輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),輸電,線路,路線,除冰,機(jī)器人,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 論文（設(shè)計(jì)）題目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2006183834 姓名： 歐陽(yáng)武 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 張高峰 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 2008年湖南冰災(zāi)的形成原因，除冰機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度，對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析，設(shè)計(jì)出新的除冰機(jī)構(gòu)。 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題 通過(guò)除冰機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，使除冰效率提升，是除冰機(jī)器人更加安全和實(shí)用。 三、進(jìn)度安排 序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間 1 2008年湖南冰災(zāi)形成的原因，除冰機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度 2010-3-20 2 對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析 2010-4-9 3 對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析 2010-4-25 4 設(shè)計(jì)新的除冰機(jī)構(gòu) 2010-5-20 5 繪制除冰機(jī)構(gòu)圖紙 2010-5-31 6 編寫說(shuō)明書 2010-6-3 7 答辯 2010-6-7 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) ［1］張屹，邵威，高虹亮，羅成. 高壓輸電線路除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].三學(xué)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.12，Vol.30 No.6：P69-72 ［2］濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社，2002. ［3］蔣正龍，陸佳政，雷紅才，黃福勇. 湖南2008年冰災(zāi)引起的倒塔原因分析[J].高電壓技術(shù)，2008.11，Vol.34 No.11：P2468-2474 ［4］Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY，20099，Vol.3 No.1：P1-6 ［5］高虹亮，孟遂民，羅成，馬小強(qiáng).架空輸電線路除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009.3，Vol.30 No.3：P93-96 ［6］甘辰予，陳勁生.LEGO 智能除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009.10，No.10. ［7］楊振宇，范建中. 輸電線路抗冰技術(shù)新進(jìn)展[J].2009輸配電及電力系統(tǒng)論文集，2009.No5. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2006183834 姓 名： 歐陽(yáng)武 指導(dǎo)教師： 張高峰 完成日期： 2010-6-3 湘 潭 大 學(xué) 興湘學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題 目 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名 歐陽(yáng)武 學(xué)號(hào) 2006183834 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)者及其自動(dòng)化 班級(jí) 一班 指導(dǎo)教師 張高峰 職稱 副教授 填寫時(shí)間 2010年 4月 24日 2010年4月  說(shuō) 明 1．根據(jù)湘潭大學(xué)《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告》，由指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)，系主任批準(zhǔn)后實(shí)施。 2．開(kāi)題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開(kāi)題報(bào)告不合格者不得參加答辯。 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字。 5．開(kāi)題報(bào)告檢查原則上在第2～4周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題檢查后，應(yīng)寫一份開(kāi)題情況總結(jié)報(bào)告。 6. 填寫說(shuō)明： (1) 課題性質(zhì)：可填寫A．工程設(shè)計(jì)；B．論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。 (2) 課題來(lái)源：可填寫A．自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托課題；C．校級(jí)基金課題；D．自擬課題。 (3) 除自擬課題外，其它課題必須要填寫課題的名稱。 (4) 參考文獻(xiàn)不能少于10篇。 (5) 填寫內(nèi)容的字體大小為小四，表格所留空不夠可增頁(yè)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名 歐陽(yáng)武 學(xué) 號(hào) 2006183834 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)者及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 張高峰 職 稱 副教授 所在系 興湘學(xué)院 課題來(lái)源 D 課題性質(zhì) A 課題名稱 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、選題的依據(jù)、課題的意義及國(guó)內(nèi)外基本研究情況 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(fù)雜，如經(jīng)過(guò)大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺，給線路維護(hù)帶來(lái)很多困難．而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié)，我國(guó)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(dòng)、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，安全運(yùn)行受到嚴(yán)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(xiǎn)性。 在國(guó)外，一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似，甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣，為了保證電力系統(tǒng)的可靠性，提高高壓輸電線除冰的效率，減少損失，維護(hù)工人的安全，開(kāi)發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn)．因此，研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。 二、研究?jī)?nèi)容、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案 和主要措施 2008年湖南冰災(zāi)的形成原因，除冰機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度，對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究，對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析，設(shè)計(jì)出新的除冰機(jī)構(gòu)。 