基本信息
- 項目名稱：
- 高壓線上懸掛行走除冰裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 氣候多變，無論北方南方都面臨著冰雪天氣，給高壓電等高空設備帶來了很大傷害，南方的凍雨導致這些降雨在空中還是水，但是落到了高壓電線上就結(jié)成了冰，冰越結(jié)越厚，導致電線不堪重負，最后被壓斷，或者高壓電塔被壓垮；解決以往只能由人工除冰的困難，我們設計的“一種高壓線上仿人式懸掛行走破障裝置”可以有效的解決高壓線的除冰問題，大大減輕了除冰人員的負擔。
- 詳細介紹：
- 一種高壓線上仿人式行走出兵裝置 一、創(chuàng)作背景 氣候多變，無論北方南方都面臨著冰雪天氣，給高壓電等高空設備帶來了很大傷害。南方的凍雨導致這些降雨在空中還是水，但是落到了高壓電線上就結(jié)成了冰，冰越結(jié)越厚，導致電線不堪重負，最后被壓斷，或者高壓電塔被壓垮； 北方的凍雨使路面難行，造成人們生活不便。 對于電力系統(tǒng)，覆冰是一種自然災害，我國最早記錄的輸電線路事故出現(xiàn)在1954年，最近30年來，大面積凍害事故在全國各地時有發(fā)生，繼1974-1976年全國電力系統(tǒng)大面積冰災事故之后，1984年在全國又發(fā)生了大面積冰災事故，特別是1996年福建省35—220KV線路因覆冰倒桿斷線200處。 各類輸電線路冰害事故我國發(fā)生過上千次，最近10年來，嚴重覆冰事故已經(jīng)危及了500KV系統(tǒng)的安全運行。 尤其是在08年初，我國南方大部分省區(qū)遭遇了罕見的雪災，此次災害過程已經(jīng)造成浙江、江蘇、安徽、江西、河南、湖北、湖南、廣西、重慶、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、新疆和新疆生產(chǎn)建設兵團等17個?。▍^(qū)、市、兵團）不同程度受災，災害還直接造成農(nóng)作物受災面積1.01接經(jīng)濟損失達到326.7億元。尤其是因雪災導致電力設施損毀，使南方多數(shù)城市鄉(xiāng)村因停電陷入寒冷黑暗，給這些地方群眾的生產(chǎn)生活造成了極大不便，鐵路停運，生產(chǎn)停產(chǎn)，很多地方拉閘限電。很多損失都是由于雪災使電力生產(chǎn)下降特別是因電力設施損毀而導致的。不少電力塔的倒塌就是由于輸電線路上覆蓋的冰的重量遠超過設計值而導致電力塔扭曲、傾覆，不僅造成電力中斷，甚至造成了搶修人員的傷亡。 導線覆冰的主要危害有： （1） 過荷載。即導線覆冰厚的實際重量超過設計值很多，導致架空輸電導線載荷過大超出自身機械強度極限最終斷線跨塔。 （2） 不同期脫冰或不均勻覆冰事故。相鄰檔導線不均勻覆冰或不同期脫冰會產(chǎn)生張力差，使導線在線夾內(nèi)滑動松脫，甚至會因為兩側(cè)水平張力差過大而拉垮桿塔；不同期脫冰會使導線跳躍電氣間隙減小，造成導線相間短路或直接對地短路事故。 （3） 絕緣子串冰閃事故。絕緣子覆冰或被冰凌橋結(jié)后，絕緣強度下降，泄露距離縮短，融冰時絕緣子的局部表面電阻增強，形成閃絡事故導致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強度降低。 （4） 導線覆冰舞動事故。因?qū)Ь€不均勻覆冰，在風的作用下產(chǎn)生舞動，造成金具損壞，導線斷股，相間短路及桿塔傾斜或倒塌等嚴重事故。 二、相關除冰法現(xiàn)狀 機械除冰法：滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機械方法，其過程是由地面工作人員拉動可以在線路上行走的滑輪達到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適合于我國西部高海拔、地形復雜地區(qū)。 大電流融冰法：主要包括過電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類方法也是目前工程中普遍采用的方案，在實際運用過程中積累了許多寶貴經(jīng)驗。 