一種架空電線除冰器的設(shè)計(jì)

朱建鑫,王躍進(jìn),鄭　威,張　杰,余金寶,譚晨佼（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇　無(wú)錫　214122）

一種架空電線除冰器的設(shè)計(jì)

朱建鑫,王躍進(jìn),鄭威,張杰,余金寶,譚晨佼
（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122）

摘要：介紹了一種機(jī)械式清除高壓輸電線路覆冰和積雪的裝置，裝有三把除冰犁刀的C型開(kāi)口齒輪的應(yīng)用,可直接將電線置于旋轉(zhuǎn)刀具中心,高效刨去電纜上的覆冰；上、下兩對(duì)弧面行走輪，在裝置自身重力作用下可靠夾緊電線，由單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沿電線緩緩前行。

關(guān)鍵詞：除冰器;架空線路;除冰措施

1　前言

嚴(yán)重的輸電線路覆冰(見(jiàn)圖1)會(huì)導(dǎo)致桿塔傾斜、倒塌、斷線及絕緣子閃絡(luò)以及因不均勻覆冰和隨機(jī)脫冰所引起的電線舞動(dòng)等現(xiàn)象，并由此引起線路跳閘、供電中斷等事故[1][2]。由于發(fā)生冰害時(shí)，往往天氣惡劣，交通受阻，通訊中斷，搶修十分困難，因而造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的停電，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活造成嚴(yán)重影響。目前國(guó)內(nèi)外采用的電線除冰方法主要有熱力除冰和機(jī)械除冰類，而對(duì)于較為嚴(yán)重的電線覆冰，一般以人工上線除冰最為有效，而人工除冰效率較低且具有一定的危險(xiǎn)性。我國(guó)科研設(shè)計(jì)工作者一直未解決電路覆冰問(wèn)題不懈的探索，但到目前為止，我們對(duì)輸電線路覆冰問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力工業(yè)發(fā)展的要求[1]。我們?cè)诜治隽烁鞣N除冰裝置的基礎(chǔ)上，提出一種新的機(jī)械式架空電線除冰的解決方案，并研制了一臺(tái)新的除冰裝置，可以為架空電線除冰作業(yè)帶來(lái)便利。

圖1　輸電線覆冰情況

2　架空電線除冰器工作原理

2.1總體結(jié)構(gòu)

我們所設(shè)計(jì)的除冰裝置總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，機(jī)架上裝有24V蓄電池1，選用帶有減速箱一體的直流電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)較小齒輪3、C型開(kāi)口齒輪4繞著電線以300rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，C型開(kāi)口齒輪上安裝有三把除冰犁刀6，為了提高除雪效率，除冰犁刀進(jìn)行按鏵犁曲面制作，刀尖焊上硬質(zhì)合金刀具，犁刀頭貼近電線表面，犁刀根部在最外圈的結(jié)構(gòu)形式。夾持機(jī)構(gòu)由兩對(duì)行走組成，即上行走輪8、8’，下行走輪10、10’，與電線接觸的輪面凹槽為與電線表面吻合的圓弧面，上行走輪為主動(dòng)輪，由單獨(dú)的滾輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)9驅(qū)動(dòng)，同步帶7保持兩上滾輪同步。

2.2C型開(kāi)口齒輪的應(yīng)用

C型開(kāi)口齒輪4是本除冰裝置的核心部件，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖3。該開(kāi)口齒輪上開(kāi)有比電線直徑略大的槽，這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)，克服了完整齒輪無(wú)法把電線置于齒輪圓心位置的困難，同時(shí)能方便把除冰器掛到電線上。C型開(kāi)口齒輪4內(nèi)外圈均開(kāi)有環(huán)形槽，這是對(duì)該齒輪安裝定位的專門設(shè)計(jì)。C型開(kāi)口齒輪4上開(kāi)有三個(gè)螺紋孔，是為了安裝三把除冰犁刀。

