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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1輸電線覆冰概況
輸電線路因受結(jié)冰危害通常容易引起嚴(yán)重的斷線、桿塔倒塌、大面積停電、限電等事故。對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅,也一直是電力系統(tǒng)研究中急待解決的難點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自上世紀(jì)50年代以來(lái),我國(guó)輸電線路便不斷遭受覆冰危害。2003年,由覆冰引起的110～500kV輸電線路跳閘79次,占總事故的31%,其中500kV線路跳閘13次;由于覆冰引起110～500kV線路非計(jì)劃停運(yùn)47次,占總事故的41% 。2004年12月至2005年2月,我國(guó)華中電網(wǎng)出現(xiàn)大面積冰災(zāi)事故,僅湖南省就有700多萬(wàn)人受災(zāi),直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)10億元。2008年1月,南方多個(gè)省份遭受了50年一遇的冰雪災(zāi)害,華中、華東部分地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣, 導(dǎo)致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動(dòng)、覆冰閃絡(luò)等多種災(zāi)害, 湖南電網(wǎng)14條500 kV、44條220 kV和121條110 kV線路停運(yùn); 江西電網(wǎng)17條500 kV、57條220 kV和168條110 kV線路停運(yùn); 浙江電網(wǎng)23條500 kV、21條220 kV和14條110 kV線路停運(yùn), “西電東送”大通道江城、宜華500 kV直流線路損壞嚴(yán)重, 河南、重慶、四川等地的電網(wǎng)也受到不同程度的沖擊和破壞。部分地區(qū)的線路覆冰厚度達(dá)到40～60mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15～20 mm的設(shè)計(jì)值,如圖1-1。貴州500kV骨干網(wǎng)基本癱瘓,華中、華東電網(wǎng)幾十條500kV線路倒塔、倒桿、解列和停運(yùn),最大電力缺口接近4000萬(wàn)kW。截至2月12日,全國(guó)因?yàn)?zāi)停運(yùn)線路共35968條,停運(yùn)變電站1731座, 110～500kV線路倒塔8709座,全國(guó)13個(gè)省份拉閘限電,共有17個(gè)省級(jí)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張。全國(guó)受災(zāi)人口達(dá)1億多,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1100億元。
圖1-1 輸電線覆冰情況
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(lèi)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。
圖1-2 鐵塔被超過(guò)設(shè)計(jì)承受能力的覆冰載荷壓壞
圖1-3 鐵塔被不均勻覆冰縱向不平衡張力拉壞
圖1-4 鐵塔被斷線沖擊荷載與縱向不平衡張力扭壞
圖1-5 鐵塔因長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)而發(fā)生倒塌
1.2輸電線覆冰危害及機(jī)理
(1)過(guò)荷載。即導(dǎo)線覆冰厚的實(shí)際重量超過(guò)設(shè)計(jì)值很多,導(dǎo)致架空輸電導(dǎo)線及桿塔載荷過(guò)大超出自身機(jī)械強(qiáng)度極限最終斷線垮塔。如圖1-2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(huì)產(chǎn)生張力差,使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)松脫,甚至?xí)驗(yàn)閮蓚?cè)水平張力差過(guò)大而拉垮桿塔;不同期脫冰會(huì)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(duì)地短路事故。如圖1-3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(qiáng)度下降,泄露距離縮短,融冰時(shí),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(qiáng)度降低。
(4)導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)事故。因?qū)Ь€不均勻覆冰,在風(fēng)的作用下產(chǎn)生舞動(dòng),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(yán)重事故。如圖1-5所示。
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)
目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外的除冰技術(shù)可歸納有3 0 余種，總體可分為：
1.大電流融冰法:主要包括過(guò)電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類(lèi)方法也是目前工程中普遍采用的方案,在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2.機(jī)械除冰法:滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法,其過(guò)程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適用于我國(guó)西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。
3.被動(dòng)法:被動(dòng)法就是依靠風(fēng)、地球引力、隨機(jī)散射和溫度變化等脫冰的被動(dòng)方法無(wú)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(fēng)力錘等來(lái)減少輸電線路的覆冰,安裝防震錘等來(lái)減少導(dǎo)線的舞動(dòng)。被動(dòng)法有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),但不能阻止覆冰的形成,而且僅適用于特定的地區(qū)。
