架空裸導(dǎo)線涂覆機(jī)器人作業(yè)關(guān)鍵因素分析及其參數(shù)優(yōu)化

陳水勝，楊博 ，蔡志國(guó)，陳俊，王君

(1.湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢430068；2.武漢華儀智能設(shè)備有限公司，湖北武漢430100)

0 前言

架空線路作為配電網(wǎng)的主要組成部分，是我國(guó)電力傳輸?shù)闹饕问健＜芸站€路覆蓋廣闊，輸電距離長(zhǎng)。其安全穩(wěn)定運(yùn)行與配電網(wǎng)的安全可靠息息相關(guān)[1]。市區(qū)配電網(wǎng)線路往往穿越人口密集區(qū)域，市郊、山區(qū)等地區(qū)的架空裸導(dǎo)線經(jīng)常會(huì)跨越池塘、植被及村落等區(qū)域。因?yàn)槁銓?dǎo)線及破損導(dǎo)線直接或間接造成的人員傷亡、森林火災(zāi)等事故時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的絕緣處理方法為在停電情況下，人工懸掛在電線桿上直接更換絕緣電纜[2-3]或進(jìn)行絕緣護(hù)套包覆處理[4]。這種采用人工的方式效率極低，而且作業(yè)人員安全性得不到保障。因此，研發(fā)先進(jìn)的裸導(dǎo)線絕緣化技術(shù)及裝備顯得尤為重要。

機(jī)器人是可以代替人工的智能化裝置，也是我國(guó)研究的重要領(lǐng)域。現(xiàn)有機(jī)器人絕緣處理裸導(dǎo)線的方式主要分為3種：包裹式機(jī)器人、纏繞式機(jī)器人及涂覆式機(jī)器人。纏繞式機(jī)器人需對(duì)纏繞后的絕緣帶進(jìn)行加熱收縮，加熱過程可能會(huì)影響導(dǎo)線性能[5]。包裹式機(jī)器人電工膠布安裝不牢固，需要人工上線安裝[6]，且膠布卷材體積過大，運(yùn)行中易觸碰其他導(dǎo)線而引起事故。涂覆式機(jī)器人主要采用絕緣涂料進(jìn)行帶電作業(yè)，可以利用小體積料筒實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離絕緣處理功能，但存在漏膠缺膠問題，影響涂覆質(zhì)量[7-8]。

針對(duì)以上問題，本文作者設(shè)計(jì)一種輕型架空線路絕緣涂覆機(jī)器人并分析其注膠系統(tǒng)。將注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及注膠壓力作為變量，設(shè)計(jì)注膠系統(tǒng)正交仿真試驗(yàn)。使用極差分析法分析多因素作用下的注膠模出口流體速度、注膠流體速度穩(wěn)定性及膠管出口壓力的影響程度和變化形勢(shì)，并利用多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)對(duì)該問題進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解，獲得能實(shí)現(xiàn)較優(yōu)涂覆效果的注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)。并結(jié)合研究所得進(jìn)行機(jī)器人樣機(jī)試制，經(jīng)過機(jī)器人行走、涂覆及涂覆后導(dǎo)線耐壓測(cè)試[9]，表明機(jī)器人運(yùn)行可靠，涂覆質(zhì)量良好。

1 涂覆機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)

該涂覆機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)線行走裝置、涂料注膠系統(tǒng)、機(jī)器框架及軟連接四部分組成。機(jī)器人主要依靠導(dǎo)線行走裝置實(shí)現(xiàn)在架空導(dǎo)線上的移動(dòng)，裸導(dǎo)線包覆絕緣涂料作業(yè)則由涂料注膠系統(tǒng)完成。作業(yè)時(shí)，涂覆機(jī)器人由作業(yè)人員乘坐絕緣斗臂車放置安裝于裸導(dǎo)線上，之后作業(yè)人員利用遠(yuǎn)程遙控的方式控制行走輪運(yùn)動(dòng)及噴涂裝置注膠，以實(shí)現(xiàn)涂覆作業(yè)。涂覆機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 涂覆機(jī)器人結(jié)構(gòu)

