高空帶電作業旋轉平臺設計研究

李曉洋，符祥干，高元將，陳煥財，謝盛頓

（海南電網有限責任公司 海南輸變電檢修分公司，海南 海口 570100）

電力檢修工作中往往需對電桿頂部的電氣設備、電源線進行檢修維護。電力檢修作業方式主要包括停電作業和帶電作業。停電作業雖可以保證安全，但斷電會產生較大的經濟損失，因此，工作實踐中通常采用帶電作業，而用于帶電作業的平臺包括絕緣梯、斗臂車、升降平臺等，但絕緣梯、斗臂車等平臺裝置使用限制多，不適合田野、斜坡等作業環境。因此，升降載人平臺得到了廣泛應用，但常規升降載人平臺只能上下升降，無法繞電桿轉動，限制了作業的靈活性。本次設計的遠程遙控式旋轉升降載人平臺，在保證作業安全的基礎上實現了帶電作業的自動化。且易于拆卸。組裝完成后，平臺以齒輪抱箍作為主要支撐結構固定在電桿上，可根據需要圍繞電桿旋轉最大320°。同時，采用無線遙控控制平臺的旋轉和升降。本次設計內容可分為結構設計、控制系統設計。

1 設計要求

該平臺整體需方便拆裝，不用是可拆分，需用時可組裝，所用材料需滿足規定的電氣性能要求、絕緣要求。載人平臺作為支撐結構。平臺的頂部和底部分別設有兩個支撐桿，與平臺形成三角支撐體，不但可以提高平臺的承力能力，還可以有效避免人員從高空墜落。在電桿上設置齒輪抱箍，齒輪抱箍上設置滑輪，牽引繩繞過滑輪與載人平臺、牽引電機連接，組成傳動系統，滿足平臺的升降需要，抱箍上的齒輪與電機傳動機構配合實現平臺的旋轉。

2 平臺功能

2.1 絕緣性能

進行高空帶電作業時，最重要的是可靠絕緣，平臺絕緣材料選擇環氧樹脂。可以提供可靠的絕緣性能，平臺設置了垂直梯，可上下移動0.4m，在安全距離內實現靈活升降。

2.2 旋轉功能

為了實現平臺旋轉功能，設計齒輪抱箍、電機和傳動機構等部件。齒輪抱箍由兩組半圓齒輪組裝而成，將半圓齒輪對接固定在電桿上作為支撐結構。電機設計參數為直流24V/250W，電機向齒輪減速機傳遞動力，轉動比為30/1，齒輪減速器向齒輪抱箍傳遞動力，實現平臺旋轉，旋轉角度最大320°。

2.3 升降功能

升降功能由牽引電機、滑輪、牽引繩、導軌等部件配合實現。牽引電機提供升降動力，牽引索繞過滑輪連接電機與載人平臺，傳遞動力，電機正反轉通過無線遙控實現沿升降導軌上下移動。導軌由兩根間隔0.2m、長2m的絕緣桿組成，平臺升降范圍1.8m。

2.4 遙控功能

通過信號發射器將信號傳輸給接收器，接收器處理信號，對繼電器開閉進行控制，進而控制電機正反轉，實現作業平臺的升降、旋轉。為減少干擾，可利用高頻鎖碼屏蔽元器件周圍的電磁信號。

3 平臺結構

本次設計的高空帶電作業旋轉平臺結構，如圖1所示。

圖1 高空帶電作業升降旋轉平臺結構

從總體結構圖，可以分析其工作過程主要有以下幾個部分。

3.1 齒輪抱箍

作為該高空帶電作業升降旋轉平臺的主要支撐部分，齒輪抱箍需要在使用前固定在電線桿上，其材質為鋁合金，輕便結實。齒輪抱箍包含底部齒輪盤和頂部齒輪盤，通過四根長度相等的金屬棒連接成一個整體，底部齒輪盤、頂部齒輪盤通過底部搭扣、頂部搭扣連接，組裝完成的抱箍齒輪可以通過搭扣分合。抱箍齒輪與電線桿之間通過帶有橡膠頭的螺栓固定，在增加兩者之間摩擦力的同時，還可以防止抱箍齒輪轉動時刮傷電線桿，此外，通過調節螺栓可以改變齒輪抱箍的大小，實現在直徑190～320mm范圍的調整，可以適合多種直徑的電線桿，提高平臺的適用性。

載人平臺的導軌可以通過齒輪與抱箍連接，為確保作業平臺的順利升降，采用搭板形式，不僅結構穩定性好，還可以有效降低載人平臺的旋轉阻力，但因為存在搭口，因此，限制一定的旋轉角度，整個平臺的旋轉角度范圍在0°～320°。

