CN113725797A - 连续型电缆除雪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续型电缆除雪装置，包括除雪模块、运动模块、转换模块和控制模块；其中，运动模块用于将整个装置安装于电缆上且带动机构在电缆上运动、除雪；除雪模块固定安装在所述运动模块上，除雪模块包裹住电缆在运动模块的驱动下沿电缆轴向运动对电缆表面进行除雪；转换模块驱动运动模块在电缆上进行越障；控制模块对越障类型进行识别，发出转换模块所需运动命令，控制运动模块、除雪模块、转换模块各电器件工作启停。本发明主要针对长距离高压分裂导线，多用于跨江和山区等场合，可以及时除雪，防止积雪量堆积，使得积雪融化后电缆进一步结冰，造成更大的危害与损失，同时，本发明既保证了除雪效率，也规避其他清除电缆冰雪方法的弊端。

Description

连续型电缆除雪装置

技术领域

本发明属于电缆除雪技术领域，更具体地，涉及一种连续型电缆除雪装置。

背景技术

我国电力行业发展迅猛，电网覆盖面积较大，部分线路穿越的地理环境也十分复杂。电缆为可以进行传输电能、信号和实现电磁转化的功能线材产品，是供电设备的重要组成部分。在我国南方部分地区，寒冷冰雪天气会使电线积雪结冰，使得电缆扭曲。冰雪负载过重或冰雪附着导致电缆保护层老化，极大地影响了电缆使用寿命，甚至导致电缆保护层脆性过大而发生断裂，这不仅对安全输电有极大影响，严重时还可能造成电线毁损、塔架倒塌等，导致大面积停电等问题，给人民生活和生产过程造成不良影响，带来巨大的经济损失。

目前存在的三种电缆表面清除方式：人工除雪法、电流加热法和机器人除冰法，均存在一定弊端。人工除雪法针对电缆上的积雪。清理人员直接固定于电线杆顶部或位于电线杆下方，使用敲打法对电缆进行物理除雪。对作业人员而言，此方法存在着较大的安全隐患，供电系统周围具有强电场，长时间居于强电场附近，人体会受到电磁辐射的危害。另外，特定的除雪时间同时也限制了清理效率。电流加热法针对雪层和冰层，对加热器械结构有一定要求，加热本身对电缆外部的保护层也有一定影响。电缆加热融化法发热效率较低，大都需要30min以上的工作时间，除雪效果一般且成本较高。机器人除雪主要针对冰层，目前市面上还没有解决相关问题的自动除雪机器，一些研究中的机器人或自主处理机器普遍由于体积过大、成本较高、运动灵活性较差，电缆适应性较差，无法通用其他电缆等问题，无法进入市场。

电力传输过程中，我国多采用分裂导线的架设方式，此过程需要使用阻尼间隔棒，以降低分裂导线微风振动或次档距振荡。一般我国110kV以上输电线采用四分裂导线。阻尼间隔棒的间距设置大约为20米。现有的机器人除冰方案中，几乎没有考虑阻尼间隔棒的障碍影响，容易导致装置运行过程卡顿，需要人工进行调整，存在一定弊端。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提出了一种连续型电缆除雪装置，针对长距离高压分裂导线，多用于跨江和山区等场合，本发明可以及时除雪，防止积雪量堆积，且可以跨越障碍连续对电缆进行除雪。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种连续型电缆除雪装置，包括除雪模块、运动模块、转换模块和控制模块；

其中，所述运动模块用于将整个装置安装于电缆上且带动机构在电缆上运动、除雪；

所述除雪模块固定安装在所述运动模块上，所述除雪模块包裹住电缆在所述运动模块的驱动下沿电缆轴向运动对电缆表面进行除雪；

所述转换模块驱动所述运动模块在所述电缆上进行越障；

所述控制模块对越障类型进行识别，发出转换模块所需运动命令，控制所述运动模块、除雪模块、转换模块各电器件工作启停。

进一步地，所述除雪模块包括底座、套筒、四分之一除雪环、二分之一除雪环；

所述套筒与底座主体一体化，套筒为圆环状结构，其一内侧固定连接二分之一除雪环，两个所述四分之一除雪环相对设置并与除雪环开合结构连接，所述除雪环开合结构驱动两个所述四分之一除雪环同时相向或背向运动以使二分之一除雪环进行开合。

