高壓輸電線路巡檢無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李琪冉，潘 卓，呂文超，郭晨晨，王 偉，單 超

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司，河北 唐山 063000）

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益龐大，輸電線路不斷延伸，運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜多變，使得輸電線路巡檢任務(wù)更加艱巨[1-3]。為了更好完成日益復(fù)雜繁多的輸電線路巡檢任務(wù)，國(guó)家電網(wǎng)公司推出無人機(jī)和人工巡檢相互協(xié)同的輸電線路巡檢新模式，以實(shí)現(xiàn)“機(jī)巡為主+人巡為輔”的協(xié)同巡檢目標(biāo)。這種通過“人工+無人機(jī)”的巡檢方法，雖然效率上比傳統(tǒng)人力攀爬桿塔檢查與望遠(yuǎn)鏡觀察的巡檢方式有所提升，但由于無人機(jī)飛行時(shí)長(zhǎng)以及非常態(tài)化地形氣候等限制，仍需要作業(yè)人員攜帶無人機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，作業(yè)人員將在路程上花費(fèi)大量時(shí)間，無法保障時(shí)效性，使得運(yùn)維人員無法在短時(shí)間內(nèi)查找并及時(shí)消除威脅電網(wǎng)運(yùn)行安全的隱患，影響電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性。因此，單一的“一人一機(jī)”無人機(jī)巡檢模式已經(jīng)無法滿足精益化巡檢要求，如何高效快速完成輸電線路巡檢任務(wù)是亟待解決的問題。巡檢無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的建立能夠充分發(fā)揮無人機(jī)高空靈活且不受地形限制的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可使輸電線路巡檢方式的精益化和高效化得到廣泛提升[4-8]。

目前，研究人員開展了無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法的研究。為了解決無人機(jī)在丘陵山地中電力巡檢作業(yè)的適應(yīng)性問題，文獻(xiàn)[9]提出了搭建駐塔機(jī)場(chǎng)的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)輸電線路精細(xì)化自主巡檢，然而對(duì)無人機(jī)駐塔自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅局限于尺寸參數(shù)和重量。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)更換電池的智能機(jī)場(chǎng)，對(duì)其起降平臺(tái)、機(jī)械手和電池倉(cāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)，通過程序指令電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的機(jī)械手動(dòng)作，使得無人機(jī)具備自主更換電池功能。文獻(xiàn)[11]研究了無人機(jī)在自動(dòng)機(jī)場(chǎng)中起飛和回收時(shí)艙蓋和停機(jī)坪的運(yùn)動(dòng)過程，以艙蓋打開時(shí)間和停機(jī)坪出艙時(shí)間的限制對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算與選擇，但這種對(duì)電機(jī)選型的計(jì)算方法并不精確，同時(shí)也沒有對(duì)關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)件進(jìn)行剛度校核。文獻(xiàn)[12]提出了一種無人機(jī)自動(dòng)起降機(jī)場(chǎng)的設(shè)計(jì)方法，包括對(duì)艙門閉合裝置、停機(jī)坪裝置、自動(dòng)歸中裝置及自動(dòng)充電裝置等綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)在自動(dòng)起降機(jī)場(chǎng)自主完成精準(zhǔn)降落及充電維護(hù)。

本文提出的智能物聯(lián)云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1所示。平臺(tái)以MySQL和Hadoop為數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)，采用設(shè)計(jì)的雙向控制調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)中的各類應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、云計(jì)算層和最終應(yīng)用層。

