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        一種無人機載電力線路破冰器的設計

        2022-11-22 06:16:16徐冰吳海寶
        農(nóng)村電氣化 2022年11期
        關鍵詞:系統(tǒng)

        徐冰,吳海寶

        (國網(wǎng)浙江省電力有限公司江山市供電公司,浙江 江山 324100)

        電力線路是供電系統(tǒng)的重要組成部分,擔負著輸送和分配電能的任務,是電力系統(tǒng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但是在冬季降溫或者下雪后,雨滴在遇到冷空氣后會冷凝在電力線路上,造成電力線路大面積被冰包住,增加電力線路自身的重量,影響鐵塔以及電力線路的壽命。嚴重情況下會造成線路桿塔傾倒、線路斷裂,進而造成大面積停電[1-2]。影響居民的正常生活供電,給經(jīng)濟和社會造成重大影響與損失。因此輸電線路除冰是電力系統(tǒng)發(fā)展過程中不得不及時解決的問題之一[3]。

        目前電力線路除冰,普遍采用人工的方式進行,具體是通過工作人員攀爬到一定的高度或者站立地面,使用敲擊物對電力導線表面進行敲打,通過振動將電力線路表面的冰層進行去除,但是這種除冰方式不僅給工作人員帶來較大的勞動強度,同時也伴有較高的危險性,最終的除冰效果也不理想,除冰效率較低[4-5]。

        1 無人機載電力線路破冰器設計

        無人機載電力線路破冰器由破冰裝置、電動爪、電源和遙控器構(gòu)成,如圖1所示。破冰裝置是電力線纜除冰的關鍵設備,其通過反復撞擊產(chǎn)生反復振動清除電力線路上的覆冰。電動爪主要作用是將破冰器固定在電力線路上,防止破冰器在破冰的過程中發(fā)生搖晃影響破冰效果。電源主要作用是給破冰器和電動抓供電。遙控器主要有地面人員控制破冰器和電動爪使用。工作時由無人機攜帶電力線路破冰器飛行到電力線路上方,由遙控器控制電動爪閉合將破冰器掛在電力線纜上,循環(huán)控制破冰器重復工作,直到破冰完成。最后控制電動爪松開,由無人機攜帶破冰器到下一個除冰位置進行工作。

        圖1 無人機載電力線路破冰器結(jié)構(gòu)圖

        2 破冰裝置設計

        破冰裝置由外殼、撞擊系統(tǒng)、拉力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成,整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

        圖2 破冰裝置透視圖

        破冰裝置各部分的結(jié)構(gòu)及安裝如下:

        2.1 撞擊系統(tǒng)設計

        撞擊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由底座、活塞、撞針及連接件組成。

        底座材料為鐵質(zhì),便于電磁鐵吸合,中間為M6的螺絲孔,用于撞針的安裝,底面3個M6的孔為定位孔,便于與活塞對準,活塞材質(zhì)為塑料,質(zhì)量輕,安裝在底座上面,通過3個定位孔與底座對齊,對齊后通過固定栓結(jié)合。兩個矩形開孔中間銜接有圓柱,用于掛接彈簧。圓周邊有長方形凸起,用于活塞在套筒內(nèi)移動的限位,防止活塞在移動過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。撞針采用不銹鋼材質(zhì),頂部為錐形,底部M6螺栓,可以直接安裝在底座上。為了增加撞針、活塞和底座的結(jié)合度,安裝過程增加了墊片、防松螺母、彈簧墊片。撞擊系統(tǒng)的裝配過程如圖3所示。

        圖3 撞擊系統(tǒng)爆炸圖

        2.2 拉力系統(tǒng)

        拉力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示,由電磁鐵、電動伸縮桿、連接器和雙頭螺栓組成。

        圖4 拉力系統(tǒng)示意圖

        電磁鐵采用DC12 V供電的失電型電磁鐵,即:通電無磁力,電磁鐵的磁力可根據(jù)要求選擇。電動伸縮桿采用DC12 V供電,其主要參數(shù):拉力、伸縮距離、速度可根據(jù)要求選擇。電動伸縮桿與電磁鐵通過連接器和雙頭螺栓連接。拉力系統(tǒng)的裝配過程如圖5所示。

        圖5 拉力系統(tǒng)爆炸圖

        2.3 控制系統(tǒng)

        控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示,由外殼、連接座、控制電路板、隔板、鋰電池等組成。

        圖6 控制系統(tǒng)示意圖

        控制系統(tǒng)由DC12 V充電鋰電池供電,通過控制電路板接收遙控器的控制信號,對伸縮桿、電磁鐵和電動爪進行控制。

        2.4 外殼

        外殼由上桶、下桶及部分零部件組成,上桶結(jié)構(gòu)如圖7所示。上桶底部有6個M4孔,可以與下桶通過螺絲連接。頂部兩個矩形開孔中間銜接有圓柱,用于掛接彈簧,并且與活塞通過彈簧相連接。中間圓柱孔用于限定撞針的移動,如圖8所示。

        圖7 上桶結(jié)構(gòu)圖

        圖8 上桶與撞擊系統(tǒng)連接

        下桶頂部6個圓孔用于與上桶連接,底部留有安裝電動伸縮桿的孔。下桶內(nèi)壁有兩道滑槽,用于活塞運動過程中的限位,保證直線運動,不發(fā)生轉(zhuǎn)動。

        3 電動爪設計

        電動爪由直流減速電機、夾頭、電機連接件及支撐桿構(gòu)成,其中電機連接件用于電動爪和破冰裝置的連接,整體結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。電動爪的直流減速電機由DC12 V供電,電機旋轉(zhuǎn)帶動螺栓、支撐桿和夾頭運動。

        圖9 電動爪結(jié)構(gòu)圖

        4 遙控器設計

        遙控器采用433 MHz無線通信,分別控制電動爪、伸縮桿、電磁鐵。

        5 系統(tǒng)工作過程

        系統(tǒng)除冰時如圖10所示,無人機攜帶電力線路破冰器到電力線路上方,由遙控器控制電動爪進行電力線路的夾持,電動爪夾持住電力線路后,無人機與破冰器分開;遙控器控制電動伸縮桿正向通電,伸出推桿,帶動電磁鐵運動,直到吸附到鐵質(zhì)底座;電動伸縮桿反向通電,拉動電磁鐵和底座一起運動,同時彈簧被拉伸,直到推桿縮回相應距離;電動伸縮桿停止運動,同時電磁鐵通電失去磁性,彈簧回收,拉動撞擊系統(tǒng)進行破冰;重復上述過程,可實現(xiàn)往復破冰,直到完成破冰工作。

        圖10 系統(tǒng)工作工程

        6 結(jié)束語

        通過現(xiàn)場樣機測試發(fā)現(xiàn),本文所設計的無人機載電力線路破冰器能夠完全實現(xiàn)電力線路覆冰的清除,在實際使用過程大大節(jié)省了人力物力,保證了特殊環(huán)境下輸電線路的安全與工作人員的安全,本裝置具有很強的應用意義與推廣意義。

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