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1、高压线机械除冰车的设计Design of Mechanical De-icing VehicleFor High-Voltage Lines摘要近年来，我国南方部分地区频繁发生雨雪冰冻灾害，导致输电线表面结冰、重 力增大，高压输电线路大面积受损。为了避免高压线被压坏，保证电力输送的正常 进行，就需要将高压线覆冰及时消除。在通过分析现有除冰技术各种利弊后，提出 本文的机械除冰车方案。本文的目的是设计并制造一种新型的高压线机械除冰车。论文首先提出了除冰 车的整体方案设计及所需解决的主要问题，包括悬挂问题、传动及驱动方式、除冰 刀、行走轮和驱动轮的设计。然后进行了包括轴和除冰刀的设计计算、锁紧机构和
2、 调节机构设计的机械部分设计计算以及控制部分的设计，并给出了轴和除冰刀的加 工工艺。论文最后总结了本设计的创新点及特点，并展示了部分实物及试验照片。本文设计的高压线除冰车不仅除冰方式独特、除冰效率高，而且其自动调节的 结构可以减少除冰车在除冰时对高压线的损伤，其体积小，方便人工携带，操作简 单，具有广阔的应用前景。关键词： 高压线机械除冰车 机械设计 控制设计AbstractIn recent years, snow and ice storms occur frequently in parts of southern China. transmission lines were cover
3、ed by heavy ice and a large damage was caused . In order to avoid transmission lines being crushed and ensure the normal power transmission, the heavy ice covered in high-voltage must be eliminated in time. So we propose a mechanical de-icing Vehicle in this paper through analyzing variety of pros a
4、nd cons of the existing de-icing technology.The purpose of this paper is to design an manufacture a new type of mechanical de-icing vehicle for high-voltage lines. First we proposed a de-icing vehicles overall design and major problems needed to be solved, including the issue of suspension, transmis
5、sion and drive, in addition to the design of ice skates, running wheels and driving wheels. Then we design and calculate the mechanical parts of the de-icing Vehicle, include the axis and ice skate s, locking and adjusting mechanism s design, and control parts. Then we gave the processing of axis an
6、d ice skate. In the end of the paper, we concludes innovations and show some physical and test photos.The de-icing machinery for high-voltage proposed in this paper not only has unique de-icing way，high de-icing efficiency，but also its the automatic adjustment of the structure can reduce the injury
7、to high-voltage lines during the de-icing ，its small size ， convenient artificially carry，has wide application prospects.Key words ： De-icing machinery for high-voltage lines mechanical design control design目录摘 要 IAbstractII1 绪 论 11.1 课题来源 11.2 课题的目的和意义 11.3 国内外研究现状 11.4 本文的研究内容 22 总体方案设计 32.1 除冰车的整
8、体设计 32.2 本设计所需解决的问题 42.2.1 机械除冰车在高压线上的悬挂方式 42.2.2 传动方式 42.2.3 驱动方式及控制 42.2.4 除冰刀 52.2.5 行走轮与驱动轮 53 机械部分的设计计算 63.1 后轮轴 63.1.1 前提假设 63.1.2 电机的选择 63.1.3 后轮轴系的估算 63.2 前轮轴 83.3 除冰刀及除冰刀轴 83.3.1 方案比较 83.3.2 除冰刀轴的设计 103.4 锁紧机构 103.4.1 方案比较 103.4.2 锁紧轮的选择 123.4.3 锁紧轴系的估算 123.5调节机构 133.5.1方案比较 133.5.2调节结构的工作原