4.其他方法:除上述幾種方法外,還有利用電磁脈沖、氣動(dòng)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(yàn)階段。而最近國(guó)內(nèi)外比較熱門(mén)的機(jī)械除冰法主要通過(guò)除冰機(jī)器人來(lái)完成，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的除冰機(jī)器人通常包括3部分：1.爬行機(jī)構(gòu) 2.越障機(jī)構(gòu) 3.除冰機(jī)構(gòu)。并且向著小型化，實(shí)用化，可越障，智能化的方向發(fā)展。
1.4除冰機(jī)研究的內(nèi)容和意義
針對(duì)目前各類(lèi)機(jī)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(tái)，并在實(shí)踐中證明這種理論是可行的。它繼承了輪式車(chē)輛移動(dòng)速度快捷的特點(diǎn)，又具有騎掛在電線上的能力，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能擴(kuò)展性。作為一種運(yùn)輸平臺(tái)，具有很廣闊的功能開(kāi)發(fā)空間。另外除冰機(jī)構(gòu)也是本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，采用對(duì)滾式刀具進(jìn)行除冰，除冰效果好。
本論文主要完成了輸電線除冰機(jī)的原理設(shè)計(jì)，方案選擇，機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，各部分零件的設(shè)計(jì)與整機(jī)的裝配，并在此基礎(chǔ)上采用二維制圖軟件建立實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配。
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(jiǎn)單，實(shí)用的輸電線除冰機(jī)。輪式輸電線除冰機(jī)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(huì)因?yàn)榄h(huán)境的改變而停止工作。它的前端是一對(duì)用于除冰的對(duì)滾刀具，用于清除在電線結(jié)的冰。刀具的對(duì)滾通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。輪式除冰機(jī)主體部分是行走機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)采用壓輪推進(jìn)方式, 機(jī)體上的兩個(gè)固定壓輪騎掛在輸電線上保持機(jī)體的平衡, 機(jī)體的重心位于輸電線下方, 這樣機(jī)體不會(huì)在行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。兩個(gè)動(dòng)壓輪分別與兩個(gè)固定壓輪配合, 當(dāng)推動(dòng)動(dòng)壓輪時(shí), 動(dòng)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(jìn)的動(dòng)力。該設(shè)計(jì)的電力驅(qū)動(dòng)分為兩個(gè)分支: 一部分直接傳至除冰機(jī)構(gòu), 供刀具除冰使用; 另一部分傳至動(dòng)壓輪，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的行走。
該設(shè)計(jì)的目的是提供一種體積小，運(yùn)作靈活，運(yùn)行穩(wěn)定的輸電線除冰機(jī)，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(jī)器。
2 方案設(shè)計(jì)
2.1 工作原理
本設(shè)計(jì)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(qiáng)的特點(diǎn)。工作原理如圖2—1所示，輸電線除冰機(jī)工作時(shí)由行走電機(jī)推動(dòng)機(jī)器行走，通過(guò)大齒輪帶動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)兩個(gè)減速齒輪組分別帶動(dòng)軸2和軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸電線除冰機(jī)在電線上行走。工作電機(jī)通過(guò)一組減速齒輪使輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作刀具做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖2-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
輪式輸電線除冰機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。行走機(jī)構(gòu)通過(guò)三級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速，除冰機(jī)構(gòu)通過(guò)一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速。
2.2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案
能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線除冰機(jī)功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下：
1.驅(qū)動(dòng)方式選擇
1）小型柴油機(jī)驅(qū)動(dòng) 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是馬力大，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但重量和所占空間過(guò)大，驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，容易引起輸電線舞動(dòng)，不適用于在輸電上行走使用，另外對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，不環(huán)保。
