CN107069631A - 一种基于电网架空输电线路的除冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明是针对架空输电线路的冬季结冰问题设计的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，本发明利用自然环境下形成的线路覆冰较脆，粘性小的特点，采用锥形震动撞击和齿轮滚动相结合的方式对高压输电架空线路实行机械化除冰，装配采用自动化三轮卡线机构，卡线机构具有一定的弹性，通过施加预载荷防止运动过程中的打滑现象，实现水平线路和坡度较陡线路的除冰作业，除冰过程中，空载运行时锯齿联轴器脱离，降低电机的输出功率，提高除冰的能量利用率，本发明进行改进可衍生一些列自动化程度高并能够适应不同工况规格输电线路的系列除冰装置。

Description

一种基于电网架空输电线路的除冰装置

技术领域

本发明一种基于电网架空输电线路的除冰装置，属于机械工程，工业安全生产，架空线路输配电技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，大容量的超高压输电线路越来越多，线路穿越的地理环境也更加复杂，给线路的维护带来诸多困难。同时，植被覆盖率的减少，裸地面积的增加，导致了草地退化，为冰雪灾情的扩大提供了潜在条件。随着输电线上积雪和冰凌载荷的加重，特别是当极端的天气灾害发生时，线路覆冰厚度往往就会远远超出设计标准规定的水平，带来非常严重的后果。

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居世界前列。 为了保证电力系统的可靠性，减少能源的消耗，提高除冰的效率，维护工人的安全，开发一种可以全部或部分替代人工来进行除冰作业的新型除冰设备一直是近年来国内外有关研究的热点。研制安全有效的高压输电线路除冰设备具有良好的应用前景和实际意义。

目前国内外对于输电线路巡线机器人的研究，巡线机器人主要是工作在天气良好的环境中对线路进行损伤检测。而除冰机器人要求其在恶劣环境中能对输电线路进行除冰作业，对其的功能、结构、通信、动力等方面都有着特殊的要求，现有的巡线机器人无法满足其使用要求。研制较为成熟的除冰机器人具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于电网架空输电线路的除冰装置，主要针对架空输电线路冬季结冰问题设计的轮式爬行冲击式除冰装置，利用自然环境下形成的线路覆冰较脆，粘性小，撞击震动破冰的效率较高的特点，采用锥形震动撞击和齿轮滚动相结合的方式实现高压输电架空线路的机械化除冰，采用三轮卡线可实现水平线路和坡度较陡的除冰作业，提升除冰设备的自动化程度，可衍生一系列能够适应不同工况、不同规格输电线路的除冰装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于电网架空输电线路的除冰装置，包括冲击破冰机构、机架、夹紧驱动机构和控制机构，所述机架的前部设置有冲击破冰机构，所述机架的后部设置有夹紧驱动机构，所述控制机构位于机架的下部，所述控制机构用于控制冲击破冰机构和夹紧驱动机构；

所述冲击破冰机构的结构为：包括头部、弹簧、锯齿联轴器和前电机，所述前电机固定设置在机架的前电机安装板上，所述锯齿联轴器的活动端尾部设置在前电机的输出端上，所述锯齿联轴器的固定端尾部设置在机架上，所述锯齿联轴器的活动端头部和所述锯齿联轴器的固定端头部相对设置，并能相互匹配，所述头部活动设置在机架的前端，且所述头部和机架的前端之间设置有弹簧，所述弹簧为头部提供推力使头部不与浮冰接触时，保持锯齿联轴器的固定端头部和锯齿联轴器的活动端头部分离；

所述夹紧驱动机构的结构为：包括前轮、后驱动电机、后轮、电动缸和中轮，所述前轮和后轮分别通过转轴与机架固定装配，用于挂在电线上承载设备重量，所述中轮安装在底部的连杆夹紧机构上从底部压紧电线，与前轮和后轮配合形成三点式抱紧机构，所述后驱动电机和电动缸均固定设置在机架的后电机安装板上，所述后驱动电机用于驱动后轮在电线上移动，所述电动缸通过连杆夹紧机构驱动中轮松开或夹紧电线。

