智能中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)設(shè)計(jì)研究

國(guó)網(wǎng)山東省電力公司五蓮縣供電公司 張風(fēng)雷 梁 霞 劉祥友 張紅麗 陳洪蓮

目前，國(guó)內(nèi)使用的高壓開(kāi)關(guān)柜仍然采用手車(chē)式開(kāi)關(guān)為主。斷路器開(kāi)關(guān)較重，轉(zhuǎn)運(yùn)、拆卸和安裝時(shí)需要借助輔助工具轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，小車(chē)的主要作用是將中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)在冷備用到檢修處來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)，將開(kāi)關(guān)柜手車(chē)調(diào)整到柜體的高度，便于手車(chē)和柜內(nèi)的接口進(jìn)行順利對(duì)接，從而完成手車(chē)和柜體的安裝和拆卸分離。目前，手車(chē)的安裝和分離均采用手工的方式。由于不同型號(hào)的開(kāi)關(guān)柜的尺寸不同，斷路器室的高度不同，手車(chē)對(duì)接時(shí)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)托盤(pán)的高度。市面上的轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)多采用獨(dú)立的升降結(jié)構(gòu)，四角各裝有一個(gè)高度可調(diào)的螺栓，使用時(shí)需多次分別調(diào)節(jié)各個(gè)螺栓，直到小車(chē)高度與斷路器室的地板高度一致。

傳統(tǒng)的斷路器轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)在使用過(guò)程中，往往無(wú)法一次完成對(duì)位，須多次重復(fù)對(duì)位操作，不斷調(diào)整斷路器的高度，而獨(dú)立的升降結(jié)構(gòu)很難使托盤(pán)達(dá)到絕對(duì)水平，對(duì)中性較差，而且開(kāi)關(guān)柜手車(chē)較重，調(diào)節(jié)高度時(shí)容易導(dǎo)致手車(chē)不穩(wěn)，容易發(fā)生手車(chē)掉落事故。而且傳統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)無(wú)法大范圍地調(diào)整高度，由于上面承載的斷路器較重，如果高度調(diào)整不當(dāng)則會(huì)造成小車(chē)托盤(pán)和轉(zhuǎn)運(yùn)軌道變形，損壞設(shè)備，甚至造成人員傷害事故。轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的底輪為普通的承重萬(wàn)向輪，在推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中車(chē)輪的方向不確定，也容易使小車(chē)在推動(dòng)過(guò)程中運(yùn)行不順暢，突然的卡頓極易導(dǎo)致手車(chē)不穩(wěn)掉落，較為危險(xiǎn)。

為了能夠方便快速的完成開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的分離安裝，以及平穩(wěn)安全的實(shí)現(xiàn)手車(chē)開(kāi)關(guān)在冷備用到檢修處來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種智能中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，該轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)采用鋰電池作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，運(yùn)送速度更快，而且速度可控，行進(jìn)更加平穩(wěn)。手車(chē)放置平臺(tái)采用電動(dòng)液壓升降式結(jié)構(gòu)，升降平穩(wěn)，高度可任意調(diào)整。平臺(tái)前端設(shè)置有激光測(cè)距模塊，可精確測(cè)量轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)距離開(kāi)關(guān)柜的距離，自動(dòng)定位平臺(tái)高度，不需要人工反復(fù)調(diào)整，節(jié)省時(shí)間。

平臺(tái)上部?jī)蓚?cè)設(shè)有滑行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上裝有滑塊，方便斷路器手車(chē)在開(kāi)關(guān)柜和轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)之間的來(lái)回運(yùn)轉(zhuǎn)。平臺(tái)上面設(shè)有兩個(gè)液壓機(jī)械手臂，負(fù)責(zé)手車(chē)的分離和安裝。整個(gè)操作過(guò)程通過(guò)遙控自動(dòng)完成，該智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)可實(shí)現(xiàn)對(duì)中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)的卸載、轉(zhuǎn)運(yùn)及安裝，節(jié)省人力財(cái)力，遠(yuǎn)程遙控操作，避免了可能發(fā)生的斷路器手車(chē)重心不穩(wěn)導(dǎo)致的人員受傷事故的發(fā)生。小車(chē)智能化程度高，操作簡(jiǎn)便，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

