CN103138219A - 高压输电线路的自动除冰机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压输电线路的自动除冰机的各部分结构设计以及前行、越障动作执行过程。本发明所设计的高压线路自动除冰机由执行部分、行走越障部分、供电部分以及控制模块四部分组成。其特征在于用于夹持输电线路的由齿轮传递动力，主体采用四杆机构的夹爪；用于无动力源自主越障的越障机构，其由旋转棘轮、左右爪片、连接杆、以及旋转棘轮复位用的弹簧，以及减小摩擦的周向布置滚针组成；用于除冰的旋转刀具以及柔性连接杆。其特点为能够自主跨越高压输电线路上的障碍物，并输电线路上的覆冰，且不会对电线路造成伤害。除此之外具备一定的爬坡能力。

Description

高压输电线路的自动除冰机

技术领域  本发明属于高压输电线路自动除冰装置技术领域，其设计主要涉及输电线路的自主越障、自主除冰的机械结构设计。

背景技术  我国是输电线路覆冰最为严重的国家之一，线路冰害事故发生的概率很高。最近30年来，大面积冰灾事故在全国各地时有发生，线路大量结冰就是造成这些事故的主要原因。目前，主要采用的输电线路除冰方法多为人工除冰方法，不仅效率低下而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。在机械除冰方面，滑轮刮铲法是一种相对机械效率较高且有效的方式，但只适用于广阔的平原地区，对我国复杂的地理环境并不适用，因此研究新型的除冰方法替代人工除冰就变成十分迫切。

发明内容  为了克服现有技术的缺陷以及不足，本发明提供一种高压输电线路自动除冰机，该除冰机能够自主跨越高压输电线路上的障碍物，并能高效的除去高压输电线路上的覆冰，且不会对高压输电线路造成伤害。除此之外，由于导线的自身重力原因，除冰机能够具备一定的爬坡能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该设计方案的输电线路自动除冰机总体来说包括执行部分、行走越障部分、供电部分以及控制模块四部分。其中行走越障部分又由行走机构、越障机构、夹持机构三部分组成，执行机构则是指的是除冰机构。其特点在于其无动力自主越障机构的动作实现。其中：

夹持机构的作用为对输电线进行有规律的夹紧以及放松动作，使整机的越障动作得以实现。其主要分为驱动部分、传动部分以、执行部分以及机架连接部分四部分组成。由于夹持机构在运动过程中需要能够固定在某个特定的角度上并且承受一定的反转力，因而在驱动部分的电机选用一款涡轮蜗杆自锁电机，其特点是能够提供较大扭矩，控制方便，带自锁结构。驱动部分通过点击输出盘将动力传给传动部分，即一对1∶1比例的传动齿轮，这个齿轮对的作用是使得夹持机构的执行部分左右两半夹爪能够同步运动。这里的夹持机构执行部分由四杆机构设计而成，具有动作稳定，可传递夹持力较强的特点，但同时也存在效率不高的问题。整个夹持机构的动力则由电机传向传动齿轮最后再传到由四杆机构组成的夹爪执行机构完成整个夹紧或者放松动作。

越障机构的作用是主要针对自动跨越输电线路上置于输电线路竖直方向以及水平方向上的障碍物，同时承受整机重量，使得整机悬挂于输电线路之上。其主要由连接杆、左右爪片以及旋转棘轮三部分组成。其中连接杆的作用是将整个越障机构同夹持机构固结为一个整体，即越障夹持机构。除此之外它还将延伸整个越障夹持机构的纵向长度，从而使得整机跨越置于输电线路竖直方向上的障碍物。左右爪片以及旋转棘轮共同组成越障机构的主题部分，这里我们将越障机构置于左右爪片中的凹槽部分，同时在爪片凹槽部分周向方向上布置一圈滚正，使得旋转棘轮能够绕其轴线在夹爪内部自由旋转。其特点是当整机遇到障碍物的时候，旋转棘轮能够绕轴线自由旋转使得障碍物顺利通过的同时还能自主回到旋转棘轮的初始位置。旋转棘轮回旋到其初始位置是通过两头分别连接于爪片和旋转棘轮上的压簧来提供旋转棘轮的恢复力。

行走机构的作用是与夹持机构相配合完成整机前行的动作过程。其机构设计是利用了丝杠的自身结构特点从而通过变换丝杠与螺母之间谁作为固定件从而与夹持机构相配合完成整机的前行动作。整机的布置情况是行走机构置于机架之上，越障夹持机构置于行走机构之上，这里我们需要两个越障夹持机构分别置于行走机构的两头，需要一个夹持机构置于螺母之上。

