CN113352657A - 一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，主要通过攀爬机器人进行维修。在机器人外壳上安装热塑性复合材料带盘，并在其尾部安装自动断带装置以及压带轮，在其三个足部安装永磁体防止掉落。在地面，将机器人上的纤维带手动穿入断带孔中并预留出一定长度供压带轮压带。机器人携带带盘在杆塔上竖直爬行，到达待修补地点时，压带轮进行压带，将纤维带端点固定在待维修处起始点，随后机器人开始按设定缠绕方式进行攀爬，从而将纤维带均匀缠绕在破损处。修补完成后，机器人尾部断带装置进行断带，并沿塔壁返回地面。缠绕方式可选择环向或螺旋缠绕，将纤维带以固定缠绕角连续缠绕。纤维带采用热塑性材料，可进行自然光固化或紫外光固化。

Description

一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置
技术领域
本实发明涉及一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，属于热塑性复合材料纤维带工业机器人缠绕技术领域。
背景技术
随着经济水平的不断上升，中国对信号传输的需求日益增大。通讯杆塔多位于楼顶，用于封装通讯线路。其在安装上会与楼顶地面接触，在雨天会有积水，难免会不防水，同时安装在楼顶会受日晒、大风等影响，表面发生腐蚀，导致外层脱落，进而影响塔内信号传输。目前，修补受损塔体常采用人工替换，此维修方法大大增加了维修成本且维修时间较长并存在安全隐患。
发明内容
为了克服现阶段杆塔维修技术的不足，本发明提供了一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，在实现杆塔维修的基础上，大大节省时间，同时消除了安全隐患，且维修装置体积小，操作简单，便于人工安装拆卸，具有可操作性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置主要通过攀爬机器人攀爬带动纤维带对杆塔破损处进行维修，该装置针对杆塔维修背景，对传统攀爬机器人进行改装，在其外壳安装热塑性复合材料带盘，尾部安装自动断带装置以及压带轮，维修方法采用复合材料缠绕方式，针对损坏程度设定缠绕方式并固定缠绕角，从而满足杆塔应用领域抗腐蚀性能要求，选用热塑性复合材料，使其缠绕结束后可采用自然光或紫外光自然固化。
优选地，在攀爬机器人外壳上安装热塑性复合材料带盘使其装带攀爬，确保纤维带缠绕在杆塔表面存在一定张力。
优选地，所述攀爬机器人三个足部安装永磁体，确保修复过程中攀爬机器人可紧密吸附在塔壁，防止修复过程中发生掉落，提高装置安全性。
优选地，所述自动断带装置，可接受控制信号，在修复完成后进行断带，相比传统人工剪带，大大提高了工作效率。
优选地，所述压带轮可在缠绕开始前将纤维带端点固定在待修复处起点，避免人工攀爬固定纤维带，从而提高工作效率。
优选地，攀爬机器人携带纤维带沿塔壁竖直攀爬，到达待修复处攀爬机器人开始按设定缠绕方式沿塔壁进行攀爬，可节省时间，以最快的速度到达待修复处开始维修。
优选地，缠绕方式可选择环向缠绕或螺旋缠绕，环向缠绕运动形式为攀爬机器人尾部出带点垂直于芯模的轴线并沿芯模的轴线方向往复运动，环向缠绕主要适用于圆柱形通讯杆塔，环向缠绕时，杆塔的缠绕角一般在85°～90°之间，环向缠绕方式虽然只适用于圆柱形杆塔，但此种缠绕方式可以使纤维带与纤维带首尾相接。螺旋缠绕的攀爬机器人尾部出带点的运动形式与环向缠绕方式相似，其区别是缠绕角α需根据纤维缠绕复合材料制品的性能及杆塔外形结构进行设计。螺旋缠绕方式的缠绕角α范围通常为12°～70°，相邻纤维带满足r1 sin(α1)＝r2 sin(α2)，其中r1、r2为相邻两次缠绕半径，α1、α2为相邻两次缠绕角，其适用于长/径比较大的杆塔。
优选地，所述热塑性光固化材料具有遇光定型的特点，相比传统使用加热装置定型方式，可避免使用人员在高处手动加热，且使用自然光更加环保，减少整套装置的能源损耗，同时，针对特殊场合，可使用紫外光加速材料定型。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的杆塔复合材料光固化维修方法及装置通过控制装有带盘、自动断带装置、压带轮的多自由度攀爬机器人在塔壁攀爬从而控制纤维带轨迹，并针对塔体腐蚀处进行环向缠绕或螺旋缠绕，改善了传统人工修复不美观的缺点，并且攀爬机器人可快速、精准、平稳的爬行到指定地点，提高了修复过程的稳定性和准确性，在攀爬机器人足部安装永磁体，可确保装置与塔体紧密吸附，防止掉落，提高装置安全性。热塑性材料可在自然光下定型，减少了缠绕后的后续操作，该装置整体布局简约，攀爬机器人体积小，便于操作人员操作。
附图说明
图1是本发明的杆塔维修方法及光固化装置的一种结构示意图。
图2是图1中2处的一种结构示意图。
图中：杆塔1，攀爬机器人2。攀爬机器人外壳21，攀爬机器人足部22，永磁体23，自动断带装置24，压带轮25，带盘26，热塑性复合材料纤维带27。
具体实施方式
如图1所示，所述一种杆塔维修方法及光固化装置，提供了一种攀爬机器人2装置并使其沿塔壁攀爬进行修复的方法。
如图2所示，每一个攀爬机器人足部22底端安装两块永磁体23，每一套攀爬机器人共有三个足部每个永磁体与螺栓之间均采用螺栓进行固定。
本实例进一步地，自动断带装置24为一电控装置，通过拧紧螺栓将其固定在攀爬机器人外壳上，操作人员将纤维带27串入断带孔中并预留出一定长度，供压带轮25压带。
本实例进一步地，攀爬机器人到达待维修位置后，操控压带轮25进行压带，将纤维带27端点固定在待修复处起点，随后抬起压带轮开始缠绕。
本实例进一步地，每开始一次修复前，操作人员需更换新带盘26，确保攀爬机器人携带的带盘可以完成此次修复。
本修复方法可采用环向缠绕，环向缠绕俗称‘圆箍’缠绕，它是最简单的一种缠绕形式，适用于圆柱形杆塔，使用近90°的缠绕角度。
上述方法首先设定缠绕距离说明圆周缠绕的开始缠绕位置和结束缠绕位置，缠绕位置定义为芯模坐标系原点到缠绕点距离。
上述方法还需设定覆盖度参数，即纤维带27之间的相邻位置关系，100％的覆盖率，即相邻纤维带27的相邻边刚好重合；覆盖度<100％，相邻纤维带27之间存在间隔；覆盖度>100％，相邻纤维带27之间有重叠。
上述方法还需设定停留角，通过设定一个停留角数值，当攀爬机器人末端出带点水平轴移动到杆塔修复位置起点或终点时，攀爬机器人以90°缠绕角绕杆塔爬行设定旋转角度，旋转角度为设置的停留角数值，这样做的目的只是在杆塔上的一个修复位置进行缠绕。
本修复方法可采用螺旋缠绕，螺旋缠绕遵循测地线轨迹，不考虑纤维摩擦或滑动脱落限制因素，因此，这种缠绕形式不能保证纤维带不会滑动脱落，这种方式允许切点数有更大选择范围，但与之的风险是可能会导致滑动脱落问题。
上述方法首先设定缠绕角α，这是启程点位置期望的缠绕角度(即纤维带方向和杆塔垂直轴之间的夹角)，这个名义缠绕角是指位于等直径圆柱体截面上的缠绕角，并且启程缠绕角位于启程点位置。
上述方法还需设定切点数，切点数是缠绕线型的显著特征。它代表纤维带27再次回到紧邻第一圈纤维带27前的缠绕循环(圈数)，即缠绕循环组概念。
上述方法还需设定缠绕层数a，即针对待修复处缠绕a层复合材料，此数值需根据杆塔抗腐蚀性要求进行设定。

