高压电线除冰装置的设计研究
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摘 要 由于温度、湿度和风速与覆冰形成的最佳气象条件吻合，南方各省的输电线路大范围严重覆冰。然而，时至今日，在南方各省仍大多采用人工除冰的方式。由此可见，如何破除输电线路覆冰成为一个亟待解决的并具有实际意义的课题。本文提出了一种新型的电线除冰装置。
中图分类号：TM75 文献标识码：A
1背景意义
2008年1月我国南方数省输电线路遭遇历史上罕见的冰雪灾害。长时间持续的高强度、大范围低温雨雪冰冻天气，导致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的电网发生倒塔、断线、舞动、覆冰闪络等多种灾害。由于温度、湿度和风速与覆冰形成的最佳气象条件吻合，南方各省的输电线路大范围严重覆冰。加之冰冻天气持续时间长、强度大，导线和铁塔上的覆冰表现为生成―发展―保持―消融―再保持―再发展的循环过程，冰厚不断增加。雪灾造成国家电网公司直接财产损失达10415亿元，灾后电网恢复重建和改造需要投入资金390亿元。
时至今日，在南方各省仍大多采用人工除冰的方式。由此可见，如何破除输电线路覆冰成为一个亟待解决的很有实际意义的课题。为了达到除冰效率高、能耗小、安全性强、成本低、操作简便、适应力强的目的，我们从机械除冰的角度出发，设计了一种输电线路除冰机器人。
2国内外相关研究现状
2.1国内外相关除冰设备及技术的特点、发展趋势
（1）大电流融冰法：主要包括过电流融冰法、短路电流融冰法和直流电流融冰法。此类方法也是目前工程中普遍采用的方案，在实际运用过程中积累了许多宝贵经验。
（2）机械除冰法：滑轮刮铲法是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法，其过程是由地面工作人员拉动可以在线路上行走的滑轮达到铲除覆冰的目的。但该方法并不适用于我国西部高海拔、地形复杂地区。
（3）被动法：被动法就是依靠风、地球引力、随机散射和温度变化等脱冰的被动方法无需附加能量。现已经在输电线路上得到应用的有平衡重量、线夹、除冰环、阻雪环、憎水憎冰涂料、风力锤等来减少输电线路的覆冰，安装防震锤等来减少导线的舞动。被动法有费用低的优点，但不能阻止覆冰的形成，而且仅适用于特定的地区。
2.2除冰机研究的内容和意义
针对目前各类机械式除冰方法的不足之处，我们设想了一种全新的行走平台，它继承了轮式车辆移动速度快捷的特点，又具有骑挂在电线上的能力，在传动系统设计上采用了齿轮传动设计，结构相对简单，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能扩展性。作为一种运输平台，具有很广阔的功能开发空间。另外除冰机构也是本次设计的创新点，采用除冰牙具进行除冰，除冰效果好。
初步确定输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用三维制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。
设计的任务在于根据输电线系统的除冰需要，研制一种简单，实用的输电线除冰机。轮式输电线除冰机是一种用于，在山地、荒野、河流、湖泊等地理环境，不适合人工除冰的输电线路上清冰。它是适用于各种地貌，不会因为环境的改变而停止工作。它的前端是一对用于除冰的除冰牙，用于清除在电线结的冰。刀具的张开与闭合通过齿轮摆杆机构完成。轮式除冰机主体部分是行走机构。该设计采用压轮推进方式，机体上的两个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡，机体的重心位于输电线下方，这样机体不会在行进过程中出现倒转。两个动压轮分别与两个固定压轮配合，当推动动压轮时，动压轮向上抬升，与固定压轮配合从上下夹紧输电线，依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力。该设计的电力驱动分为两个分支：一部分直接传至除冰机构，供刀具除冰使用；另一部分传至动压轮，实现小车的行走。
3研究内容
确定本装置通过两排可以啮合的牙咬碎冰体，设计机构可以实现两牙的上下往复运动，由驱动轮驱动除冰器在除完冰的电线上行走，驱动轮上的刀齿可除掉结在电线上的较小块残冰。整个机器有独立的能源输出，有独立的能源供给。确定研究内容如下：
3.1行走部分设计
电机驱动小带轮旋转，将动力通过同步带传递给大带轮，通过行走轮带动整个装置在高压电线上稳定行走。下面的顶紧轮在弹簧的作用下顶紧，起辅助固定的作用。
3.2敲击装置设计
电机带动凸轮旋转，顶开敲击杆，使弹簧伸长，在弹簧回复力的作用下，带动敲击锤快速敲击电线上的冰。敲击锤敲击端是刃状的，这样能够在冰上产生很大的压强，很容易将冰敲碎。
4主要创新点
（1）便捷性。可替代原始的手工电线除冰方式，方便快捷，降低了工人的劳动强度和工作危险性。（2）自动控制。当除冰器从电缆的一端走到另一端后可以自动停止并返回，地面上的控制台可以独立控制除冰器，无需工作人员爬到高压电线上作业。（3）工艺性好。零件设计精巧、简单，便于加工，材料经济实用。（4）节能性。该设计运用交叉学科知识，机电结合，与现有的除冰方法相比较，效率高、能耗低。（5）变通性。工作牙设计成不同规格，可用于不同程度的雪灾结冰情况，操作方便，具有较好的变通性。
参考文献
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