CN215968588U - 一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，包括底盘、机械臂及机械爪；其中底盘用于支撑机械臂、机械爪，并用于移动；底盘与机械臂一端连接，机械臂另一端连接机械爪，通过机械臂带动机械爪对准高压套管，通过机械爪将高压套管夹持。本实用新型通过设置的机械臂具备四自由度的特征，而机械爪具备二自由度的特征，二者配合在移动过程中可以将机械臂折叠，在作业过程中能有效拆装高压套管；并进一步地设置可伸缩的辅助支撑装置、可拆卸配重块保证移动作业平台能够兼顾公路运输过程中对设备尺寸的要求与作业过程中移动平台的稳定性。

Description

一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台

技术领域

本实用新型涉及一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，属于变电站检修技术领域。

背景技术

随着电力需求的快速增长，电网的规模和负荷越来越大，在这一情况下，对电力系统可靠性有了更高的要求。高压断路器作为整个高压电路的主要开关设备，通过开合、切断或隔离来保护整个电路系统免受故障结构的影响，使电力系统能够有效地、稳定地运转。正由于高压断路器在保证电网正常运行中起到了至关重要的作用，其设计和研发工作在很长一段时间内都受到了科研及工程人员的广泛关注。在经历了漫长的发展过程之后，高压断路器这一电力开关设备从绝缘油、空气式发展到了真空式直至今日常用的绝缘气体式，其结构和功能日趋成熟。

对于绝缘气体式断路器，根据设备结构的不同，可以分为瓷柱式断路器和罐式断路器等。瓷柱式断路器将灭弧室安装于绝缘支架上，通过多级串联的相同结构，使得该类设备只需采用不同的瓷柱即可应用于不同等级的电压。而罐式断路器在瓷柱式断路器的基础上，通过一个封闭金属外壳将灭弧室包裹在内，通过内部填充的绝缘气体实现绝缘。这种布置方式降低了整体设备的重心，使得设备在震动当中体现出了较好的稳定性。

由于罐式断路器的灭弧室罐体及安装在灭弧室上部的高压套管重量较大，在维护检修过程中，并不能采用完全人工形式的拆装作业。因此需要借助相应的起重设备辅助人工进行拆装作业。通常情况下，作业过程采用的起重设备为吊车和吊绳装置，虽然这些起吊设备能够实现作业需求，但由于吊车等设备整体尺寸大，在场地中作业和周转的活动空间需求同样较大，同时由于设备最小工作高度的限制，使得垂向的位移会与变电站线路等发生干涉。因此在以往的作业过程中，为避免设备和人员出现危险，需要对目标罐式断路器之外的更大的范围进行断电，这样的操作流程对变电站正常工作的效率产生了一定程度上的影响。

另一方面，对于以往的变电站运行及维护工作，相较于其他环节，专用维护设备的设计和制造由于技术优先级相对较低，相关技术和理论仍然存在较大的提升空间，因此需要相关工程人员进行更深入的研究和分析。同时随着电力需求量的不断增加，工作人员电力设施的建设和维护所面临的工作压力不断增大，利用新技术新设备提高工作效率的诉求使得各类专业运行维护设备的研发与制造逐渐被提上了日程。

针对所述拆装作业情况，为了弥补现有设备的不足，有必要提出一种移动式的断路器高压套管拆装平台。

发明内容

本实用新型提供了一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，以用于构建高压套管拆装的平台。

本实用新型的技术方案是：一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，包括底盘1、机械臂2及机械爪3；其中底盘1用于支撑机械臂2、机械爪3，并用于移动；底盘1与机械臂2一端连接，机械臂2另一端连接机械爪3，通过机械臂2带动机械爪3对准高压套管，通过机械爪3将高压套管夹持。

所述底盘1的主车架1-3上安装辅助支撑装置1-5，所述机械臂2的机械臂底座2-1上用于放置配重块2-7；其中辅助支撑装置1-5用于作业时支撑作业平台，配重块2-7用于作业时提供配重使作业平台稳定。

所述辅助支撑装置1-5包括伸缩杆及与伸缩杆呈垂直安装的伸缩支脚。

所述底盘1采用履带式底盘，所述履带式底盘包括两组单侧履带架1-1、液压转台Ⅰ1-4、主车架1-3、履带；每组单侧履带架1-1安装履带，主车架1-3连接两组单侧履带架1-1，安装在主车架1-3上的液压转台Ⅰ1-4连接机械臂2一端，用于驱动机械臂2旋转。