2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 型號(hào)較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動(dòng)方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以滿足環(huán)護(hù)要求。
行走電機(jī)
減速機(jī)構(gòu)
行走輪
除冰電機(jī)
減速機(jī)構(gòu)
除冰刀具
圖2-2 輪式輸電線除冰車(chē)組成框圖及運(yùn)動(dòng)傳遞路線
2．減速方式選擇
鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)雖然適應(yīng)環(huán)境的能力比較強(qiáng)，但是所需傳動(dòng)空間比較大，不適用于在輪式輸電線除冰車(chē)上使用。蝸桿傳動(dòng)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(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。
3.行走方式選擇
由于履帶式系統(tǒng)過(guò)于笨重，因此不適合在輸電線上行走；液壓系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，也不適合用于輸電線除冰機(jī)上。因此輸電線除冰機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用輪式行走機(jī)構(gòu)。為了使輪式行走機(jī)構(gòu)在輸電線上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部開(kāi)通一個(gè)直徑為30mm的凹槽。此行走輪的直徑為100mm，h為40mm。
4.除冰方式選擇
加熱方法耗能過(guò)多，輸電線除冰機(jī)不能攜帶過(guò)重的能源儲(chǔ)存裝置，因此加熱除冰法不適用?；瘜W(xué)法對(duì)環(huán)境污染大，對(duì)輸電線腐蝕比較大，不宜采用。振動(dòng)除冰法容易使輸電線產(chǎn)生舞動(dòng)，違背了清除覆冰的初衷。綜合來(lái)看，采用對(duì)滾銑削除冰法是最佳選擇。
綜合考慮：本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，輪式行走方式，對(duì)滾洗刀除冰方式。
2.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.輸電線輪式除冰機(jī)上部
輸電線輪式除冰機(jī)上部能把小車(chē)懸掛在輸電線上，提供向上的支撐力。同時(shí)，具有一定的越障能力，可以越過(guò)沒(méi)有清理完全的覆冰。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。
2.輸電線輪式除冰機(jī)下部
輸電線輪式除冰機(jī)下部向小車(chē)提供向前的推力，推進(jìn)小車(chē)向前行走。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。同時(shí)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)與上部的除冰機(jī)構(gòu)和下面的電動(dòng)機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。
3.減速器
輸電線輪式除冰機(jī)的減速器為三級(jí)展開(kāi)式齒輪減速器。每級(jí)傳動(dòng)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。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)
3.1.1 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 選定齒輪的類(lèi)型，精度等級(jí)，材料以及齒數(shù)
1） 因?yàn)辇X輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，制作比較簡(jiǎn)單可以降低成本。
2） 該輸電線輪式除冰機(jī)工作時(shí)的速度較低，所以選擇8級(jí)精度（GB10095-88）。
3） 材料選擇。由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，應(yīng)該使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)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。因此，對(duì)齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。
根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學(xué)特性選擇大小齒輪的材料為ZG310-570，采用表面淬火。
2 齒輪尺寸設(shè)計(jì)
開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過(guò)小，故小齒輪不適宜選用過(guò)多的齒數(shù)，本設(shè)計(jì)中選擇小齒輪齒數(shù)z=15，大齒輪的齒數(shù)，取。設(shè)計(jì)傳動(dòng)比。除冰機(jī)正常行走時(shí)的速度為大約0.08m/s。設(shè)計(jì)除冰機(jī)的前后輪直徑均為100mm。設(shè)想除冰機(jī)工作時(shí)處于理想狀況下即輪子只滾動(dòng)不滑動(dòng)。由此可得，后輪軸的轉(zhuǎn)速約為。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：橡膠輪對(duì)輸電線滾動(dòng)摩擦力臂為10~15/mm，為了把除冰機(jī)的質(zhì)量不大于20Kg，則車(chē)輪沿輸電線的最大滾動(dòng)阻力矩為。設(shè)計(jì)輸電線除冰機(jī)機(jī)工作壽命為8年。
3 軸1和軸2上齒輪1和齒輪2的設(shè)計(jì)
基本參數(shù)
⒈ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
= (3-1)
1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）小齒輪轉(zhuǎn)矩
