電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置設(shè)計(jì)

王子玉，丁 頌，王鑫力，李子恒，趙 敏

(長春師范大學(xué) 工程學(xué)院，吉林 長春 130032)

0 引言

伴隨著新能源時(shí)代的到來和環(huán)境友好型社會的提出,人們對于電的使用依賴越來越強(qiáng)，同樣對于生產(chǎn)電的方式也有了更高效、更清潔的要求。高原風(fēng)力發(fā)電成為當(dāng)今社會電力生產(chǎn)的主要方式之一，越來越多的高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)被投入到使用當(dāng)中。而高原風(fēng)力發(fā)電卻存在一些弊端：高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)體型巨大，機(jī)身清理困難，發(fā)電機(jī)頂端產(chǎn)生的機(jī)油等污染物經(jīng)常流到塔筒上，影響發(fā)電機(jī)正常工作且污染環(huán)境。國內(nèi)外現(xiàn)有的高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)清洗方式主要分為兩種：一種是人工攀爬清洗，耗時(shí)耗力危險(xiǎn)系數(shù)高；另一種是吊車式清洗，工作量巨大且成本高。現(xiàn)急需尋求一種能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒上泄漏的機(jī)油進(jìn)行高效清理的裝置。基于此，本文設(shè)計(jì)了電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置。該裝置采用雙重電磁穩(wěn)定吸附塔筒的方式，通過遙控手柄遙控電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置高空作業(yè)，在保證清洗工作安全的同時(shí)，避免了人工清理的危險(xiǎn)，降低了清洗難度，可以有效提高清理效率。

1 清洗裝置總體設(shè)計(jì)方案

電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置如圖1所示，包括機(jī)械四足運(yùn)動模塊、電磁吸附中心模塊和全方位噴射模塊三部分。

電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置的電磁中心吸盤在人工的調(diào)試下改變電壓與電流，調(diào)節(jié)整體裝置對于高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的吸附力，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置對于高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的平衡吸附，程序控制位于機(jī)械四足運(yùn)動模塊的四個(gè)足底電磁吸附中心，自動調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行自適應(yīng)貼合吸附，為攀附運(yùn)動做準(zhǔn)備工作。在觸感運(yùn)動足和電磁吸附中心的交錯吸附下，四個(gè)X軸伸縮臂分別進(jìn)行同方向伸縮以帶動整體裝置沿X軸移動，控制四個(gè)X軸伸縮臂沿Y軸移動的四個(gè)蝸輪蝸桿正反轉(zhuǎn)，在觸感運(yùn)動足和電磁吸附中心的交錯吸附下四個(gè)X軸伸縮臂同方向移動使整個(gè)裝置沿Y軸移動。當(dāng)裝置移動至污染物附近，噴射器升降平臺在視頻定位器的輔助下，人工定位污染物所在位置，并在視頻定位器的協(xié)助觀察下，噴射器升降平臺進(jìn)行高壓噴射器Z軸方向的升降，旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架進(jìn)行高壓噴射器所在平面360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行精細(xì)距離調(diào)整，尋找到最佳位置，啟動高壓噴射器噴射清洗污染物。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械四足運(yùn)動模塊