其關(guān)鍵技術(shù)由國(guó)家863計(jì)劃的巡線機(jī)器人做動(dòng)力，行走，越障和控制方面為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，再由湖南大學(xué)2009年的除冰機(jī)器人各個(gè)除冰專利為參考，還加上08年后各個(gè)期刊雜志上的除冰方法和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為支持，完成自己的設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)覆冰原理和輸電線路參數(shù)的分析得出最大覆冰限度20cm時(shí)進(jìn)行除冰，然后對(duì)除冰機(jī)構(gòu)的高效組合的形式進(jìn)行匹配性的討論，最后得出新的除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 三、主要特色及工作進(jìn)度 工作進(jìn)度： 第4周：2008年湖南冰災(zāi)形成的原因，除冰機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況和程度 第5周：對(duì)輸電線路覆冰產(chǎn)生的負(fù)面效果的研究 第5周：對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析 第6周~第9周：對(duì)國(guó)內(nèi)外除冰方式的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專利的檢索并綜合分析 第10周~第12周: 設(shè)計(jì)新的除冰機(jī)構(gòu)，繪制除冰機(jī)構(gòu)圖紙 第13周: 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書、翻譯英文資料 第14周: 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 主要特色： 通過(guò)除冰機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，使除冰效率提升，是除冰機(jī)器人更加安全和實(shí)用,并提出微波融冰技術(shù)和機(jī)械除冰復(fù)合除冰的高效除冰方式。 四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁(yè)碼列出） ［1］張屹，邵威，高虹亮，羅成. 高壓輸電線路除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].三學(xué)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.12，Vol.30 No.6：P69-72 ［2］濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社，2002. ［3］蔣正龍，陸佳政，雷紅才，黃福勇. 湖南2008年冰災(zāi)引起的倒塔原因分析[J].高電壓技術(shù)，2008.11，Vol.34 No.11：P2468-2474 ［4］Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY，20099，Vol.3 No.1：P1-6 ［5］高虹亮，孟遂民，羅成，馬小強(qiáng).架空輸電線路除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009.3，Vol.30 No.3：P93-96 ［6］甘辰予，陳勁生.LEGO 智能除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009.10，No.10. ［7］楊振宇，范建中. 輸電線路抗冰技術(shù)新進(jìn)展[J].2009輸配電及電力系統(tǒng)論文集，2009.No5. 指導(dǎo)教師 意 見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系意見(jiàn) 系主任簽名： 年 月 日 院意見(jiàn) 教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 分析湖南2008年冰災(zāi)引起的倒塔原因，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了2008年湖南冰災(zāi)期間≥220 kV輸電線路的受損情況，發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在20～60 mm，同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性，檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過(guò)設(shè)計(jì)值，垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔的原因. 從而制造輸電線路上的除冰機(jī)器人成為必要，由國(guó)家863計(jì)劃和08年后的除冰機(jī)器人的研究和綜合分析，設(shè)計(jì)一個(gè)由各個(gè)選用模塊組成的高效除冰機(jī)器人。 關(guān)鍵詞 巡線機(jī)器人 除冰機(jī)器人 除冰機(jī)構(gòu) 除冰方法 冰災(zāi) Mechanical Design of a Robot for Deicing Transmission Lines Abstract The damage of the transmission lines in Hunan during the 2008 ice storm is surveyed and the main causes for the tower collapses and line failures are analyzed．It is found that the ice accretion thickness on the failed Iines mostly falls in the range of 20～60mm which is well beyond the designed standard．In addition，the situation may be worsened by the nonhomogeneity of the ice accretion due to microtopography and micrometeorology conditions，spandistance，and the imbalanced tension caused by vertical load。Thus the ice on the transmission in manufacturing, it becomes necessary to design a comprehensive analysis of each choose modules of efficient deicing robot by national 863 plan and 8 years of study and the deicing robot. Key words line patrol robot deicing robot deicing institutions deicing method Ice plagues II 目錄 摘要…………………………………………………………………… Ⅰ Abstract………………………………………………………………Ⅱ 第一章 緒言……………………………………………………………1 1.1引言…………………………………………………………………………1 1.2 湖南省2008年冰災(zāi)的電網(wǎng)分析……………………………………2 第二章 覆冰原理…………………………………………………… 4 第三章 輸電線路覆冰的危害……………………………………… 5 3.1 線路過(guò)荷載……………………………………………………… 5 3.2 不均勻覆冰或不同期脫冰……………………………………… 5 3.3 絕緣子串冰閃…………………………………………………… 5 3.4 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)…………………………………………………… 5 第四章 除冰方法 ………………………………………………… 6 第五章 巡線機(jī)器人 ……………………………………………… 8 5.1巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu) ……………………………………………… 9 5.2工作電源………………………………………………………… 10 5.3控制系統(tǒng)………………………………………………………… 10 第六章 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)……………………………………………11 