所述单侧履带架1-1包括承重轮组1-7、托带轮组1-8、引导轮1-2及驱动轮1-6，履带依次绕过承重轮组1-7、引导轮1-2、托带轮组1-8、驱动轮1-6。

所述机械臂2一端通过机械臂底座2-1与底盘1中的液压转台Ⅰ1-4相连，用于通过液压转台Ⅰ1-4驱动带动机械臂2整体随机械臂底座2-1旋转；具体包括：机械臂底座2-1、液压缸Ⅰ2-2、液压转台Ⅱ2-3、小臂2-4、大臂2-5、液压缸Ⅱ2-6，安装在机械臂底座2-1上的液压缸Ⅰ2-2驱动大臂2-5绕机械臂底座2-1与大臂2-5连接处进行俯仰运动，安装在大臂2-5上的液压缸Ⅱ2-6驱动小臂2-4绕大臂2-5与小臂2-4连接处进行俯仰运动，通过液压转台Ⅱ2-3驱动机械爪3的旋转。

所述机械爪3包括机械爪底座3-1、液压马达3-2、连杆机构、液压缸Ⅲ3-7、机械爪机架3-8；其中，机械爪底座3-1与机械臂2中的小臂2-4末端液压转台Ⅱ2-3相连接，通过液压马达3-2将机械爪机架3-8与机械爪底座3-1相连接且通过液压马达3-2驱动机械爪机架3-8转动；机械爪机架3-8通过销轴与连杆机构连接，通过液压缸Ⅲ3-7驱动连杆机构中上爪板3-4、下爪板3-5运动实现开合。

所述连接机构通过推杆3-3、拉杆3-6、上爪板3-4和下爪板3-5经销轴连接构成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置的机械臂具备四自由度的特征，而机械爪具备二自由度的特征，二者配合在移动过程中可以将机械臂折叠，在作业过程中能有效拆装高压套管；并进一步地设置可伸缩的辅助支撑装置、可拆卸配重块保证移动作业平台能够兼顾公路运输过程中对设备尺寸的要求与作业过程中移动平台的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为履带式底盘示意图；

图3为机械臂结构示意图；

图4为机械臂底座示意图；

图5为机械爪分解结构示意图；

图6为机械爪整体结构示意图一；

图7为机械爪整体结构示意图二；

图8为侧视图下的设备几何尺寸示意图；

图9为俯视图下的设备几何尺寸示意图；

图10为侧视图下的设备受力及几何参数示意图；

图11为俯视图下的设备几何参数示意图；

图12为侧视图下的液压受力及几何参数示意图。

图中各标号为：1-底盘，2-机械臂、3-机械爪、1-1-单侧履带架、1-2-引导轮、1-3-主车架、1-4-液压转台Ⅰ、1-5-辅助支撑装置、1-6-驱动轮、1-7-承重轮组、1-8-托带轮组、2-1-机械臂底座、2-2-液压缸Ⅰ、2-3-液压转台Ⅱ、2-4-小臂、2-5-大臂、2-6-液压缸Ⅱ、3-1-机械爪底座、3-2-液压马达、3-3-推杆、3-4-上爪板、3-5-下爪板、3-6-拉杆、3-7-液压缸Ⅲ、3-8-机械爪机架。

具体实施方式

实施例1：如图1-12所示，一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，包括底盘1、机械臂2及机械爪3；其中底盘1用于支撑机械臂2、机械爪3，并用于移动；底盘1与机械臂2一端连接，机械臂2另一端连接机械爪3，通过机械臂2带动机械爪3对准高压套管，通过将高压套管夹持。通过机械爪3中机械爪机架3-8转动及上爪板3-4、下爪板3-5开合，两个自由度的运动，将将高压套管夹持。

进一步地，可以设置所述底盘1的主车架1-3上安装辅助支撑装置1-5，所述机械臂2的机械臂底座2-1上用于放置配重块2-7；其中辅助支撑装置1-5用于作业时支撑作业平台，配重块2-7用于作业时提供配重使作业平台稳定。一方面为保证移动平台整体在运行中的稳定性，同时考虑到该移动平台需要适用于大型拆装作业目标的工况，因此要求所述移动底盘能够具有较合适的承载结构用于重载工况；另一方面考虑到场内移动范围通常较为有限，同时在进行公路运输的过程中，平台整体尺寸需要满足相关运输设备的要求。综上，所述移动底盘采用履带式底盘，同时通过伸缩式辅助支撑装置及可拆卸配重块保证移动平台能够兼顾公路运输过程中对设备尺寸的要求与作业过程中移动平台的稳定性，可防止在作业过程中可能发生的诸如侧翻等事故。

