高压输电线路除冰设备的设计(附件)
高压输电线路覆冰往往给国家带来严重的经济损失，给人民带来生命安全威胁，然而目前对于导线上的覆冰并没有很好的清除方式，所以本文设计了一个小型高效率的除冰机器人。本文首先对高压输电线路覆冰的情况与危害进行了解，针对该种情况分析了除冰机器人的工作环境与设计要求；然后对除冰机器人的整体设计方案做出了选择并对主要零件进行了选择与参数计算；最后用三维设计软件将零件设计出来并完成了装配。最终设计出一个可以满足设计要求的小型高压输电线路除冰机器人。关键词 高压输电线路，除冰，机器人
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文内容简介 5
2 除冰机器人的总体设计方案研究 6
2.1高压输电线路结构介绍 6
2.2除冰设备的工作原理 7
2.3设备结构的设计方案 8
3 除冰机器人的零件选择和参数设计 14
3.1电动机的选择 14
3.2齿轮机构的设计 14
3.3 轴的设计 18
3.4 轴承的选用与校核 20
3.5 除冰机器人装配图与爆炸图 21
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 绪论
1．1 研究背景和意义
高压输电线路一直在传输电力资源中起着不可或缺的作用，然而高压电线覆冰一直是威胁电力系统安全的一个重大隐患。高压电线覆冰会使电线载荷增加从而造成断线、倒杆、绝缘子闪络和通信中断等事故[1]。加拿大、日本、美国芬兰和我国在内的诸多国家都曾经因为高压输电线路覆冰引发事故，给人民生活、生产和国民经济运行带来极大的损失[2]。我国一直是受到冰雪灾害使高压输电线覆冰形式较为严峻的国家，十年前的大面积冰雪灾害给国民经济和社会生活带来了巨大的损失，受灾人口达到上亿之多，造成直接经济损失1200多亿元。然而由于高压输电线路档距高差较大、铁塔高柔等特点目前主要的除冰方法为人力除冰，此方法不仅效率低而且会给工人的生命安全带来威胁[3]。近些年来由于人类对自然环境的破坏导致全球气候发生变化，使得发生冰雪灾害的可能性和强度大大增加，为高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
压输电线路覆冰增加了可能性也使得线路上的覆冰厚度大大提升。因此合理设计出一个除冰效率高，安全可靠，操作方便，可以代替人力的除冰设备就极为重要。覆冰现象与危害如下图1.1.1和图1.1.2。
/ /
图1.1.1覆冰的高压输电线路
/ /
图1.1.2铁塔被不均匀覆冰导线不平衡拉力拉坏
1．2 国内外研究现状
高压线的正常工作对国家的各项发展有着不可忽视的重要性，它影响着人们生活的各方面。许多国家对于线路覆冰情况的处理以及除冰设备等方面进行了大量探索。
1.2.1 国内外输电线路主要除冰方法概述
国内外对于除冰技术和设备的研究都十分重视，目前除冰方法繁多，多达30余种，但是按照各自的除冰原理主要可以分为热力除冰法、机械除冰法、自然除冰法和其他除冰法[2]。
热力除冰法
热力除冰法的原理是通过将输电线路自身电能转化为热能达到使线路上覆冰融化的目的或者采用附加热源的方法使冰雪融化最后达到除冰以及防冰的方法。现在最常见的热力除冰法有带负荷除冰、短路电流除冰、直流除冰以及电阻丝伴随加热除冰四种方法。