第七章 國(guó)內(nèi)除冰機(jī)器人專利……………………………………… 14 7.1 一種線纜除冰機(jī)器人……………………………………………14 7.2輸變線路除冰機(jī)器人……………………………………………14 7.3一種可跨越障式多分裂除冰機(jī)器人……………………………15 7.4高壓輸電線路導(dǎo)線除冰方法與裝置……………………………16 7.5電力設(shè)施的微波除冰裝置和除冰方法…………………………16 第八章 除冰機(jī)構(gòu)專利………………………………………………18 8.1三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人多功能夾持機(jī)構(gòu)…………………18 8.2一種除冰機(jī)器人的掛線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)………………………………18 8.3一種導(dǎo)線可越障機(jī)器人行走裝置………………………………19 8.4一種架空線除冰機(jī)器人的制動(dòng)機(jī)構(gòu)……………………………20 8.5架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)…………………………………21 第九章 綜合設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人……………………………………… 22 9.1除冰機(jī)器人總裝示意圖………………………………………… 22 9.2除冰機(jī)器人結(jié)構(gòu)和步驟………………………………………… 23 9.3除冰機(jī)器人各組裝模塊…………………………………………23 9.4，除冰機(jī)器人復(fù)合除冰…………………………………………… 25 結(jié)論………………………………………………………………… 28 致謝………………………………………………………………… 29 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 30 附錄1 ………………………………………………………………31 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表 學(xué)號(hào) 2006183834 姓名 歐陽(yáng)武 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。 綜 合 評(píng) 價(jià) 評(píng)閱人： 2010年5月 日 第一章 緒言 1.1引言 2008年1月，郴州市出現(xiàn)了連續(xù)近一個(gè)月的低溫雨雪冰凍天氣，遭受了歷史罕見(jiàn)的冰雪災(zāi)害。國(guó)家減災(zāi)委員會(huì)專家已定性為：“郴州發(fā)生的這次冰雪災(zāi)害，是世界上一次大面積、極端性氣候事件，是江南地區(qū)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次雨雪冰凍過(guò)程，影響地區(qū)的人口之多是世界罕見(jiàn)的”。這次郴州冰災(zāi)造成中心城區(qū)正值春節(jié)期間停電、停水10多天，個(gè)別地方達(dá)到20多天，交通、通訊、電視均出現(xiàn)不同程度的中斷，成為了一座與外界隔絕的“孤城”。郴州成為我國(guó)南方冰雪災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一。 特別是電力系統(tǒng)遭受毀滅性重創(chuàng)，冰災(zāi)引起了倒塔,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了2008年湖南冰災(zāi)期間≥220kV輸電線路的受損情況,發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在20～60mm,同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性,檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過(guò)設(shè)計(jì)值、垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔。專家解說(shuō)，高壓線高高的鋼塔在下雪天時(shí)，可以承受2-3倍的重量。但如果下雨凇，可能會(huì)承受10-20倍的電線重量。電線結(jié)冰，遇冷收縮，風(fēng)吹引起震蕩，就使電線不勝重荷而斷裂。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(fù)雜，如經(jīng)過(guò)大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺，給線路維護(hù)帶來(lái)很多困難．而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié)，我國(guó)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(dòng)、閃絡(luò)、燒傷，甚至斷線倒桿，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，安全運(yùn)行受到嚴(yán)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(xiǎn)性。 在國(guó)外，一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似，甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣，為了保證電力系統(tǒng)的可靠性，提高高壓輸電線除冰的效率，減少損失，維護(hù)工人的安全，開(kāi)發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn)．因此，研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。 電動(dòng)機(jī)除冰裝置的示意圖和實(shí)際工作圖 1.2湖南省2008年冰災(zāi)的電網(wǎng)分析 全球氣候正經(jīng)歷以變暖為主要特征的變化，氣候變暖導(dǎo)致“厄爾尼諾”和“拉尼娜”等極端天氣氣候事件的頻率與強(qiáng)度明顯增加，輸電線路所處地質(zhì)條件復(fù)雜，容易遭受冰災(zāi)等極端天氣的影響，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)已多次發(fā)生的輸電線路冰災(zāi)事故進(jìn)行了相關(guān)的研究。2008年年初襲擊湖南的持續(xù)低溫、雨雪、冰凍天氣過(guò)程來(lái)I臨之前，湖南溫度偏高、空氣干燥。湖南東、南、西部三面環(huán)山，向中部、北部過(guò)渡為丘陵和平地，冷空氣襲擊湖南后，湖南降溫迅速，冷暖空氣交匯形成的鋒面逆溫強(qiáng)度大，加上湖南北低南高的地勢(shì)使逆溫層得以加強(qiáng)，地勢(shì)陡增處南下冷空氣因推進(jìn)受阻而徘徊駐留，隨著暖濕氣流不斷補(bǔ)充，易形成長(zhǎng)時(shí)間降雨、冰凍，形成持續(xù)的雨凇。由于降溫迅速，湘西高海拔山區(qū)和緯度較高的湘北地區(qū)地表氣溫低，但降水主要集中在湘南、湘中、湘東，且停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致湘南、湘中、湘東冰凍災(zāi)害強(qiáng)于湘北和湘西高海拔山區(qū)。湖南電網(wǎng)冰凍災(zāi)害是在大尺度天氣形勢(shì)控制下形成的，拉尼娜現(xiàn)象起到推波助浪的作用，冰凍災(zāi)害受損范圍與程度具有較強(qiáng)的微地形影響特征。長(zhǎng)時(shí)間的低溫(0~﹣5℃)、降水過(guò)程為覆冰提供了適宜條件。 2008年初，受冷暖空氣共同影響，湖南從01-11／02-07，共出現(xiàn)4次明顯的雨雪天氣過(guò)程，這次持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的凍雨和冰凍天氣給湖南電網(wǎng)帶來(lái)了災(zāi)難性的影響。湖南省電力公司500 kV線路33條有14條線路倒塔182基，變形75基，導(dǎo)線斷線或受損159處，地線斷線或受損322處；220 kV有44條線路倒塔679基，110 kV有121條倒塔1864基；≤35 kV高壓線路倒桿6萬(wàn)4千多基，發(fā)生斷線超過(guò)5萬(wàn)處；低壓線路倒桿斷桿33萬(wàn)多基，斷線近37萬(wàn)處，在整個(gè)冰凍期間，發(fā)生了多次電網(wǎng)解裂和衡陽(yáng)、郴州等地區(qū)大面積停電事故，使湖南電網(wǎng)受了有史以來(lái)最嚴(yán)峻的威脅，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)10億元。 