CN115065883B - 一种信号塔减阻、抑振、增容装置 - Google Patents

一种信号塔减阻、抑振、增容装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种信号塔减阻、抑振、增容装置，包括沿轴向分布于所述信号塔杆上的若干流线型翼片、设置于各所述流线型翼片之间的基站天线、旋转支撑***、控制检测***和刹车***；各所述流线型翼片之间通过桁架连接形成流线型骨架，流线型骨架的外部罩设流线型外壳；流线型外壳的流线型外表面可以大幅改善信号塔的空气动力学性能，减少横向荷载的同时还会抑制信号塔的振动，控制和检测***会在极小概率的情况下保证本装置的安全性，本发明能够优化信号塔的空气动力学性能，实现减阻抑振和增容，从而节约土地资源，充分利用现有资源，同时表面的广告还可以获得一定的收益，通过主动控制，智能检测、诊断、干预其运行状态。

Description

一种信号塔减阻、抑振、增容装置
技术领域
本发明涉及通讯设备技术领域，特别是涉及一种信号塔减阻、抑振、增容装置。
背景技术
在风速不变的前提下，增加信号塔的天线容量时，增加的天线会改变原有的形状，显著增加塔身横向风荷载，超出信号塔的承载能力。因而，提供一种信号塔减阻、抑振、增容装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种信号塔减阻、抑振、增容装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够优化信号塔的空气动力学性能，实现减阻抑振和增容，从而节约土地资源，充分利用现有资源，同时表面能够安装广告拍还可以获得一定的收益，通过主动控制，智能检测、诊断、干预其运行状态。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种信号塔减阻、抑振、增容装置，包括沿轴向分布于所述信号塔杆上的若干流线型翼片、设置于各所述流线型翼片之间的基站天线、旋转支撑***、控制检测***和刹车***；
各所述流线型翼片之间通过桁架连接形成流线型骨架，流线型骨架的外部罩设流线型外壳；各所述流线型翼片中位于顶部和底部的两个所述流线型翼片的底部设置所述旋转支撑***，所述旋转支撑***包括固定于所述信号塔杆上的导电滑环和支撑架，所述导电滑环设置于所述支撑架的底部，所述支撑架与所述流线型翼片转动连接；
各所述流线型翼片中至少有一个安装有所述控制检测***，所述控制检测***包括驱动所述流线型翼片转动的步进电机，旋转编码器，设置于所述流线型翼片上的加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块，设置于所述信号塔杆顶端的风速风向空气质量传感器和处理检测数据的微处理器；
各所述流线型翼片中至少有一个安装有所述刹车***，所述刹车***固定于所述信号塔杆上用于制动所述流线型翼片。
优选地，所述流线型翼片为NACA0024对称翼型，所述流线型翼片一端为尖端，另一端为大径端，所述大径端设置有供所述信号塔杆穿过的安装孔。
优选地，所述支撑架包括与所述信号塔杆连接的桁架结构和设置于桁架结构外周的导向环，所述导向环的外壁周向开设有导轨一，位于所述支撑架顶部的所述流线型翼片的底部设置有与所述导轨一配合的滚轮，所述导向环的顶部周向开设有导轨二，位于所述支撑架顶部的所述流线型翼片的底部设置有嵌于所述导轨二内的环形滑块，所述环形滑块与所述导轨二滑动连接。
优选地，安装有所述控制检测***的所述流线型翼片相对的所述信号塔杆上设置有电机固定架和编码器固定架，所述步进电机和所述旋转编码器分别安装在电机固定架和所述编码器固定架上，所述流线型翼片的安装孔的内壁设置有齿状同步带，所述步进电机和所述旋转编码器的转轴通过齿轮与所述同步带啮合连接。
优选地，所述加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块的数据导线连接所述导电滑环，通过所述导电滑环连接固定在所述信号塔杆上的主板。
