高壓線除冰機器人設計【電線除冰機械】【含圖紙】

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中國地質大學長城學院 本科畢業(yè)設計外文資料翻譯 系 別：工程技術系 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓 名：趙鵬飛 學 號：05208325 2012年 3 月 22 日 外文原文 Abstract--This paper describes the improvements of Line ROV er, a mobile robot for de-icing of overhead transmission lines. A low-voltage DC motor and a Lithium-ion battery are used which increase the duration time without increasing the weight of the robot. A wireless transmission module that can be expanded arbitrarily with bidirectional transmission is applied.The electrical control box and battery are specially dealt and anew kind of water resistant joint is used. All these measure sim prove the waterproofness of the robot and enhance its reliability. Outdoor de-icing experiments were carried out, and the de-icing tools were then modified according to the results. Anim prove ment of the performance was measured. Index Terms--de-icing, mobile robot, transmission line, deicing tool. I. INTRODUCTION Atmospheric icing structures, such as overhead transmission lines of sand in many countries, people's lives brought about serious consequences, you can make a huge impact.It is generally known, occurred in 2008 in Quebec, Canada in 1998 in southern China.Modern transmission line de-icing methods, including hot-melt method and mechanical methods to break the ice additives [1-6]. However, thermal methods have several shortcomings. First, the use of high current is applied to the results of the transmission lines in high-energy and mechanical methods. As evidenced by the literature. [7], thermal method requires about 100 times more energy than the mechanical method to force the ice off. Second, the thermal method is usually used for de-icing of the conductors, but there is no ground wire (GWS). In contrast, mechanical methods can be easily applied to the GWS very little or no modification.Conductor using different materials and GWS, GWS loaded with heavy ice can be widely extended and too close to the conductor, leading to flashover Cause short circuits. Therefore, the de-icing work for the GWS must be seriously considered. Line the ROV er, tele operation transmission line de-icing to become demand requirements. The third prototype has been developed to the generation of this robot from 2000 [8] and improve the work in progress [9] [10]. In this article, the introduction of the latest developments and refurbishment Line the ROV er. Extension of time with the standard-voltage lithium-ion battery and a new type of low voltage DC motor is put into use, the duration does not increase the weight robot. A new wireless transmission module, it can be an arbitrary expansion of two-way transmission. The electrical control box is used to seal joints to deal specifically with, and a new, waterproof to improve these two robots. The de-icing tests were conducted two outdoor experiments line. According to the experimental results, we modify the de-icing tools, and a higher performance. All of the above elements will be discussed in