进一步地，所述除雪环开合结构包括第一皮带轮传动副和第二皮带轮传动副，所述第一皮带轮传动副和所述第二皮带轮传动副共用一个主皮带轮，所述主皮带轮分别通过第一皮带和第二皮带连接第一副皮带轮和第二副皮带轮，所述第一副皮带轮驱动轴和第二副皮带轮驱动轴上分别固定连接第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮、第三齿轮和固定在上部四分之一除雪环上的第一齿条依次啮合，第二齿轮和固定在下部四分之一除雪环上的第二齿条啮合。

进一步地，所述四分之一除雪环相对位置处设有滚珠；所述二分之一除雪环外侧还固定设有限位皮带轮，所述二分之一除雪环沿其轴向两侧还设有凹槽。

进一步地，所述转换模块包括相互铰接的第一转换臂和第二转换臂，所述第一转换臂和第二转换臂铰接处设有中部舵机，所述第一转换臂和所述第二转换臂远离所述中部舵机的一端分别设有两端舵机，其中，中部舵机与第一转换臂和第二转换臂其中一段转换臂固定连接，可以驱动另一段转换臂转动，调整转换臂之间的角度，两端舵机分别均可驱动第一转换臂和第二转换臂转动。

进一步地，所述运动模块包括驱动模块和副运动模块，所述驱动模块包括运动模块壳体，所述运动模块壳体外侧设有直流减速电机，所述直流减速电机电机轴连接第一滑轮驱动所述第一滑轮转动，第二滑轮与所述第一滑轮之间通过连接杆连接定位，所述第一滑轮和第二滑轮之间在所述运动模块壳体内侧固定连接；所述副运动模块包括抬升机构和锁紧机构，抬升机构设置于第一滑轮和第二滑轮连接处使得滑轮可以抬升，离开或者搭载于电缆上。

进一步地，所述抬升机构包括固定在所述运动模块壳体上相对于所述直流减速电机安装的另一侧的侧面舵机，所述侧面舵机上固定连接第四齿轮，所述第四齿轮与竖向固定连接在所述第一滑轮和所述第二滑轮之间的齿条连杆啮合。

进一步地，所述锁紧机构包括固定在所述运动模块壳体顶部的上部舵机，所述上部舵机底部输出轴固定连接丝杆，所述丝杆上分别螺纹连接上锁环和下锁环，所述上锁环和下锁环与所述丝杆连接的螺纹旋向相反设置，通过上部舵机驱动丝杆旋转使得上下锁环合并或分离。

进一步地，所述驱动模块还设有低温锂电池，低温锂电池为机构运动提供动力，低温锂电池壳体与上下结构之间通过螺钉螺母连接。

进一步地，所述控制模块包括STM32控制板、超声波传感器、GPS模块，STM32控制板作为主控板，控制电机和传感器运行情况；超声波传感器可以对越障类型进行识别，发出转换模块所需运动命令；GPS模块实现对装置的定位，工作人员可以通过装置大概位置判断除雪工作进度，在工作结束的时候对装置进行回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以对电缆上的积雪进行清除，装置主要针对长距离高压分裂导线，多用于跨江和山区等场合。装置可以及时除雪，防止积雪量堆积，使得积雪融化后电缆进一步结冰，造成更大的危害与损失，同时，本发明操作简单，总体成本较低。连续型除雪装置既保证了除雪效率，也规避其他清除电缆冰雪方法的弊端，安全而高效地完成连续除雪工作，较好地节约了人力、物力和财力。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明安装效果图；

图3为本发明除雪模块示意图；

图4为本发明除雪模块内部示意图；

图5为本发明除雪环机构运动简图；

图6为本发明驱动模块示意图；

图7为本发明抬升结构示意图；

图8为本发明抬升结构机构运动简图；

图9为本发明锁紧结构示意图；

图10为本发明锁紧结构机构运动简图；

图11位本发明转换臂示意图；

图12为本发明越障过程示意图；

图13为本发明工作流程图；

图中：1-除雪模块，101-底座，102-套筒，103-四分之一除雪环，104-二分之一除雪环，105-主皮带轮，106-第一皮带，107-第二皮带，108-第一副皮带轮，109-第二副皮带轮，110-第一齿轮，111-第二齿轮，112-第三齿轮，113-第一齿条，114-第二齿条，115-滚珠，116-限位皮带轮，117-凹槽；

