超高压巡线除冰机器人毕业设计论文

齐齐哈尔工程学院毕业设计（论文） 齐 齐 哈 尔 工 程 学 院 毕业设计（论文）题 目 超高压巡线除冰机器人院 （系） 专业班级学生姓名指导教师成 绩年 月 日V超高压巡线除冰机器人摘要针对目前各类机械式除冰方法的不足之处，本文设想了一种全新的行走平台，并在实践中证明这种理论是可行的。除冰机构也是本次设计的创新点，采用对滚式刀具进行除冰，除冰效果好。本论文主要完成了输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。 机械式输电线除冰技术是利用传统的工具通过机构运动方式达到输电线除冰的目的。由于机械式输电线除冰技术除冰效率高，操作简单，因此受到很多国家的重视，在国内也引起了极高的重视，尤其是各大院校和科研院所。本文从输电线覆冰原理及其危害综合说明了输电线覆冰对人们生产生活的影响，提出了一种新的输电线除冰解决方案。研发一款新式输电线除冰机。本输电线除冰机主要由4部分组成，行走部分和除冰部分。行走部分主要通过齿轮传动机构实现，除冰部分通过对滚刀具实现除冰。关键词：输电线除冰 机械式 覆冰AbstractAiming at the shortcomings of various types of mechanical de-icing methods, we envisage a new walking platform, and proved in practice this theory is feasible. It inherits the wheeled vehicles moving fast speed characteristics, but also has the ability to ride hanging on the wire, the drive system designed with a gear design, the structure is relatively simple, reliable work. And in control, with good functional scalability. As a transport platform, with a very broad functional development space. Also deicing mechanism is designed for this innovation, the use of roll-type cutter deicing, good deicing effect.This paper mainly completed the design principles of transmission line de-icing machine, program selection, realization mechanism, various parts of the design and the whole assembly, and use mapping software to establish a solid model on this basis and virtual assembly and motion simulation .Mechanical transmission line icing technology is the use of traditional tools to achieve the purpose of the transmission line by de-icing mechanism movement. Due to the high mechanical efficiency of the transmission line icing deicing technology, simple operation, so attention in many countries, in the country also attracted high attention, especially universities and research institutes. From the transmission line icing consolidated statement of principles and endanger the transmission line icing impact on peoples life and production, we propose a new power line de-icing solutions. Developing a new power line de-icing machine.The power line de-icing machine is mainly composed of four parts, undercarriages and deicing section. Walking through some of the major gear mechanism implemented in part by de-icing tool to achieve roll icing.Keywords: mechanical transmission line icing Icing目 