detail in the following discussion section. Two.Transmission line de-icing machine technology development background batteries and update the driver of the motor to the important role of the motor in the robot motion system. A new type of lightweight but powerful brushless DC motor with low voltage (48 volts and 340 volts) has provided the current robot. With DC motors, linear velocity of the robot can reach 1.5 m / sec. Battery technology advances very quickly, and its innovations have led to a large number of new product development in many areas of Many outstanding features such as light weight cycle long life, and no "memory effect", a lithium-ion battery (voltage 48 V) power package applications and use nickel-metal hydride batteries. Rated capacity of 2.2Ah battery to increase 18.2Ah output power improved significantly. Sufficient to provide the daily operation of the energy and the battery weight significantly decreased from 10.6 to 6.9 kilograms, at the same time. Table 1 shows the improvement of current robot specifications B. Updating the wireless transmission modules and remote controller Based on the same frequency hopping and spread spectrum in the Line ROV er third generation technology, a new wireless transmission module is applied to the Improve the robot. This smaller, lighter, and more than the price than the previous. In addition, there are only eight digital channels and six modules in the previous one-way analog channels, digital transmission can expand any two-way transmission of channels and analog channels in order to be modified according to customer requirements. Can be seen from Table 1, the remote control range to expand to a sharp increase from 0.8 km to 6.4 km As we all know, the use of high-quality commercial components can reduce design time and production costs. To this end, the portable remote control model aircraft use lithium-ion battery and a real-time voltage. This controller is lighter, higher reliability and easier operation than the previous generation C. updated waterproof Consider the robot's actual working conditions in the de-icing process, should be noted that all the components of the water, in particular, leaving the cable plug in the air. Good business waterproof connector water resistance is used as a connection between the motor and control box and battery. In addition, the electrical control box and the processing of the lithium-ion battery and sealing. All of these methods to ensure that the robot waterproof and verification through field trials. Figure 1 shows the prototype with a remote control unit improve Line ROV er the rights. Go out. 18.6 mm in diameter is bare, and other diameter 26.4mm rubber cover. Use several to the formation of ice nozzle with 10 hours of water spray intermittently. The ambient temperature is below 13 degrees Celsius to zero. Coated with ice oval cross-section diameter wire measurements in two lines of about 63 mm A. de-icing experiments A smooth start of the experimental progress of the bare conductor, but twice to stop before the process