CN106524347B - 高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法 - Google Patents

高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法，包括：绝缘斗臂车液压系统、空调液压马达、传动系统和空调系统；所述空调液压马达与绝缘斗臂车液压系统的油箱连接，所述空调液压马达通过传动系统与空调系统中的压缩机连接；所述空调系统设置在高压带电作业机器人绝缘斗上；本发明有益效果：液压空调系统动力源采用液压马达驱动，减轻主发动机工作负荷，避免发动机冒黑烟现象，降低斗臂车运行过程中的故障率。

Description

高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法
技术领域
本发明涉及空调领域，特别涉及一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法。
背景技术
我国大部地区夏季露天环境温度经常在30度以上，采用绝缘斗臂车进行带电作业，由于高空与阳光暴晒，斗内温度可达40度以上。在这样的环境下，作业人员穿着绝缘服进行紧张、高强度的带电作业，工作环境极端恶劣，同时随着体力消耗，也容易造成安全事故。
目前市场的空调系统的动力源一般采用发动机皮带轮与压缩机皮带轮通过皮带连接传输动力，驱动压缩机运转带动空调系统工作，发动机转速波动直接影响压缩机转速，即空调的制冷效果直接受到主机发动机转速波动影响；同时空调系统会增加发动机系统工作负荷，导致冒黑烟现象，从而引起机器故障，且此系统耗油使用成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统及方法，该系统在现有绝缘斗臂车基础上，不改变车体结构，利用绝缘斗内工具液压端口提供动力，带动空调压缩机工作，将绝缘斗内温度降低至适宜温度。最大程度改善绝缘斗工作环境，确保带电作业人员在高温季节能够在斗臂车绝缘斗内舒适的开展带电抢修作业。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，包括：绝缘斗臂车液压系统、空调液压马达、传动系统和空调系统；所述空调液压马达与绝缘斗臂车液压系统的油箱连接，所述空调液压马达通过传动系统与空调系统中的压缩机连接；所述空调系统设置在高压带电作业机器人绝缘斗上；
所述绝缘斗臂车液压系统中的液压油进入空调液压马达，空调液压马达通过传动系统带动空调系统中的压缩机进行工作。
进一步地，所述绝缘斗臂车液压系统包括回转部分，所述回转部分包括：回转马达和回转换向阀；所述回转换向阀一端与油箱连通，另一端与回转马达和空调液压马达分别连接；将所述回转马达、空调液压马达和油箱通过卸油管连接。
进一步地，所述回转换向阀为三位四通换向阀；
当回转换向阀处在中位时，液压油不经过回转马达，直接进入空调液压马达；
当回转换向阀处在左位时，液压油经过回转换向阀进入回转马达，回转马达进行逆时针旋转带动绝缘斗臂进行逆时针转动，液压油从回转马达出来后进入空调液压马达，空调液压马达经过传动系统带动压缩机工作；
当回转换向阀处在右位时，液压油经过回转换向阀进入回转马达，回转马达进行顺时针旋转带动绝缘斗臂进行顺时针转动，液压油从回转马达出来后进入空调液压马达，空调液压马达经过传动系统带动压缩机工作。
进一步地，所述绝缘斗臂车液压系统还包括：油箱、液压泵、分液阀和支腿部分；
所述油箱通过进油滤油器与液压泵、分液阀依次连接，所述分液阀的输出端口分成两路，其中一路与支腿部分连接，另一路与回转部分的回转换向阀连接；在所述支腿部分设置溢流阀进行溢流保护。
进一步地，所述传动系统包括：联轴器和皮带轮；所述联轴器与空调液压马达连接，联轴器与空调系统中的压缩机通过皮带连接。