機(jī)械四足運(yùn)動模塊如圖2所示，包括X軸伸縮臂、觸感式運(yùn)動足和足底電磁吸附中心三部分。當(dāng)使用者操作機(jī)械四足運(yùn)動模塊時(shí),先將電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置放置在高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒表面，電磁中心吸盤開始吸附，X軸伸縮臂復(fù)位，復(fù)位過程重復(fù)檢測吸附強(qiáng)度，通過正反轉(zhuǎn)電機(jī)控制四個(gè)X軸伸縮臂內(nèi)部的蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，使左上X軸伸縮臂1、左下X軸伸縮臂2向X軸正方向伸展，右下X軸伸縮臂3、右上X軸伸縮臂4向X軸正方向收縮。以上過程中電磁中心吸盤持續(xù)吸附并保證整個(gè)裝置原地不動，當(dāng)X軸伸縮臂分別伸展收縮至頂點(diǎn)，電磁中心吸盤減少吸附力，四個(gè)觸感式運(yùn)動足沿Z軸負(fù)方向下落貼合吸附接觸面，持續(xù)吸附保持四足原地不動，正反轉(zhuǎn)電機(jī)分別按相反方向轉(zhuǎn)動，使整個(gè)裝置進(jìn)行X軸正方向移動，足底吸附中心停止吸附，電磁吸附中心恢復(fù)原始吸附力，四個(gè)觸感式運(yùn)動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面。同原理運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)X軸負(fù)方向運(yùn)動。通過正反轉(zhuǎn)電機(jī)控制四個(gè)X軸伸縮臂對應(yīng)的蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，使四個(gè)X軸伸縮臂一起向Y軸正方向移動，以上過程電磁中心吸盤持續(xù)吸附保證整個(gè)裝置原地不動，當(dāng)X軸伸縮臂移動至Y軸正方向頂點(diǎn)，電磁中心吸盤減少吸附力，四個(gè)觸感式運(yùn)動足沿Z軸負(fù)方向下落貼合吸附接觸面，持續(xù)吸附保持四足原地不動，正反轉(zhuǎn)電機(jī)分別按相反方向轉(zhuǎn)動，使整個(gè)裝置進(jìn)行Y軸正方向移動。同原理運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)Y軸負(fù)方向運(yùn)動。整個(gè)機(jī)械四足運(yùn)動模塊始終保持一個(gè)穩(wěn)定的豎直吸附運(yùn)動狀態(tài)，使整個(gè)運(yùn)動過程更加平穩(wěn)、高效。

1-機(jī)械四足運(yùn)動模塊；2-電磁吸附中心模塊；3-全方位噴射模塊

1-X軸伸縮臂;2-觸感式運(yùn)動足;3-足底電磁吸附中心

2.2 電磁吸附中心模塊

電磁吸附中心模塊如圖3所示，由電磁中心吸盤和吸盤減震夾緊支架組成。當(dāng)電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置被放置在發(fā)電機(jī)塔筒表面時(shí)程序控制中心吸盤啟動，電磁中心吸盤在人工的調(diào)試下改變電壓與電流，調(diào)節(jié)整體裝置對于高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的吸附力，保證整體結(jié)構(gòu)時(shí)刻平穩(wěn)吸附于發(fā)電機(jī)表面上，吸盤減震夾緊支架確保在運(yùn)動過程中電磁中心吸盤緊密固定在機(jī)械四足運(yùn)動模塊底部，并減少緊急吸附帶來的沖擊力。

1-電磁中心吸盤;2-吸盤減震夾緊支架

2.3 全方位噴射模塊

全方位噴射模塊如圖4所示，由噴射器升降平臺、旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架、視頻定位器和高壓噴射器4部分組成，當(dāng)機(jī)械四足運(yùn)動模塊運(yùn)動到污染物附近，由視頻定位器高清顯示污染物具體位置，噴射器升降平臺在視頻定位器的輔助下，人工定位污染物所在位置，并在視頻定位器的協(xié)助觀察下，使噴射器升降平臺進(jìn)行高壓噴射器Z軸方向的升降，旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架進(jìn)行高壓噴射器所在平面360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行高壓噴射器對污染物精細(xì)距離的調(diào)整。尋找到最佳位置，啟動高壓噴射器噴射清洗。

1-高壓噴射器；2-視頻定位器;3-旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架;4-噴射器升降平臺

3 運(yùn)動原理分析

電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置由遙控手柄控制整體裝置運(yùn)動，按鍵總開關(guān)和副總開關(guān)分別控制機(jī)械四足運(yùn)動模塊復(fù)位和全方位噴射模塊打開準(zhǔn)備工作。遙控手柄的左右上下遙桿分別控制裝置進(jìn)行X軸正方向、X軸負(fù)方向、Y軸正方向、Y軸負(fù)方向運(yùn)動。按鍵Q、X、Y1、Y2、Z、W1、W2為全方位噴射模塊運(yùn)動及噴射按鍵。