优选地，所述刹车***包括安装架、刹车咬合夹、舵机和刹车片，安装有所述刹车***的所述流线型翼片的安装孔内周向设置所述刹车片，所述安装架内端为固定于所述信号塔杆上的固定环，所述安装架的外端为通过所述固定环两侧的两个连接板连接两个外端开口的圆环，两个所述圆环之间安装所述刹车咬合夹，所述刹车咬合夹包括连杆一、连杆二、连杆三、所述连杆四和连杆五，所述连杆一的杆体连接所述圆环外侧固定的所述舵机，所述连杆二设置于所述连杆一的顶部，所述连杆三设置于所述连杆二的顶部，所述连杆一的一端通过所述连杆四连接所述连杆二的一端，且所述连杆四与所述连杆一、所述连杆二铰接，所述连杆二的另一端通过铰轴与两个所述圆环铰接，所述连杆一的另一端通过所述连杆五连接所述连杆三的一端，所述连杆五与所述连杆一、所述连杆三铰接，所述连杆三的另一端通过铰轴与两个所述圆环铰接，所述连杆二和所述连杆三相对的端面上分别设置有刹车块，两个所述刹车块之间为所述刹车片，通过所述舵机驱动所述连杆一带动所述连杆二和所述连杆三之间的刹车块夹持和松开所述刹车片实现制动。
优选地，还包括太阳能板，所述太阳能板安装于最顶层的所述流线型翼片的顶部，能够可随着所述流线型翼片进行旋转，所述太阳能板的导线通过所述导电滑环传输，所述太阳能板将太阳能转化为电能为整个装置供电。
优选地，还包括流线型上壳，所述流线型上壳安装于最顶层的所述流线型翼片的顶部。
优选地，所述流线型外壳的外部能够喷涂或覆盖广告。
优选地，所述流线型外壳为贴合于所述流线型骨架上的膜结构，或所述流线型外壳为非柔性材料，安装于所述流线型骨架上，包络出翼型形状。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的信号塔减阻、抑振、增容装置，信号塔杆上设置若干流线型翼片，能够根据信号基站的高度，方便的调整本装置的高度，通过添加翼型片的数量和改变其之间的距离来改变高度。研究翼型动态减阻抑振装置可以提高信号塔的抗风性能，增加单个信号塔的天线容量，减少新建信号塔数量，节约土地资源；抑制信号塔涡激振动，使微波能更稳定传输；整体美观，减少人们的视觉冲击，在翼型上可设置广告位，富有实在、潜在的经济价值。2021年7月，我国基站数量达到935万个，有大量的旧式信号塔，因为抗风性能不足无法再增加基站天线，因此需要重新建立信号塔。通过增加项目研究的翼型动态减阻抑振装置，可以在装置空腔内大量增加天线数量的同时不增加风阻。
2、由于翼型较比裸露的天线有可展示的面积，蕴含巨大的商业广告价值，信号塔的位置多为人员密集区域，可以通过投放广告的方式在短时间内收回建造成本并开始盈利。
3、5G信号以微波的形式传输，翼型(流线型)可以使气流平稳流过表面不在后方产生漩涡，从而抑制信号塔的振动，有利于具有方向性的微波传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中信号塔减阻、抑振、增容装置的结构示意图，其中没有示出流线型外壳；
图2为本发明中旋转支撑***的结构示意图；
图3为本发明中控制检测***的结构示意图；
图4为本发明中刹车***的结构示意图；
图5为本发明刹车***中的安装架和刹车咬合夹的结构示意图；
图6为本发明中桁架的结构示意图；
图7为本发明中流线型外壳的结构示意图；
图8为本发明实施例二中信号塔减阻、抑振、增容装置的结构示意图；
图中：1-信号塔杆、2-流线型翼片、21-安装孔、3-基站天线、4-旋转支撑***、41-导电滑环、42-支撑架、421-桁架结构、422-导向环、423-导轨一、424-导轨二、425-滚轮、426-环形滑块、5-控制检测***、51-步进电机、52-旋转编码器、53-加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块、54-风速风向空气质量传感器、55-电机固定架、56-编码器固定架、57-同步带、58-齿轮、6-刹车***、61-安装架、611-固定环、612-连接板、613-圆环、62-刹车咬合夹、621-连杆一、622-连杆二、623-连杆三、624-连杆四、625-连杆五、626-刹车块、63-舵机、64-刹车片、7-桁架、8-流线型外壳、9-太阳能板、10-流线型上壳。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种信号塔减阻、抑振、增容装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
本实施例中的信号塔减阻、抑振、增容装置，如图1-7所示，包括沿轴向分布于信号塔杆1上的若干流线型翼片2、设置于各流线型翼片2之间的基站天线3、旋转支撑***4、控制检测***5和刹车***6；