雖然研究人員取得了一定的階段性成果，但是針對(duì)無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的研究相對(duì)較少，同時(shí)缺乏對(duì)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析。本文提出了一種關(guān)于無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過研究各個(gè)結(jié)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)過程及邏輯關(guān)系并對(duì)關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度及位移量校核，從而滿足無人機(jī)存儲(chǔ)、放飛、回收、換電和充電等一系列實(shí)際工作要求，確保無人機(jī)能夠在野外環(huán)境中全天候開展輸電線路巡檢工作。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)機(jī)場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)主要由外殼單元、框架單元、W夾夾緊單元、機(jī)械手電池倉(cāng)單元和舉升單元等組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1 和表1 所示。在自動(dòng)機(jī)場(chǎng)接收到無人機(jī)降落信號(hào)后，外殼上蓋在天窗單元帶動(dòng)下打開，舉升單元的升降平臺(tái)上升到指定位置，然后無人機(jī)便降落到停靠平臺(tái)上，接著W 夾夾緊單元運(yùn)動(dòng)到工作位置將無人機(jī)推到指定位置，精夾持機(jī)構(gòu)升起并夾緊飛機(jī)進(jìn)行定位，之后開關(guān)機(jī)機(jī)構(gòu)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)操作，舉升單元整體下降到換電位置，自動(dòng)機(jī)場(chǎng)上蓋關(guān)閉，機(jī)械手單元將無人機(jī)電池取出并放入電池倉(cāng)內(nèi)，最后取出電池倉(cāng)內(nèi)電池放入飛機(jī)內(nèi)。自動(dòng)機(jī)場(chǎng)接收到無人機(jī)起飛信號(hào)后，其上蓋打開，之后舉升單元上升到起飛位置，同時(shí)開關(guān)機(jī)機(jī)構(gòu)完成飛機(jī)開機(jī)，精夾持機(jī)構(gòu)打開，最后飛機(jī)起飛，上蓋關(guān)閉，從而完成整個(gè)流程。

表1 自動(dòng)機(jī)場(chǎng)部件名稱

圖1 自動(dòng)機(jī)場(chǎng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.1 外殼單元

外殼單元主要由外殼主體及左右上蓋構(gòu)成，考慮到自動(dòng)機(jī)場(chǎng)可能布置到沿?；驖穸容^大環(huán)境中，因此整體采用具有較強(qiáng)耐腐蝕能力的不銹鋼材料?？紤]到外部環(huán)境可能對(duì)設(shè)備零部件運(yùn)行產(chǎn)生的影響，設(shè)備整體配備環(huán)控系統(tǒng)，可智能調(diào)節(jié)設(shè)備內(nèi)部溫度和濕度，保證自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部穩(wěn)定適宜的工作環(huán)境，該系統(tǒng)是自動(dòng)機(jī)場(chǎng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的可靠保障。此外，外殼整體設(shè)置保溫棉，防止溫度損失過快，上蓋設(shè)置加熱帶（主要針對(duì)有冰雪天氣發(fā)生的安裝地點(diǎn)）用于將上蓋開口位置的冰雪融化，防止冰雪將左右上蓋凍住。

1.2 框架單元

框架單元作為整個(gè)設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)，主要包括支撐框架、電控箱、充電箱、消防系統(tǒng)和電池逆變器系統(tǒng)等，其中支撐框架采用焊接型材配合組成，結(jié)構(gòu)安全可靠、剛性好。

1.3 W 夾夾緊單元

W 夾夾緊單元主要包括?？抗潭ǖ装?、W 夾歸中桿、支撐框架、輔助平臺(tái)、同步帶及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，其結(jié)構(gòu)如圖2 和表2 所示。?？抗潭ǖ装宀捎脧?qiáng)度高且質(zhì)量輕的碳纖維材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，對(duì)無人機(jī)的碰撞沖擊小。W 夾歸中桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步帶對(duì)稱傳動(dòng)，前后及左右歸中桿對(duì)稱布置。飛機(jī)初定位后，輔助平臺(tái)向下翻轉(zhuǎn)到垂直位置，防止飛機(jī)在下降過程中槳葉與?？科脚_(tái)發(fā)生碰撞，可以最大限度減小自動(dòng)機(jī)場(chǎng)整體尺寸。

Design-Expert軟件程序?qū)憫?yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次回歸響應(yīng)面分析，4個(gè)因子經(jīng)過擬合建立多元二次回歸響應(yīng)面回歸模型。