3.2 傳動系統

該作業平臺傳動方式為齒輪傳動，抱箍的齒輪在電線桿上固定不動，導軌則借助搭板與齒輪連接，通過與抱箍齒輪嚙合將電機動力傳遞到抱箍齒輪，從而帶動載人平臺旋轉。平臺旋轉的過程中，可遙控直流旋轉電機進行旋轉，通過減速器將動力傳遞到導軌上的齒輪，使得導軌帶著載人平臺以抱箍為中心旋轉，旋轉速度最高為180°/min。平臺的升降同樣由牽引電機提供驅動力，設計額定拉力1473kg，通過遙控牽引電機驅動與其連接的滑輪，使牽引繩運動，帶動平臺升降。在組裝作業平臺時，應設置牽引電機處于空檔狀態，再將滑輪設置為制動狀態，然后將牽引繩繞過滑輪，并固定在電桿上，通過遙控啟動牽引電機，驅動牽引繩將載人平臺升至指定高度，平臺上升時，需有專人協助確保載人平臺穩定上升。作業平臺組裝好后，帶電作業人員可以進入載人平臺，然后緊固相應的緊固件，控制牽引電機帶動載人平臺沿導軌移動，設計負重180kg時，平臺牽引速度為2.5m/min。

3.3 導軌及平臺

導軌是由兩根1.8m等長、間距0.5m的平行絕緣桿構成，載人平臺借助滑塊與導軌連接，滑塊之間間隔0.5m。在滑塊內設置滑輪，滑輪嵌入導軌，起到減少摩擦的作用。載人平臺移動時會和導軌之間形成力偶矩，即小滑輪和水平方向存在斜角。在力偶矩作用下，滑塊、導軌之間的連接更加穩定。根據帶電作業現場實際情況，本次設計的作業平臺導軌尾部進行模塊化處理，可以通過更換不同的內嵌模塊增設導軌，增加導軌長度，從而增加載人平臺的升降高度。

4 控制系統設計

4.1 控制原理

機械結構是作業平臺的骨架，控制系統則是作業平臺的大腦，該平臺的控制系統構成見圖2。根據圖可知，本次設計的控制系統屬于閉環控制系統。當平臺進行旋轉動作時，控制系統可以基于位置傳感器發送的位置信息建立控制閉環，對電機運行范圍進行精確控制，從而控制平臺的旋轉角度。

圖2 高空帶電作業升降旋轉控制系統

因為平臺旋轉角度范圍較大，旋轉位置偏差可通過操作人員進行糾正，沒必要進行更加復雜的閉環控制設計，只需控制電機旋轉至一定位置時可以立即停止旋轉即可，否則，可能出現平臺旋轉超出抱箍齒輪空間限制，導致作業平臺故障，甚至引發安全事故。為此，本次設計通過位置開關進行控制，當電機旋轉到規定位置時，位置開關將自動斷開電機電源，確保電機停轉。

4.2 控制電路

在控制平臺升降和平臺旋轉時，控制方式有所不同，因而驅動力矩也有所不同，因此，升降電機、旋轉電機的型號、參數也不同。為確保電機之間的協調動作，確保平臺運行安全，可采取互鎖控制方案，即當其中一個電機運行時，另一個電機就一定不能運行，從而防止兩臺電機的相互干擾。為此，本文設計了專門控制電機旋轉的控制電路，對電機的正反旋轉進行精確控制，為確保電機啟停的控制，本次設計通過繼電器控制方式實現，控制電路，如圖3所示。

圖3 控制電路設計

圖3 左半部分為主控制電路，右邊為電機控制電路。因為平臺升降頻率較低，升降電機啟停次數較少，因此，其電機性能要求不高，可以通過繼電器KM1、KM2與+24V直流電源直連，借助啟動按鍵SB1控制啟動，KM2、KM3、KM4失電，從而KM1觸點常閉自鎖，升降電機連接+24V電源，電源驅動電機正轉，牽引繩回收，帶動載人平臺上升。如按停止鍵SB0，此時，直流電機停轉，滾輪自鎖。同理，繼電器KM2也可以控制升降電機的反轉，即載人平臺的下降控制。

繼電器KM3/KM4負責控制旋轉電機，KM3控制電機正轉，KM4控制電機反轉，但平臺旋轉頻率較高，為保證電機正常運行，采用LA-100P電流霍爾傳感器檢測電流，當檢測電流超過閾值時，單片機控制電路斷開、電機停轉。

5 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發展、人民生活水平的提高，大眾對供電質量的要求也不斷提升，傳統的帶電作業方式無法滿足要求。因此，必須積極運用更加高效的帶電作業方法以及作業平臺，以更好地保障電力檢修維護工作。本次設計的高空帶電升降旋轉作業平臺可以適應野外、溝壑等復雜環境，可以有效代替斗臂車進行帶電作業，彌補斗臂車難以適應野外作業的不足，而且該平臺成本較低，維護保養便捷、占地面積小，具有良好的社會經濟效益。