各流线型翼片2之间通过桁架7连接形成流线型骨架，流线型骨架的外部罩设流线型外壳8，流线型外壳8的外部能够喷涂或覆盖广告；各流线型翼片2中位于顶部和底部的两个流线型翼片2的底部设置旋转支撑***4，旋转支撑***4包括固定于信号塔杆1上的导电滑环41和支撑架42，导电滑环41设置于支撑架42的底部，支撑架42与流线型翼片2转动连接；
各流线型翼片2中至少有一个安装有控制检测***5，控制检测***5包括驱动流线型翼片2转动的步进电机51，旋转编码器52，设置于流线型翼片2上的加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块53，设置于信号塔杆1顶端的风速风向空气质量传感器54和处理检测数据的微处理器，加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块53电连接主板；风速风向空气质量传感器54用于测量实时风速、风向、空气质量，通过微处理器进行处理数据并通过网关上传直云端服务器，发送预警，数据可以作为气象部门参考数据；旋转编码器52用来测量流线型骨架实时相对正北方向偏转角度，通过微处理器微分处理可得出流线型骨架旋转的角速度和角加速度，设置角速度和角加速度最大阈值，超过阈值将进行主动干预；陀螺仪与流线型骨架刚性无自由度连接，与旋转编码器52双重校核流线型骨架的实时偏角变化。
本实施例中，主板可以固定在流线型翼片2上，主板、各个传感器和刹车***等，通过导电滑环来供电、与外界互联互通。或者，主板固定在信号塔杆1上，不随着流线型翼片2转动，各传感器、刹车***6等，通过导电滑环来与主板部分进行信号交互。
具体地，微处理器对比风向传感器和旋转编码器52实时数据，判断流线型骨架姿态是否正确，结合实时风速判断是否需要主动调整；低风速下不调整，正常运行风速下偏离绝对值小于规定值不调整，超过偏离限制进行干预；超过一定风速下控制步进电机51和舵机63主动实时调整流线型骨架姿态；判断流线型结构振幅是否超过警戒值，若超过进行主动干预；与云端服务器进行数据交互，主动干预的同时进行预警，也可接受指令进行人工干预。
本实施例中，各流线型翼片2中至少有一个安装有刹车***6，刹车***6固定于信号塔杆1上用于制动流线型翼片2。
于本具体实施例中，流线型翼片2为NACA0024对称翼型，也可以根据需要选择任何合适的对称翼型，流线型翼片2的***为翼型的骨架，中部也通过骨架支撑形成流线型翼片2，流线型翼片2一端为尖端，另一端为大径端，大径端设置有供信号塔杆1穿过的安装孔21；本实施例图1中示出的信号塔杆1上设置有4个流线型翼片2，顶部和底部的两个流线型翼片2底部安装旋转支撑***4，中间的两个流线型翼片2的安装孔21出分别安装控制检测***5和刹车***6。4个流线型翼片2的尖端处通过一根桁架7贯穿连接，4个流线型翼片2的大径端则通过三根桁架7贯穿连接。
对于各流线型翼片2之间的桁架结构，如图6所示，各流线型翼片2的尖端处通过一根桁架7贯穿连接，流线型翼片2的大径端主要通过信号塔杆1来支撑，信号塔杆1和流线型翼片2的尖端之间设置若干交叉设置的桁架来实现相邻两个流线型翼片2之间的稳固连接。
如图2所示，支撑架42包括与信号塔杆1连接的桁架结构421和设置于桁架结构421外周的导向环422，导向环422的外壁周向开设有导轨一423，位于支撑架42顶部的流线型翼片2的底部设置有与导轨一423配合的滚轮425，导向环422的顶部周向开设有导轨二424，位于支撑架42顶部的流线型翼片2的底部设置有嵌于导轨二424内的环形滑块426，环形滑块426与导轨二424滑动连接。支撑架42上的导轨一423和导轨二424设置能够对旋转的流线型翼片2限位，使整个流线型骨架以信号塔杆1为中心旋转。
如图3所示，安装有控制检测***5的流线型翼片2相对的信号塔杆1上设置有电机固定架55和编码器固定架56，步进电机51和旋转编码器52分别安装在电机固定架55和编码器固定架56上，流线型翼片2的安装孔21的内壁设置有齿状同步带57，步进电机51和旋转编码器52的转轴通过齿轮58与同步带57啮合连接，通过控制一个或者多个步进电机51来控制流线型骨架的角度、角速度、角加速度。