进一步地，所述空调系统包括：压缩机、冷凝器、干燥储液器、蒸发器和鼓风机；
所述压缩机的排气管通过管路与冷凝器、干燥储液器依次连通，所述干燥储液器通过膨胀阀与蒸发器连通，所述蒸发器通过管路与压缩机的吸气管连通；所述蒸发器产生的冷气通过鼓风机送入绝缘斗内部。
进一步地，在所述冷凝器外部设置散热装置。
一种带有空调系统的高压带电作业机器人，包括：绝缘斗臂车、支撑座、绝缘斗臂、绝缘斗和空调系统；
所述绝缘斗臂车与支撑座连接，所述支撑座连接绝缘斗臂，在所述绝缘斗臂上设置绝缘斗，在所述绝缘斗上设置空调系统。
一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统的工作方法，包括：
油箱中的液压油经过进油滤油器进入液压泵，经过液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能，经过分压阀一部分液压油进入支腿部分，另一部分液压油进入回转部分；
进入支腿部分的液压油途经回油滤油器返回油箱，用于对整个斗臂车进行支撑及支撑解除；进入回转部分的液压油流入回转换向阀；
当回转换向阀位于中位时，液压油直接进入空调液压马达，然后经过回油管返回油箱，空调液压马达通过传动系统带动空调系统进行制冷工作；
当回转换向阀位于左位或者右位时，液压油首先进入回转马达，驱动绝缘斗臂进行机械旋转，然后进入空调液压马达，空调液压马达带动空调系统进行制冷工作，最后经过回油管返回油箱。
一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统的工作方法，包括：
压缩机工作时将流经蒸发器的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，气态制冷剂经过管路进入冷凝器，冷凝器将高温高压的气态制冷剂冷却，使其变为中温、高压的液态制冷剂，然后将中温、高压的液态制冷剂送入干燥储液器中；
中温、高压的液态制冷剂进入干燥储液器以后经过过滤，除去制冷剂中的杂质和水份，然后进入膨胀阀中，同时储存小部分制冷剂；
膨胀阀将过滤后的中温、高压液态制冷剂利用节流原理，使其转变为低压雾状的液/气态混合物，然后送入蒸发器中；
低压雾状的液/气态混合物流至蒸发器，吸收周围的热量而汽化，转换成低温、低压的气态制冷剂，达到制冷的目的；
低温、低压的气态制冷剂通过管路循环进入压缩机中进入下一次制冷过程。
本发明的有益效果：
1.本发明自行设计的高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统经实验验证，能够解决绝缘斗在夏季高空带电作业中产生高温的问题。
2.液压空调系统动力源采用液压马达驱动，减轻主发动机工作负荷，避免发动机冒黑烟现象，降低斗臂车运行过程中的故障率。
3.液压空调系统动力源采用液压马达驱动，降低了斗臂车系统的高油耗问题。
4.液压空调系统动力源采用液压马达驱动，主发动机转速快慢稳定性不会直接影响空调系统的制冷效果，增加了液压空调系统的稳定性及斗臂车系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明结构原理总框图；
图2是本发明液压系统原理图；
图3是空调系统原理图；
图4是本发明动力转换结构图；
图5是本发明空调系统结构图；
图6是本发明空调操作面板结构图；
图7是本发明空调操作面板外观图；
图8是本发明空调系统整机外观图；
图9是本发明空调系统压焓图。
其中，1、绝缘斗臂车支撑座；2、绝缘斗臂；3、绝缘斗；4、空调系统；
2-1、油箱；2-2、回油滤油器；2-3、溢流阀；2-4、支腿部分；2-5、回转部分；2-6、回转马达；2-7、回转换向阀；2-8、分液阀；2-9、液压泵；2-10、进油滤油器；2-11、中心回转体；2-12、空调液压马达；2-13、空调控制阀；
