一種無人機(jī)載電力線路破冰器的設(shè)計(jì)

徐冰，吳海寶

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司江山市供電公司，浙江 江山 324100）

電力線路是供電系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的任務(wù)，是電力系統(tǒng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但是在冬季降溫或者下雪后，雨滴在遇到冷空氣后會冷凝在電力線路上，造成電力線路大面積被冰包住，增加電力線路自身的重量，影響鐵塔以及電力線路的壽命。嚴(yán)重情況下會造成線路桿塔傾倒、線路斷裂，進(jìn)而造成大面積停電[1-2]。影響居民的正常生活供電，給經(jīng)濟(jì)和社會造成重大影響與損失。因此輸電線路除冰是電力系統(tǒng)發(fā)展過程中不得不及時(shí)解決的問題之一[3]。

目前電力線路除冰，普遍采用人工的方式進(jìn)行，具體是通過工作人員攀爬到一定的高度或者站立地面，使用敲擊物對電力導(dǎo)線表面進(jìn)行敲打，通過振動將電力線路表面的冰層進(jìn)行去除，但是這種除冰方式不僅給工作人員帶來較大的勞動強(qiáng)度，同時(shí)也伴有較高的危險(xiǎn)性，最終的除冰效果也不理想，除冰效率較低[4-5]。

1 無人機(jī)載電力線路破冰器設(shè)計(jì)

無人機(jī)載電力線路破冰器由破冰裝置、電動爪、電源和遙控器構(gòu)成，如圖1所示。破冰裝置是電力線纜除冰的關(guān)鍵設(shè)備，其通過反復(fù)撞擊產(chǎn)生反復(fù)振動清除電力線路上的覆冰。電動爪主要作用是將破冰器固定在電力線路上，防止破冰器在破冰的過程中發(fā)生搖晃影響破冰效果。電源主要作用是給破冰器和電動抓供電。遙控器主要有地面人員控制破冰器和電動爪使用。工作時(shí)由無人機(jī)攜帶電力線路破冰器飛行到電力線路上方，由遙控器控制電動爪閉合將破冰器掛在電力線纜上，循環(huán)控制破冰器重復(fù)工作，直到破冰完成。最后控制電動爪松開，由無人機(jī)攜帶破冰器到下一個除冰位置進(jìn)行工作。

圖1 無人機(jī)載電力線路破冰器結(jié)構(gòu)圖

2 破冰裝置設(shè)計(jì)

破冰裝置由外殼、撞擊系統(tǒng)、拉力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成，整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 破冰裝置透視圖

破冰裝置各部分的結(jié)構(gòu)及安裝如下：

2.1 撞擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

撞擊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由底座、活塞、撞針及連接件組成。

底座材料為鐵質(zhì)，便于電磁鐵吸合，中間為M6的螺絲孔，用于撞針的安裝，底面3個M6的孔為定位孔，便于與活塞對準(zhǔn)，活塞材質(zhì)為塑料，質(zhì)量輕，安裝在底座上面，通過3個定位孔與底座對齊，對齊后通過固定栓結(jié)合。兩個矩形開孔中間銜接有圓柱，用于掛接彈簧。圓周邊有長方形凸起，用于活塞在套筒內(nèi)移動的限位，防止活塞在移動過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。撞針采用不銹鋼材質(zhì)，頂部為錐形，底部M6螺栓，可以直接安裝在底座上。為了增加撞針、活塞和底座的結(jié)合度，安裝過程增加了墊片、防松螺母、彈簧墊片。撞擊系統(tǒng)的裝配過程如圖3所示。

圖3 撞擊系統(tǒng)爆炸圖

2.2 拉力系統(tǒng)

拉力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，由電磁鐵、電動伸縮桿、連接器和雙頭螺栓組成。

圖4 拉力系統(tǒng)示意圖

電磁鐵采用DC12 V供電的失電型電磁鐵，即：通電無磁力，電磁鐵的磁力可根據(jù)要求選擇。電動伸縮桿采用DC12 V供電，其主要參數(shù)：拉力、伸縮距離、速度可根據(jù)要求選擇。電動伸縮桿與電磁鐵通過連接器和雙頭螺栓連接。拉力系統(tǒng)的裝配過程如圖5所示。

圖5 拉力系統(tǒng)爆炸圖

2.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，由外殼、連接座、控制電路板、隔板、鋰電池等組成。

圖6 控制系統(tǒng)示意圖

控制系統(tǒng)由DC12 V充電鋰電池供電，通過控制電路板接收遙控器的控制信號，對伸縮桿、電磁鐵和電動爪進(jìn)行控制。

2.4 外殼

外殼由上桶、下桶及部分零部件組成，上桶結(jié)構(gòu)如圖7所示。上桶底部有6個M4孔，可以與下桶通過螺絲連接。頂部兩個矩形開孔中間銜接有圓柱，用于掛接彈簧，并且與活塞通過彈簧相連接。中間圓柱孔用于限定撞針的移動，如圖8所示。

圖7 上桶結(jié)構(gòu)圖

圖8 上桶與撞擊系統(tǒng)連接

下桶頂部6個圓孔用于與上桶連接，底部留有安裝電動伸縮桿的孔。下桶內(nèi)壁有兩道滑槽，用于活塞運(yùn)動過程中的限位，保證直線運(yùn)動，不發(fā)生轉(zhuǎn)動。

3 電動爪設(shè)計(jì)

電動爪由直流減速電機(jī)、夾頭、電機(jī)連接件及支撐桿構(gòu)成，其中電機(jī)連接件用于電動爪和破冰裝置的連接，整體結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。電動爪的直流減速電機(jī)由DC12 V供電，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動螺栓、支撐桿和夾頭運(yùn)動。

圖9 電動爪結(jié)構(gòu)圖

4 遙控器設(shè)計(jì)

遙控器采用433 MHz無線通信，分別控制電動爪、伸縮桿、電磁鐵。

5 系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)除冰時(shí)如圖10所示，無人機(jī)攜帶電力線路破冰器到電力線路上方，由遙控器控制電動爪進(jìn)行電力線路的夾持，電動爪夾持住電力線路后，無人機(jī)與破冰器分開；遙控器控制電動伸縮桿正向通電，伸出推桿，帶動電磁鐵運(yùn)動，直到吸附到鐵質(zhì)底座；電動伸縮桿反向通電，拉動電磁鐵和底座一起運(yùn)動，同時(shí)彈簧被拉伸，直到推桿縮回相應(yīng)距離；電動伸縮桿停止運(yùn)動，同時(shí)電磁鐵通電失去磁性，彈簧回收，拉動撞擊系統(tǒng)進(jìn)行破冰；重復(fù)上述過程，可實(shí)現(xiàn)往復(fù)破冰，直到完成破冰工作。

圖10 系統(tǒng)工作工程

6 結(jié)束語

通過現(xiàn)場樣機(jī)測試發(fā)現(xiàn)，本文所設(shè)計(jì)的無人機(jī)載電力線路破冰器能夠完全實(shí)現(xiàn)電力線路覆冰的清除，在實(shí)際使用過程大大節(jié)省了人力物力，保證了特殊環(huán)境下輸電線路的安全與工作人員的安全，本裝置具有很強(qiáng)的應(yīng)用意義與推廣意義。