李 帥，張黎明，郭 新，張建海，張 銅，湯 瀟

（1.北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100070；2.國(guó)網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010）

1 背景

配電網(wǎng)10 kV 帶電作業(yè)可以更好地對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試、檢修和改造，這也是十分重要的手段，它可以保證供電的可靠性、不斷電，保證電網(wǎng)安全。人工作業(yè)通常采用絕緣桿作業(yè)法、絕緣手套作業(yè)法，目前大部分10 kV 配電作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用絕緣斗臂車為工作平臺(tái)，操作人員站在平臺(tái)上進(jìn)行手動(dòng)完成帶電作業(yè)，如圖1 所示，這種作業(yè)方法存在諸多問(wèn)題。

（1）工作強(qiáng)度大、效率低，自動(dòng)化水平低；

（2）工作人員身處平臺(tái)上直接接觸高壓線，安全風(fēng)險(xiǎn)高，易出現(xiàn)人身觸電和高空墜落；

（3）工作時(shí)作業(yè)要求嚴(yán)格、操作時(shí)不注意容易出現(xiàn)短路電流，發(fā)生安全事故。為解決以上安全問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)配電作業(yè)的工作需求，研制一款能夠全自動(dòng)完成接線任務(wù)的工具，該工具能夠完全取代人工完成作業(yè)頻率較高的帶電斷接引、帶線更換設(shè)備，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使作業(yè)人員與高壓線完全隔離，最大程度保護(hù)作業(yè)人員的安全。

圖1 操作員在絕緣斗上工作

2 總體設(shè)計(jì)

如圖2 所示，接線工具組機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括穿刺線夾擰緊和夾持機(jī)構(gòu)、引線夾持拉緊機(jī)構(gòu)、電動(dòng)斷線鉗機(jī)構(gòu)、主線掛載機(jī)構(gòu)等，利用DA 轉(zhuǎn)換芯片速度調(diào)節(jié)控制。通過(guò)主線掛載機(jī)對(duì)主線固定和引線加持拉緊機(jī)構(gòu)對(duì)引線固定，此時(shí)線夾擰緊和夾持機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，線夾把主線和引線固定在一起，線夾留在高壓線上，工具脫離，完成接引流線工作。

3 零部件設(shè)計(jì)及分析

該工具機(jī)械部分主要包括穿刺線夾擰緊和夾持機(jī)構(gòu)、引線夾持拉緊機(jī)構(gòu)、電動(dòng)斷線鉗機(jī)構(gòu)和主線掛載機(jī)構(gòu)等4 個(gè)部分，各部分功能不同，相互配合完成穿刺線夾的安裝過(guò)程。

圖2 機(jī)器人接引流線專用工具

3.1 穿刺線夾擰緊和夾持機(jī)構(gòu)

穿刺線夾擰緊與線夾夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)固定支架連接在一起。穿刺線夾擰緊機(jī)構(gòu)用于緊固并擰斷穿刺線夾的力矩螺母，線夾夾持機(jī)構(gòu)用于夾持固定穿刺線夾，如圖3 所示。

圖3 穿刺線夾擰緊與線夾夾持機(jī)構(gòu)

穿刺線夾擰緊機(jī)構(gòu)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，諧波減速器帶動(dòng)主動(dòng)齒輪軸及主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)2 個(gè)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2 個(gè)從動(dòng)齒輪通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)萬(wàn)能套筒轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將穿刺線夾的力矩螺母擰斷。

為適應(yīng)穿刺線夾螺栓頭部的偏差，采用萬(wàn)能套筒進(jìn)行力矩螺母的擰緊。穿刺線夾力矩螺母最大尺寸位置為Φ18，采用外經(jīng)Φ25.5 的萬(wàn)能套筒，重量135 g，套筒結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖4 所示。

圖4 套筒+軸組合

傳動(dòng)齒輪中，齒輪與傳動(dòng)軸均采用45#鋼、淬火處理。主要起到將動(dòng)力一分為二的作用，可將穿刺線夾的2 個(gè)力矩螺母同時(shí)擰斷，如圖5 所示。

通過(guò)對(duì)穿刺線夾進(jìn)行扭矩測(cè)試，穿刺線夾平均扭矩為28.6 N·m，對(duì)套筒軸零件進(jìn)行有限元分析。根據(jù)對(duì)受到力矩的套筒和螺桿進(jìn)行有限元的力矩分析，該設(shè)計(jì)能夠滿足29 N·m 的力矩要求，如圖6 所示。

圖5 擰斷機(jī)構(gòu)

圖6 套筒軸零件有限元分析

3.2 主線掛載機(jī)構(gòu)

當(dāng)機(jī)械臂帶動(dòng)主線穿入時(shí)，鎖舌克服彈簧阻力向右運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)限位傳感器，此時(shí)工具控制系統(tǒng)接收到指令，表明主線已經(jīng)穿入，同時(shí)鎖舌在彈力作用下恢復(fù)原位；主線釋放時(shí)，采用電機(jī)將主線的喉舌打開，主線移出后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)將喉舌復(fù)位，如圖7 所示。

接近傳感器采用歐姆龍產(chǎn)品，其觸發(fā)動(dòng)作距離8.8 mm，當(dāng)工具進(jìn)出主線時(shí)能夠觸發(fā)該傳感器，工具控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器的觸發(fā)來(lái)判斷主線是否穿入。對(duì)主線掛載機(jī)構(gòu)有限元分析，如圖8 所示。通過(guò)有限元分析掛線機(jī)構(gòu)，能夠滿足要求。

圖7 主線掛載機(jī)構(gòu)

3.3 引線夾持拉緊機(jī)構(gòu)（圖9）

圖8 主線掛載機(jī)構(gòu)有限元分析

移動(dòng)臂可在水平方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可將引線夾持。固定臂位置固定不動(dòng)，其上帶有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)腰鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)引線進(jìn)線。增加棘輪機(jī)構(gòu)使腰鼓輪只能單向進(jìn)線，防止引線從機(jī)構(gòu)中松脫。如圖10 所示，對(duì)受力部件滾輪進(jìn)行有限元分析，能夠滿足條件。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的配網(wǎng)帶電機(jī)器人接引流線專用工具，滿足了預(yù)期功能要求。該工具的使用可以替代人工作業(yè)，避免人工接引流線發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)我國(guó)配電線路作業(yè)方式有積極的變革作用。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，能夠很好完成作業(yè)要求，為高壓線帶電作業(yè)機(jī)器人接引流線專用工具的研制與開發(fā)積累了設(shè)計(jì)和工藝經(jīng)驗(yàn)。

圖9 引線夾持拉緊機(jī)構(gòu)

圖10 滾輪有限元分析