一種輸電線路上的存在異物清除機器人裝置

孫梅　張成研

摘 要：闡述了輸電線路異物清除機器人在電力檢修與維護中的重要性，通過分析比較國內外研究機構在輸電線路異物清除機器人領域的研究成果與缺失，以此研究出一種輸電線路上的存在異物清除機器人裝置，以期達到更具實用價值性的目的。

關鍵詞：輸電線路;異物清除機器人;裝置

中圖分類號：TP242文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.010

作者簡介：孫梅（1974-），女，湖南常德人，副教授，工學碩士，研究方向：機械電子工程，E-mail：395071543@qq.com。

0 引言

隨著社會的發展，科技的進步，在現代化的生產工藝中，已逐步邁向自動化替代人工作業，以此來降低勞動強度，提高生產效率，更加提升企業的競爭力，也只有這樣，我國的工程機械自動化應用和發展才能夠真正健康的走上高質量、高效益以及綠色制造之路。

電網作為能源支柱，它關系著整個社會的穩定發展。然而常有由于各類活動產生的異物纏繞在輸電線路上，發生電力事故的次數不斷增多，線路異物清除工作占電力維護的比重顯著增加。帶電清除異物項目是帶電作業中安全風險最高的，研究一種輸電線路上的存在異物清除機器人裝置至關重要。

1 在電力檢修與維護中的重要性

機器人是自動控制領域的高新技術，涉及到了多學科領域，它可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優勢，真正體現出了人工智能和現代機械制造生產體系適應性。

輸電線路是用變壓器將發電機發出的電能升壓后，再經斷路器等控制設備接入輸電線路來實現的，具有架空輸電線路和電纜線路兩種結構形式。架空輸電線路由線路桿塔、導線、絕緣子、線路金具、拉線、桿塔基礎、接地裝置等構成，架設在地面之上。現有的輸電線路異物清除裝置通常是通過無人機進行噴火燒除的方式，這樣容易造成燃燒的二次污染，同時進行剪切式清理裝置的傳動結構復雜，容易在清理過程中發生故障，且不能對電線進行包圍式清理，容易造成疏漏。為保證線路安全運行，解決作業人員人身安全采用無人機是當代電力檢修與維護的必然趨勢，針對現有的結構及缺失予以研究改良，提供一種輸電線路上的存在異物清除機器人裝置，以期達到更具實用價值性的目的。

2 國內外研究現狀情況分析

目前， 國內外的很多輸電線路運維單位均在探索研究異物清除新方式， 有以下幾個方面：

① 輸電線爬行燒除機。爬行燒除機是以電池和電機作為原動力，五行輪帶動履帶轉動， 履帶上橡膠在導線上摩擦從而推動機器在導線上行走，然后利用高壓輸電線材的燃點遠高于異物的燃點用脈沖式噴火方式處理異物，燃燒后留下的焦炭很脆且疏松，受壓后極易破碎脫落，此方法已經投入使用。但爬行燒除機重量較重，體積較大，對于無人機班組出行任務攜帶不便，并且需要工作人員爬上鐵塔，將爬行燒除機安放在輸電線上，耗時耗力。

②電動剪刀。設計一個帶有橡膠輪的電動平臺，將機械剪刀安裝在平臺上。利用無人機將平臺掛在輸電導線上， 通過地面遙控使平臺在導線上來回移動。當平臺靠近異物時， 遙控電動剪刀將異物切斷。電動剪刀安裝在無人機平臺上，對飛控手的操作水平要求較高，且需要反復應用多次才能夠清除，工作效率較低。

③ 激光清除異物。利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化或融化溫度并形成空洞，隨著光束對材料的移動，孔洞連續形成寬度很窄的切縫，完成對材料的切割。利用產生的高溫將異物熔斷，達到清除異物的目的。但由于旋翼無人機載重有限，大功率激光設備太重，小功率激光溫度又相對較低， 需要長時間持續的對焦在固定點，才能夠使異物燃燒。

3 裝置研發

現有的輸電線路異物清除裝置通常是通過無人機進行噴火燒除的方式，這樣容易造成燃燒的二次污染，同時進行剪切式清理裝置的傳動結構復雜，容易在清理過程中發生故障，且不能對電線進行包圍式清理容易造成疏漏。有鑒于此，針對現有的結構及缺失予以研究改良，設計一種輸電線路上的存在異物清除機器人裝置，以期達到更具實用價值性的目的。

