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PAGE1除冰機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄一.課題來(lái)源………………二.選題的性質(zhì)……………三.論文選題的目的和理論實(shí)踐意義……四.與本選題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,…………………預(yù)計(jì)可能的研究突破和創(chuàng)新點(diǎn)………五.主要參考文獻(xiàn)…………六.分析研究的可行性、基本條件及能否取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展……………七.選題的研究方法和進(jìn)度安排…………開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容一.課題來(lái)源從上世紀(jì)末開(kāi)始,隨著我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的快速發(fā)展,已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了家家通電的局面。給國(guó)家和人民的生產(chǎn)與發(fā)展帶來(lái)了極大的便利,已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分,同時(shí)也成為國(guó)家發(fā)展的重要支柱。我國(guó)幅員遼闊,緯度跨度較大,不僅僅是在東北地區(qū),在我國(guó)的南方地區(qū),在冬季時(shí)也經(jīng)常會(huì)遭受到凍雨的危害。當(dāng)亞歐大陸的大氣環(huán)流出現(xiàn)異常時(shí),冷暖空氣便交匯在我國(guó)南方地區(qū)和長(zhǎng)江中下游,溫暖潮濕的氣流攜帶大量水氣就會(huì)出現(xiàn)凝結(jié),從而形成雨雪或霧凇,進(jìn)而導(dǎo)致高壓輸電線路發(fā)生覆冰現(xiàn)象。當(dāng)覆冰達(dá)到一定厚度時(shí),導(dǎo)線由于熱脹冷縮的緣故就會(huì)產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力,并且因?yàn)榈蜏囟兇?。在這兩種情況的綜合影響下,輸電線路就會(huì)發(fā)生斷裂或者輸電塔發(fā)生倒塌。從而引起大規(guī)模,長(zhǎng)時(shí)間的斷電,嚴(yán)重影響著人們的生活和國(guó)家的發(fā)展。我國(guó)在2008年發(fā)生的重大冰雪災(zāi)害。當(dāng)時(shí)由于技術(shù)條件的限制,必須依靠人工攀爬到線路上進(jìn)行除冰作業(yè),使得許多作業(yè)人員因此而失去寶貴的生命。以及在去年冬天我國(guó)部分地區(qū)因?yàn)楸?zāi)害的影響,在一些地區(qū)的鐵路電網(wǎng)上出現(xiàn)了覆冰,列車受電弓無(wú)法與電路接觸,導(dǎo)致了部分地區(qū)的交通運(yùn)輸?shù)陌c瘓。各個(gè)國(guó)家為了盡可能的減輕該種災(zāi)害的影響,都進(jìn)行了大量的研究工作。常用的除冰方法可以分為機(jī)械除冰和熱力融冰。當(dāng)前機(jī)械除冰主要是通過(guò)工人進(jìn)行敲擊,將線路上的覆冰去除,雖然這種方式的效果好,但除冰的效率低,且極易影響工人的生命安全。熱力融冰中的直流融冰技術(shù)目前在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛,且該種方法的除冰效率極高,可以在十幾分鐘的時(shí)間內(nèi),去除掉約兩百公里的線路覆冰。但進(jìn)行該種作業(yè)必須保證在兩座變電站之間的線路必須為通路狀態(tài),如若已經(jīng)發(fā)生線路斷裂則無(wú)法應(yīng)用。本文在總結(jié)現(xiàn)有除冰機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)之上,將沖擊式除冰方法與銑削式除冰方式進(jìn)行結(jié)合,搭載在一個(gè)除冰機(jī)器人上,使其可以幾乎不受輸電線路上覆冰厚度的影響進(jìn)行作業(yè)。二.選題的性質(zhì):1.理論研究()2.應(yīng)用研究(√)3.應(yīng)用理論研究()三.論文選題的目的和理論實(shí)踐意義本文主要根據(jù)除冰機(jī)器人可能遇到的作業(yè)環(huán)境,對(duì)除冰機(jī)器人的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并盡可能以最困難的環(huán)境條件來(lái)對(duì)除冰機(jī)器人的一級(jí)二級(jí)除冰機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核,保證其能夠安全,高效,穩(wěn)定的進(jìn)行除冰作業(yè)。四.與本選題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,預(yù)計(jì)可能的研究突破和創(chuàng)新點(diǎn)(一)與本選題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國(guó)外研究現(xiàn)狀西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家以及日本等國(guó)在該種機(jī)器人方面的研究起步較早,并取得了相應(yīng)的成果。最早在該方向進(jìn)行研究的是加拿大的魁北克電力研究院SergeMontamtault等人經(jīng)過(guò)兩年的研究設(shè)計(jì),推出的HQLineROVer遙控小車,該小車只具備巡視功能,且只能在一條無(wú)障礙的線路上進(jìn)行工作。然后在經(jīng)過(guò)不斷的升級(jí)與改進(jìn)之后,該團(tuán)隊(duì)于2006年推出了他的升級(jí)款,使得該小車能夠?qū)€路上的部分障礙物進(jìn)行跨越,但是依舊不具備除冰功能。不過(guò)該巡線小車為后續(xù)除冰機(jī)器人的發(fā)展提供了平臺(tái),只要在該小車上將巡線部分改為除冰機(jī)構(gòu),并重新設(shè)定程序即可。