高壓電線除冰裝置設(shè)計

林土淦++劉學(xué)軍++劉存香

摘 要：輸電線路遭遇冰雪災(zāi)害時，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，對輸電線路進行快速除冰工作，有效避免人工除冰時危險性高、工作效率低、勞動強度大等缺點。該裝置的輸電線路行走機構(gòu)、除冰機構(gòu)結(jié)合無線控制模塊，能夠完成在電線上的前進（行駛）、停止、后退等動作，并且進行有效的除冰作業(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、性價比高等優(yōu)點。經(jīng)反復(fù)試驗證明，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)，并具有友好人機交互及裝置能耗小等優(yōu)點。

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、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性高。由此可見，如何破除輸電線路覆冰成為一個亟待解決的很有實際意義的問題。

目前，人們研究并設(shè)計了多種裝置用于電線除冰，大致包括這幾個模塊：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；使用熱源融冰時消耗的電能比較大，且時間長；用錘子敲打除冰時，若遇到較厚覆冰時可能會敲打不動。

結(jié)合以上除冰裝置存在問題，研制了一款性價比高的除冰裝置。

2.設(shè)計方案

2.1 行走機構(gòu)

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

在這試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計中，采用汽車雨刮電機中的蝸輪蝸桿機構(gòu)，它滿足了實驗所需的傳動比和扭矩。電機的輸出轉(zhuǎn)速為65轉(zhuǎn)每分鐘。

2.2 試驗桿架

模擬實際電線的存在模型，為使試驗所用的桿架比較接近真實的電線，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)計時注意的主要問題有：整個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器人的除冰模塊的除冰效果，結(jié)合實際情況我們自行設(shè)計的鉆頭。

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，與兩個行走槽輪保持水平，安裝時把鉆頭放在接近電機的附近，與電機上的具有相等齒數(shù)的齒輪相嚙合，通過齒輪傳動，使鉆頭高速旋轉(zhuǎn)。將整個鉆頭做成對稱的兩半，這樣可以方便的安裝在電線上，同時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兩電源端的電平情況，從而控制電機的正反轉(zhuǎn)。控制電路分為行走控制部分和除冰控制部分。

3 工作原理及性能分析

電線結(jié)冰以后，把機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，紅燈亮起，電機一正轉(zhuǎn)，通過蝸輪蝸桿傳動將動力傳輸至行駛滑輪，利用滑輪與電線之間的摩擦力，除冰裝置向前移動。與此同時，按下按鈕二，綠燈亮起，電機二通過齒輪傳動帶動錐形鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，此時鉆頭上的錐形齒依靠滑輪的推力和轉(zhuǎn)動力將冰塊搗碎，裝置行走的同時也將冰凌除掉，鉆頭在裝置停止時也可以單獨旋轉(zhuǎn)除冰；當(dāng)遇到比較厚的冰塊時，需要通過無線遙控控制裝置不斷地前進和后退，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，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，這樣避免了電機由于過載而損壞。行走和除冰是兩個互不相影響的過程。

通過我們進行了150多次的調(diào)試，在保證了裝置運動時整個機構(gòu)的運動平衡的前提下，該機器人能夠?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。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)約財力、物力、人力，可以直接降低人員除冰的人身危險，具有較好的先進性和實用價值，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)語

根據(jù)試驗，所研制的高壓電線除冰裝置具備了以下特點：

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。

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，輕微的擺動不影響到裝置的正常運行和工作，不易打滑。

基金項目：廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研團隊資金資助項目