注：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：圓柱齒輪機(jī)械傳動(dòng)7級(jí)精度的傳動(dòng)效率為0.98-0.995
（3）選取齒寬系數(shù)
（4）材料的彈性影響系數(shù)
（5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
（6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(3-2)
(3-3)
（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù);
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
(3-4)
(3-5)
2）計(jì)算
（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應(yīng)力中的較小值
= (3-6)
（2）計(jì)算圓周速度與齒寬
（3）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù) (3-7)
齒高
(3-8)
（4） 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)速度,7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù);
直齒輪，假設(shè)=查得;
使用系數(shù);
7級(jí)精度小齒輪對(duì)稱(chēng)支撐布置，；
由，得；故載荷系數(shù)
2. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
= (3-9)
1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限；齒輪的彎曲疲勞極限；
（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；;
（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得
(3-10)
(3-11)
（4）計(jì)算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)
；
（6）查取應(yīng)力校正系數(shù),;
（7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較得：
(3-12)
(3-13)
大齒輪的數(shù)值大。
2） 設(shè)計(jì)計(jì)算
= (3-14)
由上可得，小齒輪的分度圓直徑大于42mm，模數(shù)大于2.8即可滿足齒輪強(qiáng)度要求。考慮到加工難易以及軸的強(qiáng)度故取模數(shù)m=3，小齒輪分度圓直徑為45mm。
3. 幾何尺寸計(jì)算
1） 計(jì)算分度圓直徑
(3-15)
(3-16)
2） 計(jì)算中心距
(3-17)
3） 計(jì)算齒輪寬度
取 , .
4） 計(jì)算齒頂圓直徑
(3-18)
(3-19)
5） 計(jì)算齒根圓直徑
(3-20)
(3-21)
齒輪結(jié)構(gòu)通常與其幾何尺寸，材料及制造工藝有關(guān)，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。
3.1.2 軸的設(shè)計(jì)
1 軸的材料選擇
根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，結(jié)合此處的實(shí)際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以六個(gè)軸均選擇用45鋼（調(diào)質(zhì)）。
2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
結(jié)合以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)各個(gè)軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下：
（1） 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
1） 求作用在軸Ⅰ上齒輪1的力
因?yàn)? ，故
(3-22)
（） (3-23)
由此可見(jiàn)，軸所承受的力很小。
(3-24)
2） 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，取=112,于是得
(3-25)
考慮到需要開(kāi)鍵槽以及加工工藝，故取。顯然，軸的最小直徑是安裝車(chē)輪處，即。
3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
①為了滿足車(chē)輪的軸向定位要求，車(chē)輪外用M10的螺母定位；內(nèi)用套筒定位。
②初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受的徑向和軸向力均很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 276-1994,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0組基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承6004，其尺寸為，由于不需要安裝擋油環(huán)，所以軸承內(nèi)用套筒定位，套筒用行走輪定位；外用軸承錐形套筒定位。軸承安裝在機(jī)箱內(nèi)，其周向定位是借助過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
③由于軸上零件比較少。所以不需要軸肩。因此設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度為135mm的光軸，需要在指定位置開(kāi)鍵槽。軸的兩端分別有10mm的螺紋。
④軸上零件的周向定位
齒輪、車(chē)輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按由手冊(cè)查得平鍵截面（摘自GB/T 1095-2003），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為5mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同時(shí)為了保證齒輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣車(chē)輪與與軸的聯(lián)接，選用B型平鍵，車(chē)輪與軸的配合為H7/k6.
