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基本信息

項(xiàng)目名稱：
模塊化自動(dòng)高壓電線除冰器
簡(jiǎn)介：
本設(shè)計(jì)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(dòng)整體機(jī)構(gòu)運(yùn)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(gè)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(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(jì)是一套節(jié)能，安全、便利的裝置。該裝置利用機(jī)械傳動(dòng)和電機(jī)控制組合完成除冰。該裝置的設(shè)計(jì)能夠減輕人工除冰的危險(xiǎn)性，提高除冰效率。 2、模塊式高壓電線除冰器總體設(shè)計(jì)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(guò)打擊桿的敲擊和擠壓的方式敲掉透明堅(jiān)固，比重大粘附力強(qiáng)的冰體。擊錘機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)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(jì)特點(diǎn)： （1）防不完全齒輪卡死設(shè)計(jì)。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(duì)稱軸上的小圓部分）運(yùn)動(dòng)，為防止打擊桿過(guò)度擠壓電線而造成損傷，同時(shí)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(jì)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(jì)上采用了凹面設(shè)計(jì)。如此設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)程中，多處利用了彈簧的勢(shì)能轉(zhuǎn)換。在打擊桿底部連接位置設(shè)計(jì)了彈簧裝置，當(dāng)打擊桿離開電線時(shí)，在齒條部壓縮彈簧產(chǎn)生勢(shì)能的同時(shí)，在連接桿底部同時(shí)積聚勢(shì)能，當(dāng)打擊桿敲擊冰面時(shí)，彈簧釋放勢(shì)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(jì)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(jì)。 (5)可調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(dòng)，單向彈簧的變形量發(fā)生改變，通過(guò)調(diào)節(jié)頂頭螺栓，使彈簧的變形量恢復(fù)到原來(lái)的設(shè)計(jì)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(gè)工作輪1，2個(gè)支撐輪2，6個(gè)齒輪1； 2個(gè)牽引輪，機(jī)構(gòu)由電機(jī)提供動(dòng)力，最終帶動(dòng)接觸在高壓電線上的工作輪向前運(yùn)動(dòng)并對(duì)電線上的冰層實(shí)施擠壓，從而達(dá)到除冰工作。 振擺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)： （1）工作輪的設(shè)計(jì)為整個(gè)機(jī)構(gòu)提供支撐作用。 （2）振擺機(jī)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)支撐輪，改變初時(shí)角度，以控制工作輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而達(dá)到可以根據(jù)冰層的情況來(lái)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(gè)除冰器的載體，其主要功能是保證整個(gè)除冰機(jī)構(gòu)能夠沿導(dǎo)線平穩(wěn)行走的過(guò)程中完成持續(xù)除冰工作。當(dāng)遇到障礙時(shí)，依靠機(jī)械動(dòng)作完成自動(dòng)翻越障礙功能。 行進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)： （1）引入仿生學(xué)理念。該機(jī)構(gòu)模仿蟲子蠕動(dòng)的動(dòng)作，從而避免機(jī)構(gòu)在行進(jìn)過(guò)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(shí)現(xiàn)。在連桿的帶動(dòng)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(diǎn)。 （3）避障原理簡(jiǎn)單。由于兩個(gè)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(guò)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(yùn)輸載荷。本設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)獨(dú)辟蹊徑，采用自鎖原理，因而能夠推動(dòng)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(dòng)部分選擇了連桿，運(yùn)作原理簡(jiǎn)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(dòng)感知障礙，并自動(dòng)避障的功能。它能保證除冰器在線路上行進(jìn)及避障時(shí)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(diǎn)及伸縮套等構(gòu)件組成。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)特點(diǎn)： （1）避障方式巧妙。該結(jié)構(gòu)無(wú)需任何電子控制系統(tǒng)， 僅通過(guò)機(jī)械碰撞即感知故障，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)方案。彈簧的配用及伸縮套的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)特點(diǎn)： （1）可變滑輪的設(shè)計(jì)。通過(guò)彈簧的作用隨冰層厚度調(diào)整滑輪的寬窄，使整個(gè)機(jī)構(gòu)始終保持在電線垂直上方，沿線路直線運(yùn)動(dòng)。 （2）避障功能的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)滑輪行進(jìn)遇到障礙時(shí)，能夠自動(dòng)將滑輪抬升實(shí)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(jì)特點(diǎn)： （1） 輥輪位置的設(shè)計(jì)，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(jì)，可以實(shí)現(xiàn)連接部2隨時(shí)可以避障。 （3） 軌道的斜角設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)單向自鎖保證行走機(jī)構(gòu)的行走穩(wěn)定性。

