基于虚拟样机技术的输电线路异物清除机器人—清障机构设计

论文总字数：15602字

摘 要

自二次工业革命以来电已经渗透到了人们生活的方方面面，而随着电力技术和城市建设的发展作为电力通道的电网系统的建设也成了世界各国体现综合国力的一个重要方面。中国现今拥有世界最大规模的电网系统，每天全国电网都会由于各式各样的电力事故而陷入局部的“电力窘境”中，而在电力事故原因中有一个主要原因就是导线、地线的断裂及异物短路，故而故障输电线上的异物悬挂对电网的潜在危害极大，但是人工除障，危险且消耗的资源极多，因此，如何进行高压线异物清除就成为一个急需解决的问题。目前国外在高压线清障方面已经生产出可以使用的机器人系统，但是该项科技还不够成熟，无法大规模应用，而国内用于高压输电线清障的机器人还处于研究试验阶段，只有一些机器人在局部地区试验性使用。所以本次的研究主要针对机器人机械手的清障机构而进行的。

关键词：电力故障；导线异物；异物清除；机器人

Design of the Mechanism for Removal of Foreign Body from Transmission Lines Based on Virtual Prototype

Summary

Since the second Industrial Revolution,electricity has penetrated into all aspects of people"s lives,and with the development of electric power technology and urban construction as a power channel,the construction of power grid system has become an important aspect of the world"s comprehensive national strength.China now has the world"s largest power grid system,and every day the national grid will fall into a local"power dilemma"due to various power accidents.One of the main causes of power accidents is the breakage of wire,ground wire and short circuit of foreign body.At present,the robot system which can be used in high-voltage line clearance has been produced abroad,but the technology is not mature enough to be used on a large scale,while the domestic robot for high-voltage line clearance is still in the research and test stage,only some robots are used on a pilot basis in local areas.So this research is mainly aimed at the obstacle clearing mechanism of robot manipulator.

Keywords:Power Failure;Wire for Eign Body;Foreign Body Removal;Robot

目录

摘要 1

Summary 2

第一章绪论 4

1.1 课题的提出背景 4

1.2 国内外研究情况 5

1.3 研究内容 6

1.4 研究意义 6

第二章高压线清障机器人清障机构设 8

第三章 清障及连接机构零部件设计计算 13

3.1清障机器人清障部件的选用及计算 13

3.1.1电机的设计及计算 13

3.1.2联轴器的设计计算 13

3.1.3楔形块的设计计算 14

3.1.4铣刀的设计计算 15

3.2连接部件的选用设计与计算 16

3.2.1键的选用计算校核 16

3.2.2螺钉螺栓的选用 17

3.3除冰机器人夹紧及行走部件的选用计算 17

3.3.1行走轮的设计计算 18

3.3.2 箱体与夹持装置的结构设计计算 19

3.3.3 轴以及轴承设计选用计算 20

3.3.4 轴承盖的设计计算 22

第四章清障机器人清障机构三维建模及工程图 25

4.1 总夹持装置的结构建模 25

4.1.1 行走轮的三维建模 25

4.1.2 箱体的三维建模 26

4.1.3 夹持装置的三维建模 27

4.1.4 轴的三维建模 27

4.1.5 轴承盖的三维建模 28

4.2总除冰装置的结构建模 28

4.2.1电机、楔形块的三位建模 28

4.2.2联轴器的三维建模 30

4.2.3铣刀的三维建模 30

4.2.4垫片的建模 31

4.3装配体组装 31

第五章结论与展望 33

5.1结论 33

5.2展望 33

致谢 34

参考文献 35

第一章绪论

• 1. 课题的提出背景

时代的发展和进步是一个不断向前的过程，而“电”作为一个持续、稳定、取用方便的能源，从第一次被发现到现在的成为人类文明世界的“第一能源”，电力已经与人类的生活密不可分，而作为电力的“通道”的电网系统的建设也成了世界各国综合国力体现的一个重要方面。而中国现今拥有世界最大规模的电网系统，据有关数据显示，直到2017年底，全国的电网最低电压就已经达到35千伏及以上而输电线路的长度则大约有175万千米，相当于地球赤道长度的44倍，可见中国电网的现今规模令人咂舌。

面对一个如此庞大的电网系统，其安全运行的维护可见有多么困难，特别是高压输电线上异物悬挂导致的电力故障，故而在高压输电线路的设计之中，导线和导线之间的空挡都会留出一定的安全距离。在通常情况下，只要在导线与导线之间保持这样的空气间隙，高压输电线路就可以安全平稳运行。但是如若在导线之间有一些异物，例如风筝线、气球、塑料布等如下图1.1所示的异物，那么就会经常发生导线通过这些导电物体放电，使得线与线之间短路，从而进一步导致变电站的开关跳闸。更可怕的如果在异物上有使用导电材料的部分，那么这种异物一旦被吹到导线与导线(或铁塔与导线)之间，那么这些输电线路将会立刻跳闸。然而即使这些异物的材料都是绝缘材料，但只要在下雨或者是空气湿度增加的情况下，电流也可以通过气球上的雨水(或水汽)来进行击穿放电，从而导致输电线路跳闸，而一些恶劣天气会导致覆冰不断加重最终导致线路破坏停运如图1.2所示，停运的线路温度很低覆冰更严重恶性循环，可见输电线上的异物悬挂对电网的潜在危害是极大的，而且由于今年来国家大力推进“西电东输”计划，越来越多的高压线路架设在人迹罕至或者人力不方便到达的地域，这又使得本身由于高压输电塔的几十米高度和其高压的带电性而导致的人工排障的高危险性、高成本的工作变成了一个几乎不可能完成的任务。针对这种情况，设计了一种高压输电线的机器人清障系统，其包括负责输送其他两个机器人到达高压输电铁塔制定位置上的攀爬机器人、用于将清障机器人吊装到电线指定位置的抓取机器人和负责最后的清障巡检任务的清障机器人。

图1.1高压线上悬挂的异物

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