3-1、皮带轮；3-2、压缩机；3-3、排气管；3-4、高压软管；3-5、风扇；3-6、冷凝器；3-7、高压液管；3-8、干燥储液器；3-10、膨胀阀；3-11、低压液管；3-12、蒸发器；3-13、鼓风机；3-14、感温包；3-15、低压软管；3-16、吸气管；
4-2、液压油管；4-3、联轴器；4-6、支撑支架；5-1、空调电控箱；
6-1、三速开关；6-2、电路系统；6-3、线束；6-4、面板；6-5、外壳；6-6、支架；6-7、旋钮；6-8、铭牌；6-9、沉头螺钉M3*6；6-10、双联三位开关KCD2-202；6-11、电位器WH148-3K；
7-1、电源开关；7-2、风量调节；7-3、电源指示灯；7-4、温度调节；7-5、制冷指示灯。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，包括：绝缘斗臂车液压系统、空调液压马达2-12、传动系统和空调系统；空调液压马达2-12与绝缘斗臂车液压系统的油箱2-1连接，空调液压马达2-12通过传动系统与空调系统中的压缩机3-2连接；空调系统设置在高压带电作业机器人绝缘斗上；
绝缘斗臂车液压系统中的液压油进入空调液压马达2-12，空调液压马达2-12通过传动系统带动空调系统中的压缩机3-2进行工作。
参见图1，一种带有绝缘斗液压空调系统的高压带电作业机器人，包括绝缘斗臂车支撑座1、绝缘斗臂2、绝缘斗3、空调系统4。绝缘斗臂车支撑座1连接绝缘斗臂车，绝缘斗臂2及空调系统4所用的液压都使用绝缘斗臂车液压系统，液压油管4-2在绝缘斗臂车支撑座1内部穿过到达所需部分。绝缘斗臂2采用国外进口高强度绝缘材料制成，最大作业高度17m，最大作业幅度10m，绝缘斗臂2最大推举重量不小于1000kg。斗臂车可以提供流量20l/min以上，压力14MPa液压动力。绝缘斗3采用的材料为环氧树脂玻璃钢，绝缘等级为10kV。空调系统4动力源采用的是液压马达，液压源压力为10Mpa，液压流量为20L/min。
参见图2，高压带电作业机器人绝缘斗臂车液压系统，包括油箱2-1、回油滤油器2-2、溢流阀2-3、支腿部分2-4、回转部分2-5、回转马达2-6、回转换向阀2-7、分液阀2-8、液压泵2-9、进油滤油器2-10、中心回转体2-11、空调液压马达2-12、空调控制阀2-13。
油箱2-1与进油滤油器2-10进油口通过油管连接，通过进油滤油器2-10把液压油进行过滤处理，进油滤油器2-10出口与液压泵2-9进油口连接，液压泵2-9提供整个液压系统的动力源，液压泵2-9出油口与分液阀2-8进油口连接，液压油通过分液阀2-8一部分进入支腿部分2-4，另一部分进入回转换向阀2-7，液压油通过回转换向阀2-7一部分进入回转马达2-6，另一部分进入空调控制阀2-13进油口，液压油从空调控制阀2-13出来后进入空调系统，提供动力源。
液压系统工作从油箱2-1开始，经过进油滤油器2-10进入液压泵2-9，经过液压泵2-9将原动机的机械能转换成液体的压力能，经过分压阀一部分液压油进入支腿部分2-4，另一部分液压油进入回转部分2-5，进入支腿部分2-4的液压系统中增加一个溢流阀2-3对系统进行溢流保护。支腿部分2-4的主要作用是对整个斗臂车进行支撑及支撑解除。经过支腿部分2-4的液压油途径回油滤油器2-2进入油箱2-1。另一部分液压油经过分液阀2-8进入回转部分2-5中的回转换向阀2-7，回转换向阀2-7是一个M型中位机能的三位四通手动换向阀，当在中位时，液压油不经过回转马达2-6，直接进入空调液压马达2-12，经过回油管进入油箱2-1。当在左位时，液压油经过回转换向阀2-7进入回转马达2-6，回转马达2-6进行逆时针旋转带斗臂车机械部分进行逆时针转动。
