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基本信息
- 項目名稱：
- 模塊化自動高壓電線除冰器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本設(shè)計是一套模塊式高壓電線除冰器。該系統(tǒng)采用電機(jī)控制帶動整體機(jī)構(gòu)運行的機(jī)械裝置，主要由行走機(jī)構(gòu)、振擺機(jī)構(gòu)及擊錘機(jī)構(gòu)及兩個連接部構(gòu)成，具備在線路上自行行走，自行越障和及自行除冰功能。能夠適用于現(xiàn)有不同塔基構(gòu)架的高壓電線線路及通信電路的除冰工作及巡線功能。本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)覆冰的薄厚情況更換除冰機(jī)構(gòu)采用不同模式進(jìn)行除冰。
- 詳細(xì)介紹：
- 1、本設(shè)計是一套節(jié)能，安全、便利的裝置。該裝置利用機(jī)械傳動和電機(jī)控制組合完成除冰。該裝置的設(shè)計能夠減輕人工除冰的危險性，提高除冰效率。 2、模塊式高壓電線除冰器總體設(shè)計方案 本機(jī)構(gòu)由1-擊錘機(jī)構(gòu)系統(tǒng)；2-振擺機(jī)構(gòu)系統(tǒng)；3-行走機(jī)構(gòu)系統(tǒng)；4-連接部1；5-連接部2五部分組成。 2.1擊錘機(jī)構(gòu) 擊錘機(jī)構(gòu)的主要功能通過打擊桿的敲擊和擠壓的方式敲掉透明堅固，比重大粘附力強(qiáng)的冰體。擊錘機(jī)構(gòu)包括兩個打擊桿A,B、電機(jī)、連接桿13、扇形齒輪、齒條等構(gòu)件組成。 擊錘設(shè)計特點： （1）防不完全齒輪卡死設(shè)計。打擊桿敲擊冰層完畢后，不完全齒輪沿齒條向電線方向（圖中所示對稱軸上的小圓部分）運動，為防止打擊桿過度擠壓電線而造成損傷，同時預(yù)防不完全齒輪在齒條上出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 （2）打擊桿與冰層接觸的凹面設(shè)計表面有突出類似齒面結(jié)構(gòu)。為了有效地敲擊掉電線上的冰層，在打擊桿與冰層接觸面的設(shè)計上采用了凹面設(shè)計。如此設(shè)計不僅可以減小打擊面積，增大打擊力，從而提高除冰效率。 （3）彈簧的功能體現(xiàn)。在設(shè)計過程中，多處利用了彈簧的勢能轉(zhuǎn)換。在打擊桿底部連接位置設(shè)計了彈簧裝置，當(dāng)打擊桿離開電線時，在齒條部壓縮彈簧產(chǎn)生勢能的同時，在連接桿底部同時積聚勢能，當(dāng)打擊桿敲擊冰面時，彈簧釋放勢能，給打擊桿提供更大的敲擊力量。 （4）打擊桿的可更換性。打擊桿設(shè)計成可拆卸式。操作工人可根據(jù)冰層厚度及線路結(jié)構(gòu)的差異更換不同尺寸和強(qiáng)度的打擊桿，體現(xiàn)了除冰器的模塊化設(shè)計。 (5)可調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計。調(diào)節(jié)螺栓，改變齒條位置，使搖桿齒輪與齒條在合適的位置接觸和脫離。由于螺栓的位置的移動，單向彈簧的變形量發(fā)生改變，通過調(diào)節(jié)頂頭螺栓，使彈簧的變形量恢復(fù)到原來的設(shè)計值。 2.2 振擺機(jī)構(gòu) 振擺機(jī)構(gòu)的功能是有效去除粘附力較弱的薄的覆冰體。振擺機(jī)構(gòu)包括2個工作輪1，2個支撐輪2，6個齒輪1； 2個牽引輪，機(jī)構(gòu)由電機(jī)提供動力，最終帶動接觸在高壓電線上的工作輪向前運動并對電線上的冰層實施擠壓，從而達(dá)到除冰工作。 振擺機(jī)構(gòu)設(shè)計特點： （1）工作輪的設(shè)計為整個機(jī)構(gòu)提供支撐作用。 （2）振擺機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)支撐輪，改變初時角度，以控制工作輪的運動軌跡，從而達(dá)到可以根據(jù)冰層的情況來調(diào)整合適的除冰方式。 