1.1 導(dǎo)線行走裝置

機(jī)器人行走裝置采用雙輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，選用體積小巧、定位精度高的伺服一體電機(jī)配上大減速比的諧波減速器，能有效驅(qū)動(dòng)行走輪，使機(jī)器人在裸導(dǎo)線上運(yùn)行穩(wěn)定。電機(jī)通過非標(biāo)連接件與諧波減速器固定，諧波減速器利用螺栓連接安裝于固定板上。行走輪內(nèi)孔安裝定制套筒，減速器輸出軸與套筒使用鍵連接。行走輪采用V形輪結(jié)構(gòu)，V形輪能適應(yīng)一定范圍內(nèi)的不同裸導(dǎo)線線徑，選用聚氨酯材料并做花紋輪面，以增大V形輪與導(dǎo)線之間的摩擦力，提高機(jī)器人爬坡運(yùn)行中防打滑能力[10]。

1.2 涂料注膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)

涂料注膠系統(tǒng)是涂覆機(jī)器人的核心結(jié)構(gòu)，由注膠模塊、膠桶、滾珠絲桿螺母副、快插接頭、同步帶及減速直流無刷電機(jī)組成，如圖2所示。涂料噴涂裝置參照注射器壓力式供膠原理設(shè)計(jì)，減速電機(jī)固定于中間連接板上，減速電機(jī)與絲桿螺母副通過同步帶輪傳動(dòng)，推桿通過滾珠絲桿上的非標(biāo)件與螺母副連接。減速電機(jī)經(jīng)同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)并前后移動(dòng)，絲桿傳動(dòng)時(shí)帶動(dòng)推桿推動(dòng)絕緣膠桶末端的密封活塞，將絕緣膠勻速擠出膠桶口。膠桶口與注膠模之間利用PL、PC快插接頭及注膠管導(dǎo)通，使得絕緣膠能均勻注滿注膠模塊。絕緣膠桶固定于膠桶固定外殼內(nèi)，用于存儲(chǔ)絕緣膠。

圖2 螺桿注射式結(jié)構(gòu)

1.3 高黏度絕緣注膠模設(shè)計(jì)

新型的高黏度絕緣注膠模經(jīng)軟連接與移動(dòng)車體相連，結(jié)構(gòu)如圖3所示。裸導(dǎo)線從其中心穿過，該注膠模采用兩半對(duì)稱機(jī)械結(jié)構(gòu)，以便套設(shè)在裸導(dǎo)線上。采用鐵氟龍材料注塑加工噴頭內(nèi)芯、采用光敏樹脂材料3D打印定位芯，鐵氟龍及光敏電阻材料均具有良好的不黏性、絕緣性及潤(rùn)滑性，確保了絕緣膠在噴涂階段不會(huì)粘到注膠模上。注膠模內(nèi)芯與定位芯之間采用彈簧彈性固定4個(gè)均布安裝的卡線定位銷。根據(jù)裸導(dǎo)線線徑不同，定位銷彈簧形變量改變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)線自適應(yīng)定位。在電力線行走方向，噴頭內(nèi)腔設(shè)計(jì)有特定內(nèi)傾角以刮涂膠料。注膠模經(jīng)過4根對(duì)稱的膠管接頭導(dǎo)入絕緣膠，以實(shí)現(xiàn)絕緣膠的均厚和勻速涂覆。

圖3 高黏度絕緣注膠模結(jié)構(gòu)

2 注膠系統(tǒng)優(yōu)化分析

2.1 數(shù)學(xué)模型

2.1.1 擠壓流動(dòng)過程的控制方程

流體擠壓流動(dòng)滿足質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。

微分法是對(duì)質(zhì)點(diǎn)及空間進(jìn)行研究的方法，可用于解決復(fù)雜的流體流動(dòng)問題。故以微分形式的三大基本定律作為硫化硅橡膠擠壓流動(dòng)的控制方程[11]。

2.1.2 基本假設(shè)