2.3C型開(kāi)口齒輪的傳動(dòng)裝置

C型開(kāi)口齒輪安裝、旋轉(zhuǎn)的原理見(jiàn)附圖4所示：C型開(kāi)口齒輪4內(nèi)圈配置四個(gè)支撐滾14，外圈配置六個(gè)支撐滾15，它們共同約束C型開(kāi)口齒輪4，在其下方的兩個(gè)小齒輪3和3’帶動(dòng)下作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)張緊輪12和同步齒形帶13使小齒輪3、3’同步同方向旋轉(zhuǎn)。小齒輪3、3’之間的距離，大于C型開(kāi)口齒輪4上的槽寬，這是為了保證C型開(kāi)口齒輪的開(kāi)口位置運(yùn)轉(zhuǎn)到一個(gè)小齒輪處時(shí)，另一個(gè)小齒輪與之處于嚙合狀態(tài)，始終不會(huì)失去動(dòng)力。

圖2　除冰裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　C型開(kāi)口齒輪主、左視圖

2.4行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

這部分桿件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，我們用圖5所示運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示，其中圖5(a)所示為行走輪機(jī)構(gòu)張開(kāi)狀態(tài)，圖5(b)所示為行走輪機(jī)構(gòu)合攏狀態(tài)。上、下行走輪8和10（8’、與8，10’與10分別裝配在同一直桿上，它們的動(dòng)作是同步的，在圖示方向上，8’、8和10’、10是重影的）是分開(kāi)的。除冰開(kāi)始時(shí)，先由人工在電線上清除掉一段覆冰，操作人員攜除冰器，將C型開(kāi)口齒輪4套上電線5，再調(diào)整其姿態(tài)將上行走輪8和8’的圓弧凹槽架到電線上。當(dāng)操作人員逐步放手，除冰器較大的自重慢慢加載到電線上時(shí)，彈簧23被壓縮，上行走輪8所在的支架桿及滑塊21將沿著鉛垂導(dǎo)槽22向上移動(dòng)。同時(shí)，滑塊21帶動(dòng)導(dǎo)槽使上擺桿20繞上支軸19逆時(shí)針擺動(dòng)，再通過(guò)連桿18，帶動(dòng)安裝有下行走輪10的下擺桿16繞下支軸17也作逆時(shí)針擺動(dòng)，直至上、下行走輪在電線位置合攏，其狀態(tài)如附圖5(b)所示。整個(gè)除冰器的重量約有30kg，當(dāng)其完全地掛上電線后，自身重量都轉(zhuǎn)化成行走輪對(duì)電線的壓緊力，從而保證了行走機(jī)構(gòu)能夠在電線上不打滑地平穩(wěn)行走。需要說(shuō)明的是，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中下支軸17和上支軸19，是除冰器機(jī)架上和電線平行的兩根支承軸。

圖4　C型開(kāi)口齒輪傳動(dòng)裝置

圖5　行走輪開(kāi)合機(jī)構(gòu)

3　試驗(yàn)情況

我們制作的架空電線除冰裝置，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，可以可靠地懸掛于φ24的鋼芯鋁絞線上，且可以爬坡15-20°不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，除冰犁刀以電線為軸芯高速旋轉(zhuǎn)除冰，滿足了設(shè)計(jì)預(yù)期。行走機(jī)構(gòu)用遙控指揮，前進(jìn)后退皆靈活自如。

4　結(jié)論

本課題來(lái)自于江南大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽,課題結(jié)合我國(guó)的冰雪災(zāi)害的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)研制了這臺(tái)架空電線除冰裝置，通過(guò)設(shè)計(jì)制作，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，雖然制作的不夠完美，也可以說(shuō)還存在著很多問(wèn)題，但它為解決覆冰問(wèn)題提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)的解決方案，具有一定的應(yīng)用價(jià)值[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣興良,易輝編.輸電線路覆冰及防護(hù).北京：中國(guó)電力出版社，2002(01).

[2]劉和云.架空導(dǎo)線覆冰防冰的理論與應(yīng)用.北京：中國(guó)鐵道出版社，2001(05).

[3]張?zhí)鞓?lè).一種架空電纜除冰機(jī)設(shè)備研制.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(23).