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了2008年湖南冰災(zāi)期間≥220 kV輸電線路的受損情況，發(fā)現(xiàn)倒塔線路覆冰厚度主要集中在20～60 mm，同時(shí)微地形和微氣象造成覆冰加重和覆冰的不均勻性，檔距、塔形等對(duì)線路倒塔也存在影響。分析倒桿斷線的形式認(rèn)為覆冰太厚超過(guò)設(shè)計(jì)值，垂直荷載壓垮和不平衡張力拉垮是造成線路倒塔的原因。 江城線4979—4983段的冰情照片 2005年湖南冰災(zāi)后對(duì)覆冰倒塌的桿塔以及選擇性選取的一些重要桿塔進(jìn)行了改造，7條500 kV線路新增和改造桿塔共142基，220 kV共9條線路增加和改造鐵塔32基，通過(guò)對(duì)局部區(qū)域桿塔更換塔型(將自立塔改為加強(qiáng)型轉(zhuǎn)角耐張塔)、采用提高一級(jí)覆冰設(shè)計(jì)厚度(將15mm覆冰設(shè)計(jì)改為20mm)等措施提高桿塔的抗冰強(qiáng)度，通過(guò)新增桿塔縮小設(shè)計(jì)檔距、縮短耐張段的距離，減少單基鐵塔所受的重力荷載等技術(shù)措施進(jìn)行改造，2008年這些改造的500 kV桿塔未發(fā)生倒塌現(xiàn)象，220 kV有2基因僅對(duì)主材加厚，在此次冰災(zāi)中發(fā)生扭曲受損，在同一區(qū)域有3基未改的桿塔發(fā)生了倒塌。因此對(duì)桿塔抗冰強(qiáng)度適當(dāng)加強(qiáng)，是防止覆冰倒塌的最好措施之一。 為應(yīng)對(duì)冰凍災(zāi)害的影響，應(yīng)進(jìn)一步完善重大災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案；按照差異化原則，易覆冰區(qū)段線路按20mm及以上覆冰設(shè)計(jì)，建設(shè)電網(wǎng)最小骨干網(wǎng)架；加快覆冰機(jī)理、融冰技術(shù)和冰情監(jiān)測(cè)的研究和應(yīng)用，覆冰期間提高重要線路的需送容量防止導(dǎo)線結(jié)冰，深入開(kāi)展微地形、微氣象的監(jiān)測(cè)和冰區(qū)分布圖的繪制工作。 第二章 覆冰原理 影響導(dǎo)線覆冰因素很多，主要包括：氣象條件、地理及地形條件、海拔高程、導(dǎo)線懸掛高度、導(dǎo)線直徑、水滴直徑、電場(chǎng)強(qiáng)度等。 按不同的分類方法，導(dǎo)線覆冰類型可分為： （1）按冰的表現(xiàn)特性分為：雨凇、霧凇、混合凇、積雪和白霜等[1, 5, 6]；雨凇是過(guò)冷卻的降水碰到溫度等于或低于0℃的物體表面時(shí)所形成玻璃狀的透明或無(wú)光澤的表面粗糙的冰覆蓋層，其密度較大，一般為0.85g/cm3。霧凇分為兩種：一種是粒狀霧凇，即過(guò)冷卻霧滴碰到冷的物體后迅速結(jié)成粒狀小冰塊，其結(jié)構(gòu)較為緊密；另一種是晶狀霧凇，結(jié)構(gòu)較松散，稍有震動(dòng)就有脫落。一般霧凇密度為0.25g/cm3?；旌馅∈沁^(guò)冷卻水滴在導(dǎo)線的迎風(fēng)面形成的雨凇和霧凇混合凍結(jié)的不透明或半透明覆冰，密度在0.26～0.6 g/cm3，黏附力較強(qiáng)。積雪為黏附在導(dǎo)線上的自然降雪，有干、濕之分。干雪密度≤0.1g/cm3，粘附力很弱；濕雪密度0.1～0.5 g/cm3，粘附力較弱。白霜是空氣中的濕氣與0℃以下的冷物體表面 接觸凝結(jié)而成，對(duì)導(dǎo)線威脅不大，但會(huì)增加輸電線路的電暈損失[7]。凍雨覆冰形成的雨凇因密度大、附著力強(qiáng)，對(duì)架空輸電線路的危害最大，08年初的南方電力冰災(zāi)主要由該原因造成。 （2）按冰的形成機(jī)理分為：降水覆冰、云中覆冰和升華覆冰； （3）按冰在導(dǎo)線上的橫截面形狀分為：圓形或橢圓形覆冰、翼型覆冰和新月形等，如圖1所示。 （4）按冰在導(dǎo)線表面的增長(zhǎng)過(guò)程分為：干增長(zhǎng)、濕增長(zhǎng)[1]。這種分類利于分析導(dǎo)線覆冰的形成機(jī)理及形成過(guò)程中的熱平衡及熱傳遞。霧淞和干雪是干增長(zhǎng)覆冰過(guò)程，雨淞和濕雪是濕增長(zhǎng)覆冰過(guò)程，而混合淞是介于二者間的一種覆冰過(guò)程。 導(dǎo)線覆冰截面圖 第三章 輸電線路覆冰的危害 3.1 線路過(guò)荷載 線路覆冰時(shí)，導(dǎo)線將承受數(shù)百到數(shù)千kg的荷載，導(dǎo)線和覆冰重量產(chǎn)生的拉力將通過(guò)導(dǎo)線、金具、絕緣子傳遞給桿塔，桿塔再傳遞給拉線，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)承受不住拉力，就將出現(xiàn)倒桿和斷線事故，并往往會(huì)擴(kuò)展至一個(gè)耐張段。 3.2 不均勻覆冰或不同期脫冰 相鄰檔線路不均勻覆冰或不同期脫冰都會(huì)產(chǎn)生張力差，使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使導(dǎo)線外層鋁股在線夾出口處全部斷裂、鋼芯抽動(dòng)，造成線夾另一側(cè)的鋁股發(fā)生頸縮，擁擠在線夾附近，長(zhǎng)達(dá)1～20m。不均勻覆冰的張力差是靜荷載，而不同期脫冰為動(dòng)荷載，二者有所不同。其次，直線桿塔承受鄰檔的張力差，會(huì)使絕緣子串產(chǎn)生較大偏移，碰撞橫擔(dān)而造成損傷。再次，當(dāng)張力差達(dá)到一定程度后，會(huì)使橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線碰撞拉線，電氣間隙減小而燒斷拉線，桿塔因失去拉線支持后倒塌。 3.3 絕緣子串冰閃 冰閃為污閃的一種特殊形式。絕緣子嚴(yán)重覆冰時(shí)，大量傘形冰凌橋接，泄漏距離縮短，絕緣強(qiáng)度降低。融冰過(guò)程中，冰體表面水膜因溶解污穢中的電解質(zhì)而形成導(dǎo)電水膜，使得絕緣子串的電壓分布發(fā)生畸變，閃絡(luò)電壓被降低。融冰時(shí)期常伴有大霧，使大氣中的污穢微粒進(jìn)一步增加融化冰水導(dǎo)電率，形成冰閃。冰閃的持續(xù)電弧將燒傷絕緣子，絕緣強(qiáng)度降低。 3.4 導(dǎo)線覆冰舞動(dòng) 由于覆冰形狀的不對(duì)稱，改變了導(dǎo)線的空氣動(dòng)力學(xué)特性。當(dāng)風(fēng)速在4～20m/s，且風(fēng)向與線路走向≥45°時(shí)，導(dǎo)線具有較好的空氣動(dòng)力性能，在風(fēng)的激勵(lì)下產(chǎn)生低頻高幅振蕩。輕者發(fā)生閃絡(luò)、跳閘，重者發(fā)生金具及絕緣子損壞，導(dǎo)線斷股、斷線，桿塔傾斜、倒塌等電氣事故。 第四章 除冰方法 序號(hào) 方法 定類 數(shù)據(jù) 消耗能量 比較系數(shù) 1 融冰（3mm） 除冰 理論 904 100 2 航空標(biāo)準(zhǔn)除冰法 除冰 實(shí)驗(yàn) 400 44 3 融冰（1mm） 除冰 理論 301 33 4 射頻+鏟刮 除冰 實(shí)驗(yàn) 305 34 5 加熱法 防冰 實(shí)驗(yàn) 180 20 6 紅外線 除冰 實(shí)驗(yàn) 170 19 7 激光+鏟刮 除冰 實(shí)驗(yàn) 120 13 8 形記合金 除冰 理論 72 8 9 氣動(dòng)脈沖（50Ls） 除冰 實(shí)驗(yàn) 6.8 0.75 10 電磁脈沖 除冰 實(shí)驗(yàn) 2.3 0.25 11 氣動(dòng)低環(huán) 除冰 理論 0.9 0.06 12 鏟刮 除冰 理論 0.2 0.02 13 碰撞試驗(yàn) 除冰 實(shí)驗(yàn) 0.011 0.0012 14 牽引試驗(yàn) 除冰 實(shí)驗(yàn) 0.007 0.00069 適用于輸電線路的機(jī)械除冰技術(shù) 使用機(jī)械外力手工或自動(dòng)強(qiáng)制使覆冰脫落的除冰方法，稱為機(jī)械除冰方法。研制機(jī)械除冰方法的歷史遠(yuǎn)早于其他類型的除冰、防冰方法。機(jī)械法是針對(duì)輸電線路的，有“ad hoc”法、滑輪輾壓鏟刮法和強(qiáng)力振動(dòng)法，滑輪輾壓鏟刮法達(dá)到了實(shí)用水平。 “adhoc”法由Phlman和Landers于1982年提出，它需要線路操作者在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。并且處理方法千變?nèi)f化，包括敲打、撞擊等。當(dāng)線路停電，可以觸及到冰時(shí)，可采用手工除冰，從地面向?qū)Ь€、避雷線拋擲短木棍將覆冰打掉，或用木棒、竹竿敲打。在線路帶電時(shí)，應(yīng)用與線路電壓等級(jí)相符的絕緣棒敲打。此外，也可用木制套圈套在導(dǎo)線上，用繩子順著導(dǎo)線拉，以消除覆冰，這種方法只是權(quán)宜之計(jì)，既不安全，又不十分有效，因此，很少有人推薦使用，如果要用，就得為這種方法制定標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)則。 