2.3行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)是整個除冰器的載體，其主要功能是保證整個除冰機(jī)構(gòu)能夠沿導(dǎo)線平穩(wěn)行走的過程中完成持續(xù)除冰工作。當(dāng)遇到障礙時，依靠機(jī)械動作完成自動翻越障礙功能。 行進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計特點： （1）引入仿生學(xué)理念。該機(jī)構(gòu)模仿蟲子蠕動的動作，從而避免機(jī)構(gòu)在行進(jìn)過程中出現(xiàn)打滑，保證機(jī)構(gòu)平穩(wěn)行進(jìn)。 （2）自鎖功能的實現(xiàn)。在連桿的帶動下能夠?qū)崿F(xiàn)電線鎖桿在電線上的自鎖，給機(jī)構(gòu)提供行進(jìn)支點。 （3）避障原理簡單。由于兩個電線鎖桿間的距離遠(yuǎn)大于防震錘等障礙物的徑向尺寸，因此行走機(jī)構(gòu)可以輕松越過電線上的障礙。 （4）行走推力大。傳統(tǒng)的巡線機(jī)器人多采用輪式推進(jìn)，推力小，不能保障較大的運輸載荷。本設(shè)計行走機(jī)構(gòu)獨辟蹊徑，采用自鎖原理，因而能夠推動更重的機(jī)器在高壓電線上穩(wěn)定行進(jìn)。 （5）安全可靠。傳動部分選擇了連桿，運作原理簡單，故障率低，能適應(yīng)較嚴(yán)酷的作業(yè)環(huán)境，便于維護(hù)。 2.4機(jī)械手機(jī)構(gòu) 機(jī)械手具有懸掛機(jī)構(gòu)及自動感知障礙，并自動避障的功能。它能保證除冰器在線路上行進(jìn)及避障時安全懸掛在高壓線路上，防止機(jī)構(gòu)脫落。它由絕緣內(nèi)膽、金屬構(gòu)架、伸縮觸點及伸縮套等構(gòu)件組成。 機(jī)械手的設(shè)計特點： （1）避障方式巧妙。該結(jié)構(gòu)無需任何電子控制系統(tǒng)， 僅通過機(jī)械碰撞即感知故障，實現(xiàn)自動避障功能，從而降低制作成本，提高設(shè)備可靠性。 （2）合理選擇材料和設(shè)計方案。彈簧的配用及伸縮套的設(shè)計可以提高手爪機(jī)構(gòu)的回彈速度，充分考慮到除冰安全性和機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性，有利地保證機(jī)構(gòu)始終懸掛于電線之上。 2.5連接部1 連接部1的主要功能是連接擊錘機(jī)構(gòu)和振擺機(jī)構(gòu)，并起到導(dǎo)向作用控制整個機(jī)構(gòu)的行駛方向。它由伸縮套、可變滑輪等構(gòu)件組成。 連接部1的設(shè)計特點： （1）可變滑輪的設(shè)計。通過彈簧的作用隨冰層厚度調(diào)整滑輪的寬窄，使整個機(jī)構(gòu)始終保持在電線垂直上方，沿線路直線運動。 （2）避障功能的實現(xiàn)。當(dāng)滑輪行進(jìn)遇到障礙時，能夠自動將滑輪抬升實現(xiàn)避障。 2.6連接部2 連接部2的主要功能是連接振擺機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)，輔助完成振擺機(jī)構(gòu)定向和碾壓功能，并保持行走機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。連接部2主要由電機(jī)、輥輪及特殊滑輪等構(gòu)件構(gòu)成。 連接部2的設(shè)計特點： （1） 輥輪位置的設(shè)計，保持行走機(jī)構(gòu)的整體機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性。 （2） 彈簧軌道的設(shè)計，可以實現(xiàn)連接部2隨時可以避障。 （3） 軌道的斜角設(shè)計，可以實現(xiàn)單向自鎖保證行走機(jī)構(gòu)的行走穩(wěn)定性。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目前高壓線的除冰工作大多采用人工進(jìn)行。