一種新型除冰裝置的研發

黃偉 黃勝 滕勇 吳亞龍

摘 要：本文介紹了一種新型除冰裝置，它以架空地線為基點在架空地線上自如行走，身上掛有一只手超長的橡膠打冰手臂。通過人工地面遙控機器人行走到適合打冰的位置，并揮動手臂敲打覆冰導線使導線發生震動而達到除冰目的。

關鍵詞：除冰裝置;覆冰;遙控

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0151-02

1一種新型除冰裝置的原理及要求

六盤水地區進入冬季后空氣濕度特別大經過歷年的統計濕度達到80%～90%，覆冰形式主要以霧霜和混合霜為主，在電磁場的作用下當氣溫在-1℃～-4℃時就會加快輸電線路的覆冰，有的時候一夜之間導線的直徑就會達到300mm以上。輸電線路覆冰導致輸電線路遭到不同程度的損壞，造成大量的停電事故。為避免事故的發生就得對輸電線路進行除冰工作，除冰的方法主要有人工除冰、機械除冰、直流融冰等其中最好的為直流融冰，但由于技術不成熟和投資特別巨大導致有些偏遠地方無法使用直流融冰技術，主要以人工除冰為主。人工除冰需要在覆冰的導線下行走，攀爬覆冰的桿塔進行人工除冰作業，安全風險比較高是目前輸電線路最需要解決的重要問題。人工除冰主要有兩種：（1）繩子拉冰。（2）棒打震動除冰。這兩種方法對除冰作業人員的安全風險特別大[1]。繩子拉冰主要是人在導線的下方拉繩子通過繩子與導線的摩擦力除去導線上的冰，這樣作業人員隨時會被導線上吊下來的冰打傷，更嚴重的有可能造成斷線或更大的人身傷害。（3）棒打震動除冰效果非常好，用棍棒驅使導線發生震動，在震動力的作用下完成除冰過程，由于需要作業人員攀登桿塔進行操作造成作業人員的安全風險大。兩者中除冰效果最好的是人棒打法除冰，所以采用機器人操作成了我們本次研發的對象。現有機器人除冰技術由于采用機器人振動的方法除冰，存在機器人線性行走不完全，也就是說在導線或地線上行走會打滑不穩定，加上振動的頻率不夠強導至技術不完善。本案結合人工棒打法除冰，研發一種可以在輸電線路上行走自如而且不會打滑的機器人，掛上一只可以當作木棒使用的手臂，以架空地線作為支點，以覆冰導線作為目標用敲打的方式產生強大的振動從而除去導線上的覆冰。本機器人所要達到的功能有：（1）不用人工登桿塔進行作業;（2）棒打法的振動力超過機器人自振動的能量;（3）覆冰前期裝上，覆冰期間人工地面遙控除冰;（4）機器手臂比木棒更柔和不會損傷導線;（5）機器人性線行走不會打滑;（6）放出去的機器人能自如回收。（如圖1所示）

2一種新型除冰裝置部件及功能

根據魚骨法分析棒打法機器人需具備發下部件。如圖2所示。

2.1 輸電線路架空線遙控滑線卡線器

通過兩個電機直接驅動兩個滑輪（動滑輪），在兩個動滑輪的正下方通過連扳連接兩個定滑輪，定滑輪的下方設置兩個可以調節的推力螺栓，螺栓上加有彈簧使其卡住導線在有柔性的條件下進行滑動，并且不會造成滑線過程中的跳線情況，裝在輸電線路除冰機器人上可以實現機器人卡在導線上進行前后運動。（如圖3所示）

2.2 組合式四分之一圓齒輪組

用電機驅動四分之一圓的齒輪，由四分之一圓的齒輪去驅動整圓齒輪的配合。使整圓的齒輪配合打冰手臂實現打冰的動作。當四分之一圓齒輪旋轉至整圓齒輪時，整圓齒輪將會朝反方向旋轉，使打冰手臂慢慢的舉起，四分之一圓齒輪走完行程整圓齒輪使打冰手臂舉到最高位，四分之一圓齒輪走過后，整圓齒輪在空轉的情況下使打冰手臂自由下落打在覆冰的導線上從而實現打冰過程。（如圖4所示）

2.3 全絕緣式硅膠打冰棍

用聚乙烯制作一根專用的，輸電線路除冰機器人打冰手臂。它是一種具有絕緣、重量造合、長度可定制、中間帶孔、打在導線上不會使導線產生變形或斷股情況，使用效果比木棒還好。（如圖5所示）

2.4 半脫式棍棒連接器

（1）一個全圓中間帶方孔的齒輪。（2）一根直徑為20mm的7字形圓鋼，圓鋼的尾部有一直徑為12mm的圓孔。（3）兩個配合在一起就可以形成一套可以加掛打冰棍的過度器械。可完成打冰棍90度旋轉從而完成打冰過程。（如圖6所示）

2.5 端頭式遙控收放線裝置

將收放線裝置小型化，安裝在輸電線路桿塔的頂端，實現地面工作人員遙控進行收放線的過程的設備[2]。本方案主要是用來回收一種新型除冰裝置，當然通過改進也可用于輸電線路現場施工或檢修工作中起吊工器具及材料。（如圖7所示）

2.6 電源

由于現在取電的方式很多，本項目是在冬季覆冰期間使用所以考慮了多得取電方式，（1）太陽能。（2）風能。（3）兩種配合使用。（4）把收放線裝置箱的繩子改為電線，從桿塔頂部布到桿塔下，冬季要使用時直接帶電源現場使用就行。

3對機器人的認識

機器人是自動執行工作的機器或裝置，它分為直接執行或間接執行兩種。前者為人為遙控定向或不定向的指令執行，后者為人工預先定制好的程序注入芯片通過電腦的植入，達到人工智能技術制定的原則來替代和協助人類的工作，讓人類從繁重復雜的工作種得以解放。目前要達到完全的機器人時代或人工智能時代還很遠，需要人類加培的努力[3]。

最后本發明通過多年來的抗冰經驗和多種架空輸電線路除冰方法進行對比，本方案可行而且有效。總的來說，它是延用一種人工棒打法除冰的方式，由于輸電線路覆冰期間，人工進行登桿塔進行打冰作業風險大安全系數低，如果采用人工地面遙控機器進行棒打法除冰，這將是輸電線路抗冰工作方面的又一大突破，從而誕生了本案。

參考文獻

[1] 周志華.機器學習[M].北京：清華大學出版社，2016.

[2] 王大偉.工業機器人應用基礎[M].北京：化學工業出版社，2018.

[3] 張澤謙.人工智能[M].北京：人民郵電出版社，2019.