【正文】 發(fā)一種可以替代或部分替代工人進行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國內(nèi)外相關(guān)研究的熱點 . 因此 ,研制安全有效的除冰機械以代替人進行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實用意義。 圖 12 鐵塔被超過設(shè)計承受能力的覆冰載荷壓壞 圖 13 鐵塔被不均勻覆冰縱向不平衡張力拉壞 精品文檔 值得下載 圖 14 鐵塔被斷線沖擊荷載與縱向不平衡張力扭壞 圖 15 鐵塔因長時間舞動而發(fā)生倒塌 (1)過荷載。即導(dǎo)線覆冰厚的實際重量超過設(shè)計值很多 ,導(dǎo)致架空輸電導(dǎo)線及桿塔載荷過大超出自身機械強度極限最終斷線垮塔。如圖 12所示。 (2)不同期脫冰或不均勻覆冰事故。相鄰檔導(dǎo)線不均勻覆冰或不同期脫冰會產(chǎn)生張力差 ,使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動松脫 ,甚至會因為兩側(cè)水平張力差過大而拉垮桿塔 。不同期脫冰會使導(dǎo)線跳躍電氣間隙減小 ,造成導(dǎo)線相間短路或直接對地短路事故。如圖 13所示。 (3)絕緣子串冰閃事故。絕緣子覆冰或被冰凌橋結(jié)后 ,絕緣強度下降 ,泄露距精品文檔 值得下載 離縮短 ,融冰時 ,絕緣子的局部表面電阻增加 ,形成閃絡(luò)事故導(dǎo)致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強度降低。 (4)導(dǎo)線覆冰舞動事故。因?qū)Ь€不均勻覆冰 ,在風的作用下產(chǎn)生舞動 ,造成金具損壞 ,導(dǎo)線斷股 ,相間短路 及桿塔傾斜或倒塌等嚴重事故。如圖 15所示。 、發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)和國外的除冰技術(shù)可歸納有 3 0 余種，總體可分為： :主要包括過電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類方法也是目前工程中普遍采用的方案 ,在實際運用過程中積累了許多寶貴經(jīng)驗。 :滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機械方法 ,其過程是由地面工作人員拉動可以在線路上行走的滑輪達到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適用于我國西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。 :被動法就是依靠 風、地球引力、隨機散射和溫度變化等脫冰的被動方法無需附加能量?，F(xiàn)已經(jīng)在輸電線路上得到應(yīng)用的有平衡重量、線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風力錘等來減少輸電線路的覆冰 ,安裝防震錘等來減少導(dǎo)線的舞動。被動法有費用低的優(yōu)點 ,但不能阻止覆冰的形成 ,而且僅適用于特定的地區(qū)。 :除上述幾種方法外 ,還有利用電磁脈沖、氣動脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰方法 ,但很多還處于理想或試驗階段。而最近國內(nèi)外比較熱門的機械除冰法主要通過除冰機器人來完成，目前國內(nèi)外設(shè)計的除冰機器人通常包括 3部分： 。并且向著小型化，實用化，可越障，智能化的方向發(fā)展。 除冰機研究的內(nèi)容和意義 針對目前各類機械式除冰方法的不足之處，本文設(shè)想了一種全新的行走平臺，并在實踐中證明這種理論是可行的。它繼承了輪式車輛移動速度快捷的特點，又具有騎掛在電線上的能力，在傳動系統(tǒng)設(shè)計上采用了齒輪傳動設(shè)計，結(jié)構(gòu)相對簡單，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能擴展性。作為一種運輸平臺，具有很廣闊的功能開發(fā)空間。另外除冰機構(gòu)也是本次設(shè)計的創(chuàng)新點，采用對滾式刀具進行除冰，除冰效果好。 本論文主 要完成了輸電線除冰機的原理設(shè)計，方案選擇，機構(gòu)的實現(xiàn)，各部分零件的設(shè)計與整機的裝配，并在此基礎(chǔ)上采用三維制圖軟件建立實體模型并進行虛擬裝配和運動仿真。 本課題研究的目的在于根據(jù)輸電線系統(tǒng)的除冰需要，研制一種簡單，實用的輸電線除冰機。輪式輸電線除冰機是一種用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理環(huán)境，不適合人工除冰的輸電線路上清冰。它是適用于各種地貌，不會因為精品文檔 值得下載 環(huán)境的改變而停止工作。它的前端是一對用于除冰的對滾刀具，用于清除在電線結(jié)的冰。刀具的對滾通過齒輪傳動機構(gòu)完成。輪式除冰機主體部分是行走機構(gòu)。