⑧由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，M10螺紋倒角為2×45°；M27螺紋倒角為1×45°；各軸肩處的圓角半徑取R1。
初步確定的軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)如圖3—4所示。
圖3—4軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)
3 提高軸強(qiáng)度的措施
(1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷；
(2) 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響；
軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。為此軸肩處應(yīng)采用較大的過(guò)渡圓角半徑r來(lái)降低應(yīng)力集中。但對(duì)定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當(dāng)靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時(shí)，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。
(3)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷；
(4)改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度；
軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度也愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。
表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過(guò)碾壓、噴丸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的抗疲勞能力。
各個(gè)軸均采用淬火處理。
3.1.3 軸承校核
根據(jù)各個(gè)軸承的特點(diǎn)以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號(hào)6004深溝球軸承滿足要求。
由于軸1所承載的載荷最大，且軸1的轉(zhuǎn)速最大，故軸1上的軸承最危險(xiǎn)。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動(dòng)的效率為0.9。
(3-26)
(3-27)
顯然，軸承壽命滿足要求。
3.2 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.2.1 除冰方式選擇
對(duì)滾除冰的方式 對(duì)滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線除冰機(jī)前端, 通過(guò)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。
結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)理念以及實(shí)際需求，我們選擇設(shè)計(jì)對(duì)滾方式除冰。
刀片
圖3—10 滾刀
圖3-11 除冰機(jī)除冰機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置
圖3—11 刀架零件圖
3.2.2刀架設(shè)計(jì)
1 剪切裝置
剪切裝置由3片切削刀具組成。所有切削刀具固定在底刀架上 ,對(duì)滾除冰時(shí)軸線位置不動(dòng) ,刀刃為直線型。滾刀結(jié)構(gòu)如圖 3—10所示 ,滾刀的刀片形狀為傾斜平面 ,中部有一方便與輸電線接觸的弧度。刀刃為直線線 ,三片刀片均勻分布固定在刀架上。除冰時(shí) ,滾刀對(duì)滾轉(zhuǎn)動(dòng) ,兩組滾刀逐片組成剪口 ,覆冰隨著滾刀刀片的旋轉(zhuǎn)被切成碎屑 ,并被清除。上下刀刃在除冰過(guò)程中始終沒(méi)有接觸。
2 對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置
對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置由兩對(duì)齒輪組成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下車(chē)體上除冰機(jī)構(gòu)齒輪旋轉(zhuǎn)式，上車(chē)體除冰機(jī)構(gòu)的齒輪也跟著旋轉(zhuǎn)。通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾齒輪同步對(duì)滾。為對(duì)滾刀具提供高效穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。
4 功能及創(chuàng)新點(diǎn)
本設(shè)計(jì)作品的主要功能及特點(diǎn)如下：
1、該機(jī)采用對(duì)滾刀具的除冰原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小，無(wú)污染，使用靈活方便，適合在輸電線上除冰；
2、，具有一定越障能力，使用安全可靠，便于維修；
3、輸電線直徑可以在20～40mm之間調(diào)整，覆冰直徑30~80mm,外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高：330×140×400mm）；
4、車(chē)輪帶有凹槽，具有良好的導(dǎo)向性，使得除冰機(jī)在輸電線上行走時(shí)不易倒轉(zhuǎn)；
5、兩輪之間采用鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步行走；
6、外觀造型美觀，適合家庭用戶的審美要求；
7、采用滾刀刀具，除冰效果理想，而且成本較低，是輸電線除冰機(jī)的首選產(chǎn)品。
該設(shè)計(jì)作品的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
1、采用對(duì)滾刀具除冰，節(jié)省能源，無(wú)污染（噪音、廢氣），不易引起電線共振或舞動(dòng)；
2、采用齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)（實(shí)現(xiàn)減速），提高整機(jī)的工作效率，解決了從電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速過(guò)高的問(wèn)題；
3、外觀造型新穎，后端為大倒角設(shè)計(jì)，可減輕重量，適合在輸電線上除冰使用。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的總結(jié)，是對(duì)我將來(lái)的學(xué)習(xí)、工作最為有力的一次鍛煉。它促進(jìn)我將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，并且深深的體會(huì)到了自己所學(xué)專(zhuān)業(yè)的博大精深。盡管在設(shè)計(jì)中遇到許多難題與不曾接觸過(guò)的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學(xué)到了許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。盡管我所設(shè)計(jì)的東西可能還有許多欠缺，但是我確實(shí)在此次設(shè)計(jì)中學(xué)得了很多東西，它將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生很大的影響。
我這次設(shè)計(jì)的題目是：輸電線除冰機(jī)械人設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中做了如下工作：
1、查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)外輸電線除冰機(jī)，巡線機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設(shè)計(jì)巨大發(fā)展?jié)摿Α?
