一种基于机器人的架空输电线除冰方法
技术领域
本发明涉及电力除冰领域,具体涉及一种基于机器人的架空输电线除冰方法。
背景技术
雪灾造成国家电网公司直接财产损失达105亿元,灾后电网恢复重建和改造需要大量资金投入。运行中的导线由于输送电能而发热,结冰初期,有一部分冰会被导线的热量所融化,但是由于大气温度与湿度对结冰十分有利,同时冻雨的粘附力比较强,使得结冰速度很快超过了融冰速度,因而导线上的覆冰也会越来越厚,不断加重的覆冰使导线张力持续增大,累积到一定程度将引发导线抽丝、断线破坏,导致线路停运。对于停运的线路,由于导线表面温度很低,覆冰将更严重,更容易导致断线的发生。
导线覆冰所增加的机械荷载超过设计允许值到一定程度时,造成断线、倒杆塔事故;上下或水平排列的导线,因导线覆冰脱落发生不同步跳跃舞动,造成上下或水平导线接近发生相间短路跳闸。目前高压线的除冰工作大多采用人工进行。寒冷的天气,高空作业给人工除冰带来很大的安全隐患和施工难度,且主要依靠人力除冰,通过电力工人爬上高压线塔用铁锤、拉杆、竹棒沿线敲打使覆冰脱落,但是这种方法不仅效率低而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于机器人的架空输电线除冰方法,快速将线缆上的覆冰所清除,以确保架空输电线的正常稳定工作。
本发明通过下述技术方案实现:
一种基于机器人的架空输电线除冰方法,包括以下步骤:首先将上壳体扣入线缆上,即多个卡接板上的U形开口直接与线缆接触,然后将下壳体与上壳体合拢,利用螺栓将上壳体与下壳体侧壁上的耳板连接固定,上套环与下套环完成对中且形成一个密闭的柱状区域,除冰工序开始之前,首先将两个半圆形的除冰板套设在线缆外壁上,然后两个除冰板的非铰接端通过卡接的方式连接,以形成一个环状的完整的除冰头,同时启动步进电机以及驱动电机,驱动电机输出端处的齿轮穿过连接孔后与齿带配合,带动除冰头进行圆周运动,除冰头开始在上套环与下套环之间快速旋转,同时使得连杆上的螺旋直接与圆锥体发生相对运动,上壳体与下壳体则沿线缆轴线开始移动,高速旋转的除冰头对覆盖在线缆外壁上的结冰进行旋转切割,以实现机械除冰工序;
其中,在所述上壳体与下壳体处于同侧的侧壁上分别设有耳板,两个所述耳板通过螺栓连接,在上壳体两端分别开有半圆形的通孔,在下壳体两端分别开有半圆形的小孔,且位于同一侧的通孔与小孔分别构成供线缆进出的进口与出口,在所述上壳体内设有水平放置的支撑板,在支撑板底部间隔设置有多个卡接板,卡接板上开有供线缆通过的U形开口,且U形开口的朝向正对所述下壳体,在U形开口的底部设有两个圆锥体,在所述下壳体内部设有两个步进电机,且在步进电机的输出端设有连杆,且沿连杆的轴向在其外壁上设有螺旋,两个所述螺旋分别与位于U形开口底部的两个圆锥体相配合,在所述U形开口的两侧壁上均设有橡胶材质的限位块,在所述限位块上端设有圆弧段,且两个圆弧段与所述U形开口的弯曲段构成一个与线缆相匹配且呈优弧状的夹持区域;
在所述支撑板底部还设有连接板,半圆形的上套环固定连接板下端,在下壳体内固定有半圆形的下套环,在上套环以及下套环的内壁上均开有弧形槽,且两个弧形槽合并构成一个封闭的环形槽,还包括除冰头,所述除冰头由两个相互铰接且截面呈半圆形的除冰板构成,且在除冰头中部形成一个供线缆通过的柱状区域,沿除冰头的周向在其外壁上设有一圈齿带,且在下套环底部开有一个与弧形槽连通的连接孔,在所述下壳体内固定有驱动电机,且在驱动电机的输出端上连接有齿轮,所述齿轮贯穿连接孔后与齿带配合。现有的电力网络中,架空线在冬季容易出现覆冰的现象,发明人针对该问题设计出一种除冰机器人,利用机械除冰替代传统的人工敲打方式,在提高架空线除冰效率的同时,大大增加了架空线除冰的安全可靠度;并且,U形开口的弯曲段直接与线缆外壁接触,并且在移动过程中会发生相对运动,而在U形开口的两侧壁上设置限位块,增加线缆与机器人内部的接触面积,以提高稳定性的同时,实现卡接板与线缆之间的柔性接触,避免卡接板对线缆造成刮伤。
