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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
趙鵬飛
學(xué)號(hào)
05208325
專業(yè)班級(jí)
機(jī)制3班
指導(dǎo)教師
楊義勇
職稱
教授
單 位
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)（北京）
課題性質(zhì)
設(shè)計(jì) 論文□
課題來(lái)源
科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn) 其它□
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
西南地區(qū)電網(wǎng)線纜除冰機(jī)器人設(shè)計(jì)
一、研究目的及意義
我國(guó)是輸電線路覆冰最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，2008年1月我國(guó)南方數(shù)省輸電線路遭遇歷史上罕見(jiàn)的冰雪災(zāi)害。長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的高強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣，導(dǎo)致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動(dòng)、覆冰閃絡(luò)等多種災(zāi)害。雪災(zāi)造成國(guó)家電網(wǎng)公司直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)104．5億元，災(zāi)后電網(wǎng)恢復(fù)重建和改造需要投入資金390億元?。高壓輸電線路大面積覆冰是造成電網(wǎng)損失的主要原因，而采用人工除冰的方法不僅效率低下，而且對(duì)電力工人的生命安全造成了極大的威脅，因此研發(fā)輸電線路在線除冰機(jī)器人，利用機(jī)器人代替人工除冰，對(duì)于保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行以及電力維護(hù)人員生命安全等都具有極其迫切的現(xiàn)實(shí)意義。防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等部件是高壓輸電線路安裝中必要的附件，但是對(duì)于在線上行走的除冰機(jī)器人來(lái)說(shuō)，就構(gòu)成了使其不能平坦行走的障礙。所以障礙物的檢測(cè)與識(shí)別是除冰機(jī)器人在線自動(dòng)行走時(shí)必須完成的工作，是實(shí)現(xiàn)除冰機(jī)器人在線行走的關(guān)鍵技術(shù)之一。
二、研究現(xiàn)狀
通過(guò)這個(gè)課題的研究，我們能通過(guò)一種機(jī)械設(shè)備，較高效率的代工作人員預(yù)防和除去因雨雪冰凍引起的線纜冰凍災(zāi)害，減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，保障電力設(shè)施的正常運(yùn)行，降低電力公司的損失，保障民生活的正常進(jìn)行。
如今一些國(guó)家也在研究線纜除冰問(wèn)題，不少國(guó)家在此領(lǐng)域也有不少成就，線纜除冰技術(shù)關(guān)系到人們生活中的各個(gè)方面，除了電力公司設(shè)備設(shè)施，工作人員的安全外，還關(guān)系到交通運(yùn)輸，生活用電等。各種除冰技術(shù)及除冰方案也有所不同，目前國(guó)內(nèi)外的除冰技術(shù)有30余種，常見(jiàn)的就有熱力融冰法、機(jī)械除冰法、自然被動(dòng)法和其他方法。
三、國(guó)內(nèi)的一些研究成果
熱力融冰法[1]就是利用電阻焦耳效應(yīng)發(fā)熱來(lái)融化線纜上的覆冰，具體操作方法為當(dāng)供電線纜上的冰層達(dá)到一定厚度時(shí)，先停止供電，斷開(kāi)供電導(dǎo)線與兩端設(shè)備的聯(lián)接，在線路的一段用臨時(shí)導(dǎo)線將結(jié)冰的供電導(dǎo)線聯(lián)通，而在另一端接上除冰用的臨時(shí)電源和滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電流的大小，使供電導(dǎo)線的溫度保持在一定的范圍內(nèi)。
已有的機(jī)械除冰法也有各種各樣的機(jī)構(gòu)形式：文獻(xiàn)[架空高壓輸電線除冰機(jī)器人設(shè)計(jì)]給出了一種由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，滑塊沿軸線方向高速往復(fù)滑動(dòng)，沖擊頭與滑塊固接，帶動(dòng)沖擊頭敲打覆冰。其沖擊頭構(gòu)件零件圖如圖1所示：
圖1 敲打式除冰沖擊頭
這種機(jī)構(gòu)除冰方式可以用于不同厚度形狀的覆冰，但由于覆冰在低溫下具有粘性，沖擊頭破冰后，可能在電線上粘有一層薄冰層，可能會(huì)使得破冰不夠徹底，且影響除冰效率。
文獻(xiàn)[高壓輸電線上除冰機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)}]提出了一種壓輪推進(jìn)方式除冰機(jī)構(gòu)，該機(jī)器人除冰刀具如圖2所示：
圖2 壓輪推進(jìn)式機(jī)器人刀具示意圖
該設(shè)計(jì)機(jī)體上的兩個(gè)固定壓輪騎掛在輸電線上保持機(jī)體的平衡，機(jī)體的重心位于輸電線下方，另兩個(gè)動(dòng)力壓輪分別與兩個(gè)固定壓輪配合，當(dāng)推動(dòng)動(dòng)壓輪時(shí), 動(dòng)壓輪向上抬升, 與固定壓輪配合從上下夾緊輸電線, 依靠壓輪與輸電線的摩擦獲得前進(jìn)的動(dòng)力，機(jī)體前部的除冰機(jī)構(gòu)呈圓柱形, 分為上下兩個(gè)。工作時(shí)圓柱形除冰機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn), 在推進(jìn)過(guò)程中將覆冰切削成粉末而將冰破除。
這種除冰機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是：此機(jī)構(gòu)小巧玲瓏，結(jié)構(gòu)緊湊，刀具能夠和高壓輸電線較好的貼合，而且刀身的弧形設(shè)計(jì)又能避免刀具對(duì)電線本身造成的切削傷害，這種刀具配合高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，能達(dá)到較好的除冰效果，但是這種特殊的機(jī)構(gòu)形式?jīng)Q定了它的除冰速度必然低下，相對(duì)其他方案，在同樣的能耗下，可能效率不夠明顯。