所述头部的结构为：包括锥齿、滑杆和推杆，所述锥齿位于头部的前端，所述滑杆和推杆均位于头部的后端，所述头部通过滑杆对应插装在机架的滑杆套筒内，所述滑杆与机架上的滑杆套筒实现辅助滑动配合，所述推杆的一端穿过机架上的推杆套筒与锥齿固定，所述推杆的另一端与锯齿联轴器的固定端尾部连接，所述弹簧套装在推杆上。

所述锥齿包括大齿和小齿，多个所述大齿圆心阵列分布形成环状的咬合体，相邻的两个所述大齿之间均设置有小齿，多个所述小齿也圆心阵列分布形成环状。

所述连杆夹紧机构的结构为：包括压杆、小弹簧和连接器，所述压杆的一端铰接在机架上，所述压杆的另一端活动设置有中轮，所述连接器的一端铰接在压杆中部，所述连接器的另一端与电动缸的活塞杆连接在一起，所述压杆和连接器之间设置有小弹簧，所述小弹簧为连杆夹紧机构提供预紧力。

所述机架上设置有夹紧机构安装铰链，所述压杆通过销轴铰接在夹紧机构安装铰链上，所述压杆和中轮上方的机架上设置有扩口状的进线通道，所述进线通道起定位和导向作用，所述进线通道的顶部设置有圆形的中心孔，所述中心孔为通孔，与中轮配合将架空电线夹紧。

所述控制机构包括电池、控制电路盒和控制本体，所述电池固定设置在机架底部的壳内，所述控制电路盒固定设置在电池的壳壁上，所述控制本体设置在控制电路盒内，所述电池与控制本体之间电气连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明针对输电架空线路的结冰问题采用锯齿联轴器产生冲击震动，且大齿、小齿和夹紧轮相结合的方式除去线路凝结的冰块，冲击力大，除冰彻底且对线路没有损害。

2、本发明安结构简单轻便，采用开口式进线口设计，安装速度快，结合附带电动缸的连杆压紧机构实现对工作线路的抱紧。装置运行可靠，可适应坡度较陡的线路除冰作业。

3、本发明自动化程度较高，可装载在塔干预装的机械手臂上实施自动化安装，也可以在跨越塔干时利用塔干预装机械手臂实现充电，从而实现单台装置长距离除冰作业。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明整体结构装配图。

图2为本发明整体结构装配主视图。

图3为本发明整体结构装配俯视图。

图4为本发明整体结构装配左视图。

图5为本发明的机架组件结构装配图。

图6为本发明的机架组件结构主视图。

图7为本发明的冲击破冰机构组件装配图。

图8为本发明的连杆压紧机构装配立体图。

图9为本发明的连杆压紧机构装配主视图。

图10为本发明的夹紧轮示意图。

图11为本发明的锯齿联轴器示意图。

图中：1为头部、2为弹簧、3为机架、4为前轮、5为锯齿联轴器、6为前电机、7为后驱动电机、8是后轮、9是电动缸、10为电池、11为控制电路盒，12为压杆、13为连接器、14为中轮、15为小弹簧、16为滑杆套筒、17为推杆套筒、18为前电机安装板、19为后电机安装板、20为夹紧机构安装铰链、21为中心孔、22为进线通道、23为大齿、24为小齿、25为滑杆、26为推杆。

具体实施方式

如图1～图11所示，本发明一种基于电网架空输电线路的除冰装置，包括冲击破冰机构、机架3、夹紧驱动机构和控制机构，所述机架3的前部设置有冲击破冰机构，所述机架3的后部设置有夹紧驱动机构，所述控制机构位于机架3的下部，所述控制机构用于控制冲击破冰机构和夹紧驱动机构；

