高压线除冰机械人设计开题报告.doc

中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名赵鹏飞学号05208325专业班级机制3班指导教师杨义勇职称教授单位中国地质大学长（北京）课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目西南地区电网线缆除冰机器人设计一、研究目的及意义我国是输电线路覆冰最为严重的国家之一，2008年1月我国南方数省输电线路遭遇历史上罕见的冰雪灾害。长时间持续的高强度、大范围低温雨雪冰冻天气，导致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的电网发生倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害。雪灾造成国家电网公司直接财产损失达1045亿元，灾后电网恢复重建和改造需要投入资金390亿元。高压输电线路大面积覆冰是造成电网损失的主要原因，而采用人工除冰的方法不仅效率低下，而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁，因此研发输电线路在线除冰机器人，利用机器人代替人工除冰，对于保护电网安全运行以及电力维护人员生命安全等都具有极其迫切的现实意义。防震锤、悬垂线夹、耐张线夹等部件是高压输电线路安装中必要的附件，但是对于在线上行走的除冰机器人来说，就构成了使其不能平坦行走的障碍。所以障碍物的检测与识别是除冰机器人在线自动行走时必须完成的工作，是实现除冰机器人在线行走的关键技术之一。二、研究现状通过这个课题的研究，我们能通过一种机械设备，较高效率的代工作人员预防和除去因雨雪冰冻引起的线缆冰冻灾害，减轻工作人员的负担，保障电力设施的正常运行，降低电力公司的损失，保障民生活的正常进行。如今一些国家也在研究线缆除冰问题，不少国家在此领域也有不少成就，线缆除冰技术关系到人们生活中的各个方面，除了电力公司设备设施，工作人员的安全外，还关系到交通运输，生活用电等。各种除冰技术及除冰方案也有所不同，目前国内外的除冰技术有30余种，常见的就有热力融冰法、机械除冰法、自然被动法和其他方法。三、国内的一些研究成果热力融冰法1就是利用电阻焦耳效应发热来融化线缆上的覆冰，具体操作方法为当供电线缆上的冰层达到一定厚度时，先停止供电，断开供电导线与两端设备的联接，在线路的一段用临时导线将结冰的供电导线联通，而在另一端接上除冰用的临时电源和滑动变阻器调节电流的大小，使供电导线的温度保持在一定的范围内。已有的机械除冰法也有各种各样的机构形式：文献架空高压输电线除冰机器人设计给出了一种由曲柄滑块机构组成，滑块沿轴线方向高速往复滑动，冲击头与滑块固接，带动冲击头敲打覆冰。其冲击头构件零件图如图1所示：图1敲打式除冰冲击头这种机构除冰方式可以用于不同厚度形状的覆冰，但由于覆冰在低温下具有粘性，冲击头破冰后，可能在电线上粘有一层薄冰层，可能会使得破冰不够彻底，且影响除冰效率。文献高压输电线上除冰机器人的系统设计提出了一种压轮推进方式除冰机构，该机器人除冰刀具如图2所示：图2压轮推进式机器人刀具示意图该设计机体上的两个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡，机体的重心位于输电线下方，另两个动力压轮分别与两个固定压轮配合，当推动动压轮时,动压轮向上抬升,与固定压轮配合从上下夹紧输电线,依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力，机体前部的除冰机构呈圆柱形,分为上下两个。工作时圆柱形除冰机构旋转,在推进过程中将覆冰切削成粉末而将冰破除。这种除冰机器人的优点是：此机构小巧玲珑，结构紧凑，刀具能够和高压输电线较好的贴合，而且刀身的弧形设计又能避免刀具对电线本身造成的切削伤害，这种刀具配合高速旋转的发动机，能达到较好的除冰效果，但是这种特殊的机构形式决定了它的除冰速度必然低下，相对其他方案，在同样的能耗下，可能效率不够明显。湖南大学在2009年11月份申请的一份专利架空线除冰机器人的除冰机构7如下图所示：图3破冰锥破冰机构示意图该装置安装于架空线除冰机器人的前端，其特征在于，在所述的除冰机构的前端设有冰刀底座，在所述的除冰底座上安装有用于在架空线除冰机器人推进过程中进行除冰的组合冰刀。所述的架空线除冰机器人的除冰机构还包括破冰锥套、安装于破冰锥套内的可伸缩的破冰锥、破冰锥底座、凸轮、弹簧和破冰电机。该除冰机构i结构简单、实用、安装、拆卸和更换都很方便，可以适用于不同覆冰程度的架空线，除冰效果好。四、国外的主要成就基于机械振动与撞击原理的电磁力技术和电脉冲技术4是为飞行器除冰研制的。但是，由于电磁力或电脉冲可以使导线产生强烈而又在控制范围内的振动，所以二者也是架空线路易接受的除冰方法之一。为飞行航空器除冰研制的基于机械冲击和冲撞的3种技术是：1985年由Finke和Banks、1988年由Mulherin和Donaldson、1991年由Graber和Mack等分别研究和改进的超声振动除冰技术5；1988年由zumwalt和Egbert、1993年Bond和Shin、1994年由Smith等分别研究和改进的电磁脉冲除冰技术；1992年由Martin和Putt、1996年由Loughborough和Hass等研制和应用的气动脉冲除冰技术6。电磁脉冲技术将是输电线路除冰最易接受的方法。美国堪萨斯州的wichita州立大学也提出了电脉冲法除冰(ElectroImpulseDeIcing，EIDI)，即利用电容器组向线圈放电，由线圈产生强磁场，在置于线圈附近的导电板(即目标物)上产生一个幅值高、持续时间短的机械力，使冰破裂而脱落，但在线路融冰研究方面因技术不成熟和费用过高没有达到预期的目的。五、主要内容和要求根据安排，我的任务是完成除冰机械人的控制设计，其中如何完成机械人的爬行设计，如何进行重力分配，结构尺寸大小，强度等都将是所要面临的问题，对这些问题我将会进行细心地研究与检测。六、时间安排2月10日2月25日查阅资料准备开题报告2月25日2月26日外文翻译2月26日4月22日主要部件设计及强度计算4月23日5月19日评阅、毕业答辩七、预期结果除了完成设计所要求的：了解现在电网线缆除冰机器人的发展概况，及使用过程中出现的缺陷，根据使用缺陷改进电网线缆除冰机器人的结构，并确定结构参数，对改进的结构进行校核，并绘制装配图和零件图。还要对自己四年的学习做一个总结和复习。八、参考文献1王肖然.供电线路快速除冰方案J.发明与创新,2008年6月。.2李海，张吉等.架空高压输电线除冰机器人设计J.中国科技信息，2010年第19期。3王超，魏世明，廖启征.高压输电线上除冰机器人的系统设计J.机械工程与自动化，2010年2月。4缪思怡，孙炜，张海霞.基于小波矩的高压输电线路除冰机器人障碍智能视觉识别方法J，机器人，2010年5月5SergeJourden.DeleerInstallationatLrvisSubstationonHydroQurbecsHighVoltageSystemJ.SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGY，2009，Vol.3No.1：P1-6.6LászlóE.Kollár,OssamaOlqma,MasoudFarzaneh，Naturalwet-snowsheddingfromoverheadcablesJ.ColdRegionsScienceandTechnology，2010,年5月7王聪，孙炜，向阳琴.架空线除冰机器人的除冰机构J.机器人技术，2009年11月。