考慮仿真計(jì)算的收斂性問題，對(duì)硫化硅橡膠流體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)提出如下基本假設(shè)：

(1)硫化硅橡膠在流域的流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)層流，且環(huán)境溫度為恒溫。

(2)硫化硅橡膠在流域的流動(dòng)不可壓縮。

(3)硫化硅橡膠的黏性很大，忽略重力影響。

2.1.3 本構(gòu)方程

硫化硅橡膠屬于不可壓縮的非牛頓體，根據(jù)相似原則及試驗(yàn)要求，將硫化硅橡膠取作冪律流體[12]，其公式如下：

τ=k(λγ)n-1

(1)

式中：τ為剪切應(yīng)力，Pa·s；k為黏稠系數(shù)，也稱冪律系數(shù)，Pa·s；γ為剪切速率，s-1；λ為松弛時(shí)間，s；n為流性指數(shù)。

2.2 注膠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于注射器式壓力注膠擠出過程中，硫化硅橡膠在注膠桶活塞的恒壓力作用下，以穩(wěn)定的流率通過膠管注入注膠模中，實(shí)現(xiàn)擠出。注膠裝置物理模型如圖4所示。

圖4 注膠裝置物理模型

2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對(duì)比膠筒結(jié)構(gòu)尺寸、膠管內(nèi)徑對(duì)注膠性能及膠體流量的影響，選出性能較優(yōu)的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到注膠模塊送膠連續(xù)、出膠效率高的目的。通過分析噴涂裝置注膠擠出影響因素，主要從3個(gè)因素(注膠桶收斂角β、注膠壓力p和膠管內(nèi)徑d)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。依據(jù)表1進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中膠桶入口直徑D、膠桶出口直徑D1和膠桶長(zhǎng)度L為常數(shù)，D=120 mm，D1=60 mm，L=300 mm。

表1 注膠影響因素水平

2.4 流域仿真試驗(yàn)

2.4.1 流域網(wǎng)格劃分

繪制9組正交試驗(yàn)所需的注膠系統(tǒng)模型，對(duì)試驗(yàn)5注膠模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于該模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故采用四面體網(wǎng)格劃分方法。細(xì)化注膠系統(tǒng)雙出口網(wǎng)格，流域區(qū)域外壁設(shè)置膨脹層，以提高仿真精度。模型及網(wǎng)格見圖5。

圖5 注膠系統(tǒng)模型(a)及流域網(wǎng)格(b)

2.4.2 邊界條件設(shè)置

依據(jù)正交試驗(yàn)方案，使用Fluent軟件對(duì)設(shè)計(jì)的9種流道模型進(jìn)行仿真計(jì)算。試驗(yàn)材料選用改良后的室溫固化硫化硅橡膠(RTV)[13]，其相關(guān)參數(shù)如表2所示。機(jī)器人在實(shí)際工作中，注膠桶和膠管相對(duì)位置保持不變，即相對(duì)速度為零，故采用壓力差模型[14]。邊界條件設(shè)置入口為壓力入口，壓力值為1.8×105～2.0×105Pa；出口為壓力出口，壓力值為大氣壓。流體為不可壓縮的非牛頓體，設(shè)置為層流[15]。流體壁面溫度為室溫，并假設(shè)壁面與流體無滑移。

表2 RTV材料相關(guān)參數(shù)

2.5 仿真分析

2.5.1 仿真結(jié)果

正交仿真試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，重點(diǎn)以注膠模出口(此出口指壓力出口1)流體速度均值v、速度標(biāo)準(zhǔn)差σ及膠管出口壓力(此出口指膠管出口1)值p1作為研究對(duì)象。9組仿真試驗(yàn)速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)分布狀態(tài)相似。以試驗(yàn)5為例，仿真結(jié)果見圖6。由圖6(a)可以看出：注膠模流道速度總體穩(wěn)定，隨流體流向注膠模壓力出口1的沿程速度逐漸提高。由圖6(b)(c)可以看出：因流道壁面流體產(chǎn)生黏性阻力，導(dǎo)致管內(nèi)流速大于管壁流速。由圖6(d)(e)可以看出：膠管出口壓力穩(wěn)定，膠管出口1的壓力略大，沿程壓力在膠體流向膠管出口的方向上逐漸減小。