表2 W 夾夾緊單元部件名稱

圖2 W 夾夾緊單元結(jié)構(gòu)圖

1.4 機(jī)械手電池倉(cāng)單元

本項(xiàng)目的總體研究目標(biāo)是擬研究一系列可適用于野外現(xiàn)場(chǎng)分析的快速、簡(jiǎn)單、高效的樣品分離富集前處理技術(shù)與便攜式鎢絲電熱原子吸收光譜儀聯(lián)用，致力于提高該儀器的分析性能從而推動(dòng)該儀器走向現(xiàn)場(chǎng)快速分析，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)新型分離富集技術(shù)及其與鎢絲電熱原子吸收光譜法聯(lián)用方面的理論和應(yīng)用研究。

表3 機(jī)械手技術(shù)參數(shù)表

機(jī)械手電池倉(cāng)單元主要由X 軸模組、Y 軸模組、Y軸加長(zhǎng)模組、電池勾手和電池卡扣按鈕等部分組成，結(jié)構(gòu)如圖3 和表4 所示。其中，X 軸模組、Y 軸模組由標(biāo)準(zhǔn)的滾珠絲杠線性模組構(gòu)成，Y 軸加長(zhǎng)模組采用滾珠絲桿傳動(dòng)，傳動(dòng)主要由滾珠絲桿、絲杠支撐座、電機(jī)和減速機(jī)等機(jī)構(gòu)搭建而成。整體傳動(dòng)均采用滾珠絲桿傳動(dòng)方式，提高了機(jī)械手運(yùn)行精度，并保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

表4 機(jī)械手電池倉(cāng)單元部件名稱

圖3 機(jī)械手電池倉(cāng)單元結(jié)構(gòu)圖

取電池時(shí)，首先X 軸模組、Y 軸模組及Y 軸加長(zhǎng)模組進(jìn)入工作位置，當(dāng)電池勾手旋轉(zhuǎn)到取電位置后，電池卡扣按鈕按下無人機(jī)電池解鎖按鈕，無人機(jī)電池彈出，Y 軸加長(zhǎng)模組向后運(yùn)動(dòng)將無人機(jī)電池取出。

自動(dòng)機(jī)場(chǎng)內(nèi)左右各設(shè)置1 個(gè)電池倉(cāng)組合，由充電倉(cāng)、加熱器、風(fēng)扇及支架等組成，如圖4 和表5 所示。當(dāng)無人機(jī)電池暴露在氣溫過低環(huán)境時(shí)，電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)活性會(huì)顯著降低，嚴(yán)重影響電池性能。因此，電池倉(cāng)配備了加熱器，保證電池在寒冷條件下能夠正常使用，同時(shí)配備散熱風(fēng)扇，用于在夏天溫度過高的情況下對(duì)電池進(jìn)行散熱。充電倉(cāng)整體采用與電池外殼材質(zhì)相近的耐磨尼龍材料，潤(rùn)滑性好，并且與電池外殼有著相近的熱膨脹系數(shù)，在溫差發(fā)生變化時(shí)，對(duì)換取電池精度的影響相對(duì)較小。充電倉(cāng)的上端設(shè)置了傳感器，用于檢測(cè)電池是否在充電倉(cāng)內(nèi)，增加了設(shè)備保護(hù)的可靠性和安全性。

表5 電池倉(cāng)部件名稱

圖4 電池倉(cāng)組合圖

1.5 舉升單元

舉升單元主要由升降立柱、升降?？科脚_(tái)、精夾持機(jī)構(gòu)和輔助平臺(tái)動(dòng)力組合等部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖5 和表6 所示。升降立柱采用滾珠絲桿直線傳動(dòng)方式，具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、高精度定位等特點(diǎn)。精夾持定位機(jī)構(gòu)用于在換取電池過程中對(duì)飛機(jī)進(jìn)行定位，同時(shí)對(duì)無人機(jī)的開關(guān)機(jī)進(jìn)行設(shè)置。

閱讀雜文之“三樂”，僅是我個(gè)人的粗淺感受。而每個(gè)人看事物的角度不同、愛好不同、取舍標(biāo)準(zhǔn)也不同，所以，閱讀雜文，很可能還有四樂、五樂、六樂也說不定。但無論怎樣，只要認(rèn)真執(zhí)著地閱讀雜文，無疑就會(huì)樂在其中。諸位不妨一試。

