電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置設計

王子玉，丁 頌，王鑫力，李子恒，趙 敏

(長春師范大學 工程學院，吉林 長春 130032)

0 引言

伴隨著新能源時代的到來和環境友好型社會的提出,人們對于電的使用依賴越來越強，同樣對于生產電的方式也有了更高效、更清潔的要求。高原風力發電成為當今社會電力生產的主要方式之一，越來越多的高原風力發電機被投入到使用當中。而高原風力發電卻存在一些弊端：高原風力發電機體型巨大，機身清理困難，發電機頂端產生的機油等污染物經常流到塔筒上，影響發電機正常工作且污染環境。國內外現有的高原風力發電機清洗方式主要分為兩種：一種是人工攀爬清洗，耗時耗力危險系數高；另一種是吊車式清洗，工作量巨大且成本高?，F急需尋求一種能夠對風力發電機塔筒上泄漏的機油進行高效清理的裝置?；诖耍疚脑O計了電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置。該裝置采用雙重電磁穩定吸附塔筒的方式，通過遙控手柄遙控電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置高空作業，在保證清洗工作安全的同時，避免了人工清理的危險，降低了清洗難度，可以有效提高清理效率。

1 清洗裝置總體設計方案

電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置如圖1所示，包括機械四足運動模塊、電磁吸附中心模塊和全方位噴射模塊三部分。

電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置的電磁中心吸盤在人工的調試下改變電壓與電流，調節整體裝置對于高原風力發電機塔筒的吸附力，實現整個裝置對于高原風力發電機塔筒的平衡吸附，程序控制位于機械四足運動模塊的四個足底電磁吸附中心，自動調節電壓進行自適應貼合吸附，為攀附運動做準備工作。在觸感運動足和電磁吸附中心的交錯吸附下，四個X軸伸縮臂分別進行同方向伸縮以帶動整體裝置沿X軸移動，控制四個X軸伸縮臂沿Y軸移動的四個蝸輪蝸桿正反轉，在觸感運動足和電磁吸附中心的交錯吸附下四個X軸伸縮臂同方向移動使整個裝置沿Y軸移動。當裝置移動至污染物附近，噴射器升降平臺在視頻定位器的輔助下，人工定位污染物所在位置，并在視頻定位器的協助觀察下，噴射器升降平臺進行高壓噴射器Z軸方向的升降，旋轉伸縮噴射支架進行高壓噴射器所在平面360°范圍內的旋轉，進行精細距離調整，尋找到最佳位置，啟動高壓噴射器噴射清洗污染物。

2 結構設計

2.1 機械四足運動模塊

機械四足運動模塊如圖2所示，包括X軸伸縮臂、觸感式運動足和足底電磁吸附中心三部分。當使用者操作機械四足運動模塊時,先將電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置放置在高原風力發電機塔筒表面，電磁中心吸盤開始吸附，X軸伸縮臂復位，復位過程重復檢測吸附強度，通過正反轉電機控制四個X軸伸縮臂內部的蝸輪蝸桿旋轉，使左上X軸伸縮臂1、左下X軸伸縮臂2向X軸正方向伸展，右下X軸伸縮臂3、右上X軸伸縮臂4向X軸正方向收縮。以上過程中電磁中心吸盤持續吸附并保證整個裝置原地不動，當X軸伸縮臂分別伸展收縮至頂點，電磁中心吸盤減少吸附力，四個觸感式運動足沿Z軸負方向下落貼合吸附接觸面，持續吸附保持四足原地不動，正反轉電機分別按相反方向轉動，使整個裝置進行X軸正方向移動，足底吸附中心停止吸附，電磁吸附中心恢復原始吸附力，四個觸感式運動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面。同原理運動，實現X軸負方向運動。通過正反轉電機控制四個X軸伸縮臂對應的蝸輪蝸桿旋轉，使四個X軸伸縮臂一起向Y軸正方向移動，以上過程電磁中心吸盤持續吸附保證整個裝置原地不動，當X軸伸縮臂移動至Y軸正方向頂點，電磁中心吸盤減少吸附力，四個觸感式運動足沿Z軸負方向下落貼合吸附接觸面，持續吸附保持四足原地不動，正反轉電機分別按相反方向轉動，使整個裝置進行Y軸正方向移動。同原理運動，實現Y軸負方向運動。整個機械四足運動模塊始終保持一個穩定的豎直吸附運動狀態，使整個運動過程更加平穩、高效。

1-機械四足運動模塊；2-電磁吸附中心模塊；3-全方位噴射模塊

1-X軸伸縮臂;2-觸感式運動足;3-足底電磁吸附中心

2.2 電磁吸附中心模塊

電磁吸附中心模塊如圖3所示，由電磁中心吸盤和吸盤減震夾緊支架組成。當電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置被放置在發電機塔筒表面時程序控制中心吸盤啟動，電磁中心吸盤在人工的調試下改變電壓與電流，調節整體裝置對于高原風力發電機塔筒的吸附力，保證整體結構時刻平穩吸附于發電機表面上，吸盤減震夾緊支架確保在運動過程中電磁中心吸盤緊密固定在機械四足運動模塊底部，并減少緊急吸附帶來的沖擊力。