录摘要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 课题研究意义11.2 除冰机器人研究现状11.3除冰设备发展趋势41.4 覆冰原理41.5 输电线路覆冰的危害51.5.1 线路过荷载51.5.2 不均匀覆冰或不同期脱冰51.5.3 绝缘子串冰闪61.5.4 导线覆冰舞动61.6 巡线机器人81.6.1巡线机器人机构91.6.2工作电源101.6.3控制系统111.7 除冰机器人机构11第2章 超高压巡线除冰机器人总体方案设计152.1 工作原理152.2驱动方式选择152.3 传动方式选择152.4 行走方式选择162.5 除冰方式选择17第3章 绕线压紧传动机构设计183.1电机的选择183.2 蜗杆传动设计计算183.2.1 选择蜗杆、蜗轮材料183.2.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z193.2.3 确定蜗杆蜗轮中心距a193.2.4 蜗杆传动几何参数设计203.2.5 环面蜗轮蜗杆校核计算233.3 轴的设计253.3.1 轴的材料选择253.3.2 轴的结构设计253.3.3 轴承校核28第4章 机器人行走跨越障碍机构设计30第5章 其它机构设计33第6章 数控硬件电路设计366.1硬件电路设计366.1.1 数控系统的硬件结构366.1.2 数控系统硬件电路的功能366.2关于各线路元件之间线路连接376.3关于电路原理图的一些说明38总结与展望41参考文献42 齐齐哈尔工程学院毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究意义输电线路覆冰会经常造成线路跳闸、断线、倒杆、通信中断等线路事故，严重影响了电网系统的安全运行，对国家经济造成了巨大损失。因此，为保证电网安全运行，减少工人因线路除冰而带来的伤亡，设计一除冰机器人来解决这一问题就至关重要了。研制一种简单，实用的输电线除冰机器人。它是一种用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理环境的输电线路上清冰。它是适用于各种地貌，不会因为环境的改变而停止工作。它的前端是一滚刀和压轮，先利用铣刀在覆冰中间铣出一弧形面，而其后的压轮对覆冰进行挤压达到除冰的目的。本论文主要完成了输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用三维制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。本课题研究的目的在于根据输电线系统的除冰需要，研制一种简单，实用的输电线除冰机。该设计的电力驱动分为两个分支: 一部分直接传至除冰机构, 供刀具除冰使用; 另一部分传至动压轮，实现小车的行走。1.2 除冰机器人研究现状山东大学于2005年成功研制了一种巡线机器人。该机器人的主体结构请参见图：图1-1 2005巡线机器人中国科学院沈阳自动化所于2006年成功研制了能在500KV的输电线路上实现巡检作业的机器人样机，该机器人也采用双臂悬挂机构，为了实现自动跨越障碍，该机器人还配备了摄像机来识别障碍物，定位机械手的位置。通过手臂的交替移动，能够跨越防震锤，悬垂线夹等这类比较简单的障碍物，请参见图：图1-2 山东电力研究院与加拿大魁北克水电研究院进行合作，对Linerover小车在能源动力。远程通讯与控制、防水性能等方面做出了技术改进完善了机构的性能，但不具备越障能力，请参见图：图1-3湖南大学在国家科技支撑计划的资助下，联合国防科技大学、武汉大学、和山东大学等多家单位研制开发了单体除冰机器人、可跨越障碍除冰的两臂除冰机器人和三臂除冰机器人。分别请参见图： 图1-5 单体除冰机器人、可跨越障碍除冰的两臂除冰机器人和三臂除冰机器人机器人运动控制有粗略和精准定位两种模式，粗略控制是吧线塔和地线的资料数据预先的编制好程序输入机器人，剧此控制机器人的行走和越障；精确定位控制则根绝传感器反馈的信息进行控制。1990年日本法政大学的Hideo Nakamura等人开发了电器列车馈电电缆巡检机器人。机器人采用多关节小车结构和“头部决策，尾部跟随”的放生控制体系，以10cm/秒的速度沿电缆平稳爬行，并跨越分支线，绝缘子等障碍物。泰国S.Peungsungwal等人，2001年，使用电流互感器，以便获得从电力线作为机器人的电源的感应电流，设计了一个原型自给自足电气检查机器人，首先执行在摄像机图像的，可视化导航的障碍，如基于电力线确定绝缘子，仅此型式试验的检测机器人不超过跨越障碍的能力，是电力线塔间爬行2线但它，遇到的障碍会自动停止。在地面上的顶部放置，将获取的数据和图片资料储存在数据记录器中。地面工作人员可回放复查，进一步确定损伤情况。1.3除冰设备发展趋势目前国内和国外的除冰技术可归纳有30余种，总体可分为：1.大电流融冰法:包括直流电流融化的冰融化的冰和短路电流的过电流。这种方法实际上是广泛处理目前积累的宝贵经验得多，在工程项目使用。2.机械除冰方法：滑轮刮刀法是一种机械式传动系除冰的唯一可行的方法，加工线滑轮将拉动地面工作人员可以步行达到的目的冻结的消灭。但是，这样一来，中国的西部高原，不适合复杂地形。3.被动的方法：被动系统中，需要额外的能量，以便除冰，是依靠风力，重力，温度变化和其他的随机散射和被动的方法。