由加拿大Manitoba水電局研制的滑輪鏟刮技術(shù)是一種由地面操作人員拉動(dòng)滑輪在線路上行走而鏟除導(dǎo)線覆冰的技術(shù)，運(yùn)用這種技術(shù)的除冰方法叫滑輪輾壓鏟刮法(icing rolling)，滑輪輾壓鏟刮法已在加拿大的Manitoba使用了50多年，是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法。它由滑輪、牽引繩及涂漆的膠合板或環(huán)氧樹脂板等器件構(gòu)成，加在滑輪上的力要足夠讓導(dǎo)線產(chǎn)生彎曲，這樣，產(chǎn)生的應(yīng)力才能使冰破裂脫落。如果在板的兩邊固定一把鋸齒刀，則除冰效果更好，但拉扯時(shí)注意不要損傷導(dǎo)線、避雷線和絕緣子。滑輪鏟刮法的最大優(yōu)點(diǎn)是效果很快，且不需要特別的設(shè)備和專家，簡(jiǎn)便易操作，耗能小，價(jià)格低廉，較為實(shí)用。但它也有缺點(diǎn)，那就是費(fèi)時(shí)，安全性能不完善，且受地形限制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，要對(duì)一公里長(zhǎng)導(dǎo)線進(jìn)行滾壓除冰約需卜2小時(shí)。 強(qiáng)力振動(dòng)法是1988年由Mulherin和Donaldson研制的。加拿大魁北克水電局發(fā)明了一種電纜除冰裝置。該裝置包括一對(duì)導(dǎo)線，導(dǎo)線連接到電纜上，并沿電纜呈螺旋形纏繞，導(dǎo)線的一端連接到一個(gè)能在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生電磁脈沖的脈沖發(fā)生裝置上，另一端連接在一起構(gòu)成封閉電路，依靠導(dǎo)線中電磁脈沖的通路，在導(dǎo)線之間產(chǎn)生推斥力，該推斥力振動(dòng)導(dǎo)線，使導(dǎo)線上的覆冰振碎脫落，由于要求外加振動(dòng)源及振動(dòng)會(huì)促使線纜疲勞，因而難以在工程實(shí)際中應(yīng)用。 基于機(jī)械振動(dòng)與撞擊原理的電磁力技術(shù)和電脈沖技術(shù)是為飛行器除冰研制的。但是，由于電磁力或電脈沖可以使導(dǎo)線產(chǎn)生強(qiáng)烈而又在控制范圍內(nèi)的振動(dòng)，所以二者也是架空線路易接受的除冰方法之一。為飛行航空器除冰研制的基于機(jī)械沖擊和沖撞的3種技術(shù)是：1985年由Finke和Banks、1988年由Mulherin和Donald—son、1991年由Graber和Mack等分別研究和改進(jìn)的超聲振動(dòng)除冰技術(shù)；1988年由zumwalt和Egbert、1993年Bond和Shin、1994年由Smith等分別研究和改進(jìn)的電磁脈沖除冰技術(shù)；1992年由Martin和Putt、1996年由Loughborough和Hass等研制和應(yīng)用的氣動(dòng)脈沖除冰技術(shù)。電磁脈沖技術(shù)將是輸電線路除冰最易接受的方法。美國(guó)堪薩斯州的wichita州立大學(xué)也提出了電脈沖法除冰(Electro—Impulse De—Icing，EIDI)，即利用電容器組向線圈放電，由線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在置于線圈附近的導(dǎo)電板(即目標(biāo)物)上產(chǎn)生一個(gè)幅值高、持續(xù)時(shí)間短的機(jī)械力，使冰破裂而脫落，但在線路融冰研究方面因技術(shù)不成熟和費(fèi)用過(guò)高沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目的。 由Gerardi等于1995年根據(jù)合金中記憶相位的變化為航空器除冰研制的。另一種采用由電場(chǎng)或磁場(chǎng)力控制的柔韌性涂料機(jī)械方法仍處于設(shè)想階段。然而，這些方法可作為驗(yàn)證其典型除冰方法的實(shí)驗(yàn)和研制的基礎(chǔ)。 第五章 巡線機(jī)器人 巡線機(jī)器人是為了在線檢測(cè)輸電線路產(chǎn)生的機(jī)械電器故障、杠塔及其他地基和交叉跨越安全距離等變化，國(guó)外尋巡線機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)80年代末，日本東京電力公司Sawada等人、日本Sato公司、每過(guò)TRC公司、加拿大魁北克水電研究院Montabault等人先后開(kāi)展了巡線機(jī)器人的研制。他們研制的巡線機(jī)器人可分為2類：一類是具有跨越障礙物功能，但由于其結(jié)構(gòu)尺寸大和重量重，因而實(shí)用性差，并大多仍處于實(shí)驗(yàn)室研制階段；另一類是只能在2個(gè)桿塔間的直線巡線，不具備跨越障礙功能物，因而其巡線作業(yè)范圍受到了很大限制。國(guó)內(nèi)巡線機(jī)器人的研究始于90年代末，在2002年開(kāi)開(kāi)始國(guó)家“十五”863計(jì)劃的連續(xù)2次資助下，已研制成功了具有沿220kV單分裂導(dǎo)線全程線路行駛和巡檢作業(yè)的巡線機(jī)器人樣機(jī)，并在機(jī)器人構(gòu)件、電能在線補(bǔ)給、機(jī)器人局部自治和系統(tǒng)與技術(shù)集成等關(guān)鍵技術(shù)上去的了實(shí)質(zhì)性的突破，該樣機(jī)已經(jīng)通關(guān)過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)線路的帶電運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，并表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。同時(shí)在巡線機(jī)器人的基礎(chǔ)上除冰機(jī)器人才有所發(fā)展。 在現(xiàn)場(chǎng)線路上的巡線機(jī)器人 巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu) 5.1巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu) 巡線機(jī)器人是機(jī)電一體化系統(tǒng)，涉及到機(jī)構(gòu)、控制、通信、定位系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)上傳感器的集成和信息融合、電源等，而機(jī)械機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是目前制約巡線機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)障礙之一．巡線機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是： (1)能在架空高壓線上以期望的速度平穩(wěn)爬行； (2)具有一定的爬坡能力； (3)能夠避越高壓線路上的防震錘、線夾、絕緣子、線塔等障礙； (4)在故障情況下有可靠的自保安措施，防止機(jī)器人摔落； (5)提供足夠的空間安裝所攜帶的電源以及探測(cè)、記錄和分析處理儀器． 可實(shí)現(xiàn)在管線上爬行的機(jī)構(gòu)可以分為步進(jìn)式爬行機(jī)構(gòu)和輪式爬行機(jī)構(gòu)兩類步進(jìn)式爬行機(jī)構(gòu)通過(guò)多只手臂的交替移動(dòng)完成爬行，一般用于斜拉橋 纜索、管道外壁的檢查維護(hù)；輪式爬行機(jī)構(gòu)依靠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行走輪與管線之間的摩擦，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)．輪式爬行機(jī)構(gòu)行走平穩(wěn)，速度快，有利于移動(dòng)平臺(tái)上線路探測(cè)儀器的可靠工作，因此，目前巡線機(jī)器人多采用此類爬行機(jī)構(gòu)．越障機(jī)構(gòu)是巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵．由于機(jī)器 人懸掛在架空線上，越障時(shí)應(yīng)保證機(jī)器人姿態(tài)平穩(wěn)，并保持與其它導(dǎo)線和線塔金屬部件的安全間距，因此設(shè)計(jì)難度較大．文獻(xiàn)采用了仿人攀援的弧形手臂越障機(jī)構(gòu)，姿態(tài)控制較為復(fù)雜，文獻(xiàn)中給出的分體蛇形越障機(jī)構(gòu)不適合跨越直徑和間距較大的障礙，文獻(xiàn)的越障機(jī)構(gòu)也同樣存在跨越間距小的問(wèn)題巡線機(jī)器人越障操作類似人的空中攀援行為，因此，仿生設(shè)計(jì)是解決這一難題的有效方法．一種很有前景的方案是采用多只可伸縮機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，機(jī)械臂上部為爬行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，下部通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相互鏈接．