林土淦++劉學(xué)軍++劉存香

摘 要：輸電線路遭遇冰雪災(zāi)害時(shí)，將導(dǎo)致電線結(jié)冰現(xiàn)象的出現(xiàn)，這給用電安全和人民群眾的生產(chǎn)生活造成極大危害。經(jīng)過充分調(diào)研，研發(fā)了一套高壓電線除冰裝置，該裝置能夠在遙控器的控制下，對輸電線路進(jìn)行快速除冰工作，有效避免人工除冰時(shí)危險(xiǎn)性高、工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。該裝置的輸電線路行走機(jī)構(gòu)、除冰機(jī)構(gòu)結(jié)合無線控制模塊，能夠完成在電線上的前進(jìn)（行駛）、停止、后退等動(dòng)作，并且進(jìn)行有效的除冰作業(yè)。該裝置所安裝的工作狀態(tài)指示燈能夠清楚明了地顯示其當(dāng)前運(yùn)行情況，降低故障發(fā)生率，提高其使用壽命。本高壓電線除冰裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)證明，所研發(fā)的裝置行走穩(wěn)定，性能可靠，能夠高效率地完成高壓輸電線上的除冰任務(wù)，并具有友好人機(jī)交互及裝置能耗小等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：除冰裝置；高壓電線；無線遙控控制；鉆頭除冰；輪式行走裝置

1 研制背景及意義

近幾年來，我國數(shù)省遭遇了罕見的冰雪災(zāi)害。長時(shí)間大范圍的低溫冰凍天氣，導(dǎo)致了多地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動(dòng)、覆冰等多種災(zāi)害。由于濕度、溫度與覆冰形成的最佳氣象條件吻合，輸電線路出現(xiàn)大范圍嚴(yán)重覆冰。冰災(zāi)造成了國家電網(wǎng)財(cái)產(chǎn)損失慘重，電網(wǎng)災(zāi)后恢復(fù)改造還需要投入大額資金。此外，在輸電線路上人工除冰危險(xiǎn)性高。由此可見，如何破除輸電線路覆冰成為一個(gè)亟待解決的很有實(shí)際意義的問題。

目前，人們研究并設(shè)計(jì)了多種裝置用于電線除冰，大致包括這幾個(gè)模塊：行走模塊、除冰模塊和控制模塊。在除冰模塊中，多數(shù)采用了旋轉(zhuǎn)圓形冰刀切割冰塊，犁狀式機(jī)械爪子等，也有采用熱源融化冰雪等方式。用冰刀切割冰塊和用犁狀爪子清除碎冰并不能有效的去處電線上的覆冰，還殘留有很多冰塊包裹著電線；使用熱源融冰時(shí)消耗的電能比較大，且時(shí)間長；用錘子敲打除冰時(shí)，若遇到較厚覆冰時(shí)可能會(huì)敲打不動(dòng)。

結(jié)合以上除冰裝置存在問題，研制了一款性價(jià)比高的除冰裝置。

2.設(shè)計(jì)方案

2.1 行走機(jī)構(gòu)

裝置在行走的過程中，要求具有低速大扭矩、小功率大傳動(dòng)比的特點(diǎn)。考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速太快，所以使用漸開線蝸桿傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。將蝸桿與電機(jī)轉(zhuǎn)抽連在一起，蝸輪固定在槽輪上。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將速度減小到所需的行駛速度后，將機(jī)械能傳輸給槽輪，使槽輪能夠行走，可以穩(wěn)定地讓裝置在電線上行走和進(jìn)行除冰作業(yè)，增強(qiáng)整體裝置的性能。行走裝置的分解設(shè)計(jì)如圖1和圖2所示。

蝸桿渦輪的選擇要考慮的主要參數(shù)有蝸桿頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i，按表1選取。

在這試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)中，采用汽車雨刮電機(jī)中的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，它滿足了實(shí)驗(yàn)所需的傳動(dòng)比和扭矩。電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為65轉(zhuǎn)每分鐘。

