10kV配網帶電作業機器人接引流線專用工具

李 帥，張黎明，郭 新，張建海，張 銅，湯 瀟

（1.北京國電富通科技發展有限責任公司，北京 100070；2.國網天津市電力公司，天津 300010）

1 背景

配電網10 kV 帶電作業可以更好地對電力設備進行測試、檢修和改造，這也是十分重要的手段，它可以保證供電的可靠性、不斷電，保證電網安全。人工作業通常采用絕緣桿作業法、絕緣手套作業法，目前大部分10 kV 配電作業現場采用絕緣斗臂車為工作平臺，操作人員站在平臺上進行手動完成帶電作業，如圖1 所示，這種作業方法存在諸多問題。

（1）工作強度大、效率低，自動化水平低；

（2）工作人員身處平臺上直接接觸高壓線，安全風險高，易出現人身觸電和高空墜落；

（3）工作時作業要求嚴格、操作時不注意容易出現短路電流，發生安全事故。為解決以上安全問題，結合我國配電作業的工作需求，研制一款能夠全自動完成接線任務的工具，該工具能夠完全取代人工完成作業頻率較高的帶電斷接引、帶線更換設備，減輕工作人員勞動強度，使作業人員與高壓線完全隔離，最大程度保護作業人員的安全。

圖1 操作員在絕緣斗上工作

2 總體設計

如圖2 所示，接線工具組機械結構主要包括穿刺線夾擰緊和夾持機構、引線夾持拉緊機構、電動斷線鉗機構、主線掛載機構等，利用DA 轉換芯片速度調節控制。通過主線掛載機對主線固定和引線加持拉緊機構對引線固定，此時線夾擰緊和夾持機構轉動，線夾把主線和引線固定在一起，線夾留在高壓線上，工具脫離，完成接引流線工作。

3 零部件設計及分析

該工具機械部分主要包括穿刺線夾擰緊和夾持機構、引線夾持拉緊機構、電動斷線鉗機構和主線掛載機構等4 個部分，各部分功能不同，相互配合完成穿刺線夾的安裝過程。

圖2 機器人接引流線專用工具

3.1 穿刺線夾擰緊和夾持機構

穿刺線夾擰緊與線夾夾持機構通過固定支架連接在一起。穿刺線夾擰緊機構用于緊固并擰斷穿刺線夾的力矩螺母，線夾夾持機構用于夾持固定穿刺線夾，如圖3 所示。

圖3 穿刺線夾擰緊與線夾夾持機構

穿刺線夾擰緊機構在電機驅動下，諧波減速器帶動主動齒輪軸及主動齒輪轉動，進而帶動2 個從動齒輪轉動。2 個從動齒輪通過傳動軸帶動萬能套筒轉動，進而將穿刺線夾的力矩螺母擰斷。

為適應穿刺線夾螺栓頭部的偏差，采用萬能套筒進行力矩螺母的擰緊。穿刺線夾力矩螺母最大尺寸位置為Φ18，采用外經Φ25.5 的萬能套筒，重量135 g，套筒結構及主要尺寸如圖4 所示。

圖4 套筒+軸組合

傳動齒輪中，齒輪與傳動軸均采用45#鋼、淬火處理。主要起到將動力一分為二的作用，可將穿刺線夾的2 個力矩螺母同時擰斷，如圖5 所示。

通過對穿刺線夾進行扭矩測試，穿刺線夾平均扭矩為28.6 N·m，對套筒軸零件進行有限元分析。根據對受到力矩的套筒和螺桿進行有限元的力矩分析，該設計能夠滿足29 N·m 的力矩要求，如圖6 所示。

圖5 擰斷機構

圖6 套筒軸零件有限元分析

3.2 主線掛載機構

當機械臂帶動主線穿入時，鎖舌克服彈簧阻力向右運動，觸發限位傳感器，此時工具控制系統接收到指令，表明主線已經穿入，同時鎖舌在彈力作用下恢復原位；主線釋放時，采用電機將主線的喉舌打開，主線移出后，電機驅動將喉舌復位，如圖7 所示。

接近傳感器采用歐姆龍產品，其觸發動作距離8.8 mm，當工具進出主線時能夠觸發該傳感器，工具控制系統根據傳感器的觸發來判斷主線是否穿入。對主線掛載機構有限元分析，如圖8 所示。通過有限元分析掛線機構，能夠滿足要求。

圖7 主線掛載機構

3.3 引線夾持拉緊機構（圖9）

圖8 主線掛載機構有限元分析

移動臂可在水平方向進行往復運動，進而可將引線夾持。固定臂位置固定不動，其上帶有驅動電機，用于驅動腰鼓輪轉動，進而實現引線進線。增加棘輪機構使腰鼓輪只能單向進線，防止引線從機構中松脫。如圖10 所示，對受力部件滾輪進行有限元分析，能夠滿足條件。

4 結論

本文設計的配網帶電機器人接引流線專用工具，滿足了預期功能要求。該工具的使用可以替代人工作業，避免人工接引流線發生事故的風險，對我國配電線路作業方式有積極的變革作用。實驗測試表明，能夠很好完成作業要求，為高壓線帶電作業機器人接引流線專用工具的研制與開發積累了設計和工藝經驗。

圖9 引線夾持拉緊機構

圖10 滾輪有限元分析