遇到障礙時(shí)，機(jī)械臂之間相互配合，采用仿人攀援策略調(diào)整姿態(tài)，跨越障礙．由于采用多只多自由度機(jī)械臂，機(jī)器人可以完成更為復(fù)雜的空中姿態(tài)調(diào)整，因而可跨越各種類型的線路障礙． 電能在線補(bǔ)給和電源監(jiān)控系統(tǒng) 5.2工作電源 要保證巡線機(jī)器人在野外大范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作，必須提供持續(xù)可靠的電源．巡線機(jī)器人功率一般為幾百瓦，由于受體積和重量的限制，蓄電池組不能滿足長(zhǎng)時(shí)間供電要求．文獻(xiàn)[3]嘗試采用小型汽油發(fā)電機(jī)為機(jī)器人供電，但汽油發(fā)電機(jī)需攜帶油箱，工作時(shí)受環(huán)境影響大，可靠性差．由于巡線機(jī)器人一般沿大工作電流的電力線爬行，因此，最好能直接從電力線上獲取能源，即耦合供電．文獻(xiàn)[7]對(duì)采用電流互感器耦合從電力線上獲取電源的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究，分析了機(jī)器人所需的最大驅(qū)動(dòng)力與其重量的比率、磁芯的截面積、副邊線圈匝數(shù)等變量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性．采用電力線耦合供電雖然解決了巡線機(jī)器人長(zhǎng)期工作的電源問(wèn)題，同時(shí)也導(dǎo)致機(jī)械機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)的復(fù)雜化．這是因?yàn)闄C(jī)器人越障時(shí)，電流互感器磁芯須從電力線上脫離，需解決磁芯分離機(jī)構(gòu)控制和備用電源切換技術(shù)． 5.3控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 第六章 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu) 目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有技術(shù)成熟的除冰機(jī)器人，而國(guó)外技術(shù)相對(duì)比較成熟的代表產(chǎn)品是加拿大魁北克水電研究院的Serge Montambault等人2000年開(kāi)始研制的HQ lineROVer遙控小車。它主要用于清除電力傳輸線地線上的覆冰。但是該機(jī)器人質(zhì)量過(guò)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且只能清除兩桿塔之間的覆冰，不具備越障的功能，因此不能完全代替人工上線除冰。 借鑒國(guó)內(nèi)外除冰機(jī)器人以及巡線機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，三峽大學(xué)設(shè)計(jì)了一種高壓線路除冰機(jī)器人。本機(jī)器人理論上可以滿足直導(dǎo)線上覆冰不是太厚情況下的除冰需求，同時(shí)具備自主越障功能及高效、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。本機(jī)器人運(yùn)用模塊化結(jié)構(gòu)，采用仿生學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，組成模塊包括夾緊裝置、行走裝置、除冰裝置、越障裝置等。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)器人模型整體設(shè)計(jì)參數(shù)如下： (1)導(dǎo)線直徑D≤25 mm； (2)小車自重m≤20 kg； (3)電機(jī)功率降1．2 W，電壓如12 V； (4)小車行走速度y=0．26 m／s。 越障過(guò)程圖 除冰機(jī)器人越障時(shí)技術(shù)難度最大的是跨越導(dǎo)線上的附屬元件．包括絕緣子、線夾、防震錘和間隔棒等障礙物。機(jī)器人需要滿足以下幾個(gè)功能： 越障有效、越障過(guò)程應(yīng)平穩(wěn)、越障完成后能適時(shí)隨動(dòng)。這也就要求機(jī)器人在線上應(yīng)能夠保持姿態(tài)平穩(wěn)，不與線路附件干涉?？紤]到機(jī)器人越障時(shí)的平穩(wěn)性、安全性和有效性．機(jī)器人的越障方式是模仿猴子爬樹的方式進(jìn)行越障。也就是采用手臂交替前進(jìn)方式進(jìn)行越障。目前單導(dǎo)線巡線機(jī)器人的手臂模式主要有2種，一種是雙手臂模式，一種是三手臂模式。綜合考慮各因素，本除冰機(jī)器人采用雙手臂結(jié)構(gòu)。目前越障方式有：手臂上升式越障、手臂上升旋轉(zhuǎn)式越障、手臂上升偏轉(zhuǎn)式越障、輪子剖分式越障。考慮到除冰裝置和夾緊裝置的安裝以及通過(guò)減少控制電機(jī)數(shù)量來(lái)提高控制能力方面考慮，本機(jī)器人采用的是上升偏轉(zhuǎn)式越障。這種越障方式有2種實(shí)現(xiàn)方法：一是采用2個(gè)電機(jī)分別控制上升和偏轉(zhuǎn)這2個(gè)動(dòng)作；二是設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)上升偏轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌，這樣就可以通過(guò)一個(gè)電機(jī)控制來(lái)完成手臂的上升和偏轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而提高機(jī)器人的控制性能。本設(shè)計(jì)中采用后者。具體越障動(dòng)作：當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物時(shí)．首先機(jī)器人整體停機(jī)．啟動(dòng)越障電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)越障手臂在越障導(dǎo)軌上上升到行走輪脫離導(dǎo)線，越障電機(jī)繼續(xù)工作帶動(dòng)整個(gè)越障手臂在越障導(dǎo)軌上發(fā)生偏轉(zhuǎn)。直到整個(gè)越障手臂不與障礙物發(fā)生干涉時(shí)。越障電機(jī)停止：然后前面的整個(gè)越障手臂在前進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下．通過(guò)絲杠推動(dòng)整個(gè)前面的機(jī)構(gòu)部分越過(guò)障礙物；越過(guò)障礙物后，越障電機(jī)反轉(zhuǎn)，越障手臂即可復(fù)位。在越障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中。可以采用直線電機(jī)來(lái)取代電機(jī)加絲杠的驅(qū)動(dòng)方式。使得機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，定位更加精確．反應(yīng)速度更快。機(jī)器人具體越障動(dòng)作如圖所示。 除冰機(jī)構(gòu)1 除冰機(jī)構(gòu)2 機(jī)器人跨越懸垂絕緣子等障礙物時(shí)一只手臂懸空，另一只手臂越過(guò)絕緣子，而此時(shí)障礙物另一側(cè)導(dǎo)線上的覆冰未清除，輪子和銑刀處于一個(gè)平面上面，這樣就會(huì)造成輪子無(wú)法在電線上落腳的情況．基于這種情況的考慮，提出了第2套除冰方案．具體示意圖如圖所示，采用2個(gè)銑刀，其中銑刀中心線和導(dǎo)線中心線垂直，在無(wú)障礙物時(shí)和上面的除冰裝置類似，銑刀電機(jī)驅(qū)動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)除導(dǎo)線兩側(cè)面的覆冰，后面的楔形塊在機(jī)器向前行走的推力作用下可以破碎銑刀未清除的覆冰．當(dāng)遇到懸垂線夾這樣的障礙物時(shí)，首先還是行走電機(jī)停機(jī)，然后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺桿運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，使電極正轉(zhuǎn)，在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)下帶動(dòng)與螺母相連的楔形塊以及前面的銑刀一起向前推進(jìn)，直到將通過(guò)懸垂線夾并且將線夾前面的覆冰除掉，直到當(dāng)一只手臂越障后輪子可以落到導(dǎo)線上面為止．當(dāng)除完該段覆冰后，螺桿電機(jī)反轉(zhuǎn)將剛前進(jìn)的裝置收回，然后再進(jìn)行如上述的越障動(dòng)作．