3.1 結構

1.本體2.防護固定箱3.下清理刀片4.側清理刀片5.上清理刀片6.側邊封閉板7.導向固定筒8.移動電動機9.傳動嚙合鏈輪

機器人裝置結構如圖所示，還包括右移動導向輪、左移動導向輪、蓄電電池箱和遙控調節箱等結構。

裝置本體頂部設置有導向固定筒，導向固定筒底部后方通過螺栓固定安裝有防護固定箱。

防護固定箱內部左側固定安裝有蓄電電池箱，內部右側固定安裝有遙控調節箱;防護固定箱前方端面左右側均設置安裝有防護封閉門，頂部左側后方通過螺栓固定安裝有刃口向左的下清理刀片。

導向固定筒前方端面下部通過三處螺栓固定限位安裝有側邊封閉板，左側前后端面上部通過螺栓固定安裝有刃口向左的側清理刀片;導向固定筒頂部左側通過螺栓固定安裝有上清理刀片，右側通過螺栓固定安裝有移動電動機;導向固定筒右側內部通過軸承固定安裝有右移動導向輪，右移動導向輪前后兩端均固定安裝有兩處傳動嚙合鏈輪;導向固定筒底部中心設置有左右方向的放入開口槽，放入開口槽前方設置有防護凸起板;導向固定筒前后壁左右兩側均開設有固定安裝孔，導向固定筒右側頂部前后均開設有鏈條穿過槽，方便輸電線的放入，對內部輸電線進行防護，方便內部右移動導向輪和左移動導向輪的固定安裝，方便鏈條穿過進行動力的傳遞。

移動電動機前后軸端均固定安裝有傳動嚙合鏈輪，電動機固定座前后均開設有鏈條穿過孔槽;移動電動機前后兩端傳動嚙合鏈輪均通過鏈條與右移動導向輪前后兩端外側傳動嚙合鏈輪相連接，導向固定筒左側內部通過軸承固定安裝有左移動導向輪;左移動導向輪前后兩端均固定安裝有傳動嚙合鏈輪，右移動導向輪前后兩端內側傳動嚙合鏈輪均通過鏈條與左移動導向輪前后兩端傳動嚙合鏈輪相連接;右移動導向輪和左移動導向輪導向溝槽兩側均通過螺釘固定安裝有毛刷，且遙控調節箱均通過電線與蓄電電池箱和移動電動機相連接。

側邊封閉板底部向后彎折九十度形成L形板，側邊封閉板左右兩側和中間均開設有限位移動導向槽，側邊封閉板左右兩側上部均開設有升降推拉圓孔，方便對自身移動進行限位，方便通過螺栓進行限位固定和移動導向，方便使用人員將側邊封閉板向上升起和降下封閉。

下清理刀片左側刀刃部分設置有向下的折彎，右側設置有帶三處安裝孔的矩形板，方便內部輸電線的放入，方便自身的固定安裝;上清理刀片內部中間設置有三處固定安裝孔，左右兩側折彎處均開設有切割刃，方便自身的固定安裝，方便根據不同清理物品來更換刀刃的朝向。

3.2 效果分析

（1）導向固定筒的設置，方便左側清理刀片的固定安裝，使清理刀片在輸電線路上下和前后形成包圍式清理，同時方便內部右移動導向輪和左移動導向輪的動力傳遞，方便輸電線從底部放入右移動導向輪和左移動導向輪導向槽內部。

（2）側邊封閉板的設置，方便通過螺栓進行限位固定，方便自身上下移動，對內部輸電線進行防護，防止裝置本體脫離輸電線掉落，同時不妨礙輸電線的放入和取出，使裝置本體的安裝和拆卸更加方便快捷。

4 結論

在許多生產領域的使用實踐證明，一種輸電線路上的存在異物清除機器人提高了生產自動化水平和經濟效益，進一步改善了工人的勞動條件，解決了現有的機器人在使用時存在作業姿態不可調節、固定基座高度不能調節、旋轉定位調試速度慢等問題。實現機電液系統有機地高度集成，充分發揮各自優勢，將是今后研究的主要方向。對輸電線路上的存在異物清除機器人裝置研發有很大的促進意義。

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