作品圖片

  • 模塊化自動(dòng)高壓電線除冰器

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(lái)很大的安全隱患和施工難度，為解決高壓電線的覆冰問(wèn)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(xiǎn)性，提高除冰效率，提出本設(shè)計(jì)理念。 本設(shè)計(jì)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(jì)方案。整個(gè)機(jī)構(gòu)能完成在電線上自行行走，機(jī)械除冰，自動(dòng)越障的功能?？筛鶕?jù)冰層情況更換除冰模塊。機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(dòng)原理保證整個(gè)裝置在穩(wěn)定行進(jìn)過(guò)程中完成除冰，其創(chuàng)新點(diǎn)在于： ? 模擬人工破冰方式，提高破冰效率。 ? 機(jī)械避障 無(wú)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(jì) 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(cè)裝置非災(zāi)期間可用于巡線； ? 雙面破冰，使用對(duì)稱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)雙面破冰，即可達(dá)到良好的除冰效果，同時(shí)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(xiǎn)”， 機(jī)械除冰與振動(dòng)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(guò)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(xiàng)目在研究過(guò)程中，不論是行進(jìn)機(jī)構(gòu)還是除冰機(jī)構(gòu)，都具有獨(dú)特的巧妙設(shè)計(jì)，有許多創(chuàng)新之處，其創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)如下： ? 自動(dòng)避障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(jì) 保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 ? 振擺機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 振擺機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)節(jié)牽引輪上直桿的位置改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)作。為防止機(jī)構(gòu)在敲擊冰面時(shí)沿電線滑脫，利用二連桿機(jī)構(gòu)和自主設(shè)計(jì)的電線鎖桿構(gòu)件實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)自鎖及行進(jìn)。手爪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是模擬猴子在林中翻越的動(dòng)作，在防止整個(gè)機(jī)構(gòu)可靠懸掛的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)避障功能。 ? 機(jī)爪的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)避障功能的同時(shí)，保證機(jī)構(gòu)在高壓電線上懸掛的安全性。 ? 模塊化設(shè)計(jì) 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括兩部分。其中擊錘機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)敲擊功能，其兩個(gè)打擊桿可以根據(jù)冰層的厚度更換。 振擺機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)碾壓及振動(dòng)功能，對(duì)于較薄的冰層，可以在行進(jìn)的過(guò)程中把冰層除掉。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)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(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

基于其巧妙的設(shè)計(jì)理念，本裝置對(duì)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(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，易于加工；實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)操作人群的技能沒(méi)有特殊要求；產(chǎn)品利用機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)作，能夠完成長(zhǎng)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(chǎng)后能具有相當(dāng)大的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)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(shí)用新型專利號(hào)：200820228165.4 授權(quán)公告號(hào)：CN201323428 發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?00810080100.4 公開號(hào)：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(jì)方案并申請(qǐng)專利制作樣機(jī)。該除冰器由電機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)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(dòng)行走的時(shí)候，敲擊頭隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并敲擊電線上的覆冰。 專利號(hào)：200810112532 這種電線除冰器的特征在于：它包括一個(gè)電線的固定裝置，用來(lái)使電線除冰器固定在電線上，并且使電線除冰器不會(huì)從電線上滑落，包括一個(gè)加熱裝置，用來(lái)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(guò)一個(gè)可以進(jìn)行移動(dòng)的除冰裝置來(lái)進(jìn)行高空的除冰作業(yè)，使得在沒(méi)有人操作的情況下也能進(jìn)行冰雪的去除。 專利號(hào)：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(zhǎng)搖臂和短搖臂，長(zhǎng)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(gè)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(jì)的除冰器均以行走輪實(shí)現(xiàn)在電纜上行走,此設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,并可能產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)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(shí),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(shí)，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(duì)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(jì)與其他除冰器相比較的優(yōu)勢(shì)在于： 1. 本設(shè)計(jì)以兩個(gè)對(duì)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(jì)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(jì)屬純機(jī)械設(shè)計(jì),避障巧妙,不會(huì)因芯片及探頭故障造成損失。 4. 本設(shè)計(jì)充分考慮維護(hù)、使用,設(shè)計(jì)巧妙，使用方便。
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