被動法：被動法就是依靠風、地球引力、隨機散射和溫度變化等脫冰的被動方法無需附加能量。現(xiàn)已經(jīng)在輸電線路上得到應用的有平衡重量、線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風力錘等來減少輸電線路的覆冰，安裝防震錘等來減少導線的舞動。被動法有費用低的優(yōu)點，但不能阻止覆冰的形成，而且僅適用于特定的地區(qū)。 其他方法：除上述幾種方法外，還有利用電磁脈沖、氣動脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰方法，但很多還處于理想或試驗階段。 三、設計原理 我們設計的“一種高壓線上仿人式懸掛行走破障裝置”（以后簡稱裝置）可以有效的解決高壓線的除冰問題，大大減輕了除冰人員的負擔。 裝置的整體如圖一，通過手臂一，輔助手臂和手臂二使裝置懸掛在高壓線上，通過三對夾緊輪（如圖五）夾住高壓線但留有一定的間隙，可以使裝置在高壓線上自由行走。兩邊的行走輪由電機驅(qū)動夾緊，并由電機驅(qū)動帶動整個裝置向前運動，中間的夾緊輪只有電機驅(qū)動夾緊，沒有電機驅(qū)動運動，這對夾緊輪主要起保持裝置平衡的作用。當裝置遇到障礙時，端部的兩個銑刀通過絲杠連桿機構(gòu)打開，然后第一對夾緊輪打開繞過障礙后再夾緊高壓線，其余兩對夾緊輪以此類推繞過障礙。 1、結(jié)構(gòu)原理圖 （圖一） 2、機構(gòu)裝配圖 （圖二） （圖三） （圖四） 3、結(jié)構(gòu)立體圖 （圖五） 4、重要結(jié)構(gòu)圖 夾緊機構(gòu)為絲杠連桿機構(gòu)，如圖五，電機驅(qū)動下方絲杠，由絲母的直線運動帶動連桿運動，經(jīng)過計算留有足夠的空間使夾緊輪打開高壓線度過障礙。前方的除冰機構(gòu)由兩個電機驅(qū)動，一個電機帶動鏈輪旋轉(zhuǎn)，通過鏈輪傳動，齒輪傳動和錐齒輪傳動驅(qū)動銑刀旋轉(zhuǎn)。另一個電機也通過鏈輪傳動帶動絲杠旋轉(zhuǎn)由連桿機構(gòu)驅(qū)動銑刀的打開與閉合。 連桿卡死機構(gòu) 5、設計理念 通過機械巧妙創(chuàng)新，利用行走機構(gòu)和除冰機構(gòu)兩個機構(gòu)進行高壓線除冰的功能，有助于在冰凍或大雪之后高壓線上的冰塊等破除，防止危險的產(chǎn)生。而且此機器人自行控制，減少人力，提高效率。 除冰機構(gòu)主要由砂輪等的機構(gòu)組成，控制其力的大小。 四、創(chuàng)新點 ? 1.高壓線上行走采用仿人爬行的方式，運用絲杠連桿機構(gòu)卡死高壓線。 ? 2.除冰機構(gòu)采用砂輪機構(gòu)，提高了除冰的效率。 ? 3.機構(gòu)整體采用對稱式，設計懸掛裝置，只需要簡單方便掛置即可，不需要將電線掐斷從中間穿過。 ? 4.除雜裝置采用剖分式結(jié)構(gòu)，方便將高壓線至于其中，同時能夠保證裝置的行走中心對準性。 五、推廣前景 ? 1.中間手臂卡死，前后手臂和底盤向前運動，如此行走可以克服一定撓度，能克服高壓線撓度問題，應用能力強 。 ? 2.高壓線行走安全系數(shù)高。 ? 3.易改裝，執(zhí)行部分可以使用各種除冰動作，同時可以運用于高壓線其他操作作業(yè)，可換性強。 ? 4. 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 六、已完成的實物
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 這部除冰機器人上裝有遠程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機器人，無線攝像功能可幫助工作人員在室內(nèi)通過視頻隨時觀察除冰動態(tài)及電線破損情況。采用三對夾緊輪交替夾緊和釋放高壓線的仿人式越障方式，由連桿機構(gòu)在水平和豎直方向同時產(chǎn)生位移，能跨越防振錘、懸垂線夾等障礙，具有可調(diào)節(jié)自動升降機構(gòu)。