所述冲击破冰机构的结构为：包括头部1、弹簧2、锯齿联轴器5和前电机6，所述前电机6固定设置在机架3的前电机安装板18上，所述锯齿联轴器5的活动端尾部设置在前电机6的输出端上，所述锯齿联轴器5的固定端尾部设置在机架3上，所述锯齿联轴器5的活动端头部和所述锯齿联轴器5的固定端头部相对设置，并能相互匹配，所述头部1活动设置在机架3的前端，且所述头部1和机架3的前端之间设置有弹簧2，所述弹簧2为头部1提供推力使头部1不与浮冰接触时，保持锯齿联轴器5的固定端头部和锯齿联轴器5的活动端头部分离；

所述夹紧驱动机构的结构为：包括前轮4、后驱动电机7、后轮8、电动缸9和中轮14，所述前轮4和后轮8分别通过转轴与机架3固定装配，用于挂在电线上承载设备重量，所述中轮14安装在底部的连杆夹紧机构上从底部压紧电线，与前轮4和后轮8配合形成三点式抱紧机构，所述后驱动电机7和电动缸9均固定设置在机架3的后电机安装板19上，所述后驱动电机7用于驱动后轮8在电线上移动，所述电动缸9通过连杆夹紧机构驱动中轮14松开或夹紧电线。

所述头部1的结构为：包括锥齿、滑杆25和推杆26，所述锥齿位于头部1的前端，所述滑杆25和推杆26均位于头部1的后端，所述头部1通过滑杆25对应插装在机架3的滑杆套筒16内，所述滑杆25与机架3上的滑杆套筒16实现辅助滑动配合，所述推杆26的一端穿过机架3上的推杆套筒17与锥齿固定，所述推杆26的另一端与锯齿联轴器5的固定端尾部连接，所述弹簧2套装在推杆26上。

所述锥齿包括大齿23和小齿24，多个所述大齿23圆心阵列分布形成环状的咬合体，相邻的两个所述大齿23之间均设置有小齿24，多个所述小齿24也圆心阵列分布形成环状。

所述连杆夹紧机构的结构为：包括压杆12、小弹簧15和连接器13，所述压杆12的一端铰接在机架3上，所述压杆12的另一端活动设置有中轮14，所述连接器13的一端铰接在压杆12中部，所述连接器13的另一端与电动缸9的活塞杆连接在一起，所述压杆12和连接器13之间设置有小弹簧15，所述小弹簧15为连杆夹紧机构提供预紧力。

所述机架3上设置有夹紧机构安装铰链20，所述压杆12通过销轴铰接在夹紧机构安装铰链20上，所述压杆12和中轮14上方的机架3上设置有扩口状的进线通道22，所述进线通道22起定位和导向作用，所述进线通道22的顶部设置有圆形的中心孔21，所述中心孔21为通孔，与中轮14配合将架空电线夹紧。

所述控制机构包括电池10、控制电路盒11和控制本体，所述电池10固定设置在机架3底部的壳内，所述控制电路盒11固定设置在电池10的壳壁上，所述控制本体设置在控制电路盒内，所述电池10与控制本体之间电气连接。

本发明的操作方法：首先将该装置装配在输电线路上。

具体步骤为：

(1) 启动电动缸9使其收缩，在连杆机构作用下使中轮14向下逐渐运动直至到达最底端位置，打开进线通道22；

(2) 将装置通过进线通道22安装在架空线路上，使前后夹紧轮（前轮4和后轮8）紧压在线路的上部；

(3) 启动电动缸9使其伸长，在连杆机构的作用下使中轮14向上运动直至中轮14电线底部压紧在线路上，使前轮4、后轮8和中轮14组成的三轮三点式夹紧输电线路，完成装置在线路上的安装抱紧。

当架空输电线路发生结冰现象时，在指挥系统的作用下该除冰装置启动进行除冰作业。

本发明具有多个除冰方式，具体如下。

除冰方式一

具体步骤为：(1) 启动；(2) 浮冰初步处理作业；(3) 去冰渣作业。

所述装置启动步骤：同时启动三台电机（锯齿联轴器5为分离状态，其中中部两台前电机（附减速器）6空转没有载荷），后轮8在后驱动电机（附减速器）7的驱动下转动，利用设备自身重量和夹紧机构的预紧力产生的摩擦力推动装置前进。