2.2 試驗(yàn)桿架

模擬實(shí)際電線的存在模型，為使試驗(yàn)所用的桿架比較接近真實(shí)的電線，在試演的過程中給人比較逼真直觀的感覺，用鋼制的圓形管和方形管，將桿架做成具有如圖3所示的形狀，這樣能夠保持兩桿之間的拉力，能將電線拉成接近直線的弧線。

桿架設(shè)計(jì)時(shí)注意的主要問題有：整個(gè)架子能夠豎直的平放在地面上；兩端豎直的圓形鋼管要有一定的硬度，避免被電線拉彎變形。

2.3 除冰機(jī)構(gòu)

考慮到電線上覆冰的厚度和硬度，及除冰的效果比較好即基本上能將冰塊清除干凈，我們研究了市面上除冰機(jī)器人的除冰模塊的除冰效果，結(jié)合實(shí)際情況我們自行設(shè)計(jì)的鉆頭。

鉆頭的前端做成錐形齒狀，末端加工成齒輪，在鉆頭的橫向中心線上通孔，孔的大小稍大于電線的直徑。將鉆頭放到裝置的前端，與兩個(gè)行走槽輪保持水平，安裝時(shí)把鉆頭放在接近電機(jī)的附近，與電機(jī)上的具有相等齒數(shù)的齒輪相嚙合，通過齒輪傳動(dòng)，使鉆頭高速旋轉(zhuǎn)。將整個(gè)鉆頭做成對稱的兩半，這樣可以方便的安裝在電線上，同時(shí)也能確保一定的除冰能力。利用鉆頭的特殊結(jié)構(gòu)可以大大提高除冰效率。

2.4 控制電路

用紅外線發(fā)射和接受電路模塊來發(fā)射和接收紅外信號，該紅外線的接受距離為1000米的范圍之內(nèi)，再通過信號處理芯片處理，輸出高低電平來控制繼電器的通斷，繼電器的通斷決定了電機(jī)兩電源端的電平情況，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)?？刂齐娐贩譃樾凶呖刂撇糠趾统刂撇糠?。

3 工作原理及性能分析

電線結(jié)冰以后，把機(jī)器人放到高空電線上，通過無線遙控控制繼電器的通斷來控制電路的通斷。按下按鈕一時(shí)，紅燈亮起，電機(jī)一正轉(zhuǎn)，通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)將動(dòng)力傳輸至行駛滑輪，利用滑輪與電線之間的摩擦力，除冰裝置向前移動(dòng)。與此同時(shí)，按下按鈕二，綠燈亮起，電機(jī)二通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)錐形鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)鉆頭上的錐形齒依靠滑輪的推力和轉(zhuǎn)動(dòng)力將冰塊搗碎，裝置行走的同時(shí)也將冰凌除掉，鉆頭在裝置停止時(shí)也可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)除冰；當(dāng)遇到比較厚的冰塊時(shí)，需要通過無線遙控控制裝置不斷地前進(jìn)和后退，防止滑輪的原地打滑；當(dāng)碎冰塞住鉆頭的通孔而停轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過無線遙控控制裝置的后退和鉆頭的反轉(zhuǎn)來解決，這樣避免了電機(jī)由于過載而損壞。行走和除冰是兩個(gè)互不相影響的過程。

通過我們進(jìn)行了150多次的調(diào)試，在保證了裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平衡的前提下，該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)線一般覆冰情況下的除冰。該裝置具有行走穩(wěn)定、操作簡單、低耗能、效率高的特點(diǎn)。能夠較好地完成高壓輸電線上的除冰任務(wù)，能有效的節(jié)約財(cái)力、物力、人力，可以直接降低人員除冰的人身危險(xiǎn)，具有較好的先進(jìn)性和實(shí)用價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)，所研制的高壓電線除冰裝置具備了以下特點(diǎn)：

1） 使用無線遙控，人能夠方便地在地面控制裝置的工作情況，避免了高空作業(yè)的危險(xiǎn)。

2）鉆頭做成錐齒狀能夠很快地將冰塊鉆碎，并且鉆頭可摘開，能很容易的安裝好。

3）在電線上站得穩(wěn)固，輕微的擺動(dòng)不影響到裝置的正常運(yùn)行和工作，不易打滑。

基金項(xiàng)目：廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)資金資助項(xiàng)目