这里，夹具，环的除冰，雪环性，拒水涂层的憎恨冰，以减少风锤导体平衡重奔腾，它被施加到传输线，其被安装以减少振动锤的传输线的结冰你有。被动方式，但是具有成本低的优点，以防止冰盖的形成，也不能仅适用于一个特定的区域。4.其他方法:除上述几种方法外,还有利用电磁脉冲、气动脉冲、电晕放电、电子冻结、碰撞前颗粒加热和冻结等防冰除冰方法,但很多还处于理想或试验阶段。而最近国内外比较热门的机械除冰法主要通过除冰机器人来完成，目前国内外设计的除冰机器人通常包括3部分：1.爬行机构 2.越障机构 3.除冰机构。并且向着小型化，实用化，可越障，智能化的方向发展。1.4 覆冰原理天气，地理，地形，海拔高度，高度吊线，导线直径，液滴直径，电场强度：通过许多因素，包括电声强度。根据不同的分类，你可以把导线覆冰分为：1.按冰的表现特性分为：釉，雾凇，混合釉，雪和霜;釉是指遇到过下面的阴凉降水量0的物体温度：1.冰的性能特点又分为冰它形成透明或无光表面粗糙度玻璃状覆盖层的表面上，更大的密度上，通常以/为0.85g厘米3。石灰分为两种：一种粒状雾凇，小液滴在冷却触上述快速粒状冰的形式冷对象更紧密的结构和其他一点，这样的结构晶雾凇，有你才会有摆脱。 0.25克/厘米3订购石灰密度。曲，该混合导体的迎风侧冷冻不透明或半透明冰覆盖，在0.26到0.6克/厘米3的密度，则过冷混合釉和挂在附着力强的水滴。的雪，干燥，雪秉承丝湿点性质。在干雪密度0.1g/ cm 3时，弱粘合力，0.1是湿雪在0.5克/ cm 3的密度，它是一种弱的粘合强度。霜位于空气中的水分和0的低温表面下方接触形成在导线缩合不是一种威胁，为了提高电晕损耗传输线7。釉结冰，对于最有害的架空输电线路，电力的2008年风暴南冰的初期，主要是这个原因造成的，雨因冻结密度，已经形成了附着力强。2.冰的形成机理分为：结冰降水，云和冰升华结冰。；3.电线上的冰的横截面形状可拆分为：圆形或椭圆形覆冰、翼型覆冰和新月形等，请参见图1-6。4.在生长过程中的丝的冰的表面被拆分：干增长、湿增长1。这种分类，已经有利于形成结冰过程中的热平衡和传热的形成机理进行分析。干雪和结冰结霜，干燥的成长过程，积冰的成长过程，这是湿雨夹雪和湿雪是混合成介于两者之间的结冰过程。1-6 导线覆冰截面图1.5 输电线路覆冰的危害1.5.1 线路过荷载线路覆冰时，在张力下数百导线到几千公斤负荷，电线和结冰重量的由线程产生，管接头，传递给塔绝缘子，塔前上被传递到电缆，只要一方面以承受张力，将出现，打破事故的酒吧，常常延伸到段张力。1.5.2 不均匀覆冰或不同期脱冰结冰或除冰的相邻不平整轮廓线将是不同的电压差，线线目录将滑动严重铝外导体在虚线的出口到共享文件夹，抽搐钢芯，这导致不同的剪辑铝个股边缘收缩，夹子附近的压力线上，同比增长120米。锦上添花不平等的电压差是静态负荷，而不是冰动态加载的同一时期，两者是不同的。其次，在张力下塔相邻档位的直线之间的差，一个较大的绝缘子串将由损伤偏置碰撞横向臂。同样，当一定的水平，交叉手臂的旋转，碰撞达到的电压差芯电缆间隙降吹光缆，电缆支撑系统，因为塔失利后崩溃。1.5.3 绝缘子串冰闪闪冰闪络是一种特殊形式。当绝缘体严重结冰，大伞冰桥，漏出的距离缩短，减小介电强度。融化的冰形成导电水膜，从而使绝缘子串变形应力分布，闪络电压水污染的冰表面薄膜通过溶解到电解质中降低。冰融化周期往往伴随着雾气，使冰的电导率融化冰的形成闪烁的大气污染微粒进一步增加。冰弧持续会烧坏绝缘降低介电强度。1.5.4 导线覆冰舞动因为改变金属丝的空气动力特性的冰盖的非对称形状。当风速在4为20m / s，而风向和对齐45时，螺纹具有良好的空气动力性能，产生在风激励低频大振幅振荡。光闪光灯，磕磕绊绊，发生严重损坏配件和绝缘体，电线股，断裂，倾斜的塔倒塌等电器事故。表1-1 除冰方法序号方法定类数据消耗能量比较系数1融冰（3mm）除冰理论9041002航空标准除冰法除冰实验400443融冰（1mm）除冰理论301334射频+铲刮除冰实验305345加热法防冰实验180206红外线除冰实验170197激光+铲刮除冰实验120138形记合金除冰理论7289气动脉冲（50Ls）除冰实验6.80.7510电磁脉冲除冰实验2.30.2511气动低环除冰理论0.90.0612铲刮除冰理论0.20.0213碰撞试验除冰实验0.0110.001214牵引试验除冰实验0.0070.00069适用于输电线路的机械除冰技术强烈的震动法于1988年由Mulherin和唐纳森的发展。魁北克水电公司发明了一种电缆除冰装置。该装置包括一对脉冲导线，导线被连接到电缆，并且沿导线的螺旋卷绕端的电缆连接到电磁能量在所述导体产生装置的脉冲，而另一端连接到一起以一闭合电路，引出布线路径电磁脉冲产生的导线之间的排斥力，该排斥力振弦，断丝使结冰上关闭的振动，随着需求加振动源和振动的结果将导致电缆，由此疲劳是困难的技术中，在实际应用中。基于机械振动和电磁脉冲技术的强度和对飞机除冰开发电技术的原理。鉴于产生控制范围内的电磁力或电脉冲强螺纹振动，使两接触网是除冰可以受理的方法。对于自由机械冲击的基础和三种技术的影响上开发冰的飞机的飞行：由芬克和银行1985年，1988年通过德制成Mulherin和Donald子，1991年，研究和超声波振动的改进结冰和Mack等格雷伯技术; 1988年朱姆沃尔特和埃格伯1993年念债券和Shin，1994年，分别研究并于1992年改善史密斯和其他电磁脉冲除冰技术的马丁和推杆，1996年拉夫堡由海思和其他发展和气动脉冲除冰的应用技术。