2、根據(jù)輸電線除冰機(jī)的用途，對(duì)輸電線除冰機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了充分的論證，最終確定了方案。
3、對(duì)典型零件如直齒輪、軸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了校核。
4、對(duì)所用軸承進(jìn)行了強(qiáng)度校核和以及壽命計(jì)算。
5、零件的圖紙以及裝配圖設(shè)計(jì)。
6、進(jìn)行了輸電線除冰機(jī)的二維設(shè)計(jì)及建模
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具有了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，為自己今后學(xué)習(xí)更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中提供了一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，必將對(duì)我的將來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
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致 謝
近一個(gè)學(xué)期的不懈努力,大學(xué)本科學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)---畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成在即！這是我在畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)的各門(mén)知識(shí)的一次深入的綜合的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的真正訓(xùn)練,。因此,它在我四年的大學(xué)生活的占有很重要的地位。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)自己的下一個(gè)階段的順利進(jìn)行作了一次適應(yīng)性的演練,很好的鍛煉了自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，回顧了以前的學(xué)習(xí)內(nèi)容并為將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我得到了楊義勇老師的悉心指點(diǎn)。在整個(gè)過(guò)程中楊老師體現(xiàn)的那種一絲不茍，細(xì)心細(xì)致的科學(xué)精神讓我久久不能忘記,并肅然起敬。特別是楊老師的扎實(shí)功底和諄諄教導(dǎo)讓我受益匪淺。我個(gè)人認(rèn)為我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成很大程度上源于老師教導(dǎo)我養(yǎng)成的專(zhuān)心致志，循序漸進(jìn),不斷積累，決不放過(guò)任何一個(gè)含糊問(wèn)題，以高度的責(zé)任感面對(duì)所有的細(xì)節(jié)的良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
由于自己的能力有限,并且經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的儲(chǔ)備在一定的程度上也限制了我在設(shè)計(jì)上的水平, 但是正是這些缺陷激勵(lì)著我不斷的前行。在以后的學(xué)習(xí)和生活中我會(huì)更加的努力去掌握更多的知識(shí),讓自己的視野更加廣闊,并且這種良好的學(xué)習(xí)精神也將永遠(yuǎn)的保留下去。
所以在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的許多不足之處,期望各位老師和同學(xué)多多包涵并給予指教,以激勵(lì)我更好的改進(jìn),在將來(lái)的生活和學(xué)習(xí)中不斷的完善自己。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我也得到其他老師的指點(diǎn)，以及同組成員的幫助，在此向所有關(guān)心幫助過(guò)本文寫(xiě)作的老師、同學(xué)及參考文獻(xiàn)的作者表示衷心感謝！
最后再一次的感謝母校和四年來(lái)辛勤培養(yǎng)我的各位老師,我將永遠(yuǎn)記住您們的教導(dǎo)，我將永遠(yuǎn)以母校為榮耀。
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