表3 正交仿真試驗(yàn)結(jié)果

圖6 試驗(yàn)5仿真結(jié)果

2.5.2 極差分析

極差分析法是一種操作性強(qiáng)、具有主觀性的分析方法。通過計(jì)算R值來判斷因素的優(yōu)劣情況，同時(shí)還可判斷某因素時(shí)的最佳水平情況，從而得到理想組合。

計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

2.5.2.1 注膠模出口流體速度分析

由公式(2)(3)計(jì)算獲得注膠模出口流體平均速度的極差分析結(jié)果，見表4?？傻茫耗z管內(nèi)徑對(duì)出口流體速度均值影響顯著，膠管內(nèi)徑與出口速度均值成正比關(guān)系。分析可得：相同壓差情況下，由于硫化硅橡膠為不可壓縮流體且黏度較大，管壁周圍對(duì)流體有黏性阻力，導(dǎo)致管壁流速低于管內(nèi)速度，從而使平均速度降低。管徑越大，黏性阻力影響越小，平均流速越大。但考慮到膠管制造的工藝性，膠管內(nèi)徑不能超過12 mm。

表4 注膠模出口流體速度均值極差分析結(jié)果

2.5.2.2 注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差值分析

同理，可得注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差值的極差分析結(jié)果，見表5?？傻茫号c其他因子相比，膠管內(nèi)徑對(duì)出口速度標(biāo)準(zhǔn)差值具有明顯影響，隨著膠管內(nèi)徑的增大，出口速度標(biāo)準(zhǔn)差值也隨之增大。說明較小的管徑有利于流體穩(wěn)定流動(dòng)，但考慮到膠管的制造工藝性，膠管內(nèi)徑不能小于4 mm。同時(shí)，其他因子對(duì)注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差值沒有顯著影響。

表5 注膠模出口速度標(biāo)準(zhǔn)差值極差分析結(jié)果

2.5.2.3 膠管出口壓力分析

同理，可得膠管出口壓力的極差分析表，見表6?？傻茫喝蜃訉?duì)膠管出口壓力具有不同程度的影響，影響程度由大到小依次為注膠壓力、注膠桶收斂角、膠管內(nèi)徑。當(dāng)注膠壓力上升時(shí)，膠管出口壓力也上升?？紤]到壓力越大流體更易從膠管擠出至注膠模，故盡可能選擇較大的注膠壓力。

表6 膠管出口壓力極差分析結(jié)果

通過以上分析可知，試驗(yàn)因素對(duì)注膠模出口流體速度均值、速度方差及膠管出口平均壓力的影響程度各異。綜合考慮，將優(yōu)化指標(biāo)選為較高注膠模出口流體流速(v≤50 mm/s)和膠管出口壓力、較低速度標(biāo)準(zhǔn)差值，通過MOGA算法進(jìn)行優(yōu)化求解。

3 基于多目標(biāo)遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 多目標(biāo)遺傳算法原理

多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)具有全局搜索性，收斂速度快，可解得一系列的帕雷托解，并非是單一解。多目標(biāo)遺傳算法運(yùn)算流程[16]如圖7所示。

圖7 MOGA算法流程

3.2 優(yōu)化方法

多目標(biāo)優(yōu)化問題是現(xiàn)實(shí)各個(gè)領(lǐng)域中普遍常見的問題，各目標(biāo)相互限制，不可能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。傳統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化算法在尋優(yōu)過程中往往會(huì)陷入局部最優(yōu)解，故結(jié)合具有全局搜索能力的遺傳算法進(jìn)行求解，可以得出各指標(biāo)相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)的解集。定義多目標(biāo)優(yōu)化問題如式(4)(5)所示：

minF(x)=[f1(x),f2(x),…,fm(x)]Tx∈Rn

(4)

s.t.hi(x)≤0i=1,2,…,q

(5)