参见图3，高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统包括：皮带轮3-1；压缩机3-2；排气管3-3；高压软管3-4；风扇3-5；冷凝器3-6；高压液管3-7；干燥储液器；高压液管3-7；膨胀阀3-10；低压液管3-11；蒸发器3-12；鼓风机3-13；感温包3-14；低压软管3-15；吸气管3-16；
空调系统中的空调液压马达2-12与压缩机3-2之间通皮带连接。考虑耐腐蚀要求，且结合国内主要空调生产厂家的经验，蒸发器3-12和冷凝器3-6均为铜管铝片，铝片为表面有涂层的耐腐蚀片，制冷剂采用R314a，是一种环保制冷剂，不会破坏臭氧层、无毒性、无腐蚀性、无刺激性、不燃烧等特点。空调制冷是通过制冷剂由高温高压液态先转换成低温低压液态，再转换成低温低压气态，高温高压气态状态不断循环产生温度较低的冷风，达到制冷效果。
皮带轮3-1通过联轴器4-3与空调液压马达2-12相连接，通过空调液压马达2-12的转动带动压缩机3-2进行工作。压缩机3-2工作时将流经蒸发器3-12的低温低压的气态制冷剂R134a压缩为高温高压的气态制冷剂，经过排气管3-3、高压软管3-4进入冷凝器3-6，冷凝器3-6将高温高压的气态制冷剂冷却，使其变为中温、高压的的液态制冷剂，然后将中温、高压的液态制冷剂经过高压液管3-7送入干燥储液器中。冷凝过程中会散发大量热量，通过风扇3-5进行排出。中温、高压的液态制冷剂进入干燥储液器以后会经过过滤，除去制冷剂中的杂质和水份，经过高压液管3-7进入膨胀阀3-10中，同时并储存小部分制冷剂。膨胀阀3-10将过滤后的中温、高压液态制冷剂利用节流原理，使其转变为低压雾状的液/气态混合物，经过低压液管3-11送入蒸发器3-12中。低压雾状的液/气态混合物流至蒸发器3-12，吸收周围的热量而汽化，转换成低温、低压的气态制冷剂，达到制冷的目的。产生的冷气通过鼓风机3-13传送至室内或其他需要冷气的地方。每个空调系统都会配置有感温包3-14，感温包3-14的作用是测试周围环境温度，根据测试反馈温度来决定是否进行制冷。低温、低压的气态制冷剂通过低压软管3-15、吸气管3-16循环进入压缩机3-2中进入下一次制冷过程。
当用户启动空调系统后，压缩机3-2在空调液压马达2-12带动下开始工作，驱使制冷剂在密封的空调系统中循环流动，压缩机3-2将气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体后排出压缩机3-2。高温高压制冷剂气体经管路流入冷凝器3-6后，在冷凝器3-6内散热、降温，冷凝成高温高压的液态制冷剂流出。高温高压液态制冷剂经管路进入干燥储液器内，经过干燥、过滤后流进膨胀阀3-10。高温高压液态制冷剂经膨胀阀3-10节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器3-12内，在蒸发器3-12内吸收流经蒸发器3-12的空气热量，使空气温度降低，吹出冷风，产生制冷效果，制冷剂本身阴吸收了热量而蒸发成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂经管路被压缩机3-2吸入，进行压缩，进入下一个循环，只要压缩机3-2连续工作，制冷剂就在空调系统中连续循环，产生制冷效果，压缩机3-2停止工作，空调系统内制冷剂随之停止流动，不产生制冷效果。
参见图4，空调液压马达2-12与压缩机3-2之间采用皮带传到，动力转换部分包括空调液压马达2-12；液压油管4-2；联轴器4-3；皮带轮3-1；压缩机3-2；支撑支架4-6。液压油经过液压油管4-2驱动空调液压马达2-12，空调液压马达2-12通过联轴器4-3带动皮带轮3-1，皮带轮3-1通过皮带传动带动压缩机3-2进行工作。空调液压马达2-12部分通过支撑支架4-6来固定。
