談導線防震錘復位裝置方案設計
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摘要:因為外部原因高壓線路防震錘會發(fā)生偏移，只有當防震錘恢復到原來位置時才能發(fā)揮防震錘應有的作用，所以其復位裝置尤其凸顯。主要講述了一種具有越障功能與移動功能和機械對中功能的防震錘復位裝置。
關鍵詞:防震錘;復位裝置;架空線路
1方案設計要求
想要完成復位裝置所要實現(xiàn)的功能首先就要解決復位裝置如何在高壓電線上安全穩(wěn)定的行走，以及在行走過程中如何控制其行動方式和行動軌跡。在行走中有時會遇見高壓電線的間隔棒和需跨越其他的防震錘，以及所要移動的防震錘的跨越，所以在行走過程中需要解決障礙阻擋的問題(改進行走機構，解決行走中的越障)。在越過障礙后已經初步找準防震錘的位置，但所要找準的最重要的是防震錘安裝處的螺栓。如何能夠使擰緊機構和螺栓的對中，在此問題中主要涉及機器的多方向、多角度的運動問題，以及視覺識別等問題。在對中之后需要解決“松－帶－緊”的過程，即先送開緊固螺栓使防震錘能夠被順利拖動，然后帶動防震錘移動到需要重新放置的位置，最后擰緊螺栓。在這個問題上就要設法實現(xiàn)螺栓松緊問題，以及帶動防震錘移動的方式。根據(jù)以上方案設計要求，本次的設計主要涉及到三大部分(行走越障部分、對中擰緊部分、加持帶動部分)。以及六個功能(行走功能、越障功能、對中功能、卸裝功能、加持功能、帶動功能)。因此，必須針對不同的部分與功能設計出可實行的方案。
2移動越障部分
根據(jù)對高壓線路環(huán)境的分析以及作業(yè)的要求，通過分析國內外現(xiàn)有的巡線機器人機械方案的優(yōu)缺點，然后優(yōu)化設計組合，最終提出了一種適合高壓線路特點的單導線復位裝置結構方案。行走部分選擇輪子懸掛在高壓電線的形式進行移動，由電機鏈輪帶動。使用螺旋轉動轉變?yōu)橐苿樱ㄟ^導軌演變成伸縮桿機構，利用伸縮桿使輪子升起和落下來控制輪子進行越障。具體越障過程如圖1所示。過程①，發(fā)動機通過鏈輪帶動輪子進行移動，當移動到障礙物處(例如防震錘)，前輪通過伸縮桿升起，高度超過防震錘線夾高度;過程②，由中輪和后輪保持裝置穩(wěn)定繼續(xù)前行，直到前輪越過防震錘線夾;過程③，前輪下降，當前輪懸掛在高壓線上后中輪上升，此時由前輪和后輪支撐裝置移動;過程④，裝置繼續(xù)前行，當中輪越過防震錘線夾同過程③一般，中輪懸掛在高壓線上后后輪上升，由前輪和中輪支撐裝置移動;過程⑤，當后輪行進超過防震錘時后輪下降，此時整個越障過程完成。該機器人采用對稱結構，由完全相同的三個吊臂組成支撐結構，如圖2，每個吊臂包含了開合驅動裝置、壓緊裝置和行走單元，兩部分之間再由中間主梁加兩個轉動關節(jié)連接起來。從圖2中看出，該機構主要包括升起模塊、行走模塊、壓緊單元和驅動單元。由于本方案是采用兩個直流電機驅動，每兩單元間相互獨立。因此，四個功能單元可以同時驅動，也可以單獨驅動，從而可以最大化地提高越障效率。驅動模塊采用鏈輪傳動，傳動比精確，結構緊湊，可以有效減小機器人的體積。實現(xiàn)力矩與動力的傳遞，控制整個行走單元的前后移動。因為輪子需要上下移動，所以鏈輪轉動包括大鏈輪、小鏈輪、張緊輪，用鏈輪驅動軸系轉動。為了保證鏈輪不影響越障，鏈輪分布在機器外側，大鏈輪與小鏈輪有角度的分布，在一邊放置張緊輪。行走模塊主要由行走輪組成，挎在高壓電線上，由輪系傳動帶動輪子滾動，其輪子下有凹槽，可以橫跨在高壓電線上。要實現(xiàn)機器人在高壓線上的行走動作，至少需要兩組輪子獨立驅動:升起模塊由利用輪旋傳動帶動輪子的升起，并保障越障的快速性和穩(wěn)定性，在軸系下的箱座按有螺母，兩側按有導軌引導輪子上升，以實現(xiàn)機器人在高壓線上的行走動作。需要至少兩組輪系獨立驅動，又因為越障時有一輪子需要升起，因此設計為三組輪系。其中中間一組可以不設置驅動模塊只進行支撐即可，這樣實現(xiàn)機器人在線上的來回移動和越障;壓緊單元是在機器人在行走時時，通過壓緊單元與行走輪配合壓緊高壓電線，實現(xiàn)驅動其向前運動，實現(xiàn)跨越障礙物。其在越障時用螺旋轉動向下移動并且旋轉到背后防止和防震錘碰撞。在此處說明升起螺桿和壓緊螺桿為同一根軸設計，以減少提及以及點擊的使用。
3對中卸裝部分
底座的移動也選用螺桿進行帶動，三個方向設置三個螺旋傳動，這樣就可以滿足三維空間里三個正方向的對中，底座之上是一個旋轉機構可以控制扳手的角度，從而滿足螺栓角度問題，在旋轉機構之上安裝筒狀扳手負責擰緊螺栓。如圖3所示，對中部分需要滿足三個方向的移動以及轉動，擰緊需要扳手或加持機構進行扭轉，此部分分為三個模塊，移動模塊、轉動模塊、擰緊模塊。移動模塊主要控制三個方向的移動，最下面通過螺桿傳動和軌道輔助控制X方向的移動，同理控制Y和Z方向的移動，螺桿兩端由支撐座固定，中間連螺母帶動原件移動;轉動模塊主要控制擰緊模塊的角度，用以滿足螺栓的角度要求，在旋轉軸上按有鍵來帶動擰緊模塊的轉動，鍵安裝為可滑動鍵，兩側按有彈簧，在對中的時候如果有偏移可以使知滿足此偏移;擰緊模塊主要負責擰緊和擰松螺栓，在此結構的下側為一個小型的導桿下方案有彈簧，因為在旋轉螺栓時螺母不只有轉動還有移動。
4夾持帶動結構設計
本設計采用四桿機構進行夾持，具體實施方式如圖4。夾持部分主要功能是夾住防震錘防止防震錘的顫動，此結構分為連桿模塊和驅動模塊。連桿模塊為四桿機構來實現(xiàn)加緊，其結構形狀為一般的圓柱形連桿;驅動模塊是連桿機構是靠最下方一個移動桿帶動的，所以在下方需要一個螺桿帶動移動。
根據(jù)以上方案內容進行設計與組裝，在滿足設計要求的條件上繪制了機箱內的3D效果圖，如圖5所示。6結語本文給出了一種防震錘復位裝置的設計思路與方案，并且在此方案根據(jù)防震錘復位的需求提出了如何越障、對中等問題的解決方法。總體上此方案的應用可以解決防震錘由于固定螺栓松動，導致防震錘沿電線滑移的問題，增加了高壓線路的穩(wěn)定性。
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作者：王博通 張家田 周思迪 李磊 劉浩 單位： 西安石油大學電子工程學院