上個(gè)世紀(jì)70年代中期，二哥高中畢業(yè)回到村里不久，母親因一次意外摔傷而導(dǎo)致半身不遂，此時(shí)，充滿理想信念的二哥選擇了現(xiàn)實(shí)，大哥在部隊(duì)服役，大姐二姐已出嫁，妹妹弟弟尚小，父親一人滿足不了一家人的口糧，他義不容辭地?fù)?dān)負(fù)起照顧母親與養(yǎng)家糊口的雙重責(zé)任，他不許飽受時(shí)代艱辛與不幸的母親再受任何傷害，在母親人生的最后10年，二哥拒絕了婚姻和上學(xué)的機(jī)會(huì)，他學(xué)會(huì)了家庭醫(yī)療和護(hù)理，創(chuàng)造了讓一位偏僻鄉(xiāng)村重癥截癱的人生存10年的奇跡。

表6 舉升單元部件名稱

圖5 舉升單元結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵零部件選型計(jì)算

選取對(duì)滾珠絲桿傳動(dòng)的伺服電機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算以及對(duì)同步帶和帶輪進(jìn)行選型計(jì)算。

2.1 伺服電機(jī)選型計(jì)算

Y 軸加長(zhǎng)模組及升降立柱等傳動(dòng)方式均為滾珠絲桿傳動(dòng)，而電機(jī)作為傳動(dòng)的動(dòng)力源，選用一款符合要求的電機(jī)可以提高設(shè)備整體的工作效率。閉環(huán)控制的伺服電機(jī)與其他開環(huán)控制的電機(jī)相比，精度更加精確，因此選擇伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。由于不同構(gòu)件的電機(jī)選型計(jì)算方法基本一致，因此以升降立柱為例進(jìn)行計(jì)算。升降立柱整體工作行程為700 mm，時(shí)間為15 s，速度Vi為2.8 m/min，減速機(jī)速比i=10，絲桿導(dǎo)程為PB=0.01 m，負(fù)載為110 kg。

電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為

式中：η 為機(jī)械效率。

軸向負(fù)載為

式中：FA為外力；m 為物體質(zhì)量；a 為移動(dòng)方向與水平軸夾角。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

云計(jì)算是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新型的技術(shù)，具有很強(qiáng)大的計(jì)算功能，這也為越來越多的企業(yè)在捕獲信息以及處理消息和存儲(chǔ)方面上升了層次，對(duì)于電子商務(wù)這種較為新型的商業(yè)發(fā)展模式來說，云計(jì)算需要借助大數(shù)據(jù)來進(jìn)行有效的處理，保證其更加穩(wěn)定地運(yùn)行以及管理。

通過統(tǒng)計(jì)最終的調(diào)查數(shù)據(jù)得出滿意度調(diào)查的結(jié)果，護(hù)理組人員滿意度如下：十分滿意62.5%，較為滿意36.0%，不滿意2.0%，其總體滿意度為：98.0%。對(duì)比組滿意度如下：十分滿意38.0%，較為滿意30.0%，不滿意32.0%，其總體滿意度為：68.0%。護(hù)理組的患者滿意度明顯高于對(duì)比組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）

總慣量為

滾珠絲桿的慣量

機(jī)械手單元作為自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)首先考慮機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)要滿足自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的使用需求，然后考慮機(jī)械手的穩(wěn)定性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性，最主要的是在保證能夠?qū)崿F(xiàn)所有功能情況下，具有優(yōu)良的性能，其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

式中：LB為絲桿長(zhǎng)度，LB=1.1 m；DB為絲桿直徑，DB=0.032 m；ρ 為密度，ρ=7 900 kg/m3。

應(yīng)用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件分析本次研究數(shù)據(jù)，其中計(jì)數(shù)資料采用百分率(%)來表示，運(yùn)用χ2檢驗(yàn)組間并發(fā)癥發(fā)生率和治療有效率對(duì)比，而計(jì)量資料則運(yùn)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，以P<0.05表示存在顯著差異。

