高壓線巡邏裝置的設計及探索

謝歡歡　吳永亮

【摘 要】野外高壓電纜上出現故障時，按傳統的方法，要耗費大量的人力物力前往地處偏僻的鐵塔對其間高壓線進行檢查，工作量大而且危險。本文則重點介紹能代替人力巡視高壓線路狀況以及解決電線上出現的意外問題的行走裝置的設計原理，以及應用方面的拓展。

【關鍵詞】連桿機構；高壓線；電線巡邏

一、研制背景及意義

隨著科技的發展，現代生活與生產中更注重機電一體化的應用，單純的人力勞動基本不復存在，我們追求的更多的是效率和經濟。在新聞上經常看到電線上出現意外事故，比如風箏，氣球，垃圾袋等纏繞在電線上，電纜外表破損沒及時發現等，這些事故靠傳統的人力是無法迅速解決和避免的。因此我們需要研究能代替人力通過智能控制進行電線巡邏和解決電線故障的高空行走裝置。

二、設計方案及與原理說明

電纜巡邏裝置中，核心的設計在于行走裝置，其他的拍攝和檢查部件作為車身的內部載體。由于電線比較光滑，我們采用摩擦系數較大的材料制作車輪。為了保證行走的過程中車體能與電線可靠的接觸，采用上下兩輪夾緊電線的結構，靠電機帶動上車輪和下車輪產生前進的動力。如圖1，為其中一個對夾緊輪的設計圖。

為了強化車身行走的平衡性和承受車身上執行原件工作時振動的能力，以及考慮遇到行走障礙的情況，采用三對車輪進行交替夾緊和釋放高壓線的越障方式。由連桿機構在空間的運動來跨越高壓線上的障礙物，并且通過連桿機構調整夾緊輪來適應多種線況，具備一定的爬坡能力。當行走裝置前進中探測設備探測到障礙時，控制裝置會發出命令使第一對行走輪打開，越過障礙后，在控制命令的控制下使這對輪重新夾緊高壓線，接著第二對輪再打開，依次進行，最后車體可以順利地通過高壓線上的障礙。行走中夾緊和釋放動作的完成是通過四桿機構的運動來實現的，桿2由電機帶動順時針轉時，會造成桿1和3的空間運動，從而使固定在1上的上輪和固定在3桿上的下輪脫離電線，即可越障（桿4是底座的一部分）。當越過后，電機逆時針轉動帶動桿2逆時針旋轉，從而使上下輪再次夾緊電線。對于夾緊輪夾緊方式的設計，有很多可以實行的方案。在這里有幾種方案可以探討。采用四桿機構（一對，分別在相對的搖桿上面固定車輪，像相對的方向轉動從而使車輪接近電纜），比如曲柄搖桿機構或者平行四邊形機構，但是這種機構效率不高，占用空間比較大，不適合實現高空作業。直接用曲柄滑塊機構，它實質上是曲柄搖桿機構的演化，一定程度上存在著四邊形機構的弊端，但是比四桿機構結構上更簡單。如果我們進一步將曲柄滑塊的連桿改成繩子，即采用繩輪，繩子的一端系在車輪上，一端系在繩輪上，繩輪的正轉可拉近兩輪之間的距離，即可實現兩輪與高壓線的可靠接觸，之后，繩輪反轉，兩輪分別釋放電纜，繩輪的轉動角度決定兩輪接近和脫離的程度，但是這種要考慮繩子的材料及其強度和剛度。

三、實際應用拓展與展望

行走裝置作為高壓線上行走的一種工具，可以用于承載多種載體。在巡邏高壓線線況時，我們在車上安裝上專用的探測攝像頭，人們可以遠程對高壓線的線況照片或視頻進行實時觀測，可以大大減少實際中電工一個個山崗挨著檢查高壓電纜的工作量，提高工作效率，并且可以隨時的回報情況，避免了人工巡邏發現不及時的缺點。在電線落有障礙物時，在行走裝置上安裝自動剪斷裝置，可以將風箏、垃圾之類的障礙物快速清理，使危險降到最低。當線路上落滿冰雪時，行走裝置上可以安裝自動銑刀，通過機電控制不僅可以清除高壓線上的積冰，有效維護電力供應，還可避免人工高危作業，提高救災搶險效率……本文設計的行走裝置結構相對簡單，對于實際的應用，結構的強度遠遠不夠，控制單元也很不完善，僅作為一種設計思路和猜想，希望日后在這方面多加努力。

參 考 文 獻

[1]謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社