is complete. It robots seem to be having an ice resistance block and stop the robot station. We can see that when the robot passed through the line, there are still some ice still can. (The former and the latter two) three traction wheels standing on the ice completely correct, the middle wheel to hang a line, resulting in slipping in situ robot. On the other side, it was discovered that the robot ran with smooth rubber cover ray experiment on the bare line apply ice along the lines of the rapid decline, the robot hit the ice. After careful analysis of the results, the area between the accumulation of ice de-icing tools and bare conductor. In previous experiments in the creation of ice, compared to the adhesion strength between ice and ice hardness of the conductor were higher than before. Thus, a possible explanation is that due to the extreme hardness of coated ice, it does not break into small pieces, but the formation process than a big impact. The gradual accumulation of ice, and finally 'block' robot. Although there are some differences between the two previously mentioned, the reason to stop can be attributed to the experience of the conductor after leaving the ice robot, and attributed to the large area between the de-icing tools and wire Discuss the experimental results is proposed to improve the style of de-icing tool. Two to install the baffle behind the knife, can be seen in Figure 7. Proved by improving the performance of the subsequent test, and no other station in the process of de-icing. With regard to the situation represented in the diagram. 5, it can be attributed to ice and low adhesion strength between the lines outside the presence of rubber [11]. In addition, the baffle of improved de-icing tool in order to speed up the process of de-icing, you can uninstall if appropriate, for example, if the hardness of ice is not too high a smooth and quickly cleared, or if the line is a rubber cover. Then, the robot successfully moved on overhead 500 kV EHV Liu zhou Bureau, ground power transmission of the China Southern Power Grid Company in December 2009, and obtained the good reputation of the user. In this paper, in sustained development Line ROV er, teleoper ted robot de-icing of overhead transmission lines, because it appeared in 2000. New features, such as a low voltage DC motors, lithium-ion battery, the wireless transmission modules can be introduced to expand with two-way transmission and waterproof control box. All these measures increase the duration, to improve the reliability of the robot. De-icing tool on the basis of the outdoor de-icing, modify experiments and better performance verification testing the improvement Line ROV er has been successfully in southern China of a 500 kV overhead ground wire run 外文資料翻譯譯文 輸電線除冰機些人的改進 摘 要 本文介紹了改進輸電線除冰機，架空輸電線路除冰機器人線。低電壓直電動機和鋰離子電池用于增加持續(xù)時間不增加機器人的重量。無線傳輸模塊，可以任意擴大雙向傳輸。電氣控制箱和電池是專門處理和一種新型防水聯(lián)合使用。所有這些措施提高機器人的防水性和提高其可靠性。室外進行除冰實驗，除冰工具，然后根據(jù)結果修改。一個測量性能的改善。 關鍵詞： 除冰，移動機器人，輸電線路除冰工具。 一，導言 大氣結冰可以使一個巨大的影響如架空輸電線路的人造結構在許多人的生活帶來嚴重的后果國家。它一般發(fā)生在魁北克省，加拿大在1998年和2008年的中國南方?