圖第2套方案除冰機(jī)構(gòu) 整體圖 第七章 國(guó)內(nèi)除冰機(jī)器人專利 7.1 一種線纜除冰機(jī)器人（申請(qǐng)人河海大學(xué)，公開(kāi)日2008.11.19） 該除冰機(jī)器人，由機(jī)架、除冰盾、電源、夾持機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)構(gòu)成，除冰盾的結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和在向前進(jìn)方向的前端設(shè)有向盾牌，盾牌固定前伸出的若干根尖錐，振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)機(jī)架上安裝振動(dòng)偏心電機(jī)，安裝的振動(dòng)偏心電機(jī)帶動(dòng)除冰盾前后運(yùn)動(dòng)；夾持機(jī)構(gòu)包括起碼兩對(duì)夾持導(dǎo)輪和夾持的開(kāi)啟閉合裝置構(gòu)成，開(kāi)啟閉合裝置時(shí)合頁(yè)結(jié)構(gòu)，沒(méi)對(duì)導(dǎo)輪分別安裝在一側(cè)合頁(yè)上，圍繞著合頁(yè)軸開(kāi)啟閉合，采用夾持導(dǎo)輪，行走機(jī)構(gòu)采用行走電機(jī)和線纜驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成，電源采用蓄電池。 7.2輸變線路除冰機(jī)器人（申請(qǐng)人湯靖邦，公開(kāi)日2008.11.5） 該輸變電線路除冰機(jī)器人包括主機(jī)，所述主機(jī)上連接柔性推動(dòng)臂、懸掛導(dǎo)向臂，在柔性推動(dòng)臂的前端連接一顆開(kāi)合點(diǎn)擊動(dòng)力組，懸掛導(dǎo)向臂的前端連接一開(kāi)合除冰工作頭，所述可開(kāi)合除冰工作頭的前端可弧線擺動(dòng)的連接只少兩個(gè)正向除冰轉(zhuǎn)到組。 7.3一種可跨越障式多分裂除冰機(jī)器人（專利權(quán)人國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院,公開(kāi)日2009.1.14） 該機(jī)器人包括：導(dǎo)線爬行裝置，用于所述高壓輸電線路爬行；旋轉(zhuǎn)除冰裝置，安裝于所述導(dǎo)線爬行裝置，用于采用旋轉(zhuǎn)敲擊力去除導(dǎo)線上的覆冰；動(dòng)力裝置，用于爬行裝置和除冰裝置，提供驅(qū)動(dòng)力；控制裝置，用于對(duì)所述導(dǎo)線的爬行以及對(duì)所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。該機(jī)器人不僅適用于單導(dǎo)線除冰更適用于多分裂導(dǎo)線的除冰，該機(jī)器人通過(guò)傳感器感測(cè)障障礙物并實(shí)施有效避讓措施，尤其適合在諸多障礙的多分裂導(dǎo)線上作長(zhǎng)距離自主爬行。 7.4高壓輸電線路導(dǎo)線除冰方法與裝置（申請(qǐng)人國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院，公開(kāi)日2008.10.14） 該除冰裝置包括：由燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)線行走機(jī)器人，所述的導(dǎo)線除冰裝置還包括：旋轉(zhuǎn)除冰裝置，安裝于所述導(dǎo)線行走機(jī)器人，用于利用旋轉(zhuǎn)敲擊力去除導(dǎo)線上的覆冰；動(dòng)力裝置與所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置相耦合，用于驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)除冰裝置選裝；控制裝置，用于控制所述導(dǎo)線行走機(jī)器人的移動(dòng)以及所述動(dòng)力裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的高壓線路導(dǎo)線除冰裝置在導(dǎo)線行走機(jī)器人上安裝旋轉(zhuǎn)敲擊棒、震動(dòng)沖擊錐以及刮冰鏟，由這三個(gè)除冰裝置同時(shí)工作，通過(guò)橫向敲擊、軸向沖擊、軸向擠壓有效的將導(dǎo)線上的覆冰去除。 7.5電力設(shè)施的微波除冰裝置和除冰方法（申請(qǐng)人中國(guó)科學(xué)院電工研究所，公開(kāi)日2009.7.8） 該機(jī)器人由移動(dòng)裝置、微波輻射融冰器和微波電極切冰刀組成。該裝置的除冰方法采用微波輻射融冰和微波電極切冰兩種模式，通過(guò)兩種模式的有機(jī)結(jié)合和相互配合，應(yīng)對(duì)不同的覆冰狀態(tài)，對(duì)電力設(shè)施覆冰絕緣子進(jìn)行除冰。 第八章 除冰機(jī)構(gòu)專利 8.1三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人多功能夾持機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開(kāi)日期2009.11.4） 該機(jī)構(gòu)安裝于三機(jī)械臂架空線除冰機(jī)器人的機(jī)械手臂上，其特征在于，為左右開(kāi)合結(jié)構(gòu)，分為左半部和右半部，左半部和右半部結(jié)構(gòu)對(duì)稱，左半部和右半部都包括支撐架、驅(qū)動(dòng)輪、掛線滾輪和用于側(cè)面夾持架空線并除冰的外表面具有凸棱的出兵滾筒；所述的驅(qū)動(dòng)輪和掛線輪均安裝在支撐架的上端；除冰滾筒安裝在支撐架內(nèi)側(cè)。所述的多功能夾持機(jī)構(gòu)還包括用于鎖住架空線的鎖死機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定懸掛在輸電線上，能在動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下在輸電線上行走，而且能在行進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)除冰。 8.2一種除冰機(jī)器人的掛線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開(kāi)日2009.11.4） 此機(jī)構(gòu)由主動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪，張緊輪，過(guò)橋輪，電動(dòng)推桿等組成。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主齒輪，主齒輪帶動(dòng)正下方的一個(gè)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪帶動(dòng)兩個(gè)過(guò)橋齒輪來(lái)驅(qū)動(dòng)另外的兩個(gè)從動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力；下面的電動(dòng)推桿向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)固定四張緊輪的支架從而使得輸電線夾在動(dòng)齒輪和張緊輪之間。該機(jī)構(gòu)使用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走，而掛線的電動(dòng)推桿方便了操作員的機(jī)器人掛線和下線工作。 8.3一種導(dǎo)線可越障機(jī)器人行走裝置（申請(qǐng)人中國(guó)電力科學(xué)研究院，公開(kāi)日2009.11.11） 該裝置采用雙臂三關(guān)節(jié)輪式結(jié)構(gòu)，越障時(shí)采用輪以保證行駛速度，包括前行輪1、后行輪2、前壓緊輪3、后壓緊輪4、前行走臂5、后行走臂6、前壓緊輪7、后壓緊輪8、四個(gè)前電機(jī)9、四個(gè)后電機(jī)10、前關(guān)節(jié)臂11、后關(guān)節(jié)臂12和本體13。本機(jī)器人行走裝置可以跨越典型導(dǎo)線障礙如防震錘、壓接管、間隔棒、懸垂線夾等，可作為高壓輸電線路巡線機(jī)器人以及導(dǎo)線除冰機(jī)器人行走裝置。該平臺(tái)較為簡(jiǎn)單，控制方式方便簡(jiǎn)單，控制精度要求低，行走及越障速度較快。 8.4一種架空線除冰機(jī)器人的制動(dòng)機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開(kāi)日2009.11.4） 該裝置安裝在架空線除冰機(jī)器人機(jī)體上，其特征在于，包括用于架空線的夾具、用于夾具復(fù)位的回位彈簧、用于驅(qū)動(dòng)夾具阿德電動(dòng)推桿；夾具一端的內(nèi)表面為與架空線外側(cè)弧面，另一端與所述的電動(dòng)推桿連接，所述的回位彈簧安裝在所述的夾具的端部。所述的夾具寶庫(kù)夾具安裝桿和安裝在夾具安裝桿上兩個(gè)夾片，所述的夾具安裝桿固定在訴述的架空線除冰機(jī)器人集體上，所述的回位彈簧的兩端分別安裝在所述的兩個(gè)夾片上。