在支撑板底部均匀设置有多个卡接板,且卡接板上设置的U形开口的朝向正对下壳体底部,使得上壳体、下壳体与线缆之间的接触点以及接触面增加,能够避免由除冰头掠过的线缆外壁上的部分残留冰渣引起上壳体跳动,以保证机器人稳定地沿线缆外壁移动,而将除冰头放置在上套环与下套环所述构成的柱状区域内,并且利用齿带与弧形槽之间的相互限定,以减小除冰头在沿线缆径向上的跳动幅度;进一步地,由于机器人内部的驱动部件,同时自身重量较大的部件均设置在下壳体内,使得机器人的重心在线缆的轴心以下,即使在除冰过程中出现机器人的局部发生跳动或是遇到风力较大的情况时,仍旧能够保证机器人整体不会发生过大的翻转量,进而确保机器人的除冰效率,同时杜绝了机器人坠落以及坠落后引发的安全事故或是财产损失。
所述除冰板包括本体以及与本体连接的延伸段,齿带设置在本体的外圆周壁上,且沿线缆除冰的方向,所述延伸段外壁与本体轴线之间的间距递减。两个除冰板合围构成除冰头,其中,驱动电机带动齿带以及本体做圆周运动,而与本体端部连接的延伸段外壁与本体轴线之间的间距递减,使得除冰板的端部形成一个尖锐部,该尖锐部能够在旋转的同时快速切入线缆外壁上的覆冰内,以加快线缆局部除冰的速度。
沿线缆除冰的方向,在所述上壳体的侧壁上设有破冰锥,且所述破冰锥位于除冰头上方。针对结冰严重的线路段,在上壳体的侧壁上设置破冰锥,且破冰锥位于除冰头上方,使得破冰锥在除冰头与覆冰接触前直接与该覆冰接触,并对该覆冰进行开缝处理,进而降低体型相对较大的覆冰的整体强度,以减小除冰头的工作负荷,加快线缆除冰的进度。
还包括位于线缆进口处的清扫机构,所述清扫机构包括两个半圆形的尾壳,且两个尾壳分别固定在所述上壳体以及下壳体同侧的侧壁上,在所述尾壳的内壁均匀设置有多个塑料材质的刷毛。由于机器人与线缆之间会进行相对运动,且在此过程中必须保证不能对线缆外壁造成任何损伤,使得在机器人设计过程中上壳体、下壳体以及除冰头与线缆外圆周壁之间会留有间隙,同时因为冰晶在线缆外壁上的粘度较大,致使在除冰头掠过的线缆外壁上仍旧残留部分冰渣,而该残留冰渣会在短时间内重新形成圆形或是椭圆形的覆冰,即形成线缆二次结冰,大大降低了机器人除冰的效果;对此,发明人在线缆的进口处设置有两个尾壳,且在尾壳内壁上设有刷毛,在机器人移动的过程中,刷毛能够对线缆外壁上残留的冰渣进行清理,使得机器人掠过的架空线段上无任何冰渣残留,彻底避免了线缆外壁在短时间内二次结冰的想象发生,实现一次性除冰的效益最大化。
所述尾壳的厚度沿线缆除冰的方向递增,且所述刷毛在尾壳径向上的长度沿线缆除冰的方向递减。进一步地,在线缆长时间使用后会出现局部老化,即在线缆的外圆周壁上会出现局部轻微浸蚀,局部线路段上出现凹凸不平的细微小孔,而冰渣附着在该小孔上后,除冰头以及刷毛均无法将其清除干净,对此,发明人将壳的厚度设置成沿线缆除冰的方向递增,将刷毛在尾壳径向上的长度设置成沿线缆除冰的方向递减,使得最先接触冰渣的刷毛的长度最大,而该刷毛对残留冰渣进行清扫时所产生的作用应力最大,能够对部分粘接度相对较高冰渣进行一次性疏松,而长度逐渐增大剩余的刷毛则继续对该部分粘接度相对较高冰渣进行二次或是三次清理,进而确保对使用年限不定的架空线均能起到最佳的除冰效果。
