仿生學(xué)在狹窄空間組合式起重機(jī)械的研究與應(yīng)用

李璐 劉富榮 蘭琦

摘 要：目前電力行業(yè)作業(yè)工程中需要幾種設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，需要運(yùn)輸車(chē)把相應(yīng)設(shè)備運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫枰鹬貦C(jī)將設(shè)備起吊到指定高度，然后還需要高空作業(yè)車(chē)載人進(jìn)行安裝和維護(hù)作業(yè)等等，配合相對(duì)復(fù)雜。另外受限于施工現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，多種設(shè)備協(xié)同作業(yè)就會(huì)受到更大的影響。因此，組合式起重機(jī)械的智能化和多功能將是今后的發(fā)展趨勢(shì)，向功能越來(lái)越完善、操作越來(lái)越可靠等方面發(fā)展，且能夠?qū)崿F(xiàn)遙控操作和遠(yuǎn)程控制，安全性也大大提高。

關(guān)鍵詞：仿生學(xué)支腿；高壓檢修；組態(tài)式起重機(jī)；超高壓狹窄空間

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.044

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模和電網(wǎng)投資的日益增長(zhǎng)，超高壓變電站數(shù)量也不斷增加。目前我國(guó)高壓、超高壓變電設(shè)備檢修水平滯后于電網(wǎng)發(fā)展水平，作業(yè)機(jī)械無(wú)法相對(duì)落后，無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)大檢修的發(fā)展需求，為保證電力系統(tǒng)常態(tài)化運(yùn)行，與時(shí)俱進(jìn)同時(shí)引入新理念、新技術(shù)，仿生學(xué)設(shè)計(jì)具有體積小、功能強(qiáng)的新型組合式起重機(jī)械[1]，即超高壓變電站狹窄空間組合式起重機(jī)。能夠解決滿(mǎn)足周?chē)h(huán)境帶電要求的狹窄空間升降平臺(tái)、狹窄空間起吊機(jī)械、狹窄空間運(yùn)輸平臺(tái)這三類(lèi)需求，即使緊湊狹小的空間也能夠正常施工，效率大大提升，實(shí)現(xiàn)文明高效作業(yè)。

2 仿生學(xué)設(shè)計(jì)組合式起重機(jī)

高壓、特高壓變電設(shè)備之間由于空間距離狹窄，大、中型起重機(jī)械很難進(jìn)去施工現(xiàn)場(chǎng)，因此，真?zhèn)€組合式起吊機(jī)械[2]在設(shè)計(jì)的過(guò)程中既要滿(mǎn)足其起吊、運(yùn)輸功能，又要滿(mǎn)足狹窄空間條件下的通過(guò)性能。圖1為：方案路線(xiàn)圖。

仿生學(xué)設(shè)計(jì)蛙型支腿：

蛙型支腿由一級(jí)支腿、二級(jí)支腿、三級(jí)支腿、旋轉(zhuǎn)支架、支撐板及液壓系統(tǒng)、鎖緊機(jī)構(gòu)等組成。其中，二、三級(jí)支腿通過(guò)兩側(cè)分布的有特定配合位置的銷(xiāo)孔，用銷(xiāo)釘分別連接在一、二級(jí)支腿上，從而實(shí)現(xiàn)支腿的折疊收縮，并可以在狹窄空間靈活調(diào)整支腿的長(zhǎng)度。一級(jí)支腿末端連接在旋轉(zhuǎn)支架上，在豎直空間內(nèi)，在支腿液壓系統(tǒng)的作用下，可實(shí)現(xiàn)一定角度的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)大圓錐銷(xiāo)連接在機(jī)架上，并可以此銷(xiāo)為軸做一定角度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)支腿的方向調(diào)節(jié)，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)支架還為液壓系統(tǒng)提供支撐。支撐板則銷(xiāo)接于三級(jí)支腿末端，作為支腿最終的支撐結(jié)構(gòu)。三維設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