进一步地，可以设置所述辅助支撑装置1-5包括伸缩杆及与伸缩杆呈垂直安装的伸缩支脚。伸缩杆及伸缩支脚可以手动伸缩，也可以通过液压等方式驱动伸缩，行进过程中可以将其收缩减小作业平台的外轮廓尺寸，以便于行走；作业时，可以将其伸展，以配合配重块对作业平台进行更好地支撑。

进一步地，可以设置所述底盘1采用履带式底盘，所述履带式底盘包括两组单侧履带架1-1、液压转台Ⅰ1-4、主车架1-3、履带；每组单侧履带架1-1安装履带，主车架1-3连接两组单侧履带架1-1，安装在主车架1-3上的液压转台Ⅰ1-4连接机械臂2一端，用于驱动机械臂2旋转。

进一步地，可以设置所述单侧履带架1-1包括八组承重轮组1-7，两组托带轮组1-8，一个引导轮1-2及一个驱动轮1-6，履带依次绕过承重轮组1-7、引导轮1-2、托带轮组1-8、驱动轮1-6。

进一步地，可以设置所述机械臂2具备四自由度，采用串联形式，机械臂2一端通过机械臂底座2-1与底盘1中的液压转台Ⅰ1-4相连，用于通过液压转台Ⅰ1-4驱动带动机械臂2整体随机械臂底座2-1旋转；具体包括：机械臂底座2-1、液压缸Ⅰ2-2、液压转台Ⅱ2-3、小臂2-4、大臂2-5、液压缸Ⅱ2-6，安装在机械臂底座2-1上的液压缸Ⅰ2-2驱动大臂2-5绕机械臂底座2-1与大臂2-5连接的销轴进行俯仰运动，安装在大臂2-5上的液压缸Ⅱ2-6驱动小臂2-4绕大臂2-5与小臂2-4连接的销轴进行俯仰运动，通过液压转台Ⅱ2-3驱动机械爪3的旋转。

进一步地，可以设置所述机械爪3包括机械爪底座3-1、液压马达3-2、连杆机构、液压缸Ⅲ3-7、机械爪机架3-8；其中，机械爪底座3-1与机械臂2中的小臂2-4末端液压转台Ⅱ2-3相连接，通过液压马达3-2将机械爪机架3-8与机械爪底座3-1相连接且通过液压马达3-2驱动机械爪机架3-8转动；机械爪机架3-8通过销轴与连杆机构连接，通过液压缸Ⅲ3-7驱动连杆机构中上爪板3-4、下爪板3-5运动实现开合。

进一步地，可以设置所述连接机构通过推杆3-3、拉杆3-6、上爪板3-4和下爪板3-5经销轴连接构成。具体的：通过销轴I将推杆3-3一端与液压缸Ⅲ3-7一端连接，通过销轴II安装下爪板3-5、机械爪机架3-8、液压缸Ⅲ3-7另一端，通过销轴III将推杆3-3中端与拉杆3-6一端连接，通过销轴IV安装机械爪机架3-8、拉杆3-6另一端，通过销轴V安装下爪板3-5、机械爪机架3-8，通过销轴VI安装上爪板3-4、下爪板3-5，通过销轴VII安装上爪板3-4、推杆3-3另一端，销轴II、销轴V、销轴VI、销轴VII从一端往另一端呈上下布置。连接机构配置有多组上爪板3-4和下爪板3-5，爪板安装数量和布置方式可根据适用场景进行调整；爪板与爪板、爪板与机架之间通过销轴3-5连接固定并实现转动功能；机械爪通过液压缸3-9驱动所述连杆装置实现机械爪的打开与夹紧；在机械爪上、下爪板夹紧住高压套筒以后，通过连杆机构构成自锁结构实现夹紧状态下机械爪的固定。

本实用新型的使用方式是：对于高压套管的拆卸作业，首先利用履带式底盘1完成平台整体的场内移动；在移动到目标罐式断路器位置以后，放置辅助支撑装置1-5，安装配重块；之后通过操纵机械臂中的液压缸将机械爪3对准断路器需拆卸的高压套管；通过机械爪中的液压马达对机械爪的角度进行微调，使得设备准确定位；机械爪通过液压缸Ⅲ3-7的升降实现上爪板3-4、下爪板3-5的开合，将高压套管夹持；通过连杆机构的自锁结构将爪板锁定，在工人完成紧固件拆卸之后将高压套管与断路器灭弧室罐体分离；通过液压液压转台Ⅰ1-4和液压缸Ⅰ2-2、液压缸Ⅱ2-6调整机械臂和机械爪的水平位置和垂直位置，将高压套管放置于平板拖车上。对于高压套管的安装作业，采用与所述拆卸作业相反的流程，具体如下：将高压套管从平板拖车上夹持固定后，移动到灭弧室罐体上部的安装位置；根据工作人员的指令调整姿态使高压套管对准安装孔位；在工作人员完成高压套管的安装紧固之后，将机械爪解锁完成整个安装作业流程。