执行机构即除冰机构则是采用回旋刀具在输电线轴向三方向柔性布置来除去导线上的覆冰，在除冰的同时，回旋刀具通过连杆的柔性连接则保证其在除冰的同时不会伤及导线。整个除冰机构的越障则是通过连接执行部分，即回旋刀头的丝杠升降来完成执行机构的越障过程。其位于整机的最前部。整机的供电模块则主要是利用非接触式的自感供电模块来为整机提供相应能源。其原理是利用自感效应将自感线圈环绕于输电线上，当整机动作时从输电线路上自取点的方式来提供整机在动作时所需要的能源。为了保证整机运动过程时时有效供电，这里我们还携带一个蓄电池模块作为整机的备用供电模块。当自感供电模块越障和停止供电的时候，蓄电池模块将提供整机运作的能源。

本发明的工作过程是：

整机再上线的时候还是需要人工将其置于输电线路上，此时三个夹抓需要全部处于放松状态，当整机放好时控制模块控制备用电源对夹爪电机供电，使夹爪处于夹紧状态。前进时工作时，控制模块先控制中间夹爪的夹爪电机旋转使得中间夹抓打开，此时前后夹爪任然处于家境状态。这时供电模块再对滚珠丝杠动力电机供电使其正向旋转，此时丝杠不动，螺母带动中间夹爪向前移动一个丝杠长，然后控制模块先使中间夹爪夹紧，然后再使前后夹抓张开，丝杠电机反转，整机向前运动一个丝杠长，这便完成了一个前进动作循环。

当整机遇到障碍物的时候，控制模块对各部分电机的控制依旧按照前进时的控制过程，只是在之前加入了一个初始化的动作过程，也就是说当整机遇到障碍物的时候，无论中间夹爪相对于丝杠处于和位置，必然先使前后夹抓先夹紧，然后中间夹爪松开，丝杠电机带动丝杠正转使得中间夹抓位于丝杠前部后在完成之后的动作过程。在整个越障过程中，越障部分并不需要外部动力驱动，当夹爪遇到障碍物的时，由于整机依然前行使得障碍物对旋转棘轮施加力一个偏心力，旋转棘轮产生使其回旋的力矩开始旋转，同时在整机前行的情况下使得障碍物通过棘轮上的缺口，从而达到越障的目的。整个越障过程弹簧将积聚棘轮恢复到初始位置的恢复力，当障碍物通过时使得旋转棘轮回旋到其初始位置。整机通过输电线路竖直方向上的障碍物则主要是通过增长连接杆的设计长度来实现这一功能的。除冰机构的越障则是通过控制模块控制除冰机构丝杠的旋转使其下降至安全高度来避开前方障碍物。

本发明的有益效果是：

本发明所设计的高压输电线路的自动除冰机主要越障对象是正对于输电线路上竖直方向以及水平方向上的障碍物。

通过越障机构的旋转棘轮在遇到障碍物后产生的旋转力矩使其旋转并伴随着整机前行，使得障碍物通过旋转棘轮及爪片共同组成的通道实现无动力源自主越障的能力。为了减小旋转棘轮的旋转摩擦力，这里我们在旋转棘轮外侧周向布置了一圈轴线水平于棘轮轴线的滚针来减小摩擦。

上述越障过程结束后旋转棘轮的回旋至初始位置是依靠沿旋转棘轮周向布置的弹簧在棘轮旋转时产生的恢复力使得旋转棘轮恢复到初始位置的。而为了保证旋转棘轮不会在惯性作用下旋转一个过大的角度，使得恢复过位的情况产生，这里我们放置了连接在固定件夹爪上的定位挡块来避免这一状况的产生。

整个越障过程中，位于前后的两个旋转棘轮始终与导线相贴合，这就使得整机在各个时刻都有至少两点稳定悬挂于输电线路上，使得整机在行走过程不会因夹爪松开而使得整机坠落。同时这样的设计使得夹爪相对于导线的高度差不变化，夹爪的夹紧动时不会出现夹空输电线的情况。

由三个方向的旋转刀具切削覆冰的效率更高，切削覆冰的质量也越好。同时带升降系统的除冰机构有助于在不伤及导线的情况下避开障碍物，从而保护输电线。

非接触式自感供电模块和蓄电池备用模块共同组成的供电模块使得整机的重量相对于自带电的输电线路除冰机减重不少，同时也延长了除冰设备在导线上的作业时长。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的高压输电线路的自动除冰机主视图

图2是本发明所述的夹持机构主视图

图3是本发明所述的越障机构轴测图

图4是本发明所述的越障机构越障机理图

图5是本发明所述执行机构主视图

标号说明：

1、供电模块  2、控制模块  3、行走越障部分  4、执行部分  5、越障机构  6、夹持机构  7、夹爪  8、夹爪连杆  9、夹抓小轴  10、连接板  11、12、传动齿轮  13、电机输出盘  14、右夹爪  15、弹簧定位挡块  16、滚针  17、弹簧连接柱  18、上线螺母  19、连接杆  20、左夹爪  21、弹簧  22、旋转棘轮  23、旋转刀具  24、刀具电机  25、刀具连接架  26、刀具升降丝杠  27、升降丝杠电机  28、机架  29、行走机构螺母  30、涡轮蜗杆自锁电机  31、橡胶垫  32、上线短杆  33、上盖