寒冷的天氣，高空作業(yè)給人工除冰帶來很大的安全隱患和施工難度，為解決高壓電線的覆冰問題，給人民生活生產(chǎn)正常提供有力保障；為減輕人工除冰的危險性，提高除冰效率，提出本設(shè)計理念。 本設(shè)計研究的基本思路是確定模塊式高壓電線除冰器的整體設(shè)計方案。整個機(jī)構(gòu)能完成在電線上自行行走，機(jī)械除冰，自動越障的功能?？筛鶕?jù)冰層情況更換除冰模塊。機(jī)構(gòu)的運行要保證其可操控性、安全性和穩(wěn)定性。 本裝置的發(fā)明是利用機(jī)械傳動原理保證整個裝置在穩(wěn)定行進(jìn)過程中完成除冰，其創(chuàng)新點在于： ? 模擬人工破冰方式，提高破冰效率。 ? 機(jī)械避障 無需繁瑣的人工操作或是穩(wěn)定性欠佳的控制系統(tǒng)，增加除冰距離，提高機(jī)構(gòu)可靠性； ? 機(jī)構(gòu)模塊化設(shè)計 可任意組合機(jī)構(gòu)模塊以完成不同程度的除冰需求；若換上檢測裝置非災(zāi)期間可用于巡線； ? 雙面破冰，使用對稱機(jī)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)雙面破冰，即可達(dá)到良好的除冰效果，同時又能保持機(jī)器在電線上行走的穩(wěn)定性； ? 除冰可靠 除冰“雙保險”， 機(jī)械除冰與振動除冰相結(jié)合。擊錘在前，完成高頻率的敲擊作業(yè)，可先行解決電線上的懸冰和浮冰；振擺機(jī)構(gòu)跟進(jìn)，通過快速的碾壓式敲擊進(jìn)一步除去電線表面覆冰。 本裝置能有效清除電力輸變電線路，電力塔及通信線路等電力設(shè)施上的覆冰。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 項目在研究過程中，不論是行進(jìn)機(jī)構(gòu)還是除冰機(jī)構(gòu)，都具有獨特的巧妙設(shè)計，有許多創(chuàng)新之處，其創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)如下： ? 自動避障機(jī)構(gòu)的設(shè)計 在行走機(jī)構(gòu)，連接部及振擺機(jī)構(gòu)的中都考慮到避障功能，保證機(jī)構(gòu)遇到障礙自行規(guī)避。 ? 擊錘機(jī)構(gòu)防卡死機(jī)構(gòu)設(shè)計 保證機(jī)構(gòu)運行的穩(wěn)定性。 ? 振擺機(jī)構(gòu)的設(shè)計 振擺機(jī)構(gòu)通過調(diào)節(jié)牽引輪上直桿的位置改變機(jī)構(gòu)的運動軌跡，保證達(dá)到更好的除冰效果。 ? 仿生學(xué)原理的應(yīng)用 行走機(jī)構(gòu)的行進(jìn)模擬蟲子爬行動作。為防止機(jī)構(gòu)在敲擊冰面時沿電線滑脫，利用二連桿機(jī)構(gòu)和自主設(shè)計的電線鎖桿構(gòu)件實現(xiàn)機(jī)構(gòu)自鎖及行進(jìn)。手爪機(jī)構(gòu)的設(shè)計是模擬猴子在林中翻越的動作，在防止整個機(jī)構(gòu)可靠懸掛的同時，實現(xiàn)避障功能。 ? 機(jī)爪的設(shè)計 實現(xiàn)避障功能的同時，保證機(jī)構(gòu)在高壓電線上懸掛的安全性。 ? 模塊化設(shè)計 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計包括兩部分。其中擊錘機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)敲擊功能，其兩個打擊桿可以根據(jù)冰層的厚度更換。 振擺機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)碾壓及振動功能，對于較薄的冰層，可以在行進(jìn)的過程中把冰層除掉。