高壓線(xiàn)巡邏裝置的設(shè)計(jì)及探索

謝歡歡　吳永亮

【摘 要】野外高壓電纜上出現(xiàn)故障時(shí)，按傳統(tǒng)的方法，要耗費(fèi)大量的人力物力前往地處偏僻的鐵塔對(duì)其間高壓線(xiàn)進(jìn)行檢查，工作量大而且危險(xiǎn)。本文則重點(diǎn)介紹能代替人力巡視高壓線(xiàn)路狀況以及解決電線(xiàn)上出現(xiàn)的意外問(wèn)題的行走裝置的設(shè)計(jì)原理，以及應(yīng)用方面的拓展。

【關(guān)鍵詞】連桿機(jī)構(gòu)；高壓線(xiàn)；電線(xiàn)巡邏

一、研制背景及意義

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代生活與生產(chǎn)中更注重機(jī)電一體化的應(yīng)用，單純的人力勞動(dòng)基本不復(fù)存在，我們追求的更多的是效率和經(jīng)濟(jì)。在新聞上經(jīng)常看到電線(xiàn)上出現(xiàn)意外事故，比如風(fēng)箏，氣球，垃圾袋等纏繞在電線(xiàn)上，電纜外表破損沒(méi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)等，這些事故靠傳統(tǒng)的人力是無(wú)法迅速解決和避免的。因此我們需要研究能代替人力通過(guò)智能控制進(jìn)行電線(xiàn)巡邏和解決電線(xiàn)故障的高空行走裝置。

二、設(shè)計(jì)方案及與原理說(shuō)明

電纜巡邏裝置中，核心的設(shè)計(jì)在于行走裝置，其他的拍攝和檢查部件作為車(chē)身的內(nèi)部載體。由于電線(xiàn)比較光滑，我們采用摩擦系數(shù)較大的材料制作車(chē)輪。為了保證行走的過(guò)程中車(chē)體能與電線(xiàn)可靠的接觸，采用上下兩輪夾緊電線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，靠電機(jī)帶動(dòng)上車(chē)輪和下車(chē)輪產(chǎn)生前進(jìn)的動(dòng)力。如圖1，為其中一個(gè)對(duì)夾緊輪的設(shè)計(jì)圖。

為了強(qiáng)化車(chē)身行走的平衡性和承受車(chē)身上執(zhí)行原件工作時(shí)振動(dòng)的能力，以及考慮遇到行走障礙的情況，采用三對(duì)車(chē)輪進(jìn)行交替夾緊和釋放高壓線(xiàn)的越障方式。由連桿機(jī)構(gòu)在空間的運(yùn)動(dòng)來(lái)跨越高壓線(xiàn)上的障礙物，并且通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)調(diào)整夾緊輪來(lái)適應(yīng)多種線(xiàn)況，具備一定的爬坡能力。當(dāng)行走裝置前進(jìn)中探測(cè)設(shè)備探測(cè)到障礙時(shí)，控制裝置會(huì)發(fā)出命令使第一對(duì)行走輪打開(kāi)，越過(guò)障礙后，在控制命令的控制下使這對(duì)輪重新夾緊高壓線(xiàn)，接著第二對(duì)輪再打開(kāi)，依次進(jìn)行，最后車(chē)體可以順利地通過(guò)高壓線(xiàn)上的障礙。行走中夾緊和釋放動(dòng)作的完成是通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，桿2由電機(jī)帶動(dòng)順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)造成桿1和3的空間運(yùn)動(dòng)，從而使固定在1上的上輪和固定在3桿上的下輪脫離電線(xiàn)，即可越障（桿4是底座的一部分）。當(dāng)越過(guò)后，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)桿2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而使上下輪再次夾緊電線(xiàn)。對(duì)于夾緊輪夾緊方式的設(shè)計(jì)，有很多可以實(shí)行的方案。在這里有幾種方案可以探討。采用四桿機(jī)構(gòu)（一對(duì)，分別在相對(duì)的搖桿上面固定車(chē)輪，像相對(duì)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)從而使車(chē)輪接近電纜），比如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或者平行四邊形機(jī)構(gòu)，但是這種機(jī)構(gòu)效率不高，占用空間比較大，不適合實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)。直接用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它實(shí)質(zhì)上是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化，一定程度上存在著四邊形機(jī)構(gòu)的弊端，但是比四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。如果我們進(jìn)一步將曲柄滑塊的連桿改成繩子，即采用繩輪，繩子的一端系在車(chē)輪上，一端系在繩輪上，繩輪的正轉(zhuǎn)可拉近兩輪之間的距離，即可實(shí)現(xiàn)兩輪與高壓線(xiàn)的可靠接觸，之后，繩輪反轉(zhuǎn)，兩輪分別釋放電纜，繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度決定兩輪接近和脫離的程度，但是這種要考慮繩子的材料及其強(qiáng)度和剛度。

三、實(shí)際應(yīng)用拓展與展望

行走裝置作為高壓線(xiàn)上行走的一種工具，可以用于承載多種載體。在巡邏高壓線(xiàn)線(xiàn)況時(shí)，我們?cè)谲?chē)上安裝上專(zhuān)用的探測(cè)攝像頭，人們可以遠(yuǎn)程對(duì)高壓線(xiàn)的線(xiàn)況照片或視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，可以大大減少實(shí)際中電工一個(gè)個(gè)山崗挨著檢查高壓電纜的工作量，提高工作效率，并且可以隨時(shí)的回報(bào)情況，避免了人工巡邏發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的缺點(diǎn)。在電線(xiàn)落有障礙物時(shí)，在行走裝置上安裝自動(dòng)剪斷裝置，可以將風(fēng)箏、垃圾之類(lèi)的障礙物快速清理，使危險(xiǎn)降到最低。當(dāng)線(xiàn)路上落滿(mǎn)冰雪時(shí)，行走裝置上可以安裝自動(dòng)銑刀，通過(guò)機(jī)電控制不僅可以清除高壓線(xiàn)上的積冰，有效維護(hù)電力供應(yīng)，還可避免人工高危作業(yè)，提高救災(zāi)搶險(xiǎn)效率……本文設(shè)計(jì)的行走裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，控制單元也很不完善，僅作為一種設(shè)計(jì)思路和猜想，希望日后在這方面多加努力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]謝進(jìn)，萬(wàn)朝燕，杜立杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社