【某高沿线破冰机器人的总体设计和参数选择分析案例1700字】

某高沿线破冰机器人的总体设计和参数选择分析案例1破冰机总体设计方案1.1破冰机结构组成1.1.1破冰机结构组成它的组成部分可分为：破冰机构（2）开合机构（3）运动机构（4）控制系统如图1-1所示，破冰机构由铣削刀筒和直流减速电机组成，开合机构包括直流减速电机和锥齿轮螺杆，运动机构主要是四旋翼飞行机构，控制系统包括微处理器和人机交互部分。图3D装配图图1-1破冰机的结构组成1.2破冰机工作原理覆冰是脆性物质，强度很小，当受到剪切力和挤压力很容易破碎，因此本文设计了一种破冰与旋翼飞行一体的破冰装置，具备一个或多个高速旋转的铣刀，通过铣刀与覆冰持续的接触对覆冰进行切削破除覆冰。首先无人机飞行达到输电线上空，利用激光测距传感器测定输电线的覆冰厚度，然后将除冰机构骑跨在输电线上，利用开合机构控制铣削刀筒与输电线之间的距离，然后刀筒旋转铣削破去覆冰。如图所示为破冰机的整体结构图图1-2破冰机整体结构图工作过程：第一步，飞行到到输电线高度齐平，启动激光测距传感器测得覆冰厚度。第二步，根据覆冰厚度，控制开合机构移动刀筒夹紧输电线并控制刀筒与输电线的一定距离，如前排的破冰刀筒和后排破冰刀筒各进给覆冰厚度的一半。第三步，破冰刀筒启动，刀具切削覆冰，前排刀筒和后排达到最大限度最快速度的破除输电线上的覆冰积雪。2破冰机关键参数的选择2.1破冰机工作性能要求高压输电线破冰机的主要功能是对输电线进行破冰除冰，飞行行进速度要可调，根据实际输电线上的冰的程度设定。在除冰过程中刀具要承受较大冲击力，工作过程中，破冰刀容易受到冲击，所以要求破冰刀有较高的强度，与此同时，铣刀刀具还要有高韧性，避免工作过程中刀刃受到损害。同时，由于破冰机的工作过程较长，要求在此过程中线路上不会发生冻结现象，所以破冰速度也是需要考虑的一大因素，因此设置速度可根据冰的厚度进行随时调整，外界作用的影响下可能会导致输电线变形，机器人本身重量需要限制。综合以上各个因素，设计的破冰机的初步性能要求如下：工作环境:-10摄氏度破冰厚度：<30mm飞行器行进速度：0.1~5m/min；飞行最大高度：20米；破冰刀具材料：钢破冰刀的转速：>60r/min；破冰速度：>3m/min。破冰机自重：<20kg.计算破冰功率：根据结冰的厚度，初步预估破冰速度为v=3m/min图2-2破冰的输电线横截面简图假设导线直径d=28mm,结冰后冰柱的直径D=80mm,则输电线上所覆盖的结冰整个横截面积为：A铣刀进行破冰的整个过程中，实际所发生的总的切削面积约为覆冰横截面积的2倍。A覆冰在-10摄氏度下的抗剪强度：σb破冰机运行速度：0.05m/s初步计算除冰功率为：P=除冰所需功率由四个电机带动，初步选定每个电机功率为49.5W2.2破冰过程切削力的计算选取环境温度-10摄氏度，覆冰的抗压σb=0.27MPa强度，抗剪强度τb2.2.1破冰剪切力计算当破冰刀与覆冰的接触面积最大时，假设每个刀片的切削宽度为h=5mm,于此同时，破冰的刀具齿面宽度为0.2mm，那么根据此计算其剪切力：Fτ采用5片侧铣刀破冰，则总剪切力为：Fτ2.2.2破冰挤压力当开始除冰时，先由铣削部分去除输电线路外围覆冰，再由挤压部分除去残余覆冰，铣削部分由除冰电机驱动，挤压力由行进电机提供计算除冰的挤压力.一个刀片齿数为3，一个刀筒上5个侧铣刀，一整个刀具的总齿数为15个，两个刀筒则为30，设定切初覆盖结冰时的厚度为10mm,每转一周完成一次切削，那么完成一个10mm结冰厚度的切除，则需要每个破冰铣刀具备至少0.3mm的切削深度。每个侧铣刀受到的挤压面积为：Aσ单个侧铣刀对冰的挤压力为：Fσ由5片侧铣刀组成的刀筒的总挤压力为：Fσ2.3破冰电机选用破冰总切向力的为：F=F2图2-3侧铣刀切削受力图所需力矩：参与切削的为5个刀齿：则刀筒所需扭矩为4.5NM除冰电机功率为：P=实际选取除冰电机为50W选择现有直流减速电机：图2-4图2-4电机尺寸参数三级传动传动比