Claims (7)

1.一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，主要通过攀爬机器人携带热塑性复合材料纤维带进行维修，在攀爬机器人外壳上安装带盘使其装带攀爬。
2.根据权利要求1所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，所述攀爬机器人尾端安装自动断带装置以及压带轮，压带轮用于固定纤维带端点，攀爬机器人携带纤维带沿塔臂进行修补，修补完成后断带装置进行断带。
3.根据权利要求1所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，所述攀爬机器人尾端纤维带采用热塑性光固化材料，攀爬机器人携带纤维带修补完成后，修补处缠绕的材料可在自然光照下完成定型，无需使用加热装置，若希望加快定型速度可采用紫外光加热。
4.根据权利要求1所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，所述攀爬机器人携带纤维带沿塔壁竖直攀爬，到达待修复处攀爬机器人开始按设定缠绕方式沿塔壁进行攀爬并确保修补处纤维带分布均匀。
5.根据权利要求1所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，所述攀爬机器人可选择环向缠绕或螺旋缠绕方式，两种缠绕方式均将纤维带以缠绕角α连续缠绕并布满于上述待修补处表面，其中α满足：0°＜α＜90°。
6.根据权利要求1或5所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，当所述表面缠绕纤维带数达到预设数n，则停止缠绕，其中n为正整数，纤维带数n与缠绕角α的关系为：
Figure FDA0003088862550000011
其中w为单片纤维带宽，r为杆塔横截面半径。
7.根据权利要求1或5或6所述一种杆塔复合材料光固化维修方法及装置，其特征在于，采用的单片纤维带宽w满足：b≤w≤2πrcosα，其中b为纤维带的单根纤维直径。
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