1-電磁中心吸盤;2-吸盤減震夾緊支架

2.3 全方位噴射模塊

全方位噴射模塊如圖4所示，由噴射器升降平臺、旋轉伸縮噴射支架、視頻定位器和高壓噴射器4部分組成，當機械四足運動模塊運動到污染物附近，由視頻定位器高清顯示污染物具體位置，噴射器升降平臺在視頻定位器的輔助下，人工定位污染物所在位置，并在視頻定位器的協助觀察下，使噴射器升降平臺進行高壓噴射器Z軸方向的升降，旋轉伸縮噴射支架進行高壓噴射器所在平面360°范圍內的旋轉，進行高壓噴射器對污染物精細距離的調整。尋找到最佳位置，啟動高壓噴射器噴射清洗。

1-高壓噴射器；2-視頻定位器;3-旋轉伸縮噴射支架;4-噴射器升降平臺

3 運動原理分析

電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置由遙控手柄控制整體裝置運動，按鍵總開關和副總開關分別控制機械四足運動模塊復位和全方位噴射模塊打開準備工作。遙控手柄的左右上下遙桿分別控制裝置進行X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向、Y軸負方向運動。按鍵Q、X、Y1、Y2、Z、W1、W2為全方位噴射模塊運動及噴射按鍵。

攀爬運動原理如下：總開關按下，電磁吸附中心開始吸附，機械四足運動模塊X軸伸縮臂復位；遙控手柄向左推動，四個X軸伸縮臂的控制電機正轉使X軸伸縮臂1和臂2沿X軸正方向伸展，X軸伸縮臂3和臂4沿X軸正方向收縮，觸感式運動足沿Z軸負方向下落，足底光敏傳感器一直判斷，當檢測數值小于模擬信號轉化值12 000(1 cm=模擬信號轉化值25 500，模擬信號轉化值12 000=0.45 cm,0.45 cm為足底吸附中心電磁鐵高度，此時剛好滿足足底吸附中心電磁鐵貼合塔筒表面),同時足底限位開關被觸碰，觸感式運動足停止下落，足底吸附中心開始吸附，電磁吸附中心減少吸附力；四個X軸伸縮臂的控制電機反轉，整個裝置沿X軸正方向運動一個單位長度，電磁吸附中心恢復原始吸附力，足底吸附中心停止吸附；四個觸感式運動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面；遙控手柄持續向左推動，持續重復運行X軸正方向運動程序；當遙控手柄向右推動，整個裝置沿X軸負方向運動一個單位長度，X軸負方向運動程序與正方向程序同理；遙控手柄向上推動，四個X軸伸縮臂的Y軸方向控制電機正轉，蝸輪蝸桿帶動四個X軸伸縮臂同時向Y軸正方向移動；觸感式運動足同原理向電機塔筒表面下落吸附，觸感式運動足全部接觸至發電機塔筒表面，足底吸附中心開始吸附，電磁吸附中心減少吸附力；四個X軸伸縮臂的Y軸方向控制電機反轉，整個裝置沿Y軸正方向運動一個單位長度，電磁吸附中心恢復原始吸附力，足底吸附中心停止吸附；四個觸感式運動足沿Z軸正方向上升脫離接觸面；遙控手柄持續向上推動，持續重復運行Y軸正方向運動程序；遙控手柄向下推動，整個裝置沿Y軸負方向運動一個單位長度，Y軸負方向運動程序與正方向程序同理。

噴射運動原理如下：副總開關按下，全方位噴射模塊程序啟動，根據視頻定位器觀察污染物位置，按鍵X控制噴射器升降平臺進行360°旋轉，按鍵Y1、Y2分別控制噴射器升降平臺進行上升或下降，接近污染物附近，按鍵Z控制旋轉伸縮噴射支架進行360°調節，按鍵W1、W2控制高壓噴射器在齒輪齒條的傳動下，沿當前旋轉伸縮噴射支架方向進行伸縮，再次調節對準污染物，最終鎖定污染物，按鍵Q開啟高壓噴射器工作，重復按鍵Q結束高壓噴射器工作。

4 結語

電動式高原風力發電機塔筒清洗裝置能夠解決風力發電機塔筒污染物和發電機泄漏機油的清理難題。該裝置采用雙重電磁吸附的設計，確保整個裝置可以穩定吸附在發電機塔筒上，有效減少環境因素對作業的影響，通過遙控手柄、高清視頻定位器等模塊完成對污染物的高空清洗作業，保證了清洗全面徹底，避免了人工清理的危險，降低了清洗難度，可以有效提高對高原風力發電機塔筒的清理效率。