該發(fā)明的制動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠增加接觸面的摩擦力，從而解決行走機(jī)構(gòu)的打滑問(wèn)題。在機(jī)器人沖擊除冰使，也可以獲得更大的沖擊力。 8.5架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)（申請(qǐng)人湖南大學(xué)，公開(kāi)日2009.11.4） 該裝置安裝于架空線除冰機(jī)器人的前端，其特征在于，在所述的除冰機(jī)構(gòu)的前端設(shè)有冰刀底座，在所述的除冰底座上安裝有用于在架空線除冰機(jī)器人推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行除冰的組合冰刀。所述的架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)還包括破冰錐套、安裝于破冰錐套內(nèi)的可伸縮的破冰錐、破冰錐底座、凸輪、彈簧和破冰電機(jī)。該除冰機(jī)構(gòu)i結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、安裝、拆卸和更換都很方便，可以適用于不同覆冰程度的架空線，除冰效果好。 第九章 綜合設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人 9.1除冰機(jī)器人總裝示意圖： 1. 除冰滾刀 2. 滾刀支架 3. 破冰盾 4. 破冰盾支架 5. 破冰錐 6. 破冰錐預(yù)緊螺栓 7. 破冰錐套 8. 推桿突起 9. 破冰錐推桿連接 10. 凸輪 11. 電磁感應(yīng)耦合電源裝置 12. 破冰電機(jī) 13. 冰層厚度測(cè)量裝置 14. 輸電線 15. 行走裝置和夾緊裝置 16. 控制裝置 9.2除冰機(jī)器人結(jié)構(gòu)和步驟： 此除冰機(jī)構(gòu)安裝于除冰機(jī)器人前端，在所述除冰機(jī)構(gòu)前端設(shè)有冰刀底座，在所述的冰刀底座上安裝有用于在架空線除冰機(jī)器人推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行除冰的組合冰刀。 除冰機(jī)器人的行走裝置和冰層厚度測(cè)量裝置采用國(guó)家863項(xiàng)目巡線機(jī)器人裝置。 除冰機(jī)器人的夾緊裝置和電磁感應(yīng)耦合電源裝置采用湖南大學(xué)除冰機(jī)器人專利。 除冰機(jī)構(gòu)的除冰步驟：通過(guò)電磁感應(yīng)耦合電源裝置11獲取電力能源，通過(guò)冰層厚度測(cè)量裝置13測(cè)量，無(wú)冰時(shí)可以給行走和夾緊裝置15供電，有冰時(shí)可以同時(shí)給破冰電機(jī)12供電。破冰電機(jī)12將運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到凸輪10和除冰滾刀1，架空導(dǎo)線上方凸輪10推動(dòng)推桿突起8在彈簧6的作用下往返運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)除冰錐5進(jìn)行除冰，由除冰錐5的形狀可以在架空導(dǎo)線覆冰層上方鑿出一條冰縫，然后由破冰盾3切入冰縫進(jìn)行除冰；架空導(dǎo)線下方除冰滾刀1旋轉(zhuǎn)方向獲得將冰層向下拖拽的切向力，由于滾刀1遭遇冰層在破冰錐5和破冰盾3除冰后，除冰效率而得以提升。 9.3除冰機(jī)器人各組裝模塊: 除冰錐 電磁感應(yīng)耦合電源裝置 （專利申請(qǐng)?zhí)?00810190600.3，湖南大學(xué)） 夾緊裝置 （專利申請(qǐng)?zhí)?00810043577.X，湖南大學(xué)） 控制裝置 （LEGO 機(jī)器人控制系統(tǒng)甘辰予 陳勁生） 行走裝置和測(cè)量裝置 （國(guó)家“十五”863計(jì)劃資助項(xiàng)目2005A420006-1） 9.4，除冰機(jī)器人復(fù)合除冰： 通過(guò)除冰方法和國(guó)內(nèi)外冰方法的研究中，其中微波除冰在道路除冰中有較長(zhǎng)的歷史，而且比較成熟，根據(jù)機(jī)械除冰不夠徹底，容易引起覆冰再次形成，而微波除冰可以彌補(bǔ)這點(diǎn)，提高除冰效率。 微波除冰的原理：冰層基本不吸收微波，所以微波可以穿過(guò)冰層，加熱瀝青路面。路面吸收微波，溫度升高，熱量傳遞給冰層，首先融化冰與路面結(jié)合處的冰層。降低冰層與路面的結(jié)合力：然后，再用機(jī)械裝置破碎冰層，便能輕松實(shí)現(xiàn)道路快速除冰. 詳細(xì)理論可以參照論文《微波除冰國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀》 微波除冰系統(tǒng)框框圖 理想除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型 破冰錐 破冰盾 結(jié) 論 “輸電線路除冰機(jī)器人除冰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”介紹了除冰原理，除冰方法，除冰機(jī)器人，除冰機(jī)構(gòu)，并綜合各功能模塊設(shè)計(jì)高效除冰機(jī)器人，并在除冰機(jī)構(gòu)上進(jìn)行除冰。通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)的巡線機(jī)器人，除冰機(jī)器人專利和除冰機(jī)構(gòu)專利，在老師的指導(dǎo)開(kāi)始選擇了復(fù)合式除冰的方法提高除冰的效率，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外近30種的除冰方式的選擇，選著了調(diào)節(jié)合適的微波和在導(dǎo)線上涂抹吸熱材料，打到高效除冰的方案，并同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械復(fù)合式的方法除冰。在對(duì)覆冰導(dǎo)線帶來(lái)的嚴(yán)重后果，通過(guò)2008年的冰災(zāi)讓我們認(rèn)識(shí)到了除冰機(jī)器人研制的重要性，希望我的設(shè)計(jì)能在輸電線路除冰上面有一份貢獻(xiàn)。 在本次設(shè)計(jì)中，一方面我自己做了大量的努力；另一方面也得到了各位指導(dǎo)老師的大力幫助，這才使得我的設(shè)計(jì)能夠按時(shí)完成。可以肯定的是，本次設(shè)計(jì)中由于本人的知識(shí)層次及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，難免會(huì)有一些不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！ 致　謝 將近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這樣伴隨著我們的大學(xué)畢業(yè)而完成了，在這段值得珍藏的歲月里，我在我的指導(dǎo)老師張高峰老師的帶領(lǐng)下，從開(kāi)始的不知所措，到一步步的進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)：收集資料，查信息，圖紙繪制，直至說(shuō)明書的完成及后期檢查。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用了以前的知識(shí)，而且也鍛煉了自己獨(dú)立動(dòng)手思考的能力。同時(shí)我也得到了我們機(jī)械工程學(xué)院老師的無(wú)私指導(dǎo)，在此我深表感謝。我們的老師“授我們以漁”，而且在設(shè)計(jì)當(dāng)中教導(dǎo)我們做人如做事一樣，要踏塌實(shí)實(shí)，來(lái)不得馬虎取巧。我會(huì)記住這次設(shè)計(jì)，以后努力的工作，為母校爭(zhēng)光! 參考文獻(xiàn) ［1］張屹，邵威，高虹亮，羅成. 高壓輸電線路除冰機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].三學(xué)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.12，Vol.30 No.6：P69-72. ［2］高虹亮，孟遂民，羅成，馬小強(qiáng).架空輸電線路除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009.3，Vol.30 No.3：P93-96. ［3］甘辰予，陳勁生.LEGO 智能除冰機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009.10，No.10. ［4］蔣正龍，陸佳政，雷紅才，黃福勇. 湖南2008年冰災(zāi)引起的倒塔原因分析[J].高電壓技術(shù)，2008.11，Vol.34 No.11：P2468-2474. 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