一种输电线除冰机

一种输电线除冰机

技术领域

本发明专利涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种输电线除冰机。

背景技术

输电线路因受结冰危害通常容易引起严重的断线、杆塔倒塌、大面积停电、限电等 事故。对电力系统的安全运行造成了严重威胁，也一直是电力系统研究中急待解决的难点 问题。据不完全统计，自上世纪50年代以来，我国输电线路便不断遭受覆冰危害。2003年，由 覆冰引起的110～500kV输电线路跳闸79次，占总事故的3127%，其中500kV线路跳闸13次;由 于覆冰引起110～500kV线路非计划停运47次，占总事故的41。24% 。2004年12月至2005年2 月，我国华中电网出现大面积冰灾事故，仅湖南省就有700多万人受灾，直接经济损失超过 10亿元。2008年1月，南方多个省份遭受了50年一遇的冰雪灾害，华中、华东部分地区出现长 时间持续的大强度、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， 湖南电网14条500 kV、44条220 kV和121条 110 kV线路停运；江西电网17条500 kV、57条220 kV和168条110 kV线路停运; 浙江电网23 条500 kV、21条220 kV和14条110 kV线路停运，“西电东送”大通道江城、宜华500 kV直流线 路损坏严重，河南、重庆、四川等地的电网也受到不同程度的冲击和破坏。部分地区的线路 覆冰厚度达到40～60mm，远远超出了15～20 mm的设计值。贵州500kV骨干网基本瘫痪，华 中、华东电网几十条500kV线路倒塔、倒杆、解列和停运，最大电力缺口接近4000万kW。截至2 月12日，全国因灾停运线路共35968条，停运变电站1731座， 110～500kV线路倒塔8709座， 全国13个省份拉闸限电，共有17个省级电网电力供应紧张。全国受灾人口达1亿多，直接经 济损失超过1100亿元。

随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越的地 理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路维护带来很多困难. 而且 在严冬及初春季节，我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象，造成架空 输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭到破坏，安全运行受 到严重威胁。在紧急情况下，寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部 分覆冰线路除冰，人工除冰有很高的危险性。在国外，一些国家的地理与气候情况与我国相 似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效 率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设 备一直是国内外相关研究的热点。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰 具有较好的应用前景和实用意义。

发明专利内容

本发明专利涉及一种输电线除冰机，本发明采用四轮式结构布局，具有小型轻质，除冰 效率高，安装方便，适应环境能力强的特点，工作原理如图1所示，输电线除冰机工作时由行 走电机推动机器行走，通过大齿轮带动轴1转动，再通过两个减速齿轮组分别带动轴2和轴3 转动，驱动行走轮转动，并带动链轮回转，通过传动链带动行走轮2转动，实现输电线除冰机 在电线上行走。工作电机通过一组减速齿轮使轮5转动，驱动工作刀具做回转运动。

附图说明

图1：机构运动简图。

图2：轮式输电线除冰车组成框图及运动传递路线图。

图3：输电线轮式除冰机上部图。

图4：输电线轮式除冰机下部图。

图5：输电线除冰机减速器图。

图6：输电线除冰机电池组支架图。

图7：小齿轮形状结构图。

图8：滚刀图。

图9：除冰机除冰机构的传动装置图。

图10：右端后侧除冰机三维图图。

图11：左端后侧除冰机三维视图。

图12：除冰机正面三维视图。

图13：除冰机俯视图。

图14：除冰机仰视三维视图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明采用四轮式结构布局，具有小型轻质，除冰效率高，安装方便，适应环境能 力强的特点。工作原理如图1所示，输电线除冰机工作时由行走电机推动机器行走，通过大 齿轮带动轴1转动，再通过两个减速齿轮组分别带动轴2和轴3转动，驱动行走轮转动，并带 动链轮回转，通过传动链带动行走轮2转动，实现输电线除冰机在电线上行走。工作电机通 过一组减速齿轮使轮5转动，驱动工作刀具做回转运动。轮式输电线除冰机由电动机提供动 力。行走机构通过三级齿轮减速机构实现减速，除冰机构通过一级齿轮减速机构实现减速。 轮式输电线除冰机的组成框图，如图2所示。

进一步的，本发明的驱动方式选择电动机驱动，型号较多，选择范围广。在质量和 振动方面有着不可替代的优势。对环境无污染，可以满足环护要求。

进一步的，本发明的减速方式选择通过齿轮传动机构来完成。

进一步的，本发明的行走机构采用轮式行走机构。为了使轮式行走机构在输电线 上行走更加平稳，在行走轮中部开通一个直径为30mm的凹槽。

进一步的，本发明的除冰方式选择采用对滚铣削除冰法是最佳选择。

进一步的，本发明采用电机驱动，齿轮传动减速机构，轮式行走方式，对滚洗刀除 冰方式。

进一步的，如图3所示，输电线轮式除冰机上部能把小车悬挂在输电线上，提供向 上的支撑力。同时，具有一定的越障和减震能力，可以越过没有清理完全的覆冰。前端是除 冰机构的一部分，能使其完成除冰工作。