2-转换模块，201-第一转换臂，202-第二转换臂，203-中部舵机，204-两端舵机；

3-运动模块，301-运动模块壳体，302-直流减速电机，303-第一滑轮，304-第二滑轮，305-连接杆，306-侧面舵机，307-第四齿轮，308-齿条连杆，309-上部舵机， 310-丝杆，311-上锁环，312-下锁环；

4-控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明技术方案和具体实施方式进行清楚和完整地描述。

如图1、图2和图13所示，一种连续型电缆除雪装置，包括除雪模块1、运动模块3、转换模块2和控制模块4。装置用于电缆除雪，一台装置可清除一条电缆上的积雪。所有靠近电缆侧的结构面均采用绝缘的陶瓷材料，保证装置正常运行。工作时，相关人员在除雪起始点电线杆，根据电缆数量配备对应数量的除雪装置，将其放置于合适位置。安放完成后，装置便开始工作，驱动模块带动机构在电缆上运动、除雪。遇见阻尼间隔棒时，转换模块2运行，主板上的舵机带动驱动部分的滑轮首先离开电线杆，驱动部分受到连杆带动，到达下一根电缆工作区域起始点。驱动模块再驱动除雪部分做相同运动，使整台机构平稳到达下一部分电缆，进行持续作业。如此不断循环，当除雪装置到达工作区域终点位置时，相关人员回收装置并进行维护，工作结束。

如图3-5所示，除雪模块1包括底座101、套筒102、四分之一除雪环103、二分之一除雪环104；

套筒102与底座101主体一体化，套筒102为圆环状结构，其一内侧固定连接二分之一除雪环104，两个所述四分之一除雪环103相对设置并与除雪环开合结构连接，所述除雪环开合结构驱动两个所述四分之一除雪环103同时相向或背向运动以使二分之一除雪环104进行开合。目标雪层厚度较小，可以通过除雪环前推实现除雪。除雪环可以包裹住电缆，通过轴向运动对电缆表面进行除雪。除雪环与电缆间隔大约为2mm。

除雪环开合结构包括第一皮带轮传动副和第二皮带轮传动副，所述第一皮带轮传动副和所述第二皮带轮传动副共用一个主皮带轮105，所述主皮带轮105分别通过第一皮带106和第二皮带107连接第一副皮带轮108和第二副皮带轮109，所述第一副皮带轮108驱动轴和第二副皮带轮109驱动轴上分别固定连接第一齿轮110和第二齿轮111，第一齿轮110、第三齿轮112和固定在上部四分之一除雪环103上的第一齿条 113依次啮合，第二齿轮111和固定在下部四分之一除雪环103上的第二齿条114啮合。上述结构均包含在壳体内部，主皮带轮105上连接动力装置驱动主皮带轮105运动，两端第一副皮带轮108和第二副皮带轮109与第一齿轮110和第二齿轮111固定连接，主皮带轮105运动的同时可以驱动第一齿轮110和第二齿轮111运动，第一齿轮110、第三齿轮112与第一齿条113相啮合，第二齿轮111和第二齿条114相啮合。第一齿轮110、第二齿轮111运动方向相反，驱动第一齿条113和第二上下反向移动，最终导致除雪环上下开合。除雪环开合结构可以控制除雪环的四分之一面进行一定位移，使除雪环产生槽口，与电缆进行接触；除雪环的二分之一面则与套筒102 固定连接。当机构轴部与电缆配合后，滑块将除雪环合并，保证除雪效果。

进一步优选的实施例中，四分之一除雪环103相对位置处设有滚珠115；所述二分之一除雪环104外侧还固定设有限位皮带轮116，所述二分之一除雪环104沿其轴向两侧还设有凹槽117。滚珠115位于除雪环内侧后部，使得电缆对前端具有支撑作用，避免除雪环压损电缆，开槽结构，可以保证除去的雪屑运动方向统一，不会进入装置影响工作。

如图6所示，驱动模块包括运动模块壳体，所述运动模块壳体外侧设有直流减速电机302，所述直流减速电机302电机轴连接第一滑轮303驱动所述第一滑轮303转动，第二滑轮304与所述第一滑轮303之间通过连接杆305连接定位，所述第一滑轮 303和第二滑轮304之间在所述运动模块壳体内侧固定连接；所述副运动模块包括抬升机构和锁紧机构，抬升机构设置于第一滑轮303和第二滑轮304连接处使得滑轮可以抬升，离开或者搭载于电缆上。在上述实施例中，第一滑轮303和第二滑轮304前后放置，通过连接杆305定位，安装在壳体内部，最后面的滑轮与减速电机相连。滑轮使机构与电缆的受力与配合，保障运动平稳度。直流减速电机302固定于壳体上，与末尾滑轮相连，驱动滑轮沿着电缆方向运动，减速电机具有较大扭矩，可以驱动装置前进

