一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置

孫梅　張成研

摘 要：闡述了輸電線路異物清除機(jī)器人在電力檢修與維護(hù)中的重要性，通過分析比較國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在輸電線路異物清除機(jī)器人領(lǐng)域的研究成果與缺失，以此研究出一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置，以期達(dá)到更具實(shí)用價值性的目的。

關(guān)鍵詞：輸電線路;異物清除機(jī)器人;裝置

中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.010

作者簡介：孫梅（1974-），女，湖南常德人，副教授，工學(xué)碩士，研究方向：機(jī)械電子工程，E-mail：395071543@qq.com。

0 引言

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，在現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝中，已逐步邁向自動化替代人工作業(yè)，以此來降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，更加提升企業(yè)的競爭力，也只有這樣，我國的工程機(jī)械自動化應(yīng)用和發(fā)展才能夠真正健康的走上高質(zhì)量、高效益以及綠色制造之路。

電網(wǎng)作為能源支柱，它關(guān)系著整個社會的穩(wěn)定發(fā)展。然而常有由于各類活動產(chǎn)生的異物纏繞在輸電線路上，發(fā)生電力事故的次數(shù)不斷增多，線路異物清除工作占電力維護(hù)的比重顯著增加。帶電清除異物項目是帶電作業(yè)中安全風(fēng)險最高的，研究一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置至關(guān)重要。

1 在電力檢修與維護(hù)中的重要性

機(jī)器人是自動控制領(lǐng)域的高新技術(shù)，涉及到了多學(xué)科領(lǐng)域，它可以通過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機(jī)器的各自優(yōu)勢，真正體現(xiàn)出了人工智能和現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系適應(yīng)性。

輸電線路是用變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能升壓后，再經(jīng)斷路器等控制設(shè)備接入輸電線路來實(shí)現(xiàn)的，具有架空輸電線路和電纜線路兩種結(jié)構(gòu)形式。架空輸電線路由線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、線路金具、拉線、桿塔基礎(chǔ)、接地裝置等構(gòu)成，架設(shè)在地面之上。現(xiàn)有的輸電線路異物清除裝置通常是通過無人機(jī)進(jìn)行噴火燒除的方式，這樣容易造成燃燒的二次污染，同時進(jìn)行剪切式清理裝置的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易在清理過程中發(fā)生故障，且不能對電線進(jìn)行包圍式清理，容易造成疏漏。為保證線路安全運(yùn)行，解決作業(yè)人員人身安全采用無人機(jī)是當(dāng)代電力檢修與維護(hù)的必然趨勢，針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)及缺失予以研究改良，提供一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置，以期達(dá)到更具實(shí)用價值性的目的。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀情況分析

目前， 國內(nèi)外的很多輸電線路運(yùn)維單位均在探索研究異物清除新方式， 有以下幾個方面：

① 輸電線爬行燒除機(jī)。爬行燒除機(jī)是以電池和電機(jī)作為原動力，五行輪帶動履帶轉(zhuǎn)動， 履帶上橡膠在導(dǎo)線上摩擦從而推動機(jī)器在導(dǎo)線上行走，然后利用高壓輸電線材的燃點(diǎn)遠(yuǎn)高于異物的燃點(diǎn)用脈沖式噴火方式處理異物，燃燒后留下的焦炭很脆且疏松，受壓后極易破碎脫落，此方法已經(jīng)投入使用。但爬行燒除機(jī)重量較重，體積較大，對于無人機(jī)班組出行任務(wù)攜帶不便，并且需要工作人員爬上鐵塔，將爬行燒除機(jī)安放在輸電線上，耗時耗力。

②電動剪刀。設(shè)計一個帶有橡膠輪的電動平臺，將機(jī)械剪刀安裝在平臺上。利用無人機(jī)將平臺掛在輸電導(dǎo)線上， 通過地面遙控使平臺在導(dǎo)線上來回移動。當(dāng)平臺靠近異物時， 遙控電動剪刀將異物切斷。電動剪刀安裝在無人機(jī)平臺上，對飛控手的操作水平要求較高，且需要反復(fù)應(yīng)用多次才能夠清除，工作效率較低。

③ 激光清除異物。利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化或融化溫度并形成空洞，隨著光束對材料的移動，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，完成對材料的切割。利用產(chǎn)生的高溫將異物熔斷，達(dá)到清除異物的目的。但由于旋翼無人機(jī)載重有限，大功率激光設(shè)備太重，小功率激光溫度又相對較低， 需要長時間持續(xù)的對焦在固定點(diǎn)，才能夠使異物燃燒。

3 裝置研發(fā)

現(xiàn)有的輸電線路異物清除裝置通常是通過無人機(jī)進(jìn)行噴火燒除的方式，這樣容易造成燃燒的二次污染，同時進(jìn)行剪切式清理裝置的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易在清理過程中發(fā)生故障，且不能對電線進(jìn)行包圍式清理容易造成疏漏。有鑒于此，針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)及缺失予以研究改良，設(shè)計一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置，以期達(dá)到更具實(shí)用價值性的目的。

3.1 結(jié)構(gòu)

1.本體2.防護(hù)固定箱3.下清理刀片4.側(cè)清理刀片5.上清理刀片6.側(cè)邊封閉板7.導(dǎo)向固定筒8.移動電動機(jī)9.傳動嚙合鏈輪