带负荷除冰技术是目前最方便最常用的热力除冰方法，它能有效的除去覆冰。其原理是通过改变输电线路中某个装置的参数变化来使线路上的负载电流增加，利用焦耳原理使导线的温度达到零点以上从而融冰并最后达到除冰的目的。但是此种方法对线路上的部件要求较高，会使线路的安全稳定产生影响。短路电流出除冰法是目前许多国家常用的热力除冰方法，主要是通过人为的方法将覆冰导线中的导线短接，形成短接电流，在短时间内产生大量的热量从而达到除冰的目的。其中包括三项短路除冰技术、两项短路除冰技术、单向短路除冰技术，此种方法在我国部分地区应用广泛，但是短路引起的电压降对电路系统影响非常大且对操作的要求极高。直流除冰法是利用恒定直流把高压输电线路当成载荷然后用电压值比较小的电压对其提供电流加热表面有冰的导线使上面的覆冰融化。因为直流除冰技术需要稳定的直流电源向覆冰线路供电，所以该电源提供的电流方向和大小必须稳定不变，并且在导线电流变化的时候能够做出迅速的反馈来保证导线的温度不断升高。电阻丝伴随除冰法主要是依靠磁性材料的电阻性从而使伴随导线中有变化电流对导线进行间接的加热。
机械除冰法
机械除冰法从字面上理解就是利用敲打等外力使得线路上的结冰脱落掉离的方式；其可以分为“ad hoc”法、行走轮压刮法、EMP除冰法和自动化除冰法。
“ad hoc”法就是常见的敲打除冰法，由操作人员在现场借助木杆等绝缘物体对覆冰线路进行敲打使覆冰掉落。但是由于环境复杂且除冰效率低易发生人员伤亡，所以只在情况危急时使用该方法，使用范围很小。行走轮压刮法利用可在线路上行走的滑轮，借助牵引绳上力的作用使覆冰脱落并掉落[4]。EMP除冰法是指使输电线路在一定情况下短路然后两根导线之间产生适当的磁力使导线相互碰撞而使覆冰掉落。自动化除冰法主要指机器人除冰法，这是目前国内外都在研究的方向，也是本文的主要研究对象。
自然除冰法
自然除冰法是指不借助人为等外在力量而是依靠天然力实现去冰的方法。如主要利用风力、重力和太阳能等自然力作用使得覆冰脱落的方法。该方式省力省时但是除冰结果并不能保持均匀，会使导线附着不均匀的覆冰，更容易造成一些事故，不能保证安全。
其余除冰法
除了上述除冰方法还有激光除冰方法和利用8200kHz的高频高压激励的除冰方法等在现实生活中也被广泛应用和研究，技术也变得越来越成熟。如下图1.2.1为常见的除冰方法。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文内容简介 5
2 除冰机器人的总体设计方案研究 6
2.1高压输电线路结构介绍 6
2.2除冰设备的工作原理 7
2.3设备结构的设计方案 8
3 除冰机器人的零件选择和参数设计 14
3.1电动机的选择 14
3.2齿轮机构的设计 14
3.3 轴的设计 18
3.4 轴承的选用与校核 20
3.5 除冰机器人装配图与爆炸图 21
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 绪论
1．1 研究背景和意义
高压输电线路一直在传输电力资源中起着不可或缺的作用，然而高压电线覆冰一直是威胁电力系统安全的一个重大隐患。高压电线覆冰会使电线载荷增加从而造成断线、倒杆、绝缘子闪络和通信中断等事故[1]。加拿大、日本、美国芬兰和我国在内的诸多国家都曾经因为高压输电线路覆冰引发事故，给人民生活、生产和国民经济运行带来极大的损失[2]。我国一直是受到冰雪灾害使高压输电线覆冰形式较为严峻的国家，十年前的大面积冰雪灾害给国民经济和社会生活带来了巨大的损失，受灾人口达到上亿之多，造成直接经济损失1200多亿元。然而由于高压输电线路档距高差较大、铁塔高柔等特点目前主要的除冰方法为人力除冰，此方法不仅效率低而且会给工人的生命安全带来威胁[3]。近些年来由于人类对自然环境的破坏导致全球气候发生变化，使得发生冰雪灾害的可能性和强度大大增加，为高 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