为实现技术方案中所述作业功能，下面考虑具体作业工况进行设计计算举例：

所述移动式罐式断路器拆装平台作业环境如下：变电站作业场内道路宽度为3000mm；罐式断路器高压套管中部与地面的垂向距离为5000mm；断路器设备安装位置与道路中线水平距离为5000mm。目标高压套筒的参数如下：断路器高压套筒设备整体重量6000kg；高压套筒为非对称形式，重量集中于套筒的中下部；高压套筒最大直径为1000mm。根据如上所述的作业环境条件，得到工作状态下满足作业条件的设备主要尺寸如图8、图9所示。

为保证作业平台的稳定性，防止出现侧翻倾覆等事故，在极限作业位置下对移动平台整体进行静力学分析：

如图9所示，由于四组液压支腿呈对称形式布置，且理论工作长度均相等，因此机械爪在X轴方向或Y轴方向作业时的位置为该设备的极限作业位置，按照该位置对设备进行受力分析，得到的设备受力和几何参数如图10和图11所示。

如图10、图11所示，取机械爪抓取的载荷物重G_c取为60000N，机械臂小臂重G_A1计为17000N，机械臂大臂重G_A2计为22000N，整车总重G_v(不含抓取载荷及配重块)计为170000N，配备的配重块总重G_w计为170000N。设备在极限位置下作业过程中，可得关于整车倾覆中心的力矩平衡关系如下所示：

G_wsinθ₆L₃+2F_p cosθ₅L₄≥G_c cosθ₄L₅+G_A1cosθ₃L₆+0.5G_A2 cosθ₂L₂，

式中，θ₂取85°，θ₃取53.61°，θ₄取41.43°，θ₅取46.58°，θ₆取26°；L₂取3000mm，L₃取1368.54mm，L₄取4784.98mm，L₅取6759.04mm，L₆取5227.41mm；令辅助支撑装置受力均相等，则辅助支撑装置F_p可按如下式计算得到：4F_p＝G_v。

计算可得机械臂和载荷在极限位置产生的力矩约为35.966kN·m，在所示自重下，配重块总重大于133519.49N，配备的配重块总重符合设计要求，辅助支撑装置按如图9所示伸长量和工作角度进行作业时，可以保证机械爪抓取高压套管的过程中不会发生倾覆。由于此时机械爪工作位置为设备工作的侧向极限位置，计算得到的此位置作业的稳定性既可确保其他非极性作业角度的稳定性。

结合机械臂整体尺寸和静力学分析计算结果，进一步地对所述移动平台内安装的液压设备进行选型计算：

一、机械臂受力如图12所示，令小臂液压缸输出力为F₁，大臂液压缸输出力为F₂，液压缸输出力满足如下关系：

F₂sinθ₁₀≥G_c+G_A1+G_A2，

F₁ cosθ₉l₁≥(G_c+0.5G_A1)cos(θ₁-θ₂)L₁，

式中，θ₁取100°，L₁为3918.5mm，l₁为1849.74mm，小臂液压缸在该工作位置的夹角θ₉为44.61°，大臂液压缸与X轴夹角θ₁₀为70.83°。计算可得满足所需承担载荷需要小臂液压缸输出力F₁至少为172847.33N，大臂液压缸输出力F₂至少为104748.59N。