，F(xiàn)代輸電線路除冰的方法，包括熱融化的方法和機械方法，打破冰添加物。然而，熱的方法有幾種缺點。首先，使用大電流應用到輸電線路在高能耗的結果與機械方法。作為證明文獻。熱方法需要更多的能量的100倍左右比機械的方法來迫使冰脫落。其次，熱方法通常用于除冰的導體但沒有接地線（GWS）。相比之下，機械方法可以很容易地應用到GWS很少或根本沒有修改。由于導體使用不同的材料和GWS，GWS滿載重冰區(qū)可廣泛延伸和太靠近的導體，導致閃絡造成短路。因此，為GWS除冰工作必須認真考慮。 輸電線除冰機，可以遠程操作機器人輸電線路除冰成為需求要求。已經(jīng)發(fā)展到第三個原型代從2000年和改進工作這個機器人是正在進行中。在本文中，最新的發(fā)展和整修輸電線除冰機介紹。與標準電壓的鋰離子電池和一種新型的低電壓直流電動機投入使用，使工期不增加重量的情況下延長時間機器人。一個新的無線傳輸模塊，它可以是任意擴大雙向傳輸。電氣控制箱是專門處理和新型用于密封接頭，防水改善這兩個機器人。除冰試驗進行了兩個室外實驗線。根據(jù)實驗結果，我們修改除冰工具，并得到了一個更高的性能。所有上述內(nèi)容將在下面的討論節(jié)中詳細討論。 二。 輸電線除冰機科技發(fā)展背景 A. 電池和電機的更新驅動電機在機器人的重要作用運動系統(tǒng)。一種新型的輕量級但功能強大的無刷直流電機與低電壓（48伏與340伏）已提供了當前的機器人。與此DC電機，機器人的線速度可以達到1.5米/秒。電池技術進步非常迅速，其創(chuàng)新導致大量的新產(chǎn)品開發(fā)許多領域。由于其中許多突出特點如重量輕循環(huán)壽命長，并沒有“記憶效應”，1鋰離子電池（電壓為48伏）的包應用電源與之前使用的鎳氫電池。由于額定容量從2.2Ah電池增加18.2Ah，輸出功率顯著提高。足夠可以提供多個日常運作的能量和電池的重量顯著下降10.6公斤至6.9公斤，在同一時間。表1顯示了改進目前的機器人規(guī)格。 B.更新的無線傳輸模塊和遠程控制器 基于同樣的跳頻和擴頻在的輸電線除冰機的第三代技術，一個新的一種無線傳輸模塊被應用到提高機器人。這更小，更輕以及多價格比前。此外，還有只有8個數(shù)字通道和6個單向類比通道以前的模塊，而數(shù)字傳輸現(xiàn)在可以擴大渠道和類比通道任意雙向傳輸，以便進行修改根據(jù)客戶的要求?？梢钥闯?，遠程控制范圍也擴大急劇增加，從0.8公里至6.4公里 眾所周知，使用高品質的商業(yè)組件可以減少設計時間和生產(chǎn)成本。為為此，航模使用的便攜式遙控器鋰離子電池和一個實時的電壓。這種控制器是比與上一代更輕更高的可靠性和更容易操作 C.更新的防水 考慮機器人的實際工作條件在除冰過程中，應注意的所有組件的防水，尤其是在空氣中留下電纜插頭。具有良好的商業(yè)防水接頭水的阻力被用作電機之間的連接，控制箱和電池。此外，電氣控制框和鋰離子電池的處理與密封處理。所有這些方法確保機器人的防水和通過現(xiàn)場試驗驗證。顯示的原型與遠程控制單元上的改進輸電線除冰機的權利。 第三。實驗與討論 出門。直徑為18.6毫米是光禿禿的，和其他直徑26.4mm是橡膠覆蓋。使用幾種形成冰噴嘴與10小時的噴水間歇。環(huán)境溫度低于攝氏13度為零。涂冰橢圓截面直徑導線測量在63毫米左右的兩條線 A. 除冰實驗 在裸導體的實驗進展順利開始，但前兩次停止過程完成。它機器人似乎遇到了一個從冰阻力塊和停止之后顯示了機器人的其他站。我們可以看到，當機器人通過該行通過，有仍有一些冰仍就可以了。兩個（前者和后者）三個牽引車輪站在冰塊上完全正確，中間輪掛了線，從而導致了滑倒在原位機器人。在另一邊，它被發(fā)現(xiàn)的機器人跑了多少與比較順利的橡膠覆蓋線實驗上裸行 “敷冰沿著線迅速下降時，機器人打冰。 B.討論和修改 仔細分析后，結果發(fā)現(xiàn)，有很多積累的冰塊除冰工具及裸導體之間的區(qū)域。在以前的實驗中創(chuàng)造了冰，相比冰和冰之間的粘合強度硬度售票員均高于前。因此，一個可能的解釋是由于極端的硬度涂冰，它沒有打破成小塊，但形成到比大的影響過程中的。冰塊逐漸積累，終于'封殺'的機器人。雖然有一些在這兩個之間的差異前面提到的，其原因停止可以歸因于導體后留下的冰機器人的經(jīng)歷，并進一步歸結到超大地區(qū)之間的除冰工具和導線 根據(jù)實驗結果討論，提出改進作風的除冰工具。兩件安裝擋板背后的刀，可以看出通過提高性能證明隨后的測試，并沒有其他站發(fā)生在除冰的過程。關于圖中所表示的情況。 5，它可以是歸因之間的冰和低粘合強度線外橡膠的存在。此外，改進的除冰工具的擋板為了加快除冰的過程中，可以卸載如果適當?shù)?，例如，如果冰的硬度是不是太高順利和迅速被清除，或如果該行是橡膠覆蓋。然后，機器人成功移動上的開銷在500千伏超高壓柳州局，地線中國南方電網(wǎng)的電力傳輸公司在2009年12月，并獲得用戶的良好贊譽。 四。結論 本文提出了在持續(xù)發(fā)展輸電線除冰機，遙控輪式機器人除冰的開銷輸電線路，因為它出現(xiàn)在2000年。新功能，例如作為一個低電壓直流電動機，鋰離子電池，無線傳輸模塊，可以任意擴大與雙向傳輸和防水的控制箱等進行了介紹。所有這些措施增加持續(xù)時間，提高了機器人的可靠性。 “除冰工具在戶外除冰的基礎上進行修改通過實驗和更好的性能驗證測試之后。改進輸電線除冰機已成功中國南方一個500千伏架空地線運行 中國地質大學長城學院 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目 高壓線除冰機械人 系 別 工程技術系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 趙鵬飛 學 號 05208325 指導教師 楊義勇 職 稱 教授 2012 年 5 月 6 日 中國地質大學長城學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 趙鵬飛 學號 05208325 專業(yè)班級 機制3班 指導教師 楊義勇 職稱 教授 單 位 中國地質大學長（北京） 課題性質 設計 論文□ 課題來源 科研□ 教學□ 生產(chǎn) 其它□ 畢業(yè)設計（論文）題目 西南地區(qū)電網(wǎng)線纜除冰機器人設計 一、研究目的及意義 我國是輸電線路覆冰最為嚴重的國家之一，2008年1月我國南方數(shù)省輸電線路遭遇歷史上罕見的冰雪災害。長時間持續(xù)的高強度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣，導致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動、覆冰閃絡等多種災害。雪災造成國家電網(wǎng)公司直接財產(chǎn)損失達104．5億元，災后電網(wǎng)恢復重建和改造需要投入資金390億元?。