压输电线路覆冰增加了可能性也使得线路上的覆冰厚度大大提升。因此合理设计出一个除冰效率高，安全可靠，操作方便，可以代替人力的除冰设备就极为重要。覆冰现象与危害如下图1.1.1和图1.1.2。
/ /
图1.1.1覆冰的高压输电线路
/ /
图1.1.2铁塔被不均匀覆冰导线不平衡拉力拉坏
1．2 国内外研究现状
高压线的正常工作对国家的各项发展有着不可忽视的重要性，它影响着人们生活的各方面。许多国家对于线路覆冰情况的处理以及除冰设备等方面进行了大量探索。
1.2.1 国内外输电线路主要除冰方法概述
国内外对于除冰技术和设备的研究都十分重视，目前除冰方法繁多，多达30余种，但是按照各自的除冰原理主要可以分为热力除冰法、机械除冰法、自然除冰法和其他除冰法[2]。
热力除冰法
热力除冰法的原理是通过将输电线路自身电能转化为热能达到使线路上覆冰融化的目的或者采用附加热源的方法使冰雪融化最后达到除冰以及防冰的方法。现在最常见的热力除冰法有带负荷除冰、短路电流除冰、直流除冰以及电阻丝伴随加热除冰四种方法。
带负荷除冰技术是目前最方便最常用的热力除冰方法，它能有效的除去覆冰。其原理是通过改变输电线路中某个装置的参数变化来使线路上的负载电流增加，利用焦耳原理使导线的温度达到零点以上从而融冰并最后达到除冰的目的。但是此种方法对线路上的部件要求较高，会使线路的安全稳定产生影响。短路电流出除冰法是目前许多国家常用的热力除冰方法，主要是通过人为的方法将覆冰导线中的导线短接，形成短接电流，在短时间内产生大量的热量从而达到除冰的目的。其中包括三项短路除冰技术、两项短路除冰技术、单向短路除冰技术，此种方法在我国部分地区应用广泛，但是短路引起的电压降对电路系统影响非常大且对操作的要求极高。直流除冰法是利用恒定直流把高压输电线路当成载荷然后用电压值比较小的电压对其提供电流加热表面有冰的导线使上面的覆冰融化。因为直流除冰技术需要稳定的直流电源向覆冰线路供电，所以该电源提供的电流方向和大小必须稳定不变，并且在导线电流变化的时候能够做出迅速的反馈来保证导线的温度不断升高。电阻丝伴随除冰法主要是依靠磁性材料的电阻性从而使伴随导线中有变化电流对导线进行间接的加热。
机械除冰法
机械除冰法从字面上理解就是利用敲打等外力使得线路上的结冰脱落掉离的方式；其可以分为“ad hoc”法、行走轮压刮法、EMP除冰法和自动化除冰法。
“ad hoc”法就是常见的敲打除冰法，由操作人员在现场借助木杆等绝缘物体对覆冰线路进行敲打使覆冰掉落。但是由于环境复杂且除冰效率低易发生人员伤亡，所以只在情况危急时使用该方法，使用范围很小。行走轮压刮法利用可在线路上行走的滑轮，借助牵引绳上力的作用使覆冰脱落并掉落[4]。EMP除冰法是指使输电线路在一定情况下短路然后两根导线之间产生适当的磁力使导线相互碰撞而使覆冰掉落。自动化除冰法主要指机器人除冰法，这是目前国内外都在研究的方向，也是本文的主要研究对象。
自然除冰法
自然除冰法是指不借助人为等外在力量而是依靠天然力实现去冰的方法。如主要利用风力、重力和太阳能等自然力作用使得覆冰脱落的方法。该方式省力省时但是除冰结果并不能保持均匀，会使导线附着不均匀的覆冰，更容易造成一些事故，不能保证安全。
其余除冰法
除了上述除冰方法还有激光除冰方法和利用8200kHz的高频高压激励的除冰方法等在现实生活中也被广泛应用和研究，技术也变得越来越成熟。如下图1.2.1为常见的除冰方法。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1945.html