連桿機構(gòu)控制夾緊輪，可以適應多種線況，越障爬坡能力強。除冰機構(gòu)中，上方采用仿形銑刀，下方同過鏈輪和齒輪轉(zhuǎn)速機構(gòu)可以調(diào)節(jié)銑刀的轉(zhuǎn)速，中部用一個絲杠通過連桿機構(gòu)連接兩個銑刀裝置，可以自由的調(diào)節(jié)兩個銑刀間的距離，可高效率的清理線上覆冰。（詳見附件） 參考文獻： 孫志禮，馬星國等主編.機械設計.北京：科學出版社，2008 李樹軍主編.機械原理.沈陽：東北大學出版社，2000 何雪浤，楊會林主編.現(xiàn)代機械設計理論和方法.沈陽：東北大學出版社
科學性、先進性
- 這部除冰機器人上裝有遠程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機器人，無線攝像功能可幫助工作人員在室內(nèi)通過視頻隨時觀察除冰動態(tài)及電線破損情況。采用三對夾緊輪交替夾緊和釋放高壓線的仿人式越障方式，由連桿機構(gòu)在水平和豎直方向同時產(chǎn)生位移，能跨越防振錘、懸垂線夾等障礙，具有可調(diào)節(jié)自動升降機構(gòu)。連桿機構(gòu)控制夾緊輪，可以適應多種線況，越障爬坡能力強。除冰機構(gòu)采用仿形銑刀。（詳見說明書）
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖紙、圖片、視頻、實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 裝置懸掛在高壓線上，通過三對夾緊輪夾住高壓線但留有一定的間隙，可以使裝置在高壓線上自由行走。裝置的最前端是兩個圓形的銑刀，銑刀以一定的速度旋轉(zhuǎn)進行除冰。當裝置行走遇到障礙時，裝置的三對行走輪打開一對，越過障礙后，這對輪從新夾緊高壓線，然后第二對輪再打開，如此進行，可以自由的通過高壓線上的障礙。 優(yōu)勢： 1.中間手臂卡死，前后手臂和底盤向前運動，如此行走可以克服一定撓度，能克服高壓線撓度問題，應用能力強 。 2.高壓線行走安全系數(shù)高。 3.易改裝，執(zhí)行部分可以使用各種除冰動作，同時可以運用于高壓線其他操作作業(yè)，可換性強。 4. 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 市場分析和經(jīng)濟效益預測： 本機器人能夠?qū)崿F(xiàn)除冰、智能行走、越障、準確抱線等功能，這些正是國內(nèi)外高壓線除冰機器人研究發(fā)展的必然趨勢，因此應用前景廣泛，同時造價不高，適合大量生產(chǎn)。 （詳見附件）
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)外的高壓線除冰方法大致可分３類，直流熱力融冰法、機械除冰法和被動人工除冰法，其中機械除冰具有成本低、效率高、可靠性強的優(yōu)勢。 哈爾濱工業(yè)大學研發(fā)的“高壓線除冰巡檢機器人”，不僅可以清除高壓線上的積冰，有效維護電力供應，還可避免人工高危作業(yè)，提高救災搶險效率。目前，研發(fā)者正在搜集南方雨雪冰凍的最新相關數(shù)據(jù)，對機器人進行適應性改進。這部機器人長44厘米、寬24厘米，看上去就像吊在金屬電線上的小坦克模型。按下開關，它便緊緊地夾著電線穩(wěn)步前進，最前端安裝的兩把月牙形除冰刀有力開合，將附著在金屬電線上的冰凌擊碎，這部機器人能除掉8—15毫米線徑上包裹的直徑達60毫米的冰柱，速度可達每小時750米。 本部除冰機器人懸掛在高壓線上，通過三對夾緊輪夾住高壓線，可以使裝置在高壓線上自由行走。機器前端設置銑刀，以一定速度進行切割，當裝置行走遇到障礙時，裝置的三對行走輪打開一對，越過障礙后，這對輪從新夾緊高壓線，然后第二對輪再打開，可以自由的通過高壓線上的障礙。 機器上上裝有遠程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機器人，無線攝像功能可幫助工作人員在室內(nèi)通過視頻隨時觀察除冰動態(tài)及電線破損情況。