电磁脉冲技术传输线将除冰的最能接受的方法。威奇托州立大学还向电脉冲方法除冰制成（电脉冲除冰，EIDI），即放电用电容器组的线圈，由此通过线圈产生强磁场，线圈被布置在导电性的附近板（即制造）上的目标是一个高的幅度，机械强度持续时间短，因此，打破僵局和脱落，但在线路融冰由于未成熟的技术和研究成本太高不能达到预定的目标。赫拉尔迪等于1995年基于飞机除冰开发相变记忆合金。另一种使用由电场或磁场力还处于概念阶段机械操作的弹性涂料。然而，用作对照实验这些方法和它们的典型过程的基础为除冰上开发。1.6 巡线机器人 巡线机器人是为了在线检测输电线路产生的机械电器故障、杠塔及其他地基和交叉跨越安全距离等变化，国外寻巡线机器人的研究始于20世纪80年代末，日本东京电力公司Sawada等人、日本Sato公司、每过TRC公司、加拿大魁北克水电研究院Montabault等人先后开展了巡线机器人的研制。他们研制的巡线机器人可分为2类：一类是具有跨越障碍物功能，但由于其结构尺寸大和重量重，因而实用性差，并大多仍处于实验室研制阶段；另一类是只能在2个杆塔间的直线巡线，不具备跨越障碍功能物，因而其巡线作业范围受到了很大限制。国内巡线机器人的研究始于90年代末，在2002年开开始国家“十五”863计划的连续2次资助下，已研制成功了具有沿220kV单分裂导线全程线路行驶和巡检作业的巡线机器人样机，并在机器人构件、电能在线补给、机器人局部自治和系统与技术集成等关键技术上去的了实质性的突破，该样机已经通关过了现场线路的带电运行实验，并表现出良好的发展前景。同时在巡线机器人的基础上除冰机器人才有所发展。1-7 在现场线路上的巡线机器人1-8 巡线机器人机构1.6.1巡线机器人机构巡线机器人是机电一体化系统，涉及到机构、控制、通信、定位系统、移动平台传感器集成和信息融合，电力和机械系统是整个系统的基础上，是的技术障碍的检查机器人的发展之一就是目前的限制。设计要求巡检机器人机械系统有：1.期望速度可以在高压电缆顺利蠕变;2.有一定的爬坡能力;3.为了避免对路面震动锤的电源线，夹具，绝缘子，线路杆塔等障碍;4.防止机器人跌倒的故障的情况下可靠的自保护措施;5.提供安装和便携式电源检测，记录和分析仪器足够的空间。可以进行就行了爬行机制可分为一步爬行抓取机构和齿轮机构步进类别抓取机构交替地移动完全爬行多个臂，一般是用于斜拉桥电缆，管壁检查维护;轮蠕变机构依靠摩擦轮由电机和向前行走驱动机器人之间的线路驱动。轮蠕变机制运行平稳，有利于工作在线检测仪器的快速，可靠的移动平台，使目前使用这种检测机器人爬行机制。机制障碍的关键是控制机器人的机构。如果机器人从架空线暂停，障碍必须确保顺利机器人姿势，并保持与其他电线电缆塔金属零件的安全距离，所以很难设计。通过文件人形障碍攀爬屈臂机构位置控制复杂，不适合在较大的障碍文学障碍机构的直径和长度分为蛇形障碍机构在文献中也防止沥青巡线机器人避类似行为人小问题攀登的空气，因此，仿生的设计是要解决这个问题的有效方法。一个有前途的解决方案是使用可伸缩的多臂结构，上臂驱动机构爬行彼此连接下部旋转接头。当障碍物，机器人之间的相互合作，利用人形调整政策攀登的姿态，过障碍。由于不仅仅是多自由度机械手以上结果可以达到更复杂的空气调整心态，可能跨越所有类型的线路故障1-9 电能在线补给和电源监控系统1.6.2工作电源对于检查机器人合作，以确保在范围字段长时间，你必须提供连续可靠供电。由于尺寸和重量的限制检查机器人通常几百瓦，电池不能长期满足电力需求。 3尝试用小型汽油动力发电机的机器人，但需要对汽油发电机油箱，工作通过把环境，可靠性差的影响。一般是因为检查机器人沿着大工作电流的电力线抓取，所以最好直接从电源线供电，以获得权力。 7，使用电流变压器耦合的设计方法来经由电力线提供电源进行了深入的研究，所需要的机器人和最大的芯横截面的重量比驱动力的分析，二次绕组的匝数，和其他变量的关系，来控制的实验结果，可行性该方案。使用连接的电源的电源线的解决长期检查机器人的问题，而且还导致复杂的机械结构和控制。这是因为障碍物机器人，电流互感器磁芯要出的电源线是，我们需要解决的核裂变机构控制和备用电源开关技术1.6.3控制系统1-10 控制系统1.7 除冰机器人机构目前还没有除冰机器人技术成熟和国外技术相对成熟的产品代表加拿大魁北克水电研究院塞尔Montambault等。2000年，开始了远程开发汽车总部衬垫。它主要是用来消除传输线路结冰线。但机器人太大，复杂，只能是两塔之间的质量清除结冰，不屏障功能，因此不能完全取代上网手动除霜。参考除冰机器人和检查机器人在国内外的利益，中国三峡大学设计了一个电源线除冰机器人。机器人不能太厚结冰理论上满足除冰的需求是直丝的情况下，具有自主功能障碍，高效，环保，节能的特点一起。机器人的使用的模块化结构，使用的仿生学设计，组合物模块包括一个夹紧装置，除冰器装置步行，梗阻设备。图1-11机构运动简图机构运动简图机器人模型整体设计参数如下：1.导线直径D25 mm；2.小车自重m20 kg；3.电机功率降12 W，电压如12 V；4.小车行走速度y=026 ms。图1-12 越障过程图当障碍物的机器人除冰，是整个线最困难的技术要素的子公司。这样的间隔物作为绝缘体，包括夹钳，地震锤和障碍。机器人，必须满足以下功能。的障碍完成后，有效的故障能够及时跟随，障碍物，它必须是一个平稳的过程。这一要求不与线路连接干扰，则应该能够保持在联机机器人一个稳定的位置。