两个所述步进电机对称分布在所述驱动电机的两侧。作为优选,两个步进电机以及一个驱动电机的重量与机器人内部其余部件相比,比重偏大,而发明人将两个步进电机对称设置在驱动电机的两侧,在确保除冰头的自由旋转与机器人整体的移动互不干涉的前提下,使得下壳体两端的受力相对平衡,避免机器人在除冰过程中出现翻转等现象。
在所述下壳体底部开有多个与其内部连通的排出孔。除冰头掠过的线缆上还残留冰渣,而部分残留的冰渣会被U形开口所刮除,下落的冰渣会堆积在下壳体内,不仅增加机器人自身的负载,还很容易引起下壳体内电控元件的短路,因此,发明人在下壳体底部开有多个排出孔,被刮蹭下的冰渣会沿排出孔直接向外排出,以确保线缆除冰的效率以及机器人使用的安全性。
还包括防水壳,且所述防水壳将所述步进电机完全包裹,且在防水壳的侧壁上开有穿孔,在穿孔上设有轴承,步进电机的输出端与所述轴承配合后向外延伸。作为优选,为避免下壳体中步进电机被卡接板刮蹭下的冰渣所影响,在下壳体内设置防水壳,该防水壳将步进电机完全包裹,以防止下壳体内冰渣的浸入。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种基于机器人的架空输电线除冰方法,直接将上壳体扣入线缆上,即多个卡接板上的U形开口直接与线缆接触,然后将下壳体与上壳体合拢,利用螺栓将上壳体与下壳体侧壁上的耳板连接固定,同时启动步进电机以及驱动电机,除冰头开始在上套环与下套环之间快速旋转,同时使得连杆上的螺旋直接与圆锥体发生相对运动,上壳体与下壳体则沿线缆轴线开始移动,高速旋转的除冰头对覆盖在线缆外壁上的结冰进行旋转切割,以实现机械除冰工序;
2、本发明一种基于机器人的架空输电线除冰方法,在支撑板底部均匀设置有多个卡接板,且卡接板上设置的U形开口的朝向正对下壳体底部,使得上壳体、下壳体与线缆之间的接触点以及接触面增加,能够避免由除冰头掠过的线缆外壁上的部分残留冰渣引起上壳体跳动,以保证机器人稳定地沿线缆外壁移动,而将除冰头放置在上套环与下套环所述构成的柱状区域内,并且利用齿带与弧形槽之间的相互限定,以减小除冰头在沿线缆径向上的跳动幅度;
3、本发明一种基于机器人的架空输电线除冰方法,将两个步进电机对称设置在驱动电机的两侧,在确保除冰头的自由旋转与机器人整体的移动互不干涉的前提下,使得下壳体两端的受力相对平衡,避免机器人在除冰过程中出现翻转等现象。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的结构示意图;
图2为卡接板的结构示意图;
图3为除冰头的结构示意图;
图4为除冰头的截面图;
图5为本发明的侧视图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-上壳体、2-卡接板、3-支撑板、4-线缆、5-连接板、6-上套环、7-齿带、8-除冰头、9-破冰锥、10-下壳体、11-驱动电机、12-螺旋、13-连杆、14-圆锥体、15-防水壳、16-齿轮、17-步进电机、18-排出孔、19-尾壳、20-刷毛、21-U形开口、22-耳板、23-限位块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1~5所示,本实施例包括以下步骤:首先将两个半圆形的除冰板套设在线缆外壁上,然后两个除冰板的非铰接端通过卡接的方式连接,以形成一个环