参见图5，空调系统结构图，包括空调电控箱5-1；空调液压马达2-12；储液罐；空调冷凝器3-6；空调压缩机3-2。空调电控箱5-1主要包含电气控制部分，控制整个空调系统的运行与停止，分布在整机的一边。空调液压马达2-12与空调压缩机3-2通过皮带轮3-1连接传动。空调冷凝器3-6位于整个结构的上侧，便于把产生的冷气排出。
参见图6，空调系统控制面板6-4结构图包括：三速开关6-1；电路系统6-2；线束6-3；面板6-4；贴膜；外壳6-5；支架6-6；旋钮6-7；铭牌6-8；标签；合格证；沉头螺钉M3*6 6-9；半圆头螺钉M3*6；双联三位开关KCD2-202 6-10；电位器WH148-3K 6-11；尼龙扎带；黑胶带；衬套。三速开关6-1包括低、中、高三种风速。电路系统6-2采用PVC电路板，控制空调系统的运行。通过线束6-3与其他设备相连接。面板6-4上采用贴膜进行覆盖。外壳6-5采用绝缘材料。支架6-6起到支撑固定作用。旋钮6-7为温度调节7-4旋钮6-7，控制空调系统的温度高低。铭牌6-8、标签、合格证贴于控制面板6-4的背部。前面板6-4采用沉头螺钉，其他部分采用半圆头螺钉。电源总开关采用双联三位开关KCD2-202 6-10。温度控制内部采用电位器WH148-3K 6-11。外部走线采用尼龙扎带、黑胶带、及衬套进行保护。
参见图7，空调控制面板外观图，系统通过电源开关7-1上电后，电源指示灯7-3亮，断电后，电源指示灯7-3灭。当空调处于制冷状态时，制冷指示灯7-5亮，空调停止制冷时，制冷指示灯7-5灭。空调系统风量大小通过风量调节7-2旋钮6-7实现。温度高低通过温度调节7-4旋钮6-7进行。图8为空调系统外观示意图。
参见图9，本发明还公开了一种空调制冷循环热力计算方法，图9为空调系统工作的压焓图。
冷凝压力Pk＝1.57MPa(表压)；
对应的泠凝温度tk＝60℃；
蒸发压力P0＝0.193MPa(表压)；
对应的蒸发温度t0＝0℃；
蒸发器3-12过热度Sh＝10℃；
冷凝器3-6过冷度Sc＝5℃；
各状态点参数的确定，点1(蒸发器3-12出口)：
压力P1＝0.293MPa；
温度t1＝10℃；
焓值h1＝407kJ/kg；
比容v1＝0.073m3/kg
点 2(压缩机3-2出口)：
压力P2＝1.68MPa；
温度t1≈85℃；
点 3(膨胀阀3-10前)：
压力P3＝1.68MPa；
温度t3＝60－5＝55℃；
焓值h3＝280kJ/kg；
点 4(蒸发器3-12进口)：
压力P1＝0.293MPa；
温度t4＝0℃；
焓值h4＝h3＝280kJ/kg；
制冷剂质量流量和体积流量
质量流量m＝Q0/q式中：
Q0--系统制冷量，根据车身热平衡计算确定
q--单位质量制冷量，q＝h1－h4
所以
m＝Q/(h1－h4)
体积流量：
V＝mxv1 单位：ml/s
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，其特征是，包括：绝缘斗臂车液压系统、空调液压马达、传动系统和空调系统；所述空调液压马达与绝缘斗臂车液压系统的油箱连接，所述空调液压马达通过传动系统与空调系统中的压缩机连接；所述空调系统设置在高压带电作业机器人绝缘斗上；所述绝缘斗臂车液压系统中的液压油进入空调液压马达，空调液压马达通过传动系统带动空调系统中的压缩机进行工作；
所述绝缘斗臂车液压系统包括回转部分，所述回转部分包括：回转马达和回转换向阀；所述回转换向阀一端与油箱连通，另一端与回转马达和空调液压马达分别连接；将所述回转马达、空调液压马达和油箱通过卸油管连接；
所述回转换向阀为三位四通换向阀；
当回转换向阀处在中位时，液压油不经过回转马达，直接进入空调液压马达；
当回转换向阀处在左位时，液压油经过回转换向阀进入回转马达，回转马达进行逆时针旋转带动绝缘斗臂进行逆时针转动，液压油从回转马达出来后进入空调液压马达，空调液压马达经过传动系统带动压缩机工作；