1 智能手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的結(jié)構(gòu)及工作原理

智能中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)由驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、車(chē)體、液壓推桿、升降臺(tái)、電動(dòng)推拉桿、激光測(cè)距模塊、電池管理模塊、控制系統(tǒng)及遙控裝置等部件構(gòu)成。轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的輪胎采用橡膠充氣輪胎，承重可達(dá)500kg，由大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，組成了小車(chē)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。車(chē)體采用加厚冷軋鋼，強(qiáng)度高，承重大。背部設(shè)有用于推動(dòng)小車(chē)的手柄。液壓推桿和升降臺(tái)組成了小車(chē)的自動(dòng)升降結(jié)構(gòu)，通過(guò)遙控器的控制可實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)高度的任意調(diào)整和懸停，升高高度最高可達(dá)1m。

電動(dòng)推桿位于升降平臺(tái)上，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的推拉工作，完成手車(chē)的分離和安裝。激光測(cè)距模塊主要負(fù)責(zé)小車(chē)跟開(kāi)關(guān)柜斷路器室的對(duì)接時(shí)的位置和高度調(diào)整工作，自動(dòng)完成小車(chē)和開(kāi)關(guān)柜柜體的對(duì)接。電池采用大容量鋰電池，為小車(chē)的正常工作提供動(dòng)力源?？刂葡到y(tǒng)為小車(chē)的核心部件，保證小車(chē)的所有工作順利完成。遙控器可遙控小車(chē)的前進(jìn)倒退、升降臺(tái)的升降、手車(chē)的分離安裝等工作。整個(gè)小車(chē)自動(dòng)化、智能化水平較高。

1.1 運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力模塊

目前市面上的中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的車(chē)輪采用的是塑料材質(zhì)的承重輪，車(chē)輪直徑較小，從開(kāi)關(guān)柜到檢修室的路上在經(jīng)過(guò)電纜溝板或者路面不平的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)卡阻的情況，由于手車(chē)上的斷路器重心較高，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的突然卡阻極易導(dǎo)致斷路器的傾斜甚至掉落。為了解決小車(chē)在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的卡阻情況，該智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)增大了車(chē)輪的直徑，并且改為抗震性更好的充氣式橡膠輪胎，車(chē)輪直徑大，不易被不平的路面或者路面上的小障礙物所阻擋。橡膠輪胎上的防滑紋路可使小車(chē)行駛得更加平穩(wěn)，在坡面上不易打滑。充氣式輪胎抗震性更好，防顛簸，同時(shí)也兼顧了輪胎的承重性，完全滿足轉(zhuǎn)運(yùn)開(kāi)關(guān)柜手車(chē)的承重要求。智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)采用大功率的電機(jī)作為小車(chē)的動(dòng)力源，采用電力驅(qū)動(dòng)代替手工，省力且運(yùn)行速度更加平穩(wěn)。

為了便于爬坡，小車(chē)設(shè)計(jì)了兩個(gè)檔位，低速檔位時(shí)動(dòng)力大，便于爬坡，高速時(shí)用于在平路上行駛，速度快。換擋機(jī)械開(kāi)關(guān)位于手柄處。小車(chē)?yán)檬直幍那袚Q開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)一鍵前進(jìn)和后退倒車(chē)，在狹窄的區(qū)域無(wú)須轉(zhuǎn)彎即可完成轉(zhuǎn)運(yùn)工作。遙控器設(shè)有遠(yuǎn)程遙控按鍵，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作。

1.2 平臺(tái)升降結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)柜有多個(gè)型號(hào)，尺寸不同，斷路器室的高度也不同，在實(shí)際的手車(chē)分離安裝、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)需要配備多個(gè)不同尺寸的轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，每次都要手動(dòng)調(diào)整放置平臺(tái)的高度，耗費(fèi)時(shí)間。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)采用液壓式平臺(tái)升降結(jié)構(gòu)，小車(chē)的底部裝有電動(dòng)液壓千斤頂，千斤頂液壓缸采用全封閉式液壓缸，耐疲勞耐磨損，防水防銹，頂力足。平臺(tái)的支撐采用加厚鋼板支架，采用折疊式結(jié)構(gòu)，支架底部與千斤頂?shù)幕钊肯噙B，通過(guò)遙控器上的升降按鈕控制千斤頂活塞的伸縮，帶動(dòng)平臺(tái)支撐支架的升降，同時(shí)可始終保持平臺(tái)呈水平方向，整體升降移動(dòng)，不需要單獨(dú)對(duì)各角進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，防止斷路器在調(diào)整時(shí)重心不穩(wěn)發(fā)生傾斜的問(wèn)題。小車(chē)的后橋進(jìn)行了加重加厚處理，使小車(chē)的承載更大，行駛更加平穩(wěn)，使用壽命更長(zhǎng)。