攀爬運(yùn)動原理如下：總開關(guān)按下，電磁吸附中心開始吸附，機(jī)械四足運(yùn)動模塊X軸伸縮臂復(fù)位；遙控手柄向左推動，四個(gè)X軸伸縮臂的控制電機(jī)正轉(zhuǎn)使X軸伸縮臂1和臂2沿X軸正方向伸展，X軸伸縮臂3和臂4沿X軸正方向收縮，觸感式運(yùn)動足沿Z軸負(fù)方向下落，足底光敏傳感器一直判斷，當(dāng)檢測數(shù)值小于模擬信號轉(zhuǎn)化值12 000(1 cm=模擬信號轉(zhuǎn)化值25 500，模擬信號轉(zhuǎn)化值12 000=0.45 cm,0.45 cm為足底吸附中心電磁鐵高度，此時(shí)剛好滿足足底吸附中心電磁鐵貼合塔筒表面),同時(shí)足底限位開關(guān)被觸碰，觸感式運(yùn)動足停止下落，足底吸附中心開始吸附，電磁吸附中心減少吸附力；四個(gè)X軸伸縮臂的控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，整個(gè)裝置沿X軸正方向運(yùn)動一個(gè)單位長度，電磁吸附中心恢復(fù)原始吸附力，足底吸附中心停止吸附；四個(gè)觸感式運(yùn)動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面；遙控手柄持續(xù)向左推動，持續(xù)重復(fù)運(yùn)行X軸正方向運(yùn)動程序；當(dāng)遙控手柄向右推動，整個(gè)裝置沿X軸負(fù)方向運(yùn)動一個(gè)單位長度，X軸負(fù)方向運(yùn)動程序與正方向程序同理；遙控手柄向上推動，四個(gè)X軸伸縮臂的Y軸方向控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，蝸輪蝸桿帶動四個(gè)X軸伸縮臂同時(shí)向Y軸正方向移動；觸感式運(yùn)動足同原理向電機(jī)塔筒表面下落吸附，觸感式運(yùn)動足全部接觸至發(fā)電機(jī)塔筒表面，足底吸附中心開始吸附，電磁吸附中心減少吸附力；四個(gè)X軸伸縮臂的Y軸方向控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，整個(gè)裝置沿Y軸正方向運(yùn)動一個(gè)單位長度，電磁吸附中心恢復(fù)原始吸附力，足底吸附中心停止吸附；四個(gè)觸感式運(yùn)動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面；遙控手柄持續(xù)向上推動，持續(xù)重復(fù)運(yùn)行Y軸正方向運(yùn)動程序；遙控手柄向下推動，整個(gè)裝置沿Y軸負(fù)方向運(yùn)動一個(gè)單位長度，Y軸負(fù)方向運(yùn)動程序與正方向程序同理。

噴射運(yùn)動原理如下：副總開關(guān)按下，全方位噴射模塊程序啟動，根據(jù)視頻定位器觀察污染物位置，按鍵X控制噴射器升降平臺進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，按鍵Y1、Y2分別控制噴射器升降平臺進(jìn)行上升或下降，接近污染物附近，按鍵Z控制旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架進(jìn)行360°調(diào)節(jié)，按鍵W1、W2控制高壓噴射器在齒輪齒條的傳動下，沿當(dāng)前旋轉(zhuǎn)伸縮噴射支架方向進(jìn)行伸縮，再次調(diào)節(jié)對準(zhǔn)污染物，最終鎖定污染物，按鍵Q開啟高壓噴射器工作，重復(fù)按鍵Q結(jié)束高壓噴射器工作。

4 結(jié)語

電動式高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒清洗裝置能夠解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒污染物和發(fā)電機(jī)泄漏機(jī)油的清理難題。該裝置采用雙重電磁吸附的設(shè)計(jì)，確保整個(gè)裝置可以穩(wěn)定吸附在發(fā)電機(jī)塔筒上，有效減少環(huán)境因素對作業(yè)的影響，通過遙控手柄、高清視頻定位器等模塊完成對污染物的高空清洗作業(yè)，保證了清洗全面徹底，避免了人工清理的危險(xiǎn)，降低了清洗難度，可以有效提高對高原風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒的清理效率。