該設(shè)計采用壓輪推 進方式 , 機體上的兩個固定壓輪騎掛在輸電線上保持機體的平衡 , 機體的重心位于輸電線下方 , 這樣機體不會在行進過程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。兩個動壓輪分別與兩個固定壓輪配合 , 當推動動壓輪時 , 動壓輪向上抬升 , 與固定壓輪配合從上下夾緊輸電線 , 依靠壓輪與輸電線的摩擦獲得前進的動力。該設(shè)計的電力驅(qū)動分為兩個分支 : 一部分直接傳至除冰機構(gòu) , 供刀具除冰使用 。 另一部分傳至動壓輪，實現(xiàn)小車的行走。 該設(shè)計的目的是提供一種體積小，運作靈活，運行穩(wěn)定的輸電線除冰機，也提供一種適于在條件艱苦的環(huán)境下工作的電線除冰機器。 精品文檔 值得下載 第 2 章 方案設(shè)計 工作原理 本設(shè)計采用四輪式結(jié)構(gòu)布局，具有小型輕質(zhì)，除冰效率高，安裝方便，適應(yīng)環(huán)境能力強的特點。工作原理如圖 2— 1所示，輸電線除冰機工作時由行走電機推動機器行走，通過大齒輪帶動軸 1轉(zhuǎn)動，再通過兩個減速齒輪組分別帶動軸 2和軸 3轉(zhuǎn)動，驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動，并帶動鏈輪回轉(zhuǎn)，通過傳動鏈帶動行走輪 2轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)輸電線除冰機在電線上行走。工作電機通過一組減速齒輪使輪 5轉(zhuǎn)動，驅(qū)動工作刀具做回轉(zhuǎn)運動。 圖 21 機構(gòu)運動簡圖 輪式輸電線除冰機由電動機提供動 力。行走機構(gòu)通過三級齒輪減速機構(gòu)實現(xiàn)減速，除冰機構(gòu)通過一級齒輪減速機構(gòu)實現(xiàn)減速。輪式輸電線除冰機的組成框圖，如圖 2— 2所示。 機構(gòu)的設(shè)計方案 能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線除冰機功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下： 1）小型柴油機驅(qū)動 柴油機驅(qū)動的優(yōu)點是馬力大，適應(yīng)環(huán)境能力強。但重量和所占空間過大，驅(qū)動時會產(chǎn)生較大振動，容易引起輸電線舞動，不適用于在輸電上行走使用，另外對環(huán)境會產(chǎn)生污染，不環(huán)保。 2）電動機驅(qū)動 型號較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動方面有著不可替代精品文檔 值得下載 的優(yōu)勢。對環(huán)境無 污染，可以滿足環(huán)護要求。 圖 22 輪式輸電線除冰車組成框圖及運動傳遞路線 2．減速方式選擇 1）帶傳動 抗拉強度較大，耐濕性好，廉價，可以傳送較大功率。但所需空間比較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動的場合。 2）鏈傳動 鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，鏈輪齒受力情況較好，承載能力較大；有一定的緩沖與減震性能；中心距可大而結(jié)構(gòu)輕便?？梢赃m應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。但是同樣，所需空間較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動的 場合。 3）齒輪傳動 瞬時傳動比恒定；傳動比范圍大，可用于減速或增速；速度和傳遞功率的范圍大，可用于高速（ v40m/s）、中速和低速（ v25m/s）的傳動；功率可從小于 1W到 105kW；傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達 99%以上；結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動。 4）蝸桿傳動 蝸桿傳動用于交錯軸間傳遞運動及動力。傳動比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖；效率低，易發(fā)熱，蝸輪制造需要貴重的減摩性有色金屬。 鏈傳動和帶傳動雖然適應(yīng)環(huán)境的能力比較強，但是所需傳動空間比較大，不適用于在輪 式輸電線除冰車上使用。蝸桿傳動效率低，易發(fā)熱，環(huán)境適應(yīng)性差。因此，綜合考慮各方面因素，減速方式選擇通過齒輪傳動機構(gòu)來完成。 行走電機 減速機構(gòu) 行走輪 除冰電機 減速機構(gòu) 除冰刀具 精品文檔 值得下載 1）履帶式 履帶式行走機構(gòu)廣泛用于工程機械、拖拉機等野外作業(yè)車輛。行走條件相對惡劣，該行走機構(gòu)具有足夠的強度和剛度；具有良好的行進及轉(zhuǎn)向功能。但是履帶式行走機構(gòu)特別笨重，不適于作為輸電線除冰車的行走機構(gòu)。 2）輪式 輪式行走機構(gòu)廣泛于汽車、火車、航空等各種交通工具，應(yīng)用范圍極廣，可在大多數(shù)路況行走，適應(yīng)能力較強。質(zhì)量較輕，便于攜帶、裝配、更換。 