日本東京電力公司也曾經(jīng)研制過(guò)一臺(tái)巡檢機(jī)器人,該機(jī)器人可以在線路上獨(dú)立行走且可以通過(guò)其上搭載的前后兩臂進(jìn)行越障。在以后的研究中,并以此為基礎(chǔ),在其上搭載了除冰機(jī)構(gòu),主要是利用電暈效應(yīng)進(jìn)行除冰。此外,美國(guó),泰國(guó),墨西哥等國(guó)家也先后研制過(guò)一些該類機(jī)器人,并制造了樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),但基本上都為巡檢機(jī)器人,不具備除冰功能。2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)在這方面的研究最早起步于上世紀(jì)的九十年代,但卻很少取得成果。最近幾年來(lái),尤其是2008年特大冰雪災(zāi)害之后,我國(guó)許多科研院所開(kāi)始著手對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的研究,并取得了不錯(cuò)的成果。其中比較有代表性的是山東大學(xué)與加拿大魁北克水電研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的LineROVer小車以及武漢大學(xué)吳功平教授團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人。其中,山東大學(xué)與加拿大魁北克水電研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的小車,他們?cè)谶h(yuǎn)程通信與控制、能源動(dòng)力、防水性能等方面對(duì)LineROVer小車做了技術(shù)改進(jìn),并在小車上卻集成了紅外檢測(cè)、壓接管,電阻測(cè)量、除冰等帶電作業(yè)功能,但卻沒(méi)有賦予其越障能力。武漢大學(xué)吳功平教授團(tuán)隊(duì)的除冰機(jī)器人采用了比較特殊的銑削式除冰,該種除冰方式可以避免普通擠壓式除冰方法對(duì)輸電線路的損壞。因?yàn)槟壳拔覈?guó)國(guó)內(nèi)多采用多分裂式輸電方案,其中多為六分裂式與八分裂式,因此重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可以應(yīng)用于分裂式輸電線路的巡線機(jī)器人,其可以快速穩(wěn)定的通過(guò)輸電線路之間的連接架,但是該平臺(tái)難以搭載除冰機(jī)構(gòu)進(jìn)行除冰作業(yè)。吳功平教授團(tuán)隊(duì)也在最近開(kāi)發(fā)了可以應(yīng)用于多分裂式輸電線路的機(jī)器人,其越障方式已經(jīng)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為成熟,但是也僅限于各根導(dǎo)線之間的連接架,對(duì)于塔桿以及別的障礙物仍然有所不足??偨Y(jié)現(xiàn)有的除冰機(jī)器人的除冰方式,主要為擠壓,沖擊,振動(dòng)等方式。相比與傳統(tǒng)的人工除冰方式,可以減少人員的傷亡,除冰效率也相對(duì)來(lái)說(shuō)有一定的提高。與目前比較成熟的直流融冰技術(shù)相比較,雖然在融冰效率上低了許多,但是可以在導(dǎo)線斷開(kāi)的情況下繼續(xù)作業(yè)。針對(duì)效率低的情況,可以每隔一段距離布置一個(gè)除冰機(jī)器人來(lái)進(jìn)行解決。但是仍有一些關(guān)鍵的問(wèn)題阻礙著除冰機(jī)器人的大規(guī)模使用,比如,該機(jī)器人無(wú)法自動(dòng)攀爬上導(dǎo)線上進(jìn)行作業(yè),其雖然可以搭載越障裝置,但是越障能力也有一定的限制,而且其電池的續(xù)航與重量也是在未來(lái)需要解決的一個(gè)問(wèn)題。(二)預(yù)計(jì)可能的研究突破和創(chuàng)新點(diǎn)本文針對(duì)目前我國(guó)常用的各橫截面直徑尺寸不同的高壓輸電線纜設(shè)計(jì)一款可以通用的除冰機(jī)器人。結(jié)合實(shí)際情況,具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:1.根據(jù)覆蓋在輸電線路上的各種冰的形成,以及不同種類覆冰的硬度,按照硬度最大的情況進(jìn)行除冰結(jié)構(gòu)中刀具,以及刀具支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。為了能夠?qū)⒁恍┯捕群芨叩母脖ㄟ^(guò)沖擊與銑削的方式去除,刀具的扭矩不能僅由電機(jī)提供,需要借助減速器來(lái)降低轉(zhuǎn)速的同時(shí)并提高電機(jī)輸出的扭矩,使其面對(duì)硬度高的冰層也不會(huì)發(fā)生刀具卡死的情況,保證機(jī)器人能夠持續(xù)穩(wěn)定的完成除冰作業(yè)。因此需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)刀具的減速器,使其在有較大的減速比的情況下并且盡可能的小,并且有著一定的使用壽命,不會(huì)因?yàn)榕ぞ剡^(guò)高而發(fā)生失效。2.根據(jù)不同規(guī)格的輸電線路的導(dǎo)線橫截面的直徑,設(shè)計(jì)刀具支撐結(jié)構(gòu),使其可以根據(jù)不同粗細(xì)的導(dǎo)線選擇不同的刀具間距離,極大的增強(qiáng)該機(jī)器人的適用性,并且可以避免由于固定的刀具間距離而產(chǎn)生的遇到較粗的導(dǎo)線將其壓裂或者遇到較細(xì)的導(dǎo)線不能很好的完成除冰的問(wèn)題。五.主要參考文獻(xiàn)[1]李寧.覆冰輸電線路高頻高壓除冰技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2010.[2]黃新波,劉家兵,蔡偉,王小敬.電力架空線路覆冰雪的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)技術(shù),2008(04):23-28.[3]MontambaultS,PouliotN.TheHQLineROVer:contributingtoinnovationintransmissionlinemaintenance[C]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