状的完整的除冰头,接着将上壳体扣入线缆上,使得多个卡接板上的U形开口直接与线缆接触,然后将下壳体与上壳体合拢,利用螺栓将上壳体与下壳体侧壁上的耳板连接固定,上套环与下套环完成对中且形成一个密闭的柱状区域,同时启动步进电机以及驱动电机,驱动电机输出端处的齿轮穿过连接孔后与齿带配合,带动除冰头进行圆周运动,除冰头开始在柱状区域内快速旋转,同时螺旋与圆锥体发生相对运动,上壳体与下壳体则沿线缆轴线开始移动,高速旋转的除冰头对覆盖在线缆外壁上的结冰进行旋转切割,以实现机械除冰工序;
其中,在所述上壳体1与下壳体10处于同侧的侧壁上分别设有耳板22,两个所述耳板22通过螺栓连接,在上壳体1两端分别开有半圆形的通孔,在下壳体10两端分别开有半圆形的小孔,且位于同一侧的通孔与小孔分别构成供线缆4进出的进口与出口,在所述上壳体1内设有水平放置的支撑板3,在支撑板3底部间隔设置有多个卡接板2,卡接板2上开有供线缆4通过的U形开口21,且U形开口21的朝向正对所述下壳体10,在U形开口21的底部设有两个圆锥体14,在所述下壳体10内部设有两个步进电机17,且在步进电机17的输出端设有连杆13,且沿连杆13的轴向在其外壁上设有螺旋12,两个所述螺旋12分别与位于U形开口21底部的两个圆锥体14相配合,在所述U形开口21的两侧壁上均设有橡胶材质的限位块23,在所述限位块23上端设有圆弧段,且两个圆弧段与所述U形开口21的弯曲段构成一个与线缆4相匹配且呈优弧状的夹持区域;
在所述支撑板3底部还设有连接板5,半圆形的上套环6固定连接板5下端,在下壳体10内固定有半圆形的下套环,在上套环6以及下套环的内壁上均开有弧形槽,且两个弧形槽合并构成一个封闭的环形槽,还包括除冰头8,所述除冰头8由两个相互铰接且截面呈半圆形的除冰板构成,且在除冰头8中部形成一个供线缆4通过的柱状区域,沿除冰头8的周向在其外壁上设有一圈齿带7,且在下套环底部开有一个与弧形槽连通的连接孔,在所述下壳体10内固定有驱动电机11,且在驱动电机11的输出端上连接有齿轮16,所述齿轮16贯穿连接孔后与齿带7配合。现有的电力网络中,架空线在冬季容易出现覆冰的现象,发明人针对该问题设计出一种除冰机器人,利用机械除冰替代传统的人工敲打方式,在提高架空线除冰效率的同时,大大增加了架空线除冰的安全可靠度;并且,U形开口21的弯曲段直接与线缆4外壁接触,并且在移动过程中会发生相对运动,而在U形开口21的两侧壁上设置限位块23,增加线缆4与机器人内部的接触面积,以提高稳定性的同时,实现卡接板2与线缆4之间的柔性接触,避免卡接板2对线缆4造成刮伤。
其中,在支撑板3底部均匀设置有多个卡接板2,且卡接板2上设置的U形开口21的朝向正对下壳体10底部,使得上壳体1、下壳体10与线缆4之间的接触点以及接触面增加,能够避免由除冰头8掠过的线缆4外壁上的部分残留冰渣引起上壳体1跳动,以保证机器人稳定地沿线缆4外壁移动,而将除冰头8放置在上套环6与下套环所述构成的柱状区域内,并且利用齿带7与弧形槽之间的相互限定,以减小除冰头8在沿线缆4径向上的跳动幅度;进一步地,由于机器人内部的驱动部件,同时自身重量较大的部件均设置在下壳体10内,使得机器人的重心在线缆4的轴心以下,即使在除冰过程中出现机器人的局部发生跳动或是遇到风力较大的情况时,仍旧能够保证机器人整体不会发生过大的翻转量,进而确保机器人的除冰效率,同时杜绝了机器人坠落以及坠落后引发的安全事故或是财产损失。