当回转换向阀处在右位时，液压油经过回转换向阀进入回转马达，回转马达进行顺时针旋转带动绝缘斗臂进行顺时针转动，液压油从回转马达出来后进入空调液压马达，空调液压马达经过传动系统带动压缩机工作；
所述空调系统中设置感温包。
2.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，其特征是，所述绝缘斗臂车液压系统还包括：油箱、液压泵、分液阀和支腿部分；
所述油箱通过进油滤油器与液压泵、分液阀依次连接，所述分液阀的输出端口分成两路，其中一路与支腿部分连接，另一路与回转部分的回转换向阀连接；在所述支腿部分设置溢流阀进行溢流保护。
3.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，其特征是，所述传动系统包括：联轴器和皮带轮；所述联轴器与空调液压马达连接，联轴器与空调系统中的压缩机通过皮带连接。
4.如权利要求1所述的一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，其特征是，所述空调系统包括：压缩机、冷凝器、干燥储液器、蒸发器和鼓风机；
所述压缩机的排气管通过管路与冷凝器、干燥储液器依次连通，所述干燥储液器通过膨胀阀与蒸发器连通，所述蒸发器通过管路与压缩机的吸气管连通；所述蒸发器产生的冷气通过鼓风机送入绝缘斗内部。
5.如权利要求4所述的一种高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统，其特征是，在所述冷凝器外部设置散热装置。
6.一种带有权利要求1所述的空调系统的高压带电作业机器人，其特征是，包括：绝缘斗臂车、支撑座、绝缘斗臂、绝缘斗和空调系统；
所述绝缘斗臂车与支撑座连接，所述支撑座连接绝缘斗臂，在所述绝缘斗臂上设置绝缘斗，在所述绝缘斗上设置空调系统。
7.一种如权利要求2所述的高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统的工作方法，其特征是，包括：
油箱中的液压油经过进油滤油器进入液压泵，经过液压泵将原动机的机械能转换成液体的压力能，经过分压阀一部分液压油进入支腿部分，另一部分液压油进入回转部分；
进入支腿部分的液压油途经回油滤油器返回油箱，用于对整个斗臂车进行支撑及支撑解除；进入回转部分的液压油流入回转换向阀；
当回转换向阀位于中位时，液压油直接进入空调液压马达，然后经过回油管返回油箱，空调液压马达通过传动系统带动空调系统进行制冷工作；
当回转换向阀位于左位或者右位时，液压油首先进入回转马达，驱动绝缘斗臂进行机械旋转，然后进入空调液压马达，空调液压马达带动空调系统进行制冷工作，最后经过回油管返回油箱。
8.一种如权利要求4所述的高压带电作业机器人绝缘斗液压空调系统的工作方法，其特征是，包括：
压缩机工作时将流经蒸发器的低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，气态制冷剂经过管路进入冷凝器，冷凝器将高温高压的气态制冷剂冷却，使其变为中温、高压的液态制冷剂，然后将中温、高压的液态制冷剂送入干燥储液器中；
中温、高压的液态制冷剂进入干燥储液器以后经过过滤，除去制冷剂中的杂质和水份，然后进入膨胀阀中，同时储存小部分制冷剂；
膨胀阀将过滤后的中温、高压液态制冷剂利用节流原理，使其转变为低压雾状的液/气态混合物，然后送入蒸发器中；
低压雾状的液/气态混合物流至蒸发器，吸收周围的热量而汽化，转换成低温、低压的气态制冷剂，达到制冷的目的；
低温、低压的气态制冷剂通过管路循环进入压缩机中进入下一次制冷过程。
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