式中：x=[x1，x2，…，xn] ∈Rn，為n維歐氏設(shè)計(jì)變量；F(x)為n維目標(biāo)函數(shù)；fi(x)為適應(yīng)度函數(shù)，i=1，2，…，m，m∈R+；hi≤0為第i個(gè)約束條件；q為約束個(gè)數(shù)。

3.3 建立適應(yīng)度函數(shù)

建立遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解計(jì)算[17]。試驗(yàn)中優(yōu)化指標(biāo)為注膠模出口流體速度均值、速度標(biāo)準(zhǔn)差及膠管出口平均壓力，并使用MATLAB軟件對(duì)9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合分析。為獲得良好擬合程度的回歸方程，將多項(xiàng)式最高次項(xiàng)設(shè)置為3次[18]，從而分別得到β、p和d的3個(gè)回歸方程。

建立注膠模出口流體速度均值回歸模型：

v=90.128 1+4.728 5β-82.788 9p-0.965 1βd-

0.000 218 64β3+2.703 2p2d+0.04βd2+0.050 4βpd

使用聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)法對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，F(xiàn)0.1(7,1)=2.24×103，大于臨界值F0.1(7,1)=58.906，回歸方程可用。

建立注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差值回歸模型：

σ=4.152 7+0.259 2β-4.448 5p-0.053 9βd-

0.000 010 56β3+0.149 1p2d+0.002 5βd2+0.002 4βpd

使用聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)法對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，F(xiàn)0.1(7,1)=1.307×105，大于臨界值F0.1(7,1)=58.906，回歸方程可用。

建立膠管出口壓力回歸模型：

p=105.542 1+0.178 5β-4.113 7p-0.018 9βd+

0.000 049 52β3+0.163 5p2d+0.000 505 7βd2-0.005 8βpd

使用聯(lián)合假設(shè)檢驗(yàn)法對(duì)回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，F(xiàn)0.1(7,1)=253.98，大于臨界值F0.1(7,1)=58.906，回歸方程可用。

3.4 目標(biāo)函數(shù)

建立自變量?jī)?yōu)化模型矢量表達(dá)式如式(6)所示，自變量為注膠桶收斂角β、注膠壓力p和膠管內(nèi)徑d。

x=[β，p，d]T=[x1，x2，x3]T

(6)

令注膠模出口流體速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、膠管出口壓力回歸方程分別為y1(x)、y2(x)和y3(x)，優(yōu)指標(biāo)選用較大的注膠模出口流體速度、膠管出口壓力和較小的注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差，使用最小值求解法。使注膠模出口流體速度、膠管出口壓力取最大值，即min(-y1(x))、min(-y3(x))。使注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差取最小值，即miny2(x)。目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)如式(7)所示：

minf(x)=[-y1(x)，y2(x)，-y3(x)]T

(7)

3.5 約束條件

基于正交試驗(yàn)參數(shù)的選取范圍對(duì)自變量x1、x2、x3取值范圍進(jìn)行約束，注膠桶收斂角范圍如式(8)所示，注膠壓力范圍如式(9)所示，膠管內(nèi)徑范圍如式(10)所示：

(8)

(9)

(10)

故自變量x1、x2、x3取值邊界約束條件如式(11)所示：

h(x)=[h1(x),h2(x),h3(x)]T

(11)

綜上，求解注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化問題的模型為

(12)

3.6 求解最優(yōu)解集

根據(jù)注膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)取值范圍如式(13)所示。使用MATLAB軟件調(diào)用多目標(biāo)遺傳算法函數(shù)文件進(jìn)行求解，所得Pareto前端最優(yōu)解集如圖8所示。

(13)

