[0016]以及气体理想状态下活塞在
‑
25℃至45℃温度范围内每隔5℃理想状态位置尺寸H值：H0(t+i)，其中t
‑
为最底温度值，i＝0,5,10,15
…
；
[0017](4)根据工作环境的压力及温度情况，结合气体实际状况对补偿装置活塞的工作基准位置进行设置，氮气满足真实气态方程及双参数通用化压缩因子法：
[0018]Z＝PV/nR T＝V/V0ꢀꢀ
(4)；
[0019]Z＝f(Pr,Tr)
ꢀꢀ
(5)；
[0020]Pr是比对压力，即Pr＝P/Pc
ꢀꢀ
(6)；
[0021]Tr是比对温度，即Tr＝T/Tc
ꢀꢀ
(7)；
[0022]其中，Pc
‑
氮气临界压力，Tc
‑
氮气临界温度；
[0023]根据所补偿线索张力而需要的充气压力即额定压力P0，按式(6)得出比对压力Pr，同时按式(7)算出温度t+i的比对温度Tr(t+i)，把比对压力和诸温度比对温度代入压缩因子法式(5)并查表压缩因子表，得出气体在各温度时压缩因子Z(t+i)，把压缩因子代入式(4)可得出活塞在
‑
25℃至45℃温度范围内气体理想状态时活塞位置时的实际压力P(t+i)，其中t
‑
为最低温度值，i＝0,5,10,15
…
。以上气体如果按理想状态下计算压力，则各温度压缩因子均为1，压力均为额定压力P0。见实际压力与理想状态压力对比曲线图图3。
[0024]根据以上分析计算，实际气体和理想状态气体相比较活塞在理想状态位置时，压力有一定的差异，这种差异直接表现为补偿装置的误差，为了减少这种误差，根据所处地域的平均温度(
‑
25℃至45℃平均温度为10℃)，补偿装置在使用前充气时，将补偿装置活塞的位置调整到该平均温度处活塞在理想气态时的位置(10℃处)，同时把充气环境温度(可放在高低温箱内充气)调整为该平均温度值(10℃)并充气，充气压力达到额定张力时的压力值，压力曲线额定压力坐标移至该平均温度处，这样可使补偿误差以平均温度为基准点两边延伸，补偿误差绝对值减少一半。见平均温度处设为额定压力值时的实际压力曲线图4。
[0025](5)活塞工作缸尺寸调整修正
[0026]T2温度时，理想气态状况下，压缩因子为1，活塞气体压力为额定压力P0；拉线额定张力为F0＝ES
△
L
弹
/L
[0027]则：1/4π(D12‑
d12)P0＝ES
△
L
弹
/L
ꢀꢀ
(8)；
[0028]实际中，真实气体由于压缩因子不等于1，则气体压力当活塞处于T2温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液压式或气压式张力补偿装置的尺寸计算方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)根据工作张力需求大小，先确定活塞缸直径D1、活塞杆直径d1与缸筒壁厚，并根据使用地区确定温度范围在
‑
40℃至40℃或
‑
25℃至45℃：(2)记录温度T环境下补偿装置内工作气体
‑
氮气在理想状态下的体积V0，并记录温度变化至T+
△
T时，氮气在理想状态下的体积变化
△
V0，理想状态气体恒压下满足：V0/(V0+ΔV0)＝T/(T+ΔT)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；补偿装置工作原理 ΔL＝Δh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；拉线伸长量满足线胀公式 ΔL＝L*a*ΔT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；其中，
△
L
‑
为所补偿拉线伸长距离，
△
h
‑
为气体膨胀推动活塞缩进距离；L
‑
为所补偿拉线长度，a
‑
为所补偿拉线线膨胀系数；(3)根据步骤(1)已知条件，联立公式(1)(2)(3)可求出H2、D2及补偿装置中活塞最大行程H1；其中，D2
‑
储气筒内径，H2
‑
储气筒内部长度；以及气体理想状态下活塞在
‑
25℃至45℃温度范围内每隔5℃理想状态位置尺寸H值：H0(t+i)，其中t
‑
为最底温度值，i＝0,5,10,15
…
；(4)根据工作环境的压力及温度情况，结合气体实际状况对补偿装置活塞的工作基准位置进行设置，氮气满足真实气态方程及双参数通用化压缩因子法：Z＝PV/nRT＝V/V0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；Z＝f(Pr,Tr)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；Pr是比对压力，即 Pr＝P/Pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)；Tr是比对温度，即 Tr＝T/Tc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；其中，Pc
‑
氮气临界压力，Tc
‑
氮气临界温度；根据所补偿张力所需充气压力，即额定压力，按式(6)得出比对压力Pr，同时按式(7)算出温度t+i的比对温度Tr(t+i)，把比对压力和诸温度比对温度代入压缩因子法式(5)并查表压缩因子表，得出气体在各温度时压缩因子Z(t+i)，把压缩因子代入式(4)可得出活塞在
‑
25℃至45℃温度范围内理想气态位置时的实际压力P(t+i)，其中t
‑
为最底温度值，i＝0,5,10,15
…
；根据以上分析计算，实际气体和理想状态气体相比较活塞在理想状态位置时，压力有一定的差异，这种差异直接表现为补偿装置的误差，为了减少这种误差，根据所处地域的平均温度，补偿装置在使用前充气时，将补偿装置活塞的位置调整到该平均温度处活塞在理想气态时的位置，同时把充气环境温度调整为该平均温度值并充气，充气压力达到额定张力时的压力值；(5)活塞工作缸尺寸调整修正T2温度时，理想气态状况下，压缩因子为1，活塞气体压力为额定压力P0；拉线额定张力为F0＝ES
△
L
弹
/L则：1/4π(D12
‑
d12)P0＝ES
△
L
弹
/L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)；实际中，真实气体由于压缩因子不等于1，则气体压力当活塞处于T2温度标准气态位置时P小于或大于额定压力P0，此时活塞伸出或缩进而拉线弹力缩短...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永莉，
申请(专利权)人：西安克诺尔轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：