聯(lián)軸器慣量

帶速為

負(fù)載的慣量

式中：t1為加速時(shí)間，根據(jù)實(shí)際工況定為0.1 s，初選電機(jī)為750 W 伺服電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=0.000 2 kg/m2。

取安全系數(shù)S=5，伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為2.39 N·m，減速機(jī)速比為i=10，即減速機(jī)及輸出轉(zhuǎn)矩為23.9 N·m，滿足系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)矩。

慣量比為

折算后減速比為

選定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的1/30，因此電機(jī)滿足要求。

2.2 同步帶及帶輪選型計(jì)算

由于設(shè)備有多處同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此以具有代表性的天窗單元為例進(jìn)行選型計(jì)算。天窗由單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)做左右對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，同步帶負(fù)載為兩邊滑蓋及上蓋重量，同步帶通過滑軌滑塊進(jìn)行導(dǎo)向，考慮到摩擦力的影響，移動(dòng)負(fù)載為240 N，整體行程為670 mm，時(shí)間為5 s。

傳遞功率為

根據(jù)實(shí)際工作情況并參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，選取載荷修正系數(shù)KA=2，并且為了自動(dòng)機(jī)場(chǎng)后期維護(hù)方便，選用5 M 圓弧帶。根據(jù)帶速和安裝尺寸要求，z 盡可能選擇較大值，因此選取齒數(shù)z=20。

現(xiàn)階段我國(guó)的智能旅游僅僅停留在概念階段，發(fā)展的初期，因此各種信息化建設(shè)的基礎(chǔ)都沒有正式實(shí)施。多數(shù)旅游景點(diǎn)有投入專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)進(jìn)行基礎(chǔ)硬件購(gòu)買，但網(wǎng)絡(luò)以及收費(fèi)管理等都較差。要想完全實(shí)現(xiàn)智能旅游，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)依然要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。旅游行業(yè)的產(chǎn)業(yè)要素也要得到有效的整體。平臺(tái)的智能化、監(jiān)管水平都較差。

設(shè)計(jì)功率為

式中：mC為聯(lián)軸器質(zhì)量，mC=0.285 kg；DC為聯(lián)軸器直徑，DC=0.056 m。

式中：節(jié)圓直徑d1=31.83 mm。經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表中Vmax允許的最大轉(zhuǎn)速為40 m/s。

圖3給出了m取值為3～8時(shí)在不同誤比特率下完成識(shí)別所需的數(shù)據(jù)量.可以看出，在相同數(shù)據(jù)量下，m越小，誤碼適應(yīng)能力越好；在相同誤比特率下，m越小，識(shí)別所需數(shù)據(jù)量越小.

主動(dòng)輪與從動(dòng)輪同一個(gè)型號(hào)，所以傳動(dòng)比i=1，且d1=d2=31.83 mm。查表得基準(zhǔn)額定功率P0=0.139，帶長(zhǎng)系數(shù)KL=1.2，小帶輪齒合系數(shù)KZ=1，基準(zhǔn)帶寬bS0=9。

帶寬為

考慮后期設(shè)備的整體維護(hù)以及其他同步帶規(guī)格不一致，帶寬bS統(tǒng)一取15 mm。

3 關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度及剛度校核

由于不同結(jié)構(gòu)單元的靜強(qiáng)度及剛度校核方式基本一致，以自動(dòng)機(jī)場(chǎng)支撐立柱與升降立柱的靜強(qiáng)度為例進(jìn)行校核簡(jiǎn)化分析。

3.1 系統(tǒng)支撐立柱的靜強(qiáng)度分析

自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的天窗單元，W 夾夾緊單元，外殼左右上蓋的重力都作用在4 個(gè)系統(tǒng)立柱上，由于自動(dòng)機(jī)場(chǎng)整體對(duì)稱分布，所以4 個(gè)系統(tǒng)立柱均勻受力，即總載荷為400 kg，作用在單個(gè)立柱上的靜載荷約為100 kg。