如图4-图5所示，刹车***6包括安装架61、刹车咬合夹62、舵机63和刹车片64，安装有刹车***6的流线型翼片2的安装孔21内周向设置刹车片64，安装架61内端为固定于信号塔杆1上的固定环611，安装架61的外端为通过固定环611两侧的两个连接板612连接两个外端开口的圆环613，两个圆环613之间安装刹车咬合夹62，刹车咬合夹62包括连杆一621、连杆二622、连杆三623、连杆四624和连杆五625，连杆一621的杆体连接圆环613外侧固定的舵机63，连杆二622设置于连杆一621的顶部，连杆三623设置于连杆二622的顶部，连杆一621的一端通过连杆四624连接连杆二622的一端，且连杆四624与连杆一621、连杆二622铰接，连杆二622的另一端通过铰轴与两个圆环613铰接，连杆一621的另一端通过连杆五625连接连杆三623的一端，连杆五625与连杆一621、连杆三623铰接，连杆三623的另一端通过铰轴与两个圆环613铰接，连杆二622和连杆三623相对的端面上分别设置有刹车块626，两个刹车块626之间为刹车片64，通过舵机63驱动连杆一621带动连杆二622和连杆三623之间的刹车块626夹持和松开刹车片64实现制动。
本实施例中，还包括太阳能板9，太阳能板9安装于最顶层的流线型翼片2的顶部，能够可随着流线型翼片2进行旋转，太阳能板9的导线通过导电滑环41传输，太阳能板9将太阳能转化为电能为整个装置供电。
本实施例中，流线型外壳8为贴合于流线型翼片2上的膜结构，或所述流线型外壳8为非柔性材料(如有机玻璃)，安装于流线型骨架上，包络出翼型形状。
实施例二：
如图8所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，实施例一中的太阳能板9替换为流线型上壳10，流线型上壳10安装于最顶层的流线型翼片2的顶部；流线型上壳10的设置能更好的起到减阻、抑制震动的效果。
工作原理：
本发明装置主要通过研究如何增强信号塔的最大风负载能力，在原有的信号塔上安装一种流线型动态减阻抑振装置来达到防风减阻抑振扩容的效果。该装置能减少信号塔身的风荷载，抑制潜在风致振动，提高信号塔安全性能。另一方面，该装置能减少信号塔对人们的视觉冲击并提高它的经济效益。
翼型动态减阻抑振装置是通过以下方式实现的：信号塔杆1包围在该装置中，装置具有低拖动轮廓的流线型形状。空气动力学的外形设计在本项目中起着重要作用，采用该装置是为了减小阻力，阻力系数小表示同尺度下物体的气动阻力小。该装置是流线型的，整体阻力系数最低，在本项目的减小风负载研究中起关键作用，流线型旋转***有利于翼型装置的动态移动，防止横向力传递到主塔上，当来流风经过信号塔时，流体覆盖整个构件，减小塔身的风负载。流线型构件的旋转设计，这能够使装置以塔为轴自由转动，面向来流风。在任意风速和风向下，它能够调整方向以呈现最低阻力，减轻底层结构的压力。
在航空航天和汽车行业，空气动力学在车辆和车辆配件的设计中起着至关重要的作用。一个关键的设计目标就是优化形状，以获得最低的阻力。在相同雷诺数、受风面积的情况下，不同形状的阻力通常使用阻力系数(表示为cd)来量化。阻力系数是一个无量纲量，阻力系数越低，表示物体的气动阻力越小。
阻力系数cd定义为
Fd是阻力，根据定义是在流动速度方向上的力分量，ρ是流体的质量密度，u是物体相对于流体的流动速度，A是参考面积，对于大多数物体，参考面积是物体在前部投影的面积。
不同形状的物体具有相同的雷诺数和相同的参考面积，有不同的阻力系数。
立方体比球体具有更大的阻力系数，流线型具有最低的阻力系数，因此是一个减小阻力的理想形状，将流线型用在本装置上以减少风荷载，通过在原有信号塔上覆盖流线型外壳8，可以大大减小塔的风阻。
由于风向是随机的，本装置的独特旋转设计可以使其能够绕信号塔杆1自由旋转，根据风向标原理：迎风向头部距离旋转轴较近，尾部宽度窄，并与旋转轴远，在超过一定风速后，可以克服自身结构阻力，使得迎风向头部正对于来流风。控制本装置的重心在旋转轴处，不会额外增加信号塔所受横向荷载(可等效为信号塔底部弯矩)。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：包括沿轴向分布于信号塔杆上的若干流线型翼片、设置于各所述流线型翼片之间的基站天线、旋转支撑***、控制检测***和刹车***；
各所述流线型翼片之间通过桁架连接形成流线型骨架，流线型骨架的外部罩设流线型外壳；各所述流线型翼片中位于顶部和底部的两个所述流线型翼片的底部设置所述旋转支撑***，所述旋转支撑***包括固定于所述信号塔杆上的导电滑环和支撑架，所述导电滑环设置于所述支撑架的底部，所述支撑架与所述流线型翼片转动连接；