所述装置浮冰初步处理作业步骤：当运动过程中头部1大齿23接触冰表面时，在冰的阻力下压缩推杆26与机架3间的弹簧2，相对机架3将后运动使原本分离的锯齿联轴器5啮合，由于锯齿联轴器5前半部分与推杆26固定无法随后半部分转动，从而齿面不断发生滑动使推杆26产生轴向的冲击载荷并将其传递至头部1与冰块的接触表面，使附在线路上的冰块破裂脱落（由于两台前电机（附减速器）6可能不同步转动，头部1分为左右两块对称结构具有节能的特点），随后头部1的小齿24部分对残留的冰渣进行进一步刮除。

所述装置去冰渣作业步骤：在后轮8的推动下不断前进推动头部1除冰部分向前运动（在运动过程中滚轮（包括前轮4后轮8和中轮14）的特殊齿状边缘结构对残留的冰渣进行更进一步刮除防止装置出现打滑现象）实现连续的除冰作业。

除冰方式二

具体步骤为：(1) 启动；(2) 除冰作业；(3) 运动待机。

所述装置启动步骤：同时启动后驱动电机7（附减速器）（锯齿联轴器5为分离状态，且其中中部两台前电机6（附减速器）不启动），后轮8在后驱动电机7（附减速器）的驱动下利用设备自身重量和夹紧机构的预紧力产生的摩擦力推动装置前进。

所述装置除冰作业步骤：当运动过程中头部1大齿23接触冰表面时，在冰的阻力下压缩推杆26与机架3间的弹簧2，头部1与机架3之间安装位移传感器，当相对机架3向后运动使原本分离的锯齿联轴器5啮合时，控制电路对位移传感器的位移信号识别，启动驱动相应锯齿联轴器5的前电机6（附减速器）（减少无用功率输出，使装置更加节能，增大除冰作业行程），使齿面不断发生滑动使推杆26产生轴向的冲击载荷并将其传递至头部1与冰块的接触表面，使附在线路上的冰块破裂脱落，随后头部1的小齿24部分对残留的冰渣进行进一步刮除；在后轮8的推动下不断前进推动头部1除冰部分向前运动（在运动过程的滚轮（包括前轮4后轮8和中轮14））使特殊齿状边缘结构对残留的冰渣进行更进一步刮除防止装置出现打滑现象）实现连续的除冰作业。

所述装置运动待机作业步骤：当线路中没有浮冰时在弹簧2的作用下锯齿联轴器5分离，位移传感器识别后，相应前电机6（附减速器）关闭，以节约除冰系统所需的动能。

所述装置长距离跨越塔杆方式具体步骤为：将该装置装配在输电线路上，在线路的塔杆的合适位置设置机库，保护装置本身，防止待机状态时被冰雪覆盖自身发生冻结。

所述具体步骤为：

(1) 启动电动缸9使其缩回，在连杆机构的作用下使中轮14向下运动直至到达最底端位置，打开进线通道22；

(2) 将装置通过进线通道22安装在架空线路上，使前后夹紧轮（包括前轮4后轮8）紧压在线路的上部；

(3) 启动电动缸9使其伸长，在连杆机构的作用下使中轮14向上运动直至中轮14电线底部压紧在线路上，前轮4、后轮8和中轮14组成的三轮夹紧输电线路，完成装置在线路上的安装抱紧。

本发明自动化程度较高，可实现快速安装，在除冰作业行进至塔杆时，可通过在塔干预装的机械手臂进行快速抓取和安装，实施自动化安装，充电和跨越线路中的塔杆结构的动作，从而实现单台装置长距离除冰作业。此外本发明可衍生一系列适应不同类型的输电线路除冰的成套设备。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，包括冲击破冰机构、机架（3）、夹紧驱动机构和控制机构，所述机架（3）的前部设置有冲击破冰机构，所述机架（3）的后部设置有夹紧驱动机构，所述控制机构位于机架（3）的下部，所述控制机构用于控制冲击破冰机构和夹紧驱动机构；