具体实施方式  实施例

一种高压输电线路的自动除冰机整体构造由图1所示，包括执行部分(4)、行走越障部分(3)、供电模块(1)以及控制模块(2)四部分。整机的动力电源主要由非接触式的自感供电模块提供，同时具备相应的电机控制模块。

图2主要表述了该发明所述的高压线路自动除冰机的夹持机构。动力由蜗轮蜗杆自锁电机通过电机输出盘(13)传向传动齿轮(12)，齿轮将同步带动左右连杆(8)使得夹爪(7)在保证有效地加持力的作用下同步开合。图3主要表述了该发明所述的高压线路自动除冰机的越障机构。其特点是整个越障机构没有外部动力电源，其旋转棘轮(22)的旋转动力通过遇到障碍物时，障碍物对旋转棘轮施加推力，从而产生旋转棘轮(22)的旋转力矩M，使旋转棘轮(22)相对于左夹爪片(20)及右夹爪片(14)旋转同时带障碍物通过。当障碍物通过后，旋转棘轮(22)又将在连接于右夹爪片(14)与旋转棘轮(22)上的弹簧(21)的带动下恢复到初始位置。这里初始位置的确定由弹簧连接柱(17)碰撞定位挡块(15)完成。图4示意了整个越障机构(22)在越到障碍物时的动作过程。图5所示为执行机构，旋转刀具(23)通过轴承固定在连接架(25)上，连接架(25)是一个下部大圆弧的支持架，其圆弧半径大于输电线竖直方向的障碍物长度，用于避开输电线上竖直方向上的障碍物。其通过丝杠(26)带动旋转刀具(23)躲开水平方向于导线的障碍物。

Claims (7)

1.一种高压输电线路的自动除冰机由执行部分(4)、行走越障部分(3)、供电模块(1)以及控制模块(2)四部分，其特征在是：包括机架(28)以及安置在机架(28)之上的行走机构、执行部分(4)、夹持机构(6)、越障机构(5)以及供电模块(1)和控制模块(2)，所述执行部分(4)位于机架(28)前部，行走机构位于执行部分(4)之后，所述夹持机构(6)与越障机构(5)共同组成的越障夹持机构在本发明当中需要一对，分别置于行走机构前后各一个，另外还需要一个夹持机构(6)位于行走机构螺母(29)上，所述行走机构两端越障夹持机构通过电机安装板(10)与机架(28)相连。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路的自动除冰机的夹持机构，其特征是：由夹持机构(6)以及越障机构(5)组成，并通过夹爪安装板(10)将两部分连接并安装在机架(28)或者螺母(29)上，所述夹爪安装板(10)通过连接杆(19)将越障部分(5)与夹持机构(6)相连。

3.根据权利要求1及2所述的高压输电线路的自动除冰机的夹持机构，其特征是：包括涡轮蜗杆自锁电机(25)、电机输出盘(13)、夹抓安装板(10)、夹爪连杆(8)、夹爪(7)、连杆小轴(9)、输出电机小轴(11)、同步齿轮(12)，所述夹抓安装板(10)与机架(28)相连，所述涡轮蜗杆自锁电机(30)输出端与电机输出盘(13)相连，电机输出盘(13)与同步齿轮(12)其一相连，所述夹抓连杆(8)通过连杆小轴(9)以铰接方式相互连接为四杆机构并通过连杆小轴(9)铰接与夹抓安装板()，其所述夹爪(7)前端为弧形，并置于橡胶垫(31)用于增大摩擦，夹紧输电线。

4.根据权利要求1及2所述的高压输电线路的自动除冰机的越障机构，其特征是：包括连接杆(19)、上线螺母(18)、上线短杆(32)、左爪片(20)、右爪片(14)、旋转棘轮(22)、滚针(16)、复位弹簧(21)、弹簧定位挡块(15)以及弹簧连接柱(17)，所述连接杆(19)与夹抓安装板(10)相连，滚针沿旋转棘轮(22)轴向周向周向布置于爪片凹槽内，所述两个弹簧连接柱(17)分别于右爪片(14)和旋转棘轮(22)相连，所述弹簧定位块(17)与右爪片(14)相连，所述弹簧(21)位于旋转棘轮(22)上表面凹槽内，两端勾于弹簧连接柱(17)上，所述旋转棘轮(22)位于左右爪片凹槽内，并且开口朝向整机前进方向。

5.根据权利要求1所述的高压输电线路的自动除冰机行走机构，其特征是：包括一带导轨的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的螺母与夹持机构(6)夹抓安装板(10)相连。

6.根据权利要求1所述的高压输电线路的自动除冰机执行机构，其特征是：包括旋转刀具(23)、柔性连接机架(25)、升降滚珠丝杠(26)，所述升降滚珠丝杠(26)与机架(28)相连。

7.根据权利要求1所述的高压输电线路的自动除冰机，其特征是：所述供电模块(1)为包括非接触式的自感供电模块和蓄电池备用模块。

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