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摘 要

高压输电线路履冰已经给多个国家带来不可弥补的重大损失，并且对人们的生活带来极大的不便。人工除冰效率低下且危险性高、成本高，机器人除冰却可以进行高效、安全的除冰作业，因此具有极高的应用与开发前景。

我所设计的除冰机器人结构简单并且可以在线路上稳定行走，具有良好的越障功能。该机器人采用两臂式结构，采用仿生模型，采用蠕虫式行进；除冰装置切冰采用铣刀与楔形块配合切削；越障采用升降式，单边依靠夹持机构完成逐步越障；结构安全可靠。

关键字：高压线路；除冰机器人；除冰装置；夹持装置

The Three-dimensional Design of Deicing Robot’s Clamping and

De-icing Devices

Abstract

High-voltage transmission line ice not only has brought irreparable heavy losses to many country-es but also causing great inconvenience to people's lives. Low efficiency, high risk and high cost of artificial de-icing but robot de-icing allows for efficient and safe de-icing operations. Therefore, it has a very high application and development prospects.

The deicing robot I designed is simple in structure and can walk stably on the line, and has go-od obstacle crossing function. The robot adopts two-arm structure, uses bionic model, adopts worm t-ype. Use the milling cutter and the wedge block to cut the ice. the obstacle crossing adopts the lifti-ng type. Unilaterally relies on the clamping mechanism to complete the gradual obstacle crossing, the structure is safe and reliable.

Keywords: High voltage line Road, Deicing robot, Deicing device, Damping device

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题的研究 1

1.2 国内的现状 1

1.3 课题的研究 2

第二章 高压输电线路除冰机器人的机构介绍 3

2.1 除冰方案的确定 3

2.2 夹持方案的确定 5

2.3 越障行走机构方案设计 6

第三章 除冰机器人各零件的设计计算 8

3.1 除冰机器人夹紧及行走部件的选用计算 8

3.1.1行走轮的设计计算 8

3.1.2箱体与夹持装置的结构设计计算 8

3.1.3轴以及轴承设计选用计算 9

3.1.4轴承盖的设计计算 11

3.2 除冰机器人除冰部件的设计选用计算 12

3.2.1电机的设计计算 12

3.2.2联轴器的设计计算 13

3.2.3楔形块的设计计算 13

3.2.4铣刀的设计计算 14

3.3 连接部件的选用设计与计算 14

3.3.1键的选用计算校核 14

3.3.2螺钉螺栓的选用 15

第四章 除冰机器人夹持及除冰装置三维建模及工程图 17

4.1 总夹持装置的结构建模 17

4.1.1行走轮的三维建模 17

4.1.2箱体的三维建模 18

4.1.3夹持装置的三维建模 18

4.1.4轴的三维建模 19

4.1.5轴承盖的三维建模 19

4.2 总除冰装置的结构建模 20

4.2.1电机、楔形块的三位建模 20

4.2.2联轴器的三维建模 21

4.2.3铣刀的三维建模 21

4.3 装配体组装 21

4.4 工程图及零件图出图 22

第五章 结束语 27

致谢 28

参考文献 29

附录 30

第一章 引言

1.1 课题的研究

随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路穿插经复杂的地理环境，以及大面积的水库、湖泊和崇山峻岭等，给线路维护带来很多困难。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1.1所示，停运的线路温度很低覆冰更严重恶性循环，雾凇和雨凇祛除尤为重要。为了保证高压输电线路安全，寒潮期需对电缆进行除冰，现有除冰方法主要有人工除冰，人工除冰费时又费力，并且恶劣的条件对工人具有一定的危险性如图1.2所示，每年都会因为高压线路除冰造成工作人员伤亡，国外也不例外，而且像一些欧美国家的气候相比我们国内更加恶劣^[1]。

图1.1 坍塌的铁塔 图1.2 人工作业除冰

高压线路除冰机器人是基于巡线机器人衍生而研发的，因此除冰机器人既要具有巡线机器人平稳巡线行走功能，还应具有高效的在线除冰功能。上世纪80末开始国外就进行了相应的除冰机器人研制，比较有代表的是加拿大魁北克水电研究院Serge Montambault等人研制的HQ LineRover遥控小车作为架空导线除冰装置^[2]，如图1.3所示。而日本所研制的机器人如图1.4相对来说除冰效率更高，保障了工人的安全。研制具有越障功能的除冰机器人能更好的代替工人上线除冰，提高工作效率，降低成本，具有很好的应用前景和实用意义。

图1.3 加南大魁北克除冰巡线机器人 图1.4 日本电力公司除冰机器人

1.2 国内的现状

目前，国内还没有技术成熟的除冰机器人，国内巡线机器人始于90年代末，尽管如此人才辈出的国内依然研制出具有一定意义的巡线除冰机器人。三峡大学张屹等人研制出一种结构简单采用蠕虫式行进的稳定性较高的机器人^[3]，该机器人采用升降旋转式避障；北华大学林坚磊等人提出一种齿轮传动型通过前端的除冰砂轮对履冰进行切割，随后除冰锤进行180°半圆形循环敲打的机构，该机器人能高速并有效的除冰，越障采用外翻式，前端摄像头可实现实时监控功能，结构相对可靠^[4]；中国科学院沈阳自动化研究朱兴龙在对夹紧机构上有一番深刻见解，所研制的机器人通过重力分析研究了偏心夹持机构，对机器人平稳越障起着至关重要的的作用^[5]；三峡大学机械与材料学院杨暘除冰机器人采用双手臂结构，除冰装置采用双旋转刀具组合碾压轮气动伸缩式除冰方式，特有的夹紧保险装置确保了机器人的平稳运行，巡线与除冰一体^[6]；沈阳航天航空大学许良根据蛇爬行原理，采用四手臂机构增加的机器人的越障行走平稳性^[7]。

1.3 课题的研究

本次课题主要针对高压线路履冰提出的除冰机器人设计方案，该机器人参考三峡大学的蠕虫式机器人机构，主要由移动机构、除冰机构、电源系统和控制系统组成。该机构可通过遥控方式顺着高压电线进行除冰作业，利用除冰铣刀及楔形快进行除冰。越障采取升降式越障。

本课题主要研究内容是在确定高压输电线路除冰机器人整体方案的前提下，完成除冰及夹持装置零件图、子装配图、总装图的设计与装配；建立机器人夹持及除冰装置三维样机模型。

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