进一步的，如图4所示，输电线轮式除冰机下部向小车提供向前的推力，推进小车 向前行走。前端是除冰机构的一部分，能使其完成除冰工作。同时，通过齿轮机构与上部的 除冰机构和下面的电动机相连，实现动力传输。

进一步的，输电线轮式除冰机的减速器为三级展开式齿轮减速器。如图5所示，每 级传动比均是2。为了减轻减速器的重量，把减速器的外壳切除一部分。

进一步的，电池组支架用于存放电池组，为除冰机构和行走机构提供电能。为了减 轻输电线轮式除冰机的重量，支架设计成如图6所示。

进一步的，按照图7所示的传动方案，因为齿轮受轴向力很小，故选用直齿圆柱齿 轮传动，制作比较简单可以降低成本。该输电线轮式除冰机工作时的速度较低，所以选择8 级精度（GB10095-88）。由轮齿的失效形式可知，设计齿轮时，应该使齿面具有较高的抗磨 损、抗点蚀、抗胶合以及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断的能力。因此，对齿轮 的材料性能基本要求为：齿面要硬、齿芯要韧。一般齿轮材料有钢，铸铁，以及非金属材料。 根据齿轮材料选择的原则以及常用材料的力学特性选择大小齿轮的材料为ZG310-570，采 用表面淬火。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使得轮齿不至于过小， 故小齿轮不适宜选用过多的齿数，本设计中选择小齿轮齿数z=15，大齿轮的齿数，取。设计 传动比。除冰机正常行走时的速度为大约3m/s。设计除冰机的前后轮直径均为40mm。设想除 冰机工作时处于理想状况下即轮子只滚动不滑动。由此可得，后轮轴的转速约为。查机械设 计手册得：橡胶轮对输电线滚动摩擦力臂为10~15/mm，由于设计要求剪草机质量不大于 20Kg，则车轮沿输电线的最大滚动阻力矩为。设计输电线除冰机机工作寿命为8年。

进一步的，轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则 直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化 学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是 45号钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要 求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金 钢。必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多， 因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯 曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当 增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等） 以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸 铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中 的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。根据轴的常用材料及其主要力学性能，结 合此处的实际的情况，所受载荷小而且转速低所以三个轴均选择用45钢（调质）。

进一步的，轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要 取决于以下因素：轴在机器中的安装位置以及形式；轴上零件的类型，尺寸，数量以及和轴 联接的方法；载荷的性质，大小，方向以及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因 素较多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。设计 时必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：轴 和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的 制造工艺性等。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保 证的。轴肩 分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用 轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多 时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。套筒定位 结构简单，定位可 靠，轴上不需开槽﹑钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之 间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。 因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。圆螺母定位可承受大的 轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零 件，有双圆螺母和圆螺母与止动垫片两种型式。当轴上两零件间距离较大不宜使用套筒定 位时，也常采用圆螺母定位。轴承端盖 用螺钉或榫槽与箱体联接而使滚动轴承的外圈得到 轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现。轴上零件的周向定 位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键﹑花键、销﹑紧定螺 钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。有配合要求的轴段，应尽量采用标 准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及 所选配合的公差。为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦 伤，合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入 端应制出锥度；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。确定各轴段长度时，应尽 可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各 零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可 靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2～3mm。

进一步的，对滚铣削式除冰工作装置安装在输电线除冰机前端，通过滚压轮上的 组合刀片，依靠较高转速把输电线上的覆冰铣除。此方法工作效率高，清除效果好。剪切装 置由3片切削刀具组成。所有切削刀具固定在底刀架上 ，对滚除冰时轴线位置不动，刀刃为 直线型。滚刀结构如图8所示，滚刀的刀片形状为倾斜平面，中部有一方便与输电线接触的 弧度。刀刃为直线线，三片刀片均匀分布固定在刀架上。除冰时，滚刀对滚转动，两组滚刀逐 片组成剪口，覆冰随着滚刀刀片的旋转被切成碎屑，并被清除。上下刀刃在除冰过程中始终 没有接触。对滚刀具传动装置由图9中的两对齿轮组成。当电动机带动下车体上除冰机构齿 轮旋转式，上车体除冰机构的齿轮也跟着旋转。通过齿轮机构传动，实现对滚齿轮同步对 滚。为对滚刀具提供高效稳定的动力输出。

进一步的，除冰机构电机选择建议采用电机为300W。为除冰机构提供动力源。

进一步的，整机三维装配图如图10－14所示。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本 发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利 的保护范围之内。