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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高壓線上懸掛行走除冰裝置
- 小類：
- 機(jī)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(shè)備帶來了很大傷害，南方的凍雨導(dǎo)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(dǎo)致電線不堪重負(fù)，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(shè)計(jì)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(fù)擔(dān)。
- 詳細(xì)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(shè)備帶來了很大傷害。南方的凍雨導(dǎo)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(dǎo)致電線不堪重負(fù)，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(zāi)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(shí)有發(fā)生，繼1974-1976年全國電力系統(tǒng)大面積冰災(zāi)事故之后，1984年在全國又發(fā)生了大面積冰災(zāi)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(yán)重覆冰事故已經(jīng)危及了500KV系統(tǒng)的安全運(yùn)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(zāi)，此次災(zāi)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(shè)兵團(tuán)等17個(gè)省（區(qū)、市、兵團(tuán)）不同程度受災(zāi)，災(zāi)害還直接造成農(nóng)作物受災(zāi)面積1.01接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到326.7億元。尤其是因雪災(zāi)導(dǎo)致電力設(shè)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(yùn)，生產(chǎn)停產(chǎn)，很多地方拉閘限電。很多損失都是由于雪災(zāi)使電力生產(chǎn)下降特別是因電力設(shè)施損毀而導(dǎo)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(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值而導(dǎo)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(dǎo)線覆冰的主要危害有： （1） 過荷載。即導(dǎo)線覆冰厚的實(shí)際重量超過設(shè)計(jì)值很多，導(dǎo)致架空輸電導(dǎo)線載荷過大超出自身機(jī)械強(qiáng)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(dǎo)線不均勻覆冰或不同期脫冰會(huì)產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)松脫，甚至?xí)驗(yàn)閮蓚?cè)水平張力差過大而拉垮桿塔；不同期脫冰會(huì)使導(dǎo)線跳躍電氣間隙減小，造成導(dǎo)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(qiáng)度下降，泄露距離縮短，融冰時(shí)絕緣子的局部表面電阻增強(qiáng)，形成閃絡(luò)事故導(dǎo)致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強(qiáng)度降低。 （4） 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)事故。因?qū)Ь€不均勻覆冰，在風(fēng)的作用下產(chǎn)生舞動(dòng)，造成金具損壞，導(dǎo)線斷股，相間短路及桿塔傾斜或倒塌等嚴(yán)重事故。 二、相關(guān)除冰法現(xiàn)狀 機(jī)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(jī)械方法，其過程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線路上行走的滑輪達(dá)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(fù)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(shí)際運(yùn)用過程中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。 被動(dòng)法：被動(dòng)法就是依靠風(fēng)、地球引力、隨機(jī)散射和溫度變化等脫冰的被動(dòng)方法無需附加能量?，F(xiàn)已經(jīng)在輸電線路上得到應(yīng)用的有平衡重量、線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來減少輸電線路的覆冰，安裝防震錘等來減少導(dǎo)線的舞動(dòng)。被動(dòng)法有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)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(yàn)階段。 三、設(shè)計(jì)原理 我們設(shè)計(jì)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(fù)擔(dān)。 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(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)裝置向前運(yùn)動(dòng)，中間的夾緊輪只有電機(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊，沒有電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這對夾緊輪主要起保持裝置平衡的作用。當(dāng)裝置遇到障礙時(shí)，端部的兩個(gè)銑刀通過絲杠連桿機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)為絲杠連桿機(jī)構(gòu)，如圖五，電機(jī)驅(qū)動(dòng)下方絲杠，由絲母的直線運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過計(jì)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(jī)構(gòu)由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，通過鏈輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)。另一個(gè)電機(jī)也通過鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)由連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)銑刀的打開與閉合。 