机器人帐户的稳定性，作为安全性和有效性的障碍。障碍是模仿机器人猴爬上树的障碍的方法的一种方式。换句话说，它是利用另一种方式提前臂的障碍。目前，在机器人臂的单个导体传输线模型中，有主要有两种类型，是三臂模式之一之一，是两个臂模式。所有的元素，考虑这双除冰机器人手臂结构。目前，障碍物的方法：升起臂式障碍物，障碍物转动臂上升时，所述臂的偏转系统的阻塞，提高轮分裂障碍。为了提高考虑来控制，通过降低马达的数量的能力，采取的除冰设备装置和控制安装进去，钳，机器人使用上升偏转系统的障碍。有两种类型的障碍，接近第一，抑制使用两个电机，这两种运动的偏转增加的方法中，它可以由电动机控制臂实现升高因此，横摆运动被设计为实现增加的第二轨道的偏转，由此提高机器人的控制性能。后者设计。具体操作障碍：机器人遇到障碍。首先，机器人整体的停机时间。启动的障碍电动马达来驱动上轨道的阻塞线材阻挡臂断增加车轮，有故障的马达的越多，发生在阻挡轨道驱动整个臂的失败的偏转，我们将继续努力。臂直到不与障碍物干扰整个的失败。的障碍，电机停转。然后，驱动电机在手臂向前整个障碍物的前方。按下障碍物上方的螺旋机构的前部，通过障碍物，可以重置电机故障的反向旋转，故障的臂。机构有一个在设计的障碍。相反，你可以使用电机丝条的直线电机驱动系统。机器人的结构简单，是一个更准确的定位。快速响应。图请参考机器人避具体行动。图1-13 除冰机构1图1-14 除冰机构2当机器人悬垂在绝缘体障碍如悬臂，在绝缘体另一臂，但现在在电线上的障碍物结冰的另一侧不被擦除，并在上述一平面中的切割轮，这将导致在该轮电线没有解决的情况下。基于考虑这种情况，我们提出了前两个除冰程序。见图特定图两个切刀，其中除了在机器这些楔向前的推力的两侧冰镇导体旋转切割器轴和垂直于线的轴线，在不存在的障碍和上述除冰类似电动铣刀运行后面破刀具不能删除结冰。当面临着悬挂夹具，所述第一马达停止或运行，然后在电极的驱动马达螺杆移动开始向前障碍，螺钉和螺母连接到所述从动楔和前叶片向前直到一起向前转动悬垂线夹和覆冰终端被删除，直到障碍是一个贫穷线轮可以这么远高于下跌。当你阅读本节中，除了结冰螺旋桨引擎完成逆转装置的提前刚刚恢复，然后上面的障碍所描述的操作。图1-15是第二套方案除冰机制：图1-15 整体图第2章 超高压巡线除冰机器人总体方案设计2.1 工作原理本设计采用四轮式结构布局，具有小型轻质，除冰效率高，安装方便，适应环境能力强的特点。工作原理请参见图21，输电线除冰机工作时由行走电机推动机器行走，通过大齿轮带动轴1转动，现输电线除冰机在电线上行走。工作电机通过轮转动，驱动工作刀具做回转运动。能够实现轮式输电线除冰机功能的技术原理很多，但各有利有弊，具体分析如下：2.2驱动方式选择1.小型柴油机驱动 柴油机驱动的优点是马力大，适应环境能力强。但重量和所占空间过大，驱动时会产生较大振动，容易引起输电线舞动，不适用于在输电上行走使用，另外对环境会产生污染，不环保。2.电动机驱动 型号较多，选择范围广。在质量和振动方面有着不可替代的优势。对环境无污染，可以满足环护要求。行走电机 减速机构 行走轮 除冰电机 减速机构 除冰刀具 图2-1 输电线除冰组成框图及运动传递路线2.3 传动方式选择1.带传动 抗拉强度较大，耐湿性好，廉价，可以传送较大功率。但所需空间比较大，不适用于受空间限制要求中心距小以及急速反向传动的场合。 2.链传动 链传动的制造与安装精度要求较低，链轮齿受力情况较好，承载能力较大；有一定的缓冲与减震性能；中心距可大而结构轻便。可以适应恶劣的工作环境。但是同样，所需空间较大，不适用于受空间限制要求中心距小以及急速反向传动的场合。3.齿轮传动 瞬时传动比恒定；传动比范围大，可用于减速或增速；速度和传递功率的范围大，可用于高速（v40m/s）、中速和低速（v25m/s）的传动；功率可从小于1W到105kW；传动效率高，一对高精度的渐开线圆柱齿轮，效率可达99%以上；结构紧凑，适用于近距离传动。4.蜗杆传动 蜗杆传动用于交错轴间传递运动及动力。传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；效率低，易发热，蜗轮制造需要贵重的减摩性有色金属。链传动和带传动虽然适应环境的能力比较强，但是所需传动空间比较大，不适用于在轮式输电线除冰车上使用。蜗杆传动效率低，易发热，环境适应性差。因此，综合考虑各方面因素，减速方式选择通过齿轮传动机构来完成。2.4 行走方式选择1.履带式 履带式行走机构广泛用于工程机械、拖拉机等野外作业车辆。行走条件相对恶劣，该行走机构具有足够的强度和刚度；具有良好的行进及转向功能。但是履带式行走机构特别笨重，不适于作为输电线除冰车的行走机构。2.轮式 轮式行走机构广泛于汽车、火车、航空等各种交通工具，应用范围极广，可在大多数路况行走，适应能力较强。质量较轻，便于携带、装配、更换。3.液压缸式 在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置。液压装置工作比较平稳，由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压元件实险了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。但是工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。