平臺(tái)可進(jìn)行手動(dòng)升降和自動(dòng)升降。在斷路器手車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，將升降平臺(tái)降到最低，盡量降低斷路器手車(chē)的重心，減小斷路器在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中晃動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，保障轉(zhuǎn)運(yùn)的安全。在轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)與開(kāi)關(guān)柜的斷路器室對(duì)接時(shí)采用自動(dòng)升降模式，根據(jù)激光測(cè)距模塊測(cè)得的對(duì)接距離和對(duì)接口定位，完成升降平臺(tái)的自動(dòng)高度定位，即平臺(tái)高度與斷路器室的底板在同一平面時(shí)自動(dòng)停止，一次操作即可完成平臺(tái)高度的調(diào)整，不需要手動(dòng)微調(diào)。激光測(cè)距精度高，比人工調(diào)整更加精確，可最大限度地減小因平臺(tái)不平造成的軌道，以及設(shè)備磨損情況的發(fā)生，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也節(jié)省了操作時(shí)間，提高了工作效率。

1.3 激光測(cè)距和避障模塊

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，在手車(chē)與開(kāi)關(guān)柜對(duì)接過(guò)程中，需要對(duì)平臺(tái)的高度手動(dòng)進(jìn)行多次調(diào)整，較為煩瑣。智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)上裝有激光測(cè)距和避障模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車(chē)前方物體的距離。如果小車(chē)在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中遇到大型障礙，小車(chē)會(huì)自動(dòng)躲避，防止發(fā)生碰撞事故。激光測(cè)距模塊的另一個(gè)重要應(yīng)用是在轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)與開(kāi)關(guān)柜相結(jié)合時(shí)，激光測(cè)距模塊通過(guò)計(jì)算激光發(fā)射頭發(fā)出激光信號(hào)的反射信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，精確計(jì)算開(kāi)關(guān)柜的距離，精確控制升降平臺(tái)的升降高度，使得轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)達(dá)到開(kāi)關(guān)柜時(shí)平臺(tái)的高度即為斷路器室的高度，直接可以進(jìn)行斷路器手車(chē)的分離和安裝工作，激光測(cè)距精度高，誤差小于1mm。整個(gè)對(duì)接過(guò)程自動(dòng)完成，不需要人工處理，大大縮減了手車(chē)分離安裝等工作的操作時(shí)間。

1.4 手車(chē)分離安裝結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)由于是手動(dòng)微調(diào)斷路器平臺(tái)，并不能保證平臺(tái)的絕對(duì)水平，高度調(diào)整不當(dāng)容易造成導(dǎo)軌變形，手動(dòng)分離和安裝斷路器手車(chē)時(shí)，速度和力道不均勻也會(huì)造成軌道的磨損，使得手車(chē)的推拉工作越來(lái)越不順暢，不均勻的磨損也會(huì)導(dǎo)致斷路器重心的變化，存在斷路器在分離安裝過(guò)程中側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)。該智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)采用電力驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速均勻，中間不停頓，這樣就保證了斷路器平臺(tái)的勻速行進(jìn)，使斷路器在分離安裝過(guò)程中的重心不會(huì)發(fā)生左右偏移。整體升降的平臺(tái)也會(huì)保證斷路器的水平，減小運(yùn)行導(dǎo)軌的磨損，降低斷路器晃動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

在智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的升降平臺(tái)的兩側(cè)設(shè)有滑軌軌道，軌道上裝有滑塊。手車(chē)分離時(shí)放置到滑塊上，通過(guò)滑軌來(lái)完成手車(chē)在開(kāi)關(guān)柜和轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)?；壖瓤梢允故周?chē)的移動(dòng)更加省力順暢，而且還可以將手車(chē)位置固定，防止手車(chē)發(fā)生偏移，進(jìn)而影響斷路器觸頭的對(duì)接。在升降平臺(tái)的后部設(shè)有兩個(gè)機(jī)械手臂，手臂與推桿相連，用于抓取手車(chē)上的安裝把手。通過(guò)遙控器上的推桿控制按鈕，控制推桿的伸縮，拉動(dòng)手車(chē)的前后移動(dòng)，完成手車(chē)的分離和安裝工作。利用電動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工，更加安全快捷。

1.5 電源管理模塊

智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)采用大容量可充電鋰電池作為動(dòng)力源，為小車(chē)的運(yùn)轉(zhuǎn)移動(dòng)和平臺(tái)的升降、手車(chē)的分離安裝、激光測(cè)距模塊和控制系統(tǒng)提供能量來(lái)源。鋰電池位于轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的底部，包裹在特質(zhì)的鐵皮電池盒內(nèi)，防止電池受到磕碰。電池續(xù)航能力強(qiáng)，動(dòng)力強(qiáng)勁。電源管理模塊設(shè)有電量顯示功能，可隨時(shí)查看鋰電池的電量，保證轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的持續(xù)運(yùn)行。