9、理 154 控制部分的设计 错误!未定义书签。5 典型零件的加工工艺 错误!未定义书签。5.1轴的加工工艺 错误!未定义书签。5.2除冰刀的加工工艺 错误!未定义书签。6 本设计的创新点、实物及试验照片 错误!未定义书签。6.1创新点及实物照片 错误!未定义书签。6.2其他特点及实物照片 错误!未定义书签。6.3试验照片 错误!未定义书签。结论 16参考文献 18附录 相关工程图 191.1课题来源针对恶劣天气导致高压输电线路结冰的现象，创新性的提出并加工出了一种适 用于线径为10 15mm的高压线除冰破障机械。1.2课题的目的和意义在20072008新年之际，我国南方发生了特大雪灾。由于准备
10、工作的不足，雪 灾带来的损失和危害非常严重，人们正常的工作和生活受到极大的影响。雪灾发生 后，许多电力工人为了维护电力输送这条生命线，有些人甚至还献出了自己宝贵的 生命。因此，进行早期冰冻灾害的预防，降低灾害破坏程度的研究是非常有意义的。1.3国内外研究现状目前国外一般采用喷火器进行高压线除冰，如图1-1所示。但是成本很高。图1-1喷火器融冰针对2008年初发生的低温雨雪冰冻灾害，导致南方电网区域的贵州大部分地区、 广西桂北地区、广东粤北地区、云南滇东北地区电网设施遭受到严重破坏，西电东 送也受到严重影响。为提高电网对极端气候、重大自然灾害的抵御能力，南方电网 启动了包括“直流融冰装置样机研制
11、”重点攻关项目，如图1-2所示。图1-2直流融冰装置直流融冰技术先进，不需要很大的负荷，一般只需要 1 至 2 万千瓦，而且直流 输出电压可调，可在一定范围内针对不同长短的单条线路进行融冰，不再需要进行 线路串接，操作比较简单，为线路的融冰工作提供了更为简便的方式。固定式（可 控硅）直流融冰装置是采用引入变电站10 千伏电源，通过三绕组整流变压器后，送 入 12 脉波可控硅整流器，经整流后输出 3000 伏 /1400 安的直流。该装置可实现输出 电压、电流调节功能，可满足城前岭变电站除 220 千伏城烟线外的其余 110 千伏及 以上电压等级线路的直流融冰。但采用直流融冰虽是一种切实可行、经
12、济有效的防 冰灾措施，但直流融冰装置存在直流输出电流大、大角度大电流长期运行、已建变 电站的接入等多项新的问题。另外，在全国大学生机械创新大赛中也有关于机械除冰装置的设计。如陕西理 工大学在第四届全国机械创新大赛中提出了一种类似爬杆机器人的除冰设备，通过 夹紧机构对冰柱施加强大的夹力将冰柱夹碎，或者通过伸缩机构强大的推力将冰条 割断来去除高压线覆冰。综上所述，目前尚没有采用成本低廉、不需要新增复杂装置、采用挤压、震动、 切削的三重方式去除高压线覆冰的小型机械。1.4 本文的研究内容基于已有方案的弊端，本论文提出了并实际加工一种新的适用于高压线除冰设 备悬挂式机械除冰车。该除冰车最大优势是属于高
13、空破障作业工具，能够克服 河流、沟壑等交通工具难以逾越的障碍，采用挤压、震动、切削的三重除冰效果， 真正起到预防灾害的目的。该除冰车的制造成本低、体积小、可靠性高，具有很广 阔的市场前景。论文主要包括以下几个方面的内容：（1）除冰车整体方案的设计及所需解决的技术问题；（2）除冰车机械部分的设计计算，包括前、后轮轴、除冰刀与除冰刀轴的计算， 锁紧机构、调节机构的设计；（3）控制部分的设计；（4）典型零件的加工工艺；（5）除冰车的创新点、实物及试验照片展示。2总体方案设计本设计所要解决的技术问题是实现机械除冰车在高压线上的行走，让使用者只 需要通过小巧的控制器就可以控制除冰车来达到其除冰的效果，并
14、且不能对高压线 造成损伤。为此，除冰车在整体设计上要求结构尽量精简，在高压线上的悬挂和移 动方式可靠，传动方式优化，驱动和控制方便，零部件配置合理，除冰刀的形状及 碎冰效果能达到预期等。2.1除冰车的整体设计图2-1除冰车整体俯视图图2-2除冰车整体右视图-JI LoPTia. i.1图2-3除冰刀局部图本论文提出的除冰车的整体结构如图 2-1、2-2 所示。除冰车在工作时，其运动 传递过程如下：（1）图 2-1 中直流电机 1 带动链轮 3 传动到链轮 4，将运动传递到后轮轴，使 驱动后轮转动，并带动行走凹轮转动，从而使整个除冰车在高压线上行走。（2）直流电机 2 驱动链轮 1传动到链轮 2
15、，将运动传递到除冰刀轴，使如图 2-3 中所示的除冰刀转动。2.2 本设计所需解决的问题2.2.1 机械除冰车在高压线上的悬挂方式悬挂在高压线上的设备会出现两侧剧烈晃动、坠落、行走不稳定的情况，除冰 车也不例外。为了解决此问题，本设计中除冰车采用摆动原理1，选择两侧对称结构， 其两侧下方分别挂有相对较重的蓄电池和电动机，使得整个除冰车的重心偏下，从 而避免上述普通悬挂问题，如图 2-2所示。2.2.2 传动方式链传动是应用较广的一种机械传动。与带传动相比，链传动能保持准确的平均 传动比，传动效率高，径向压轴力小，能在高温及低速情况下工作。与齿轮传动相 比，链传动安装精度要求较低，成本低廉。除冰车对传动的精度要求不是很高，更 重要的一点是链条的长度和松紧可以根据要求不断的调整，能够保证将除冰车的除 冰效果调整到最佳，故本设计选择链传动方案1。2.2.3 驱动方式及控制采用两个 12V 的蓄电池为两个直流电机和两个电动推杆提供电能，并通过链转 动来驱动除冰车的行走及除冰刀的转动。由于此次属于高空作业，为了操作简便， 采用无线遥控方式控制除