由于履带式系统过于笨重，因此不适合在输电线上行走；液压系统过于复杂，也不适合用于输电线除冰机上。因此输电线除冰机的行走机构采用轮式行走机构。为了使轮式行走机构在输电线上行走更加平稳，在行走轮中部开通一个直径为30mm的凹槽。2.5 除冰方式选择1.加热除冰 通过电阻加热或喷火加热，使覆冰融化，达到清除覆冰的目的。加热除冰方法对环境没有任何污染，清除效率高。但是这个方法耗能过多，不节能。2.化学法除冰 依靠化学品分配固体颗粒或液体化学品，使积雪融化，融化的冰，其特征在于通过加入网格率高，但这种方法是昂贵的，其对环境的污染，特别是钠盐道路盐损害的钢筋混凝土结构案由，很容易导致混凝土路面面层脱落，从而减少螺纹损坏和生命，植被破坏严重的质量。3.振动除冰 振动式除冰法, 通过马达带动一具有一定重量的除冰锤上下往复的敲击动作,当敲击到覆冰上时，覆冰由于受到震动，与输电线脱离。达到除冰的目的。此方法除冰效果明显，效率较高，能耗少。但是由于震动会引起电线的舞动，有违除冰的本意。4.对滚铣削除冰 对滚铣削式除冰工作装置安装在输电线除冰机前端, 通过滚压轮上的组合刀片, 依靠较高转速把输电线上的覆冰铣除。此方法工作效率高，清除效果好。加热方法耗能过多，输电线除冰机不能携带过重的能源储存装置，因此加热除冰法不适用。化学法对环境污染大，对输电线腐蚀比较大，不宜采用。振动除冰法容易使输电线产生舞动，违背了清除覆冰的初衷。综合来看，采用对滚铣削除冰法是最佳选择。5.行走轮同步行走方法与减震方法行走轮是推动输电线除冰机行走的主要零件,上端行走轮倒挂在电线上,主要目的是给除冰机提供一个拉力,使除冰机能挂在电线上。下端行走轮通过齿轮与电动机相连，负责推进除冰机行进。为了使输电线除冰机推进更加平稳，将下端两行走轮通过链传动连接在一起，实现下端两行走轮同步。具体结构请参见图2-3。此外，通过对滚刀具除冰机构的电线上可能依然会有小块的覆冰。因此，行走轮还应该具有一定的越障能力。不会让小块覆冰成为行走轮推进除冰机行走的障碍。我们为此设计了一个减震机构。通过减震机构，行走轮可以轻易地越过小块覆冰。具体结构请参见图2-4。综合考虑：本设计采用电机驱动，齿轮传动机构，轮式行走方式，对滚洗刀除冰方式。第3章 绕线压紧传动机构设计3.1电机的选择由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的优点。根据设计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速等。57系列两相步进电机和目标的固定采用24V，24V DC的电压由系统来满足步进电机的工作需要。传送带和支撑板摩擦的输出转矩，主要是由除了皮带与翻转之间的滑动摩擦力的作用决定的片的重量和带摩擦系数，但由于摩擦系数低的虽然带拉紧辊大之间，与该滑动摩擦非常小，它可以忽略不计。计算公式如下:则由曲线可得:当n=30r/min时，f=100HZ。根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C3.2 蜗杆传动设计计算3.2.1 选择蜗杆、蜗轮材料1.选择蜗杆传动的类型采用准平行环面蜗杆传动.2.选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据机械零件课程设计表52，蜗杆选用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造由机械零件课程设计表53查得蜗轮材料的许用接触应力 =190 由机械零件课程设计表55查得蜗轮材料的许用弯曲应力=44 3.2.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z由机械零件课程设计表56，选取Z1 则ZZi15050故取Z50 3.2.3 确定蜗杆蜗轮中心距a 1.确定蜗杆的计算功率 式中 K使用场合系数，每天工作一小时,轻度震动由机械工程手册查得：K0.7；K制造精度系数，取7级精度，查得：K0.9；K材料配对系数，齿面滑动速度 10由机械工程手册查得：K0.85。代入数据得 KW 以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2522a，选取蜗杆的中心距：a100mm.a100mm由于准平行二次包络环面蜗杆为新型得蜗杆,它的优点是:接触面大,导程角,它的值稳定且一定,则润滑好,接.触面大应直接根据“原始型”传动蜗杆设计参数。3.2.4 蜗杆传动几何参数设计准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表1.中心距：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）标准选取a=100mm2.齿数比：u503.蜗轮齿数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取4.蜗杆头数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取 5.蜗杆齿顶圆直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =45mm6.蜗轮轮缘宽度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取b=28mm7.