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖紙、磁盤、圖片以及樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 基于其巧妙的設(shè)計理念，本裝置對于貓頭塔，酒杯塔、直線塔等塔基構(gòu)架的高壓電線線路的除冰工作全部適用，能有效清除電力輸變電線路，電力塔及通信線路等電力設(shè)施上的覆冰。 本裝置構(gòu)造簡單，設(shè)計巧妙，易于加工；實用性強(qiáng)，對操作人群的技能沒有特殊要求；產(chǎn)品利用機(jī)械原理實現(xiàn)機(jī)構(gòu)運作，能夠完成長距離的除冰工作，因此制作成本及維護(hù)成本大大降低。本產(chǎn)品減少了人工除冰高空作業(yè)的安全隱患，減輕了寒冷作業(yè)的傷害，大大提高除冰效率，相信投入市場后能具有相當(dāng)大的實用價值和商業(yè)價值。
同類課題研究水平概述
- 目前現(xiàn)有的除冰器的發(fā)明專利有很多，比如： 實用新型專利號：200820228165.4 授權(quán)公告號：CN201323428 發(fā)明專利申請?zhí)枺?00810080100.4 公開號：CN101420110 太原理工大學(xué)的張超群等人于2008年提出架空輸電線除冰器的設(shè)計方案并申請專利制作樣機(jī)。該除冰器由電機(jī)通過皮帶傳動帶動凹槽的輪子在架空輸電線上行走，在輪子一側(cè)的彈性臂上裝有敲擊頭，當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動行走的時候，敲擊頭隨之轉(zhuǎn)動并敲擊電線上的覆冰。 專利號：200810112532 這種電線除冰器的特征在于：它包括一個電線的固定裝置，用來使電線除冰器固定在電線上，并且使電線除冰器不會從電線上滑落，包括一個加熱裝置，用來使該裝置的溫度提升并且能夠作用在冰雪上，使冰雪融化，本發(fā)明的效果使得在高壓線上或電線上通過一個可以進(jìn)行移動的除冰裝置來進(jìn)行高空的除冰作業(yè)，使得在沒有人操作的情況下也能進(jìn)行冰雪的去除。 專利號：200820076528.7 一種智能電纜除冰器，包括行走輪及行走支架，行走支架上方固定有承載板，承載板一端固定有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上裝有旋轉(zhuǎn)套筒，旋轉(zhuǎn)套筒兩側(cè)分別設(shè)有與其制成一體的長搖臂和短搖臂，長搖臂伸出承載板并夾持在電纜兩側(cè)，短搖臂位于承載板上；承載板上還設(shè)置由智能控制電路控制的行走電機(jī)和除冰拍打電機(jī)，凸輪位于兩個短搖臂之間；行走支架下方懸掛蓄電池配重箱。 但是分析以上幾種除冰器，存在其弊端體現(xiàn)于： 1. 以往設(shè)計的除冰器均以行走輪實現(xiàn)在電纜上行走,此設(shè)計容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,并可能產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時可以從電線上脫落。 2. 除冰機(jī)構(gòu)固定化,當(dāng)常規(guī)除冰時,不需除厚冰區(qū)裝備,這些裝備成為了累贅。 3. 在遇到復(fù)雜的除冰環(huán)境時，所采用的智能裝置很容易出現(xiàn)故障, 并且低溫影響芯片正常工作,不宜完成正常除冰工作。 4. 很多高科技除冰機(jī)構(gòu)對操作者有很高的技術(shù)要求,不宜推廣使用,并且需要較高的生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。 本設(shè)計與其他除冰器相比較的優(yōu)勢在于： 1. 本設(shè)計以兩個對稱設(shè)置的電線鎖桿與電線自鎖,避免行走機(jī)構(gòu)在行進(jìn)期間打滑。 2. 本設(shè)計采用模塊理念,各機(jī)構(gòu)根據(jù)冰情進(jìn)行組合達(dá)到最大除冰效率。 3. 本設(shè)計屬純機(jī)械設(shè)計,避障巧妙,不會因芯片及探頭故障造成損失。 4. 本設(shè)計充分考慮維護(hù)、使用,設(shè)計巧妙，使用方便。