在确定各部分液压缸输出力之后，由式：

初步确定液压缸选型，其中p₁为工作压力，取10Mpa，p₂为背压，取1.5Mpa，

为杆径比，

d是活塞杆直径，D是液压缸内径，F_i为液压缸输出力，i＝1,2(即分别对应液压缸Ⅰ2-2、液压缸Ⅱ2-6)。

由式：

计算液压缸所需流量，其中v为活塞杆运动速度。

二、根据机械臂和机械爪所需转矩，按照下式分别对液压马达进行选型：

液压马达的每转排量由下式确定：

其中，T_i为输出扭矩，i＝1,2(即分别对应液压转台Ⅱ2-3、液压马达3-2)，V_g为每转排量，Δp为压差，η_mh机械液压效率。

液压马达的输出转速由下式确定：

其中，q_v为流量，η_v为容积效率。

根据输出力矩和输出转速，液压马达的输出功率由下式确定：

三、根据液压缸和液压马达的选型计算，通过下式确定整个液压系统的总流量：

q_t≥K∑q_vmax

其中，K为系统泄漏系数，∑q_vmax为同时作动的液压设备总的最大工作流量。

根据总流量q_t和液压缸、液压马达的选型，可通过下式求得液压泵的工作功率P_P：

式中，p_1max为最大工作压力，需满足p_1max≥p₁+∑Δp，其中∑Δp为管路损失；η_P为总工作效率，本实施例根据液压泵类型取η_P＝0.65。

四、在完成液压缸、液压马达和液压泵等设备选型之后，根据液压泵工作功率P_P按照一定的许用超载量选取相应的驱动电机。

根据上述具体工况，分析和计算得到了所述移动式罐式断路器拆装平台在具体实施例条件要求下的尺寸设计、静力学分析以及相关液压设备的选型。该实施例所述设计计算结果仅限于实施例所述作业条件下，并不用于限制本实用新型的适用范围。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：包括底盘（1）、机械臂（2）及机械爪（3）；其中底盘（1）用于支撑机械臂（2）、机械爪（3），并用于移动；底盘（1）与机械臂（2）一端连接，机械臂（2）另一端连接机械爪（3），通过机械臂（2）带动机械爪（3）对准高压套管，通过机械爪（3）将高压套管夹持。

2.根据权利要求1所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述底盘（1）的主车架（1-3）上安装辅助支撑装置（1-5），所述机械臂（2）的机械臂底座（2-1）上用于放置配重块（2-7）；其中辅助支撑装置（1-5）用于作业时支撑作业平台，配重块（2-7）用于作业时提供配重使作业平台稳定。

3.根据权利要求2所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述辅助支撑装置（1-5）包括伸缩杆及与伸缩杆呈垂直安装的伸缩支脚。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述底盘（1）采用履带式底盘，所述履带式底盘包括两组单侧履带架（1-1）、液压转台Ⅰ（1-4）、主车架（1-3）、履带；每组单侧履带架（1-1）安装履带，主车架（1-3）连接两组单侧履带架（1-1），安装在主车架（1-3）上的液压转台Ⅰ（1-4）连接机械臂（2）一端，用于驱动机械臂（2）旋转。

5.根据权利要求4所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述单侧履带架（1-1）包括承重轮组（1-7）、托带轮组（1-8）、引导轮（1-2）及驱动轮（1-6），履带依次绕过承重轮组（1-7）、引导轮（1-2）、托带轮组（1-8）、驱动轮（1-6）。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述机械臂（2）一端通过机械臂底座（2-1）与底盘（1）中的液压转台Ⅰ（1-4）相连，用于通过液压转台Ⅰ（1-4）驱动带动机械臂（2）整体随机械臂底座（2-1）旋转；具体包括：机械臂底座（2-1）、液压缸Ⅰ（2-2）、液压转台Ⅱ（2-3）、小臂（2-4）、大臂（2-5）、液压缸Ⅱ（2-6），安装在机械臂底座（2-1）上的液压缸Ⅰ（2-2）驱动大臂（2-5）绕机械臂底座（2-1）与大臂（2-5）连接处进行俯仰运动，安装在大臂（2-5）上的液压缸Ⅱ（2-6）驱动小臂（2-4）绕大臂（2-5）与小臂（2-4）连接处进行俯仰运动，通过液压转台Ⅱ（2-3）驱动机械爪（3）的旋转。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述机械爪（3）包括机械爪底座（3-1）、液压马达（3-2）、连杆机构、液压缸Ⅲ（3-7）、机械爪机架（3-8）；其中，机械爪底座（3-1）与机械臂（2）中的小臂（2-4）末端液压转台Ⅱ（2-3）相连接，通过液压马达（3-2）将机械爪机架（3-8）与机械爪底座（3-1）相连接且通过液压马达（3-2）驱动机械爪机架（3-8）转动；机械爪机架（3-8）通过销轴与连杆机构连接，通过液压缸Ⅲ（3-7）驱动连杆机构中上爪板（3-4）、下爪板（3-5）运动实现开合。

8.根据权利要求7所述的用于变电站罐式断路器高压套管拆装的移动式作业平台，其特征在于：所述连杆机构通过推杆（3-3）、拉杆（3-6）、上爪板（3-4）和下爪板（3-5）经销轴连接构成。

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