支腿分三節(jié)，第二、三節(jié)手動(dòng)拉出，放到合適位置，用銷(xiāo)子鎖緊，支腿支撐地面，如果松開(kāi)上下車(chē)架鎖緊機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)動(dòng)力，伸出支腿油缸，支腿將上裝起重部分撐起一定高度，上裝與底盤(pán)行走部分分離，可各行其是。若不松開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)，則副車(chē)架起重部分與底盤(pán)行走機(jī)構(gòu)不分離，只用起吊功能，當(dāng)收起支腿油缸，把第二、第三節(jié)去掉銷(xiāo)子，收進(jìn)第一節(jié)內(nèi)，第一節(jié)自動(dòng)回到原始位置，手動(dòng)鎖定旋轉(zhuǎn)支架，起重機(jī)構(gòu)可重新移動(dòng)，到達(dá)指定位置，完成新的任務(wù)。蛙型起重機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3 主要功能

仿生學(xué)設(shè)計(jì)的超高壓變電站狹窄空間組合式起重機(jī)主要由履帶式運(yùn)輸平臺(tái)和起吊平臺(tái)組成。采用蜘蛛型外觀設(shè)計(jì)[3]，吊裝平臺(tái)采用蛙型支腿設(shè)計(jì)，不僅減小整個(gè)組合式起吊機(jī)械的外形尺寸，而且能都最大限度利用零部件的力學(xué)特性。整個(gè)設(shè)備可適用于超高壓特高壓變電站內(nèi)狹窄空間內(nèi)設(shè)備的安裝調(diào)試、檢修、更換等工作。

仿生學(xué)設(shè)計(jì)的超高壓變電站狹窄空間組合式起重機(jī)。在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，由履帶式運(yùn)輸平臺(tái)帶動(dòng)上裝起吊部分行走到合適位置，支起支腿，將履帶式運(yùn)輸平臺(tái)與上裝起吊部分分離，形成兩個(gè)獨(dú)立工作單元。上裝起吊部分單獨(dú)工作，能將設(shè)備吊送到指定工作位置。如需要高空作業(yè)，加裝上吊籃，可作為高空作業(yè)車(chē)使用，非常方便。其中履帶底盤(pán)可以作為運(yùn)輸車(chē)，在狹小空間內(nèi)外運(yùn)送設(shè)備或配件，運(yùn)到起吊位置，也可把拆下來(lái)的廢舊物品運(yùn)出到指定位置，遙控操作即可，省力減少人工搬運(yùn)，速度快效率高，降低綜合成本。

4 結(jié)論

仿生學(xué)設(shè)計(jì)的超高壓變電站狹窄空間組合式起重機(jī)械具有結(jié)構(gòu)緊湊，具有體積小、機(jī)動(dòng)靈活、路面適應(yīng)性廣、操作性強(qiáng)等性能，解決大中型起吊、運(yùn)載機(jī)械等常規(guī)檢修車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入檢修現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)入狹窄空間的問(wèn)題。能夠滿(mǎn)足超高壓、特高壓變電站設(shè)備區(qū)間隔的狹小空間現(xiàn)的安裝、調(diào)試、運(yùn)維[4]等工作，同樣適用于其它電壓等級(jí)主變?cè)O(shè)備區(qū)的狹小空間的作安裝、調(diào)試、運(yùn)維等工作，做到了所有電壓等級(jí)的全覆蓋。滿(mǎn)足電網(wǎng)大發(fā)展、大檢修的房展需求，推動(dòng)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙文濤，李軍，劉志強(qiáng).四足仿生機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)工作空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2011（07）：57-61.

[2]張臧紅彬.一種新型的多足仿生機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（08）：103-105.

[3]MOSTAFA G，AMIR Z.Direct kinematic analysis of a bexapod spider

-like mobile robit [J].Advanced Materials Research ，2011，403-408：5053-5060.

[4]Knowledge Map of Information Science[J].THE AMERICAN SOCIETY FOR INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY-February，2007

（04）：527-535.

作者簡(jiǎn)介：李璐（1980-），男，河南鄭州人，研究生，正高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)檢修管理工作。