高壓輸電線路大面積覆冰是造成電網(wǎng)損失的主要原因，而采用人工除冰的方法不僅效率低下，而且對電力工人的生命安全造成了極大的威脅，因此研發(fā)輸電線路在線除冰機器人，利用機器人代替人工除冰，對于保護電網(wǎng)安全運行以及電力維護人員生命安全等都具有極其迫切的現(xiàn)實意義。防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等部件是高壓輸電線路安裝中必要的附件，但是對于在線上行走的除冰機器人來說，就構成了使其不能平坦行走的障礙。所以障礙物的檢測與識別是除冰機器人在線自動行走時必須完成的工作，是實現(xiàn)除冰機器人在線行走的關鍵技術之一。 二、研究現(xiàn)狀 通過這個課題的研究，我們能通過一種機械設備，較高效率的代工作人員預防和除去因雨雪冰凍引起的線纜冰凍災害，減輕工作人員的負擔，保障電力設施的正常運行，降低電力公司的損失，保障民生活的正常進行。 如今一些國家也在研究線纜除冰問題，不少國家在此領域也有不少成就，線纜除冰技術關系到人們生活中的各個方面，除了電力公司設備設施，工作人員的安全外，還關系到交通運輸，生活用電等。各種除冰技術及除冰方案也有所不同，目前國內(nèi)外的除冰技術有30余種，常見的就有熱力融冰法、機械除冰法、自然被動法和其他方法。 三、國內(nèi)的一些研究成果 熱力融冰法[1]就是利用電阻焦耳效應發(fā)熱來融化線纜上的覆冰，具體操作方法為當供電線纜上的冰層達到一定厚度時，先停止供電，斷開供電導線與兩端設備的聯(lián)接，在線路的一段用臨時導線將結冰的供電導線聯(lián)通，而在另一端接上除冰用的臨時電源和滑動變阻器調節(jié)電流的大小，使供電導線的溫度保持在一定的范圍內(nèi)。 已有的機械除冰法也有各種各樣的機構形式：文獻[架空高壓輸電線除冰機器人設計]給出了一種由曲柄滑塊機構組成，滑塊沿軸線方向高速往復滑動，沖擊頭與滑塊固接，帶動沖擊頭敲打覆冰。其沖擊頭構件零件圖如圖1所示： 圖1 敲打式除冰沖擊頭 這種機構除冰方式可以用于不同厚度形狀的覆冰，但由于覆冰在低溫下具有粘性，沖擊頭破冰后，可能在電線上粘有一層薄冰層，可能會使得破冰不夠徹底，且影響除冰效率。 文獻[高壓輸電線上除冰機器人的系統(tǒng)設計}]提出了一種壓輪推進方式除冰機構，該機器人除冰刀具如圖2所示： 圖2 壓輪推進式機器人刀具示意圖 該設計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，另兩個動力壓輪分別與兩個固定壓輪配合，當推動動壓輪時, 動壓輪向上抬升, 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的動力，機體前部的除冰機構呈圓柱形, 分為上下兩個。工作時圓柱形除冰機構旋轉, 在推進過程中將覆冰切削成粉末而將冰破除。 這種除冰機器人的優(yōu)點是：此機構小巧玲瓏，結構緊湊，刀具能夠和高壓輸電線較好的貼合，而且刀身的弧形設計又能避免刀具對電線本身造成的切削傷害，這種刀具配合高速旋轉的發(fā)動機，能達到較好的除冰效果，但是這種特殊的機構形式?jīng)Q定了它的除冰速度必然低下，相對其他方案，在同樣的能耗下，可能效率不夠明顯。 湖南大學在2009年11月份申請的一份專利《架空線除冰機器人的除冰機構》[7]如下圖所示： 圖3 破冰錐破冰機構示意圖 該裝置安裝于架空線除冰機器人的前端，其特征在于，在所述的除冰機構的前端設有冰刀底座，在所述的除冰底座上安裝有用于在架空線除冰機器人推進過程中進行除冰的組合冰刀。所述的架空線除冰機器人的除冰機構還包括破冰錐套、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。該除冰機構i結構簡單、實用、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。 四、國外的主要成就 基于機械振動與撞擊原理的電磁力技術和電脈沖技術[4]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線產(chǎn)生強烈而又在控制范圍內(nèi)的振動，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械沖擊和沖撞的3種技術是：1985年由Finke和Banks、1988年由Mulherin和Donald—son、1991年由Graber和Mack等分別研究和改進的超聲振動除冰技術[5]；1988年由zumwalt和Egbert、1993年Bond和Shin、1994年由Smith等分別研究和改進的電磁脈沖除冰技術；1992年由Martin和Putt、1996年由Loughborough和Hass等研制和應用的氣動脈沖除冰技術[6]。電磁脈沖技術將是輸電線路除冰最易接受的方法。美國堪薩斯州的wichita州立大學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)生強磁場，在置于線圈附近的導電板(即目標物)上產(chǎn)生一個幅值高、持續(xù)時間短的機械力，使冰破裂而脫落，但在線路融冰研究方面因技術不成熟和費用過高沒有達到預期的目的。 五、主要內(nèi)容和要求 根據(jù)安排，我的任務是完成除冰機械人的控制設計，其中如何完成機械人的爬行設計，如何進行重力分配，結構尺寸大小，強度等都將是所要面臨的問題，對這些問題我將會進行細心地研究與檢測。 六、時間安排 2月10 日～2月25日 查閱資料準備開題報告 2月25 日～2月26日 外文翻譯 2月26 日～4月22日 主要部件設計及強度計算 4月23 日～5月19日 評閱、畢業(yè)答辯 七、預期結果 除了完成設計所要求的：了解現(xiàn)在電網(wǎng)線纜除冰機器人的發(fā)展概況，及使用過程中出現(xiàn)的缺陷，根據(jù)使用缺陷改進電網(wǎng)線纜除冰機器人的結構，并確定結構參數(shù)，對改進的結構進行校核，并繪制裝配圖和零件圖。還要對自己四年的學習做一個總結和復習。 八、參考文獻 [1] 王肖然. 供電線路快速除冰方案[J ]. 發(fā)明與創(chuàng)新, 2008年6月。. [2] 李海，張吉等 .架空高壓輸電線除冰機器人設計[J ]. 中國科技信息，2010年第19期。 [3] 王超，魏世明，廖啟征. 高壓輸電線上除冰機器人的系統(tǒng)設計[J ].機械工程與自動化，2010年2月。 [4] 繆思怡，孫煒，張海霞. 基于小波矩的高壓輸電線路除冰機器人障礙智能視覺識別方法[J ]，機器人，2010年5月 [5] Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY，2009，Vol.3 No.1：P1-6. [6] László E. Kollár , Ossama Olqma , Masoud Farzaneh，Natural wet-snow shedding from overhead cables [J]. Cold Regions Science and Technology，2010,年5月 [7] 王聰，孫煒，向陽琴. 架空線除冰機器人的除冰機構[J ]. 機器人技術，2009年11月。