連桿卡死機(jī)構(gòu) 5、設(shè)計(jì)理念 通過機(jī)械巧妙創(chuàng)新，利用行走機(jī)構(gòu)和除冰機(jī)構(gòu)兩個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(xiǎn)的產(chǎn)生。而且此機(jī)器人自行控制，減少人力，提高效率。 除冰機(jī)構(gòu)主要由砂輪等的機(jī)構(gòu)組成，控制其力的大小。 四、創(chuàng)新點(diǎn) ? 1.高壓線上行走采用仿人爬行的方式，運(yùn)用絲杠連桿機(jī)構(gòu)卡死高壓線。 ? 2.除冰機(jī)構(gòu)采用砂輪機(jī)構(gòu)，提高了除冰的效率。 ? 3.機(jī)構(gòu)整體采用對稱式，設(shè)計(jì)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(shí)能夠保證裝置的行走中心對準(zhǔn)性。 五、推廣前景 ? 1.中間手臂卡死，前后手臂和底盤向前運(yùn)動(dòng)，如此行走可以克服一定撓度，能克服高壓線撓度問題，應(yīng)用能力強(qiáng) 。 ? 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(dòng)作，同時(shí)可以運(yùn)用于高壓線其他操作作業(yè)，可換性強(qiáng)。 ? 4. 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 六、已完成的實(shí)物
作品圖片
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)
- 這部除冰機(jī)器人上裝有遠(yuǎn)程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機(jī)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(shí)觀察除冰動(dòng)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(jī)構(gòu)在水平和豎直方向同時(shí)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(dòng)升降機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)控制夾緊輪，可以適應(yīng)多種線況，越障爬坡能力強(qiáng)。除冰機(jī)構(gòu)中，上方采用仿形銑刀，下方同過鏈輪和齒輪轉(zhuǎn)速機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)銑刀的轉(zhuǎn)速，中部用一個(gè)絲杠通過連桿機(jī)構(gòu)連接兩個(gè)銑刀裝置，可以自由的調(diào)節(jié)兩個(gè)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(xiàn)： 孫志禮，馬星國等主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，2008 李樹軍主編.機(jī)械原理.沈陽：東北大學(xué)出版社，2000 何雪浤，楊會(huì)林主編.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法.沈陽：東北大學(xué)出版社
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 這部除冰機(jī)器人上裝有遠(yuǎn)程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機(jī)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(shí)觀察除冰動(dòng)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(jī)構(gòu)在水平和豎直方向同時(shí)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(dòng)升降機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)控制夾緊輪，可以適應(yīng)多種線況，越障爬坡能力強(qiáng)。除冰機(jī)構(gòu)采用仿形銑刀。（詳見說明書）
獲獎(jiǎng)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(shí)物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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
- 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(gè)圓形的銑刀，銑刀以一定的速度旋轉(zhuǎn)進(jìn)行除冰。當(dāng)裝置行走遇到障礙時(shí)，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(jìn)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(yùn)動(dòng)，如此行走可以克服一定撓度，能克服高壓線撓度問題，應(yīng)用能力強(qiáng) 。 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(dòng)作，同時(shí)可以運(yùn)用于高壓線其他操作作業(yè)，可換性強(qiáng)。 4. 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 本機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)除冰、智能行走、越障、準(zhǔn)確抱線等功能，這些正是國內(nèi)外高壓線除冰機(jī)器人研究發(fā)展的必然趨勢，因此應(yīng)用前景廣泛，同時(shí)造價(jià)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(jī)械除冰法和被動(dòng)人工除冰法，其中機(jī)械除冰具有成本低、效率高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研發(fā)的“高壓線除冰巡檢機(jī)器人”，不僅可以清除高壓線上的積冰，有效維護(hù)電力供應(yīng)，還可避免人工高危作業(yè)，提高救災(zāi)搶險(xiǎn)效率。目前，研發(fā)者正在搜集南方雨雪冰凍的最新相關(guān)數(shù)據(jù)，對機(jī)器人進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。這部機(jī)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(guān)，它便緊緊地夾著電線穩(wěn)步前進(jìn)，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(jī)器人能除掉8—15毫米線徑上包裹的直徑達(dá)60毫米的冰柱，速度可達(dá)每小時(shí)750米。 本部除冰機(jī)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(jī)器前端設(shè)置銑刀，以一定速度進(jìn)行切割，當(dāng)裝置行走遇到障礙時(shí)，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(jī)器上上裝有遠(yuǎn)程遙控模塊，操作者可在室內(nèi)控制機(jī)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(shí)觀察除冰動(dòng)態(tài)及電線破損情況。