如图7和8所示，抬升机构包括固定在所述运动模块壳体上相对于所述直流减速电机302安装的另一侧的侧面舵机306，所述侧面舵机306上固定连接第四齿轮307，所述第四齿轮307与竖向固定连接在所述第一滑轮303和所述第二滑轮304之间的齿条连杆308啮合。侧面舵机306、第四齿轮307、齿条连杆308使得第一滑轮303和第二可以抬升，离开或者搭载于电缆上，同时运动模块壳体上设有滑槽，第一滑轮303 和第二滑轮304向上抬升时带动直流减速电机302在壳体的滑槽中上下运动。

如图9和10所示，锁紧机构包括固定在所述运动模块壳体顶部的上部舵机309，所述上部舵机309底部输出轴固定连接丝杆310，所述丝杆310上分别螺纹连接上锁环311和下锁环312，所述上锁环311和下锁环312与所述丝杆310连接的螺纹旋向相反设置，通过上部舵机309驱动丝杆310旋转使得上下锁环合并或分离。锁紧结构用于在驱动模块和副运动模块、除雪模块1悬空的时候，留在电缆上的模块可以进行自锁紧，防止装置因为重心改变导致的装置侧翻，保证装置正常运作。

如图11-12所示，转换模块2包括相互铰接的第一转换臂201和第二转换臂 202，所述第一转换臂201和第二转换臂202铰接处设有中部舵机203，所述第一转换臂201和所述第二转换臂202远离所述中部舵机203的一端分别设有两端舵机204，其中，中部舵机203与第一转换臂201和第二转换臂202其中一段转换臂固定连接，可以驱动另一段转换臂转动，调整转换臂之间的角度，两端舵机204分别均可驱动第一转换臂201和第二转换臂202转动。当到达越障点时，位于副运动模块中的锁紧结构先对电缆进行锁紧。然后位于转换模块2中部的舵机开始运动，根据越障类型进行间距调整。而后驱动模块的第一和第二滑轮受到齿条连杆308带动，进行上移，先离开原有电缆。副运动模块的舵机通过转换臂水平带动驱动模块到达下一相应位置，带动第一滑轮303和第二下移，与电缆贴合。驱动模块上的锁紧结构进行锁紧，副运动模块锁紧解除。之后驱动模块进行相同机构变化，舵机带动连杆使副运动模块离开电缆，完成相同运动后，除雪模块1关闭槽口，整个装置平稳到达新工作区域起始点，开始下一部分工作。转换臂中间采用镂空设计，利用铜柱进行支撑，保证强度的同时，尽可能的减少多余材料使用，避免装置过重。同过变距离转换机构使得除雪机械可以不受分裂导线所用的阻尼间隔棒的障碍影响，通过两段转换臂实现翻转跨越。对于部分地区电线杆间距较小的电线杆，本发明也具有一定的适应性，可以连续性进行电缆除雪工作；变距离转换机构舵机和电子陀螺仪的搭配使用可以调整装置重心，使得装置平稳地在电缆上工作。

考虑到在电缆上运动存在重心问题，转换模块2设计在运动模块下方，使得装置总体重心下移。同时，使用三轴加速度计电子陀螺仪用于检测重心变化，再通过 STM32主控板控制舵机调节连杆间的角度，使得重心平稳，保证装置在电缆上正常运行。

进一步优选的实施例中，控制模块4主要包括STM32控制板、超声波传感器、GPS 模块。STM32控制板作为主控板，控制电机和传感器运行情况；超声波传感器可以对越障类型进行识别，发出转换模块2所需运动命令；GPS模块实现对装置的定位，工作人员可以通过装置大概位置判断除雪工作进度，在工作结束的时候对装置进行回收。驱动模块还设有低温锂电池，低温锂电池为机构运动提供动力，低温锂电池壳体与上下结构之间通过螺钉螺母连接。其中锂电池采用耐低温12V锂电池。