所述冲击破冰机构的结构为：包括头部（1）、弹簧（2）、锯齿联轴器（5）和前电机（6），所述前电机（6）固定设置在机架（3）的前电机安装板（18）上，所述锯齿联轴器（5）的活动端尾部设置在前电机（6）的输出端上，所述锯齿联轴器（5）的固定端尾部设置在机架（3）上，所述锯齿联轴器（5）的活动端头部和所述锯齿联轴器（5）的固定端头部相对设置，并能相互匹配，所述头部（1）活动设置在机架（3）的前端，且所述头部（1）和机架（3）的前端之间设置有弹簧（2），所述弹簧（2）为头部（1）提供推力使头部（1）不与浮冰接触时，保持锯齿联轴器（5）的固定端头部和锯齿联轴器（5）的活动端头部分离；

所述夹紧驱动机构的结构为：包括前轮（4）、后驱动电机（7）、后轮（8）、电动缸（9）和中轮（14），所述前轮（4）和后轮（8）分别通过转轴与机架（3）固定装配，用于挂在电线上承载设备重量，所述中轮（14）安装在底部的连杆夹紧机构上从底部压紧电线，与前轮（4）和后轮（8）配合形成三点式抱紧机构，所述后驱动电机（7）和电动缸（9）均固定设置在机架（3）的后电机安装板（19）上，所述后驱动电机（7）用于驱动后轮（8）在电线上移动，所述电动缸（9）通过连杆夹紧机构驱动中轮（14）松开或夹紧电线。

2.根据权利要求1所述的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，所述头部（1）的结构为：包括锥齿、滑杆（25）和推杆（26），所述锥齿位于头部（1）的前端，所述滑杆（25）和推杆（26）均位于头部（1）的后端，所述头部（1）通过滑杆（25）对应插装在机架（3）的滑杆套筒（16）内，所述滑杆（25）与机架（3）上的滑杆套筒（16）实现辅助滑动配合，所述推杆（26）的一端穿过机架（3）上的推杆套筒（17）与锥齿固定，所述推杆（26）的另一端与锯齿联轴器（5）的固定端尾部连接，所述弹簧（2）套装在推杆（26）上。

3.根据权利要求2所述的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，所述锥齿包括大齿（23）和小齿（24），多个所述大齿（23）圆心阵列分布形成环状的咬合体，相邻的两个所述大齿（23）之间均设置有小齿（24），多个所述小齿（24）也圆心阵列分布形成环状。

4.根据权利要求3所述的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，所述连杆夹紧机构的结构为：包括压杆（12）、小弹簧（15）和连接器（13），所述压杆（12）的一端铰接在机架（3）上，所述压杆（12）的另一端活动设置有中轮（14），所述连接器（13）的一端铰接在压杆（12）中部，所述连接器（13）的另一端与电动缸（9）的活塞杆连接在一起，所述压杆（12）和连接器（13）之间设置有小弹簧（15），所述小弹簧（15）为连杆夹紧机构提供预紧力。

5.根据权利要求4所述的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，所述机架（3）上设置有夹紧机构安装铰链（20），所述压杆（12）通过销轴铰接在夹紧机构安装铰链（20）上，所述压杆（12）和中轮（14）上方的机架（3）上设置有扩口状的进线通道（22），所述进线通道（22）起定位和导向作用，所述进线通道（22）的顶部设置有圆形的中心孔（21），所述中心孔（21）为通孔，与中轮（14）配合将架空电线夹紧。

6.根据权利要求5所述的一种基于电网架空输电线路的除冰装置，其特征在于，所述控制机构包括电池（10）、控制电路盒（11）和控制本体，所述电池（10）固定设置在机架（3）底部的壳内，所述控制电路盒（11）固定设置在电池（10）的壳壁上，所述控制本体设置在控制电路盒内，所述电池（10）与控制本体之间电气连接。