湖南大學(xué)在2009年11月份申請(qǐng)的一份專利《架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)》[7]如下圖所示：
圖3 破冰錐破冰機(jī)構(gòu)示意圖
該裝置安裝于架空線除冰機(jī)器人的前端，其特征在于，在所述的除冰機(jī)構(gòu)的前端設(shè)有冰刀底座，在所述的除冰底座上安裝有用于在架空線除冰機(jī)器人推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行除冰的組合冰刀。所述的架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)還包括破冰錐套、安裝于破冰錐套內(nèi)的可伸縮的破冰錐、破冰錐底座、凸輪、彈簧和破冰電機(jī)。該除冰機(jī)構(gòu)i結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、安裝、拆卸和更換都很方便，可以適用于不同覆冰程度的架空線，除冰效果好。
四、國(guó)外的主要成就
基于機(jī)械振動(dòng)與撞擊原理的電磁力技術(shù)和電脈沖技術(shù)[4]是為飛行器除冰研制的。但是，由于電磁力或電脈沖可以使導(dǎo)線產(chǎn)生強(qiáng)烈而又在控制范圍內(nèi)的振動(dòng)，所以二者也是架空線路易接受的除冰方法之一。為飛行航空器除冰研制的基于機(jī)械沖擊和沖撞的3種技術(shù)是：1985年由Finke和Banks、1988年由Mulherin和Donald—son、1991年由Graber和Mack等分別研究和改進(jìn)的超聲振動(dòng)除冰技術(shù)[5]；1988年由zumwalt和Egbert、1993年Bond和Shin、1994年由Smith等分別研究和改進(jìn)的電磁脈沖除冰技術(shù)；1992年由Martin和Putt、1996年由Loughborough和Hass等研制和應(yīng)用的氣動(dòng)脈沖除冰技術(shù)[6]。電磁脈沖技術(shù)將是輸電線路除冰最易接受的方法。美國(guó)堪薩斯州的wichita州立大學(xué)也提出了電脈沖法除冰(Electro—Impulse De—Icing，EIDI)，即利用電容器組向線圈放電，由線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在置于線圈附近的導(dǎo)電板(即目標(biāo)物)上產(chǎn)生一個(gè)幅值高、持續(xù)時(shí)間短的機(jī)械力，使冰破裂而脫落，但在線路融冰研究方面因技術(shù)不成熟和費(fèi)用過(guò)高沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目的。
五、主要內(nèi)容和要求
根據(jù)安排，我的任務(wù)是完成除冰機(jī)械人的控制設(shè)計(jì)，其中如何完成機(jī)械人的爬行設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行重力分配，結(jié)構(gòu)尺寸大小，強(qiáng)度等都將是所要面臨的問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題我將會(huì)進(jìn)行細(xì)心地研究與檢測(cè)。
六、時(shí)間安排
2月10 日～2月25日 查閱資料準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告
2月25 日～2月26日 外文翻譯
2月26 日～4月22日 主要部件設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算
4月23 日～5月19日 評(píng)閱、畢業(yè)答辯
七、預(yù)期結(jié)果
除了完成設(shè)計(jì)所要求的：了解現(xiàn)在電網(wǎng)線纜除冰機(jī)器人的發(fā)展概況，及使用過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷，根據(jù)使用缺陷改進(jìn)電網(wǎng)線纜除冰機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，并確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)改進(jìn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，并繪制裝配圖和零件圖。還要對(duì)自己四年的學(xué)習(xí)做一個(gè)總結(jié)和復(fù)習(xí)。
八、參考文獻(xiàn)
[1] 王肖然. 供電線路快速除冰方案[J ]. 發(fā)明與創(chuàng)新, 2008年6月。.
[2] 李海，張吉等 .架空高壓輸電線除冰機(jī)器人設(shè)計(jì)[J ]. 中國(guó)科技信息，2010年第19期。
[3] 王超，魏世明，廖啟征. 高壓輸電線上除冰機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J ].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010年2月。
[4] 繆思怡，孫煒，張海霞. 基于小波矩的高壓輸電線路除冰機(jī)器人障礙智能視覺(jué)識(shí)別方法[J ]，機(jī)器人，2010年5月
[5] Serge Jourden. De—leer Installation at Lrvis Substation on Hydro Qurbec’s High Voltage System[J].SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY，2009，Vol.3 No.1：P1-6.
[6] László E. Kollár , Ossama Olqma , Masoud Farzaneh，Natural wet-snow shedding from overhead cables [J]. Cold Regions Science and Technology，2010,年5月
[7] 王聰，孫煒，向陽(yáng)琴. 架空線除冰機(jī)器人的除冰機(jī)構(gòu)[J ]. 機(jī)器人技術(shù)，2009年11月。