出于绝缘、安全且环保考虑，本装置采用ABS塑料作为装置的结构制成材料，其密度较小，仅为1.1g/cm3，可以在最大程度上减小装置的重量，减轻待清理电缆的承重负担，避免出现承重过大导致电缆断裂的情况。

最后应说明的是：以上仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照具体实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明具体实施方式技术方案的精神与范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，包括除雪模块、运动模块、转换模块和控制模块；

其中，所述运动模块用于将整个装置安装于电缆上且带动机构在电缆上运动、除雪；

所述除雪模块固定安装在所述运动模块上，所述除雪模块包裹住电缆在所述运动模块的驱动下沿电缆轴向运动对电缆表面进行除雪；

所述转换模块驱动所述运动模块在所述电缆上进行越障；

所述控制模块对越障类型进行识别，发出转换模块所需运动命令，控制所述运动模块、除雪模块、转换模块各电器件工作启停。

2.根据权利要求1所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述除雪模块包括底座、套筒、四分之一除雪环、二分之一除雪环；

所述套筒与底座主体一体化，套筒为圆环状结构，其一内侧固定连接二分之一除雪环，两个所述四分之一除雪环相对设置并与除雪环开合结构连接，所述除雪环开合结构驱动两个所述四分之一除雪环同时相向或背向运动以使二分之一除雪环进行开合。

3.根据权利要求2所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述除雪环开合结构包括第一皮带轮传动副和第二皮带轮传动副，所述第一皮带轮传动副和所述第二皮带轮传动副共用一个主皮带轮，所述主皮带轮分别通过第一皮带和第二皮带连接第一副皮带轮和第二副皮带轮，所述第一副皮带轮驱动轴和第二副皮带轮驱动轴上分别固定连接第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮、第三齿轮和固定在上部四分之一除雪环上的第一齿条依次啮合，第二齿轮和固定在下部四分之一除雪环上的第二齿条啮合。

4.根据权利要求2所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述四分之一除雪环相对位置处设有滚珠；所述二分之一除雪环外侧还固定设有限位皮带轮，所述二分之一除雪环沿其轴向两侧还设有凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述转换模块包括相互铰接的第一转换臂和第二转换臂，所述第一转换臂和第二转换臂铰接处设有中部舵机，所述第一转换臂和所述第二转换臂远离所述中部舵机的一端分别设有两端舵机，其中，中部舵机与第一转换臂和第二转换臂其中一段转换臂固定连接，可以驱动另一段转换臂转动，调整转换臂之间的角度，两端舵机分别均可驱动第一转换臂和第二转换臂转动。

6.根据权利要求1所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述运动模块包括驱动模块和副运动模块，所述驱动模块包括运动模块壳体，所述运动模块壳体外侧设有直流减速电机，所述直流减速电机电机轴连接第一滑轮驱动所述第一滑轮转动，第二滑轮与所述第一滑轮之间通过连接杆连接定位，所述第一滑轮和第二滑轮之间在所述运动模块壳体内侧固定连接；所述副运动模块包括抬升机构和锁紧机构，抬升机构设置于第一滑轮和第二滑轮连接处使得滑轮可以抬升，离开或者搭载于电缆上。

7.根据权利要求6所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述抬升机构包括固定在所述运动模块壳体上相对于所述直流减速电机安装的另一侧的侧面舵机，所述侧面舵机上固定连接第四齿轮，所述第四齿轮与竖向固定连接在所述第一滑轮和所述第二滑轮之间的齿条连杆啮合。

8.根据权利要求6所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述锁紧机构包括固定在所述运动模块壳体顶部的上部舵机，所述上部舵机底部输出轴固定连接丝杆，所述丝杆上分别螺纹连接上锁环和下锁环，所述上锁环和下锁环与所述丝杆连接的螺纹旋向相反设置，通过上部舵机驱动丝杆旋转使得上下锁环合并或分离。

9.根据权利要求6所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述驱动模块还设有低温锂电池，低温锂电池为机构运动提供动力，低温锂电池壳体与上下结构之间通过螺钉螺母连接。

10.根据权利要求1所述的一种连续型电缆除雪装置，其特征在于，所述控制模块包括STM32控制板、超声波传感器、GPS模块，STM32控制板作为主控板，控制电机和传感器运行情况；超声波传感器可以对越障类型进行识别，发出转换模块所需运动命令；GPS模块实现对装置的定位，工作人员可以通过装置大概位置判断除雪工作进度，在工作结束的时候对装置进行回收。

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