各所述流线型翼片中至少有一个安装有所述控制检测***，所述控制检测***包括驱动所述流线型翼片转动的步进电机，旋转编码器，设置于所述流线型翼片上的加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块，设置于所述信号塔杆顶端的风速风向空气质量传感器和处理检测数据的微处理器；
各所述流线型翼片中至少有一个安装有所述刹车***，所述刹车***固定于所述信号塔杆上用于制动所述流线型翼片。
2.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述流线型翼片为NACA0024对称翼型，所述流线型翼片一端为尖端，另一端为大径端，所述大径端设置有供所述信号塔杆穿过的安装孔。
3.根据权利要求2所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述支撑架包括与所述信号塔杆连接的桁架结构和设置于桁架结构外周的导向环，所述导向环的外壁周向开设有导轨一，位于所述支撑架顶部的所述流线型翼片的底部设置有与所述导轨一配合的滚轮，所述导向环的顶部周向开设有导轨二，位于所述支撑架顶部的所述流线型翼片的底部设置有嵌于所述导轨二内的环形滑块，所述环形滑块与所述导轨二滑动连接。
4.根据权利要求2所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：安装有所述控制检测***的所述流线型翼片相对的所述信号塔杆上设置有电机固定架和编码器固定架，所述步进电机和所述旋转编码器分别安装在电机固定架和所述编码器固定架上，所述流线型翼片的安装孔的内壁设置有齿状同步带，所述步进电机和所述旋转编码器的转轴通过齿轮与所述同步带啮合连接。
5.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述加速度传感器、陀螺仪、振幅振动传感器模块的数据导线连接所述导电滑环，通过所述导电滑环连接固定在所述信号塔杆上的主板。
6.根据权利要求2所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述刹车***包括安装架、刹车咬合夹、舵机和刹车片，安装有所述刹车***的所述流线型翼片的安装孔内周向设置所述刹车片，所述安装架内端为固定于所述信号塔杆上的固定环，所述安装架的外端为通过所述固定环两侧的两个连接板连接两个外端开口的圆环，两个所述圆环之间安装所述刹车咬合夹，所述刹车咬合夹包括连杆一、连杆二、连杆三、连杆四和连杆五，所述连杆一的杆体连接所述圆环外侧固定的所述舵机，所述连杆二设置于所述连杆一的顶部，所述连杆三设置于所述连杆二的顶部，所述连杆一的一端通过所述连杆四连接所述连杆二的一端，且所述连杆四与所述连杆一、所述连杆二铰接，所述连杆二的另一端通过铰轴与两个所述圆环铰接，所述连杆一的另一端通过所述连杆五连接所述连杆三的一端，所述连杆五与所述连杆一、所述连杆三铰接，所述连杆三的另一端通过铰轴与两个所述圆环铰接，所述连杆二和所述连杆三相对的端面上分别设置有刹车块，两个所述刹车块之间为所述刹车片，通过所述舵机驱动所述连杆一带动所述连杆二和所述连杆三之间的刹车块夹持和松开所述刹车片实现制动。
7.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：还包括太阳能板，所述太阳能板安装于最顶层的所述流线型翼片的顶部，能够可随着所述流线型翼片进行旋转，所述太阳能板的导线通过所述导电滑环传输，所述太阳能板将太阳能转化为电能为整个装置供电。
8.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：还包括流线型上壳，所述流线型上壳安装于最顶层的所述流线型翼片的顶部。
9.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述流线型外壳的外部能够喷涂或覆盖广告。
10.根据权利要求1所述的信号塔减阻、抑振、增容装置，其特征在于：所述流线型外壳为贴合于所述流线型骨架上的膜结构，或所述流线型外壳为非柔性材料，安装于所述流线型骨架上，包络出翼型形状。
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