機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)如圖所示，還包括右移動導(dǎo)向輪、左移動導(dǎo)向輪、蓄電電池箱和遙控調(diào)節(jié)箱等結(jié)構(gòu)。

裝置本體頂部設(shè)置有導(dǎo)向固定筒，導(dǎo)向固定筒底部后方通過螺栓固定安裝有防護(hù)固定箱。

防護(hù)固定箱內(nèi)部左側(cè)固定安裝有蓄電電池箱，內(nèi)部右側(cè)固定安裝有遙控調(diào)節(jié)箱;防護(hù)固定箱前方端面左右側(cè)均設(shè)置安裝有防護(hù)封閉門，頂部左側(cè)后方通過螺栓固定安裝有刃口向左的下清理刀片。

導(dǎo)向固定筒前方端面下部通過三處螺栓固定限位安裝有側(cè)邊封閉板，左側(cè)前后端面上部通過螺栓固定安裝有刃口向左的側(cè)清理刀片;導(dǎo)向固定筒頂部左側(cè)通過螺栓固定安裝有上清理刀片，右側(cè)通過螺栓固定安裝有移動電動機(jī);導(dǎo)向固定筒右側(cè)內(nèi)部通過軸承固定安裝有右移動導(dǎo)向輪，右移動導(dǎo)向輪前后兩端均固定安裝有兩處傳動嚙合鏈輪;導(dǎo)向固定筒底部中心設(shè)置有左右方向的放入開口槽，放入開口槽前方設(shè)置有防護(hù)凸起板;導(dǎo)向固定筒前后壁左右兩側(cè)均開設(shè)有固定安裝孔，導(dǎo)向固定筒右側(cè)頂部前后均開設(shè)有鏈條穿過槽，方便輸電線的放入，對內(nèi)部輸電線進(jìn)行防護(hù)，方便內(nèi)部右移動導(dǎo)向輪和左移動導(dǎo)向輪的固定安裝，方便鏈條穿過進(jìn)行動力的傳遞。

移動電動機(jī)前后軸端均固定安裝有傳動嚙合鏈輪，電動機(jī)固定座前后均開設(shè)有鏈條穿過孔槽;移動電動機(jī)前后兩端傳動嚙合鏈輪均通過鏈條與右移動導(dǎo)向輪前后兩端外側(cè)傳動嚙合鏈輪相連接，導(dǎo)向固定筒左側(cè)內(nèi)部通過軸承固定安裝有左移動導(dǎo)向輪;左移動導(dǎo)向輪前后兩端均固定安裝有傳動嚙合鏈輪，右移動導(dǎo)向輪前后兩端內(nèi)側(cè)傳動嚙合鏈輪均通過鏈條與左移動導(dǎo)向輪前后兩端傳動嚙合鏈輪相連接;右移動導(dǎo)向輪和左移動導(dǎo)向輪導(dǎo)向溝槽兩側(cè)均通過螺釘固定安裝有毛刷，且遙控調(diào)節(jié)箱均通過電線與蓄電電池箱和移動電動機(jī)相連接。

側(cè)邊封閉板底部向后彎折九十度形成L形板，側(cè)邊封閉板左右兩側(cè)和中間均開設(shè)有限位移動導(dǎo)向槽，側(cè)邊封閉板左右兩側(cè)上部均開設(shè)有升降推拉圓孔，方便對自身移動進(jìn)行限位，方便通過螺栓進(jìn)行限位固定和移動導(dǎo)向，方便使用人員將側(cè)邊封閉板向上升起和降下封閉。

下清理刀片左側(cè)刀刃部分設(shè)置有向下的折彎，右側(cè)設(shè)置有帶三處安裝孔的矩形板，方便內(nèi)部輸電線的放入，方便自身的固定安裝;上清理刀片內(nèi)部中間設(shè)置有三處固定安裝孔，左右兩側(cè)折彎處均開設(shè)有切割刃，方便自身的固定安裝，方便根據(jù)不同清理物品來更換刀刃的朝向。

3.2 效果分析

（1）導(dǎo)向固定筒的設(shè)置，方便左側(cè)清理刀片的固定安裝，使清理刀片在輸電線路上下和前后形成包圍式清理，同時方便內(nèi)部右移動導(dǎo)向輪和左移動導(dǎo)向輪的動力傳遞，方便輸電線從底部放入右移動導(dǎo)向輪和左移動導(dǎo)向輪導(dǎo)向槽內(nèi)部。

（2）側(cè)邊封閉板的設(shè)置，方便通過螺栓進(jìn)行限位固定，方便自身上下移動，對內(nèi)部輸電線進(jìn)行防護(hù)，防止裝置本體脫離輸電線掉落，同時不妨礙輸電線的放入和取出，使裝置本體的安裝和拆卸更加方便快捷。

4 結(jié)論

在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，一種輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人提高了生產(chǎn)自動化水平和經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步改善了工人的勞動條件，解決了現(xiàn)有的機(jī)器人在使用時存在作業(yè)姿態(tài)不可調(diào)節(jié)、固定基座高度不能調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)定位調(diào)試速度慢等問題。實(shí)現(xiàn)機(jī)電液系統(tǒng)有機(jī)地高度集成，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，將是今后研究的主要方向。對輸電線路上的存在異物清除機(jī)器人裝置研發(fā)有很大的促進(jìn)意義。

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