（1）龍頭企業(yè)帶動(dòng)型。這是一種“龍頭企業(yè)+基地+農(nóng)戶”的發(fā)展模式，它以農(nóng)副產(chǎn)品加工、營(yíng)銷企業(yè)為龍頭，對(duì)外開拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，對(duì)內(nèi)連接生產(chǎn)基地和農(nóng)戶[3-5]。

材料為Q235B，屈服強(qiáng)度為235 MPa，考慮到吊裝、運(yùn)輸及材料本身缺陷等因素的影響，取安全系數(shù)為5，得到系統(tǒng)立柱的許用屈服強(qiáng)度為47 MPa。通過對(duì)靜強(qiáng)度結(jié)果分析可知，在工況實(shí)驗(yàn)下支撐立柱的最大應(yīng)力為4.6 MPa，如圖6 所示。最大應(yīng)力小于系統(tǒng)立柱的許用屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)為10.2，最大變形量是0.02 mm，能夠滿足實(shí)際工況對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)要求，結(jié)果如圖7 所示。

詹姆斯在早期作品《戴西·米勒》中運(yùn)用第三人稱視角，但仍具有明顯的全知敘述和現(xiàn)實(shí)主義痕跡；在其中期作品《螺絲在擰緊》中采用套疊式敘事視角，運(yùn)用第一人稱由多個(gè)敘事主體敘述故事，使故事更加撲朔迷離；詹姆斯在后期形成了更加成熟的單一敘事視角、雙重?cái)⑹乱暯羌岸嘀財(cái)⑹乱暯堑木C合運(yùn)用，是作品更具現(xiàn)代性。

圖6 系統(tǒng)立柱應(yīng)力圖

圖7 系統(tǒng)立柱位移圖

3.2 升降立柱的靜強(qiáng)度分析

當(dāng)飛機(jī)在升降平臺(tái)上降落時(shí)，升降立柱的載荷最大，此時(shí)升降平臺(tái)重力、飛機(jī)重力、飛機(jī)降落時(shí)產(chǎn)生的沖擊力這三者的合力共同構(gòu)成了升降立柱所承受的載荷，該載荷瞬時(shí)最大值約為1 700 N。為了方便計(jì)算，將該總體載荷簡(jiǎn)化為遠(yuǎn)程載荷，其作用于4 個(gè)滑塊上，并只計(jì)算升降立柱的靜強(qiáng)度。此外，由于滑塊有足夠的剛度，在建模時(shí)設(shè)定滑塊為剛性體。材料為Q235B，其屈服強(qiáng)度為235 MPa，取安全系數(shù)為5，得到許用屈服強(qiáng)度為47 MPa。

通過對(duì)靜強(qiáng)度結(jié)果分析可知，在工況實(shí)驗(yàn)下支撐立柱最大應(yīng)力為15.7 MPa，如圖8 所示，最大應(yīng)力小于系統(tǒng)立柱的許用屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)為2.99，最大變形量為0.13 mm，如圖9 所示，能夠滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。

圖8 升降立柱應(yīng)力圖

圖9 升降立柱位移圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)需求，理清了無人機(jī)在起飛、回收、換電等動(dòng)作過程中涉及的機(jī)械構(gòu)件，分析了各個(gè)單元結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的邏輯關(guān)系，并充分考慮到機(jī)械動(dòng)作的精度和動(dòng)作冗余量，對(duì)無人機(jī)自動(dòng)機(jī)場(chǎng)的W 夾夾緊單元、機(jī)械手電池倉(cāng)、舉升單元等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。選用精度更高且閉環(huán)控制的伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算使輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均滿足實(shí)際工作要求。對(duì)關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度及位移量校核，最大應(yīng)力小于系統(tǒng)立柱的許用屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)與最大變形量均符合結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。最后，該設(shè)計(jì)方法通過實(shí)際樣機(jī)驗(yàn)證，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、維護(hù)簡(jiǎn)單、全自動(dòng)智能化管理等優(yōu)點(diǎn)，有助于拓展電力巡檢無人機(jī)的應(yīng)用范圍。