1.6 遙控模塊

遙控模塊內(nèi)的控制系統(tǒng)為小車(chē)的核心部件，控制著整個(gè)小車(chē)的工作及與輔助工具的相互配合工作。遙控器內(nèi)的主控芯片通過(guò)無(wú)線的方式接收來(lái)自激光測(cè)距模塊的距離信號(hào)，控制小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)彎避障動(dòng)作。當(dāng)小車(chē)接近開(kāi)關(guān)柜時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)小車(chē)底部的千斤頂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使升降平臺(tái)開(kāi)始上升，通過(guò)激光測(cè)距模塊測(cè)到的定位信息，精確控制平臺(tái)的上升高度，使平臺(tái)與開(kāi)關(guān)柜斷路器室的底板處于同一水平面，啟動(dòng)小車(chē)上的固定卡扣，將小車(chē)與開(kāi)關(guān)柜固定在一起，防止小車(chē)晃動(dòng)脫離。然后通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)上的機(jī)械手臂推動(dòng)或者拉伸手車(chē)，使手車(chē)與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的高壓電源觸頭進(jìn)行合并或者分離，操作完成后，小車(chē)上的卡扣開(kāi)啟，小車(chē)與開(kāi)關(guān)柜分離，整個(gè)手車(chē)的安裝分離工作完成。然后控制器控制小車(chē)的車(chē)輪前進(jìn)，將手車(chē)運(yùn)送至檢修處或者自行回到轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)存放處。

轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的遠(yuǎn)程遙控采用LoRa無(wú)線通信技術(shù)。LoRa無(wú)線通信是近年來(lái)才被廣泛應(yīng)用的無(wú)線通信技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的藍(lán)牙、Wi-Fi等傳輸方式，在物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域有其明顯的優(yōu)勢(shì)。藍(lán)牙的傳輸距離只有10m左右，距離太近無(wú)法在轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)上使用。Wi-Fi無(wú)線通信需要搭建局域網(wǎng)，配置路由器，各配電室離的相對(duì)比較遠(yuǎn)，每個(gè)配電室可能只有2～3個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，為每個(gè)配電室專(zhuān)門(mén)搭建Wi-Fi無(wú)線局域網(wǎng)，成本高，組網(wǎng)復(fù)雜。LoRa無(wú)線通信無(wú)須其他設(shè)備，即可完成一對(duì)多通信，空曠條件下傳輸可達(dá)30km，在近郊區(qū)傳輸距離也可達(dá)15km。LoRa靈敏度高，穿墻能力強(qiáng)，可滿足地下配電室組網(wǎng)通信的要求。而且通信免費(fèi)，無(wú)須其他設(shè)備即可完成通信，成本低。

遙控器上除了設(shè)有激光測(cè)距和避障遙控外，還設(shè)有轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的換擋按鍵、前進(jìn)后退按鍵、轉(zhuǎn)向按鍵等遙控按鈕，既可以使轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行，也可以進(jìn)行手動(dòng)操作。手動(dòng)按鈕可以在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)意外故障時(shí)強(qiáng)行手動(dòng)接管，手動(dòng)排除故障，保證轉(zhuǎn)運(yùn)正常進(jìn)行。

2 結(jié)語(yǔ)

中置式開(kāi)關(guān)柜目前仍然在大規(guī)模應(yīng)用，由于開(kāi)關(guān)柜型號(hào)不同，手車(chē)的安裝分離及轉(zhuǎn)運(yùn)工作一直是使用傳統(tǒng)的手動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)工作，與開(kāi)關(guān)柜對(duì)接時(shí)需要多次調(diào)解小車(chē)平臺(tái)的高度，比較耗費(fèi)時(shí)間和人力。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能中置式開(kāi)關(guān)柜手車(chē)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，采用電動(dòng)的模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工模式，自動(dòng)化智能化程度高。小車(chē)通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式，可自動(dòng)到達(dá)開(kāi)關(guān)柜的位置，自動(dòng)完成斷路器手車(chē)的安裝分離工作。液壓升降式平臺(tái)可任意調(diào)節(jié)小車(chē)平臺(tái)的高度，適應(yīng)不同型號(hào)的開(kāi)關(guān)柜的要求。智能轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)，工作快捷高效，成本低，可大大提高工作效率，減少安全隱患，具有廣闊的市場(chǎng)推廣價(jià)值。