3）液壓缸式 在 同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓元件實險了標準化、系列化、通用化，便于設(shè)計、制造和使用。但是工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。由于流體流動的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。 由于履帶式系統(tǒng)過于笨重，因此不適合在輸電線上行走；液壓系統(tǒng)過于復(fù)雜，也不 適合用于輸電線除冰機上。因此輸電線除冰機的行走機構(gòu)采用輪式行走機構(gòu)。為了使輪式行走機構(gòu)在輸電線上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部開通一個直徑為 30mm的凹槽。 1)加熱除冰 通過電阻加熱或噴火加熱，使覆冰融化，達到清除覆冰的目的。加熱除冰方法對環(huán)境沒有任何污染，清除效率高。但是這個方法耗能過多，不節(jié)能。 2)化學(xué)法除冰 依靠撒布化學(xué)藥劑固體顆粒或液體使冰雪融化為化學(xué)融冰 , 其特點是除凈率高 , 但這種方法成本高 , 且容易對環(huán)境造成污染 , 尤其是鈉鹽融雪劑對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有破壞作用 , 易造成混凝 土路面的表層脫落 , 使電線質(zhì)量受損而縮短其使用壽命 , 對植被的損害也較嚴重。 3）振動除冰 振動式除冰法 , 通過馬達帶動一具有一定重量的除冰錘上下往復(fù)的敲擊動作 ,當敲擊到覆冰上時，覆冰由于受到震動，與輸電線脫離。達到除冰的目的。此方法除冰效果明顯，效率較高，能耗少。但是由于震動會引起電線的舞動，有違除冰的本意。 4）對滾銑削除冰 對滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線除冰機前端 , 通過滾壓輪上的組合刀片 , 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。 加熱方法耗能過多，輸電線除冰機不能攜 帶過重的能源儲存裝置，因此加熱除冰法不適用?；瘜W(xué)法對環(huán)境污染大，對輸電線腐蝕比較大，不宜采用。振動精品文檔 值得下載 除冰法容易使輸電線產(chǎn)生舞動，違背了清除覆冰的初衷。綜合來看，采用對滾銑削除冰法是最佳選擇。 行走輪是推動輸電線除冰機行走的主要零件 ,上端行走輪倒掛在電線上 ,主要目的是給除冰機提供一個拉力 ,使除冰機能掛在電線上。下端行走輪通過齒輪與電動機相連，負責推進除冰機行進。為了使輸電線除冰機推進更加平穩(wěn)，將下端兩行走輪通過鏈傳動連接在一起，實現(xiàn)下端兩行走輪同步。具體結(jié)構(gòu)如圖 23所示。此外 ，通過對滾刀具除冰機構(gòu)的電線上可能依然會有小塊的覆冰。因此，行走輪還應(yīng)該具有一定的越障能力。不會讓小塊覆冰成為行走輪推進除冰機行走的障礙。我們?yōu)榇嗽O(shè)計了一個減震機構(gòu)。通過減震機構(gòu)，行走輪可以輕易地越過小塊覆冰。具體結(jié)構(gòu)如圖 24。 圖 23 通過鏈傳動是行走輪同步 圖 24 行走輪減震機構(gòu) 綜合考慮：本設(shè)計采用電機驅(qū)動，齒輪傳動減速機構(gòu)，輪式行走方式，對滾洗刀除冰方式。 精品文檔 值得下載 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 如圖 25所示 ,輸電線輪式除冰機上部能把小車懸掛在輸電線上，提供向上的支撐力 。同時，具有一定的越障和減震能力，可以越過沒有清理完全的覆冰。前端是除冰機構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。 如圖 26所示，輸電線輪式除冰機下部向小車提供向前的推力，推進小車向前行走。前端是除冰機構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。同時，通過齒輪機構(gòu)與上部的除冰機構(gòu)和下面的電動機相連，實現(xiàn)動力傳輸。 圖 25 輸電線輪式除冰機上部 圖 26 輸電線輪式除冰機下部 減速器是指原動機和工作機之間的獨立傳動裝置。目前，許多減速器在我國已有國家標準，并在專門工廠批量生產(chǎn)。 減速器的種類很多，按傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器等，以及由它們相互組合起來的減速器；按齒輪形狀精品文檔 值得下載 可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器及圓錐 —— 圓柱齒輪減速器；按傳動級數(shù)可分為單級減速器和多級減速器；按傳動的布置形式可以分為展開式、分流式及同軸式減速器。 輸電線輪式除冰機的減速器為三級展開式齒輪減速器。如圖 27，每級傳動比均是 2。為了減輕減速器的重量，把減速器的外殼切除一部分。 電池組支架用于存放電池組，為除冰機構(gòu)和行走機構(gòu)提供電能。為了減輕輸電線輪式除冰機的重量，支架設(shè)計成如圖 28所示。 圖 27 輸電線除冰機減速器 圖 28 輸電線除冰機