进一步地,所述除冰板包括本体以及与本体连接的延伸段,齿带7设置在本体的外圆周壁上,且沿线缆4除冰的方向,所述延伸段外壁与本体轴线之间的间距递减。两个除冰板合围构成除冰头8,其中,驱动电机11带动齿带7以及本体做圆周运动,而与本体端部连接的延伸段外壁与本体轴线之间的间距递减,使得除冰板的端部形成一个尖锐部,该尖锐部能够在旋转的同时快速切入线缆4外壁上的覆冰内,以加快线缆4局部除冰的速度。
进一步地,沿线缆4除冰的方向,在所述上壳体1的侧壁上设有破冰锥9,且所述破冰锥9位于除冰头8上方。针对结冰严重的线路段,在上壳体1的侧壁上设置破冰锥9,且破冰锥9位于除冰头8上方,使得破冰锥9在除冰头8与覆冰接触前直接与该覆冰接触,并对该覆冰进行开缝处理,进而降低体型相对较大的覆冰的整体强度,以减小除冰头8的工作负荷,加快线缆4除冰的进度。
本实施例还包括位于线缆4进口处的清扫机构,所述清扫机构包括两个半圆形的尾壳19,且两个尾壳19分别固定在所述上壳体1以及下壳体10同侧的侧壁上,在所述尾壳19的内壁均匀设置有多个塑料材质的刷毛20。由于机器人与线缆4之间会进行相对运动,且在此过程中必须保证不能对线缆4外壁造成任何损伤,使得在机器人设计过程中上壳体1、下壳体10以及除冰头8与线缆4外圆周壁之间会留有间隙,同时因为冰晶在线缆4外壁上的粘度较大,致使在除冰头8掠过的线缆4外壁上仍旧残留部分冰渣,而该残留冰渣会在短时间内重新形成圆形或是椭圆形的覆冰,即形成线缆4二次结冰,大大降低了机器人除冰的效果;对此,发明人在线缆4的进口处设置有两个尾壳19,且在尾壳19内壁上设有刷毛20,在机器人移动的过程中,刷毛20能够对线缆4外壁上残留的冰渣进行清理,使得机器人掠过的架空线段上无任何冰渣残留,彻底避免了线缆4外壁在短时间内二次结冰的想象发生,实现一次性除冰的效益最大化。
进一步地,在线缆4长时间使用后会出现局部老化,即在线缆4的外圆周壁上会出现局部轻微浸蚀,局部线路段上出现凹凸不平的细微小孔,而冰渣附着在该小孔上后,除冰头8以及刷毛20均无法将其清除干净,对此,发明人将壳的厚度设置成沿线缆4除冰的方向递增,将刷毛20在尾壳19径向上的长度设置成沿线缆4除冰的方向递减,使得最先接触冰渣的刷毛20的长度最大,而该刷毛20对残留冰渣进行清扫时所产生的作用应力最大,能够对部分粘接度相对较高冰渣进行一次性疏松,而长度逐渐增大剩余的刷毛20则继续对该部分粘接度相对较高冰渣进行二次或是三次清理,进而确保对使用年限不定的架空线均能起到最佳的除冰效果。
进一步地,在所述下壳体10底部开有多个与其内部连通的排出孔18。除冰头8掠过的线缆4上还残留冰渣,而部分残留的冰渣会被U形开口21所刮除,下落的冰渣会堆积在下壳体10内,不仅增加机器人自身的负载,还很容易引起下壳体10内电控元件的短路,因此,发明人在下壳体10底部开有多个排出孔18,被刮蹭下的冰渣会沿排出孔18直接向外排出,以确保线缆4除冰的效率以及机器人使用的安全性。
作为优选,两个步进电机17以及一个驱动电机11的重量与机器人内部其余部件相比,比重偏大,而发明人将两个步进电机17对称设置在驱动电机11的两侧,在确保除冰头8的自由旋转与机器人整体的移动互不干涉的前提下,使得下壳体10两端的受力相对平衡,避免机器人在除冰过程中出现翻转等现象。
作为优选,为避免下壳体10中步进电机17被卡接板2刮蹭下的冰渣所影响,在下壳体10内设置防水壳15,该防水壳15将步进电机17完全包裹,以防止下壳体10内冰渣的浸入。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。