蜗轮齿距角：8.蜗杆包容蜗轮齿数：K=5 9.蜗轮齿宽包角之半：0.5（K0.45）=10.蜗杆齿宽：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =53mm11.蜗杆螺纹部分长度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=59mm12.蜗杆齿顶圆弧半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取R=82mm13.成形圆半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取=65mm14.蜗杆齿顶圆最大直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=53.8mm15.蜗轮端面模数：m=mm16.径向间隙：=0.5104mm17.齿顶高：h=0.75 m=2.233mm18.齿根高：h= h+ C=2.7434mm19.全齿高：h= h+ h=4.9764mm20.蜗杆分度圆：（0.624）a 40.534mm21.蜗轮分度圆：2a159.466mm22.蜗轮齿根圆：d2 h=153.9792mm23.蜗杆齿根圆：d2 h=35.05，判断：因为=28.12mm,满足要求24.蜗轮喉圆：d2 h=163.932mm25.蜗轮齿根圆弧半径：=82.475mm26.蜗杆螺纹包角之半：=27.蜗轮喉母圆半径：=25.88mm28.蜗轮外缘直径：由作图可得=164.95mm29.蜗杆分度圆导程角：=30.蜗杆平均导程角：31.分度圆压力角：=32.蜗杆外径处肩带宽度： 取3mm33.蜗杆螺纹两端连接处直径：=35mm34.蜗轮分度圆齿厚：数据带入公式得 5.508mm35.齿侧隙：查表4-2-6得36.蜗杆分度圆齿厚：=4.298437.蜗杆分度圆法向齿厚：=4.28538.蜗轮分度圆法向齿厚：=5.4939.蜗轮齿冠圆弧半径：=19.277540.蜗杆测量齿顶高： =2.203541.蜗杆测量齿顶高：=2。1853.2.5 环面蜗轮蜗杆校核计算环面蜗杆传动承载能力主要受蜗杆齿面胶合和蜗轮齿根剪切强度的限制。因而若许用传动功率确定中心距，则然后校核蜗轮齿根剪切强度。由于轴承变形增加了蜗杆轴向位移，使蜗轮承受的载荷集中在23个齿上。而且，由于蜗轮轮齿的变形，造成卸载，引起载荷沿齿高方向分布不均，使合力作用点向齿根方向偏移。 因而，蜗轮断齿主要由于齿根剪切强度不足造成的校核：其中 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷; 蜗轮包容齿数 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数; 蜗轮齿根受剪面积;公式中各参数的计算1.的计算=作用在蜗轮轮齿上的圆周力， 蜗杆喉部螺旋升角 ，4.5 当量齿厚，滑动速度 =2.01m/s根据滑动速度查机械设计手册339得将数据带入公式得 =N 2.计算得 = 53.蜗轮齿根受剪面积 蜗轮齿根圆齿厚；由上可知 蜗轮端面周节； 蜗轮理论半包角； 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。数据带入公式得 =7.03mm由上可得 对于锡青铜齿圈 取查手册取铸锡磷青铜，砂模铸造，抗拉强度=225MPa， 则 3.3 轴的设计3.3.1 轴的材料选择根据轴的常用材料及其主要力学性能，结合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用45钢（调质）。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。3.3.2 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴联接的方法；载荷的性质，规模，方向和税收的分配;轴加工工艺。由于影响车轴和结构，甚至与不同的条件和不同的许多因素的结构中，因此在一个标准轴的形式没有结构。它必须以分析各种情况来设计的。不管特定的条件下，该轴的结构必须满足：在轴与车轴安装组件，精确的工作位置;轴类零件必须易于安装和拆卸，并且可调，作为有很好的准备，等等。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。圆螺母定位可以承受较大的轴向力，但是具有更大的应力集中的螺纹柄，降低轴的疲劳强度，轴部分通常用于测定，和一个双圆螺母由螺母和垫圈停止两种模式。 20个时的大的定位套筒的轴线之间的距离不能，经常使用具有圆螺母保持器的帮助下。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键花键、销紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。为了使齿轮，轴承和其它部件具有容易组装和拆卸的复杂的要求，并降低了配合表面的磨损，前其轴部是一个较小的直径。为干涉配合容易与轴部件装配，压入柄部分的端部是，以适应在同一轴部的两个部分锥形，或其他尺寸公差。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。结合以上设计准则设计各个轴的结构尺寸如下：1. 