圖8 Pareto前端最優(yōu)解集

3.7 優(yōu)選結(jié)果

分析結(jié)果可得：注膠模出口流體速度均值與膠管出口壓力成正比；速度標(biāo)準(zhǔn)差隨注膠膜出口流體速度增大而增大，當(dāng)速度大于52.25 mm/s時(shí)趨近于同一值。為解決注膠模漏膠缺膠問題，應(yīng)優(yōu)先考慮較大出口速度。故解集優(yōu)選參數(shù)為注膠桶收斂角22°～23°、膠管內(nèi)徑12 mm、注膠壓力(1.9～1.95)×105Pa。表7中列舉了上述優(yōu)選參數(shù)的仿真計(jì)算結(jié)果。可知：(1)膠管出口壓力處于較高水平，說明膠管內(nèi)流體有較好的流動(dòng)性，有利于膠體擠出進(jìn)入注膠模；(2)注膠模出口流體速度處于較高水平，保證了在涂覆過程中流體不會(huì)擠出注膠模影響涂層厚度，提高了涂覆質(zhì)量；(3)注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差處于較低水平，說明流體具有良好的穩(wěn)定性，提高了涂覆精度。

4 樣機(jī)運(yùn)行情況

選取上述注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及推桿壓力，制作樣機(jī)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，總結(jié)絕緣涂覆機(jī)器人的主要技術(shù)指標(biāo)，如表8所示。

表8 技術(shù)指標(biāo)

針對(duì)涂覆機(jī)器人涂覆效果和行走能力，在模擬線路和實(shí)際線路上進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)涂覆后電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用雙輪驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)器人提供了足夠的動(dòng)力，機(jī)器人行走過程穩(wěn)定；考慮制作工藝及工況需求，采用注膠收斂角約23°、注膠壓力約1.925×105Pa和12 mm線徑的注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，涂覆過程中注膠模未出現(xiàn)漏膠和缺膠的情況，涂覆效果良好；行走輪采用V形輪結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)不同線徑；各機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)速適配，維持一定的線性關(guān)系，使涂覆機(jī)器人行走速度達(dá)到3 m/min；兩個(gè)膠桶對(duì)稱放置于機(jī)器人底部，保證機(jī)器人重心穩(wěn)定，有效避免機(jī)器人在大風(fēng)情況下發(fā)生傾覆。涂覆后電纜在45 kV直流耐壓試驗(yàn)中，1 min內(nèi)未發(fā)現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，滿足GB/T 34577—2017標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)器人樣機(jī)行走和電纜涂覆后耐壓試驗(yàn)如圖9所示。

圖9 樣機(jī)試驗(yàn)

5 結(jié)論

本文作者設(shè)計(jì)一種輕型絕緣涂覆機(jī)器人，用于覆蓋架空裸導(dǎo)線。并利用ANSYS Fluent軟件，對(duì)機(jī)器人注膠系統(tǒng)進(jìn)行流域正交仿真試驗(yàn)。以提高涂覆質(zhì)量和注膠模內(nèi)黏性流體流動(dòng)性為目標(biāo)，以注膠桶收斂角、注膠壓力與膠管內(nèi)徑為試驗(yàn)變量，并以較小的注膠模出口流體速度標(biāo)準(zhǔn)差和較大的膠管出口壓力、注膠模出口流體速度均值為優(yōu)化指標(biāo)，通過對(duì)比流域云圖，得出注膠系統(tǒng)壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)的分布趨勢(shì)。并對(duì)比流場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

對(duì)正交仿真試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得到每個(gè)指標(biāo)在不同因素作用下的變化趨勢(shì)。其中，注膠壓力是膠管出口壓力均值最顯著的影響因子。注膠模出口流體速度均值、標(biāo)準(zhǔn)差最顯著的影響因子是膠管直徑。

基于多目標(biāo)遺傳算法對(duì)注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解，并考慮注膠系統(tǒng)實(shí)際的工藝性，得出在注膠桶收斂角22°～23°、膠管內(nèi)徑12 mm、注膠壓力(1.9～1.95)×105Pa的情況下，注膠系統(tǒng)工作性能較優(yōu)。

最后依據(jù)上述較優(yōu)注膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行樣機(jī)制作，并進(jìn)行模擬線路及實(shí)際線路的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明樣機(jī)運(yùn)行及涂覆性能良好。