【正文】 .............................................................. 12 齒輪機構設計 .............................................................................................. 12 軸的設計 ..................................................................................................... 17 軸承校核 .................................................................................................. 20 除冰機構的設計 .............................................................................................. 23 除冰方式選擇 .............................................................................................. 23 設計 ........................................................................................................ 25 除冰機構電機選擇 ......................................................................................... 25 整機三維裝配圖 ................................................................................................ 26 第 4 章 功能及創(chuàng)新點 ..............................................................................................29 總結 ..............................................................................................................................30 參考文獻 ......................................................................................................................31 致謝 ..............................................................................................................................33 1 第 1 章 緒論 輸電 線路因受 結冰 危 害通常容易引起嚴重的斷線、桿塔倒塌、大面積停電、限電等事故。據(jù)不完全統(tǒng)計 ,自上世紀 50年代以來 ,我國輸電線路便不斷遭受覆冰危害。由于覆冰引起 110～ 500kV線路非計劃停運 47次 ,占總事故的 41。 2021年 12月至 2021年 2月 ,我國華中電網(wǎng)出現(xiàn)大面積冰災事故 ,僅湖南省就有 700多萬人受災 ,直接 經(jīng)濟損失超過 10億元。 江西電網(wǎng) 17條 500 kV、 57條 220 kV和 168條 110 kV線路停運 。 部分地區(qū)的線路覆冰厚度達到 40～ 60mm,遠遠超出了15～ 20 mm的設計值 ,如圖 11。截至 2月 12日 ,全國因災停運線路共 35968條 ,停運變電站 1731座 , 110～ 500kV線路倒塔 8709座 ,全國 13個省份拉閘限電 ,共有 17個省級電網(wǎng)電力供應緊張。 圖 11 輸電線覆冰情況 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展 ,超高壓大容量輸電線路越建越多 ,線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復雜 ,如經(jīng)過大面積的水庫、湖泊和崇山峻嶺 ,給線路維護帶來很多困難 . 而且在嚴冬及初春季節(jié) ,我國云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū)常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象 ,造成架空輸電線路覆冰 ,使線路舞動、閃絡、燒傷 ,甚至斷線倒桿 , 2 使電網(wǎng)結構遭到破壞 ,安全運行受到嚴重威脅 .在緊急情況下 ,尋道員用帶電操作桿或其它類似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線路除冰 ,人工除冰有很高的危險性 [1 ]。 圖 12 鐵塔被超過設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 3 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 覆冰危害及機理 (1)過荷載。 如圖 12所示。相鄰檔導線不均勻覆冰或不同期脫冰會產(chǎn)生張力差 ,使導線在線夾內滑動松脫 ,甚至會因為兩側水平張力差過大而拉垮桿塔 。 如圖 13所示。絕緣子覆冰或被冰凌橋結后 ,絕緣強度下降 ,泄露距 4 離縮短 ,融冰時 ,絕緣子的局部表面電阻增加 ,形成閃絡事故導致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強度降低 。因導線不均勻覆冰 ,在風的作用下產(chǎn)生舞動 ,造成金具損壞 ,導線斷股 ,相間短路及桿塔傾斜或倒塌等嚴重事故。 、發(fā)展趨勢 目前國內和國外的除冰技術可歸納有 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。 :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。 :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。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)。 而最近國內外比較熱門的機械除冰法主要通過除冰機器人來完成，目前國內外設計的除冰機器人通常包括 3部分： 。 除冰機 研究的內容和意義 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。并且在控制方面， 具有很好的功能擴展性。 另外除冰機構也是本次設計的創(chuàng)新點，采用對滾式刀具進行除冰， 除冰效果好。 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 。它是 適 用于各種 地貌，不會因為 5 環(huán)境的改變而停止工作。刀具的對滾通過齒輪傳動機構完成。該設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。該設計的 電力驅動 分為兩個分支 : 一部分直接傳至除冰機構 , 供刀具除冰使用 。 該設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 。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轉動 ，再通過兩個減速齒輪組分別帶動軸 2和軸 3轉動 ， 驅動行走輪轉動，并帶動鏈輪回轉，通過傳動鏈帶動行走輪 2轉動，實現(xiàn)輸電線除冰機在電線上行走。 圖 21 機構運動簡圖 輪式輸電線除冰機 由電動機提供動力 。輪式輸電線除冰 機的組成框圖，如圖 2— 2所示。但重量和所占空間過大，驅動時會產(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。在質量和振動方面有著不可替代 7 的優(yōu)勢。 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 。 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；中心距可大而結構 輕便。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 。 4）蝸桿傳動 蝸桿傳動用于交錯軸間傳遞運動及動力。 鏈傳動和帶傳動雖然適應環(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。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來完成。行走條件相對惡劣，該行走機構具有足夠的強度和剛度；具有良好的行進及轉向功能。 2） 輪式 輪式行走機構廣泛于汽車、火車、航空等各種交通工具 ，應用范圍極廣，可在大多數(shù)路況行走，適應能力較強。 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、結構緊湊。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。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。如果處理不當，泄漏不僅污染場地，而 且還可能引起火災和爆炸事故。因此輸電線除冰機的行走機構采用輪式 行走機構。 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。但是這個方法耗能過多，不節(jié)能。 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。此方法除冰效果明顯，效率較高，能耗少。 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 , 依靠較高轉速把 輸電線上的覆冰銑除。 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。振動除冰法容易使輸電線產(chǎn)生舞動，違背了清除覆冰的初衷。 與減震方法 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。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。此外，通過對滾刀具除冰機構的電線上可能依然會有小塊的覆冰。不會讓小塊覆冰成為行走輪推進除冰機行走的障礙。通過減震機構，行走輪可以輕易地越過小塊覆冰。 圖 23 通過鏈傳動是行走輪同步 圖 24 行走輪減震機構 綜合考慮：本設計采用電機驅動，齒輪傳動減速機構，輪式行走方式，對滾洗刀除冰方式。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。 下部 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。同時，通過齒輪機構與上部的除冰機構和下面的電動機相連，實現(xiàn)動力傳輸。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)。 輸電線輪式除冰機的減速器為三級展開式齒輪減速器。 為了減輕減速器的重量，把減速器的外殼切除一部分。 為了減輕輸電線輪式除冰機的重量，支架設計成如圖 28所示。 2） 該輸電線輪式除冰機工作時的速度較低，所以選擇 8級精度（ GB1009588）。由輪齒的失效形式可知，設計齒輪時，應該使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。由剪草機的工作條件可知對齒輪材料要求不高，而且大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，因此可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。 2 齒輪尺寸設計 開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過小，故小齒輪不適宜選用過多的齒數(shù)，本設計 中選擇小齒輪齒數(shù) z1 =15，大齒輪的齒數(shù) 30152uZ 12 ????Z ，取 302?Z 。 除冰機 正常行走時的速度為 大約 3m/s。設想 除冰 機工作時處于理想狀況下即輪子只滾動不滑動。查機械設計手冊得：橡膠輪對輸電線 滾動摩擦力臂為 10~15/mm，由 于設計要求剪草機質量不大于 20Kg，則 車輪沿輸電線 的最大滾動阻力矩為mm7 2 0 ??????? 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