轴的设计(1） 求作用在轴上齿轮1的力因为 ，故 (3-22) （） (3-23)由此可见，轴所承受的力很小。 (3-24)(2） 初步确定轴的最小直径根据机械设计手册查得，取=112,于是得 (3-25)考虑到需要开键槽以及加工工艺，故取。显然，轴的最小直径是安装车轮处，即。(3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足车轮的轴向定位要求，车轮外用M10的螺母定位；内用套筒定位。2)初步选择滚动轴承。因轴承同时承受的径向和轴向力均很小，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，参照国家标准GB/T 276-1994,由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组、标准精度级的单列深沟球轴承6004，其尺寸为，由于不需要安装挡油环，所以轴承内用套筒定位，套筒用行走轮定位；外用轴承锥形套筒定位。轴承安装在下车体外壳上，其周向定位是借助过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。3)由于轴上零件比较少。所以不需要轴肩。因此设计成长度为130mm的光轴，需要在指定位置开键槽。轴的两端分别有10mm的螺纹。4)轴上零件的周向定位齿轮、车轮与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面（摘自GB/T 1095-2003），键槽用键槽铣刀加工，长为5mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样车轮与与轴的联接，选用B型平键，车轮与轴的配合为H7/k6.5)由机械设计手册得，M10螺纹倒角为245；M27螺纹倒角为145；各轴肩处的圆角半径取R1。2.提高轴强度的措施(1) 合理布置轴上零件以减小轴的载荷；(2) 改进轴的结构以减小应力集中的影响；轴通常操作压力下的条件改变轴到突变应力集中的横截面尺寸产生轴经常发生这种情况的疲劳断裂。为了提高车轴的疲劳强度，应力集中的源并应尽量减少应力集中。为此，轴肩具有较大的圆角半径r，以减少应力集中应。然而，定位轴肩，也确保了零件可靠的定位。当抵靠肩半径小零件，为了提高肩部的半径可以是凹圆角或安装一个隔离环。(3)改进轴上零件的结构以减小轴的载荷；(4)改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度；轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的加工粗糙度值。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。各个轴均采用淬火处理。3. 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册。为减少加工了减少装夹工件的时间，在同一轴上，不同轴段的键槽应布置（或投影）在轴的同一母线上。为了刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。3.3.3 轴承校核滚动轴承的构成：包括：内圈、外圈、滚动体、保持架,内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开滚动体。选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其他因素将有助于确定轴承的最后包的类型，结构，大小和需求的公差水平和间隙的工作。类型选择，不同类型的轴承具有不同的特点，不同的机器上使用。当您选择轴承类型，通常你应该采取以下几个因素。在正常情况下：当选择当受到推力载荷的推力轴承，角接触轴承，高速应用程序通常使用滚珠轴承来承受重的径向载荷的滚子轴承的选择。总之，选择其中的几个厂家，在正确类型的选择要少得多。和由机械轴承位置在机械设计占据的空间，以首先确定该轴的一般大小，然后，根据所选择的车轴轴承的尺寸。通常情况下，轴球轴承，滚子轴承轴选择的小部分。然而，当轴承在机器中，滚针轴承，特殊光及超轻型组滚珠轴承或滚柱轴承的选择，当轴承中的机器的轴向位置，狭窄或特别窄系列的选择是有限的直径方向被限制球或滚子轴承。承载的承载前方向与自然的尺寸是最重要的因素的选择。滚子轴承适用于重载荷，轻或中等负载的球轴承，或贝氏体淬火渗碳钢轴承，可承受冲击和振动载荷。在该载荷的方向，作用而言，当纯正径向载荷，深沟球轴承，圆柱滚子轴承，或滚针轴承的选择。当经受纯轴向负荷较小时，推力球轴承的选择;携带大纯轴向载荷，选择推力滚子轴承。当轴承的径向和轴向混合装载，在角接触球轴承或圆锥滚子轴承通常使用。对于悬臂支撑结构，常常用圆锥轴承或角接触球轴承。滚动轴承类型选择应注意的问题: 1、考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承2、考虑对轴承尺寸的限制当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承； 3、考虑轴承的转速一般来讲，球轴承比滚子轴承能适应更高的转速，轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速；此