談導(dǎo)線防震錘復(fù)位裝置方案設(shè)計(jì)
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摘要:因?yàn)橥獠吭蚋邏壕€路防震錘會(huì)發(fā)生偏移，只有當(dāng)防震錘恢復(fù)到原來位置時(shí)才能發(fā)揮防震錘應(yīng)有的作用，所以其復(fù)位裝置尤其凸顯。主要講述了一種具有越障功能與移動(dòng)功能和機(jī)械對(duì)中功能的防震錘復(fù)位裝置。
關(guān)鍵詞:防震錘;復(fù)位裝置;架空線路
1方案設(shè)計(jì)要求
想要完成復(fù)位裝置所要實(shí)現(xiàn)的功能首先就要解決復(fù)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(dòng)方式和行動(dòng)軌跡。在行走中有時(shí)會(huì)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(dòng)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(jìn)行走機(jī)構(gòu)，解決行走中的越障)。在越過障礙后已經(jīng)初步找準(zhǔn)防震錘的位置，但所要找準(zhǔn)的最重要的是防震錘安裝處的螺栓。如何能夠使擰緊機(jī)構(gòu)和螺栓的對(duì)中，在此問題中主要涉及機(jī)器的多方向、多角度的運(yùn)動(dòng)問題，以及視覺識(shí)別等問題。在對(duì)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(dòng)，然后帶動(dòng)防震錘移動(dòng)到需要重新放置的位置，最后擰緊螺栓。在這個(gè)問題上就要設(shè)法實(shí)現(xiàn)螺栓松緊問題，以及帶動(dòng)防震錘移動(dòng)的方式。根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)要求，本次的設(shè)計(jì)主要涉及到三大部分(行走越障部分、對(duì)中擰緊部分、加持帶動(dòng)部分)。以及六個(gè)功能(行走功能、越障功能、對(duì)中功能、卸裝功能、加持功能、帶動(dòng)功能)。因此，必須針對(duì)不同的部分與功能設(shè)計(jì)出可實(shí)行的方案。
2移動(dòng)越障部分
根據(jù)對(duì)高壓線路環(huán)境的分析以及作業(yè)的要求，通過分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的巡線機(jī)器人機(jī)械方案的優(yōu)缺點(diǎn)，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，最終提出了一種適合高壓線路特點(diǎn)的單導(dǎo)線復(fù)位裝置結(jié)構(gòu)方案。行走部分選擇輪子懸掛在高壓電線的形式進(jìn)行移動(dòng)，由電機(jī)鏈輪帶動(dòng)。使用螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?dòng)，通過導(dǎo)軌演變成伸縮桿機(jī)構(gòu)，利用伸縮桿使輪子升起和落下來控制輪子進(jìn)行越障。具體越障過程如圖1所示。過程①，發(fā)動(dòng)機(jī)通過鏈輪帶動(dòng)輪子進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)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(dāng)前輪懸掛在高壓線上后中輪上升，此時(shí)由前輪和后輪支撐裝置移動(dòng);過程④，裝置繼續(xù)前行，當(dāng)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(dòng);過程⑤，當(dāng)后輪行進(jìn)超過防震錘時(shí)后輪下降，此時(shí)整個(gè)越障過程完成。該機(jī)器人采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由完全相同的三個(gè)吊臂組成支撐結(jié)構(gòu)，如圖2，每個(gè)吊臂包含了開合驅(qū)動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接起來。從圖2中看出，該機(jī)構(gòu)主要包括升起模塊、行走模塊、壓緊單元和驅(qū)動(dòng)單元。由于本方案是采用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每?jī)蓡卧g相互獨(dú)立。因此，四個(gè)功能單元可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)，也可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，從而可以最大化地提高越障效率。驅(qū)動(dòng)模塊采用鏈輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比精確，結(jié)構(gòu)緊湊，可以有效減小機(jī)器人的體積。實(shí)現(xiàn)力矩與動(dòng)力的傳遞，控制整個(gè)行走單元的前后移動(dòng)。因?yàn)檩喿有枰舷乱苿?dòng)，所以鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)包括大鏈輪、小鏈輪、張緊輪，用鏈輪驅(qū)動(dòng)軸系轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證鏈輪不影響越障，鏈輪分布在機(jī)器外側(cè)，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(dòng)帶動(dòng)輪子滾動(dòng)，其輪子下有凹槽，可以橫跨在高壓電線上。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在高壓線上的行走動(dòng)作，至少需要兩組輪子獨(dú)立驅(qū)動(dòng):升起模塊由利用輪旋傳動(dòng)帶動(dòng)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(cè)按有導(dǎo)軌引導(dǎo)輪子上升，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在高壓線上的行走動(dòng)作。需要至少兩組輪系獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，又因?yàn)樵秸蠒r(shí)有一輪子需要升起，因此設(shè)計(jì)為三組輪系。其中中間一組可以不設(shè)置驅(qū)動(dòng)模塊只進(jìn)行支撐即可，這樣實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在線上的來回移動(dòng)和越障;壓緊單元是在機(jī)器人在行走時(shí)時(shí)，通過壓緊單元與行走輪配合壓緊高壓電線，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)其向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跨越障礙物。其在越障時(shí)用螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)并且旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)，以減少提及以及點(diǎn)擊的使用。
3對(duì)中卸裝部分
底座的移動(dòng)也選用螺桿進(jìn)行帶動(dòng)，三個(gè)方向設(shè)置三個(gè)螺旋傳動(dòng)，這樣就可以滿足三維空間里三個(gè)正方向的對(duì)中，底座之上是一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以控制扳手的角度，從而滿足螺栓角度問題，在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之上安裝筒狀扳手負(fù)責(zé)擰緊螺栓。如圖3所示，對(duì)中部分需要滿足三個(gè)方向的移動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)，擰緊需要扳手或加持機(jī)構(gòu)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，此部分分為三個(gè)模塊，移動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、擰緊模塊。移動(dòng)模塊主要控制三個(gè)方向的移動(dòng)，最下面通過螺桿傳動(dòng)和軌道輔助控制X方向的移動(dòng)，同理控制Y和Z方向的移動(dòng)，螺桿兩端由支撐座固定，中間連螺母帶動(dòng)原件移動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)軸上按有鍵來帶動(dòng)擰緊模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，鍵安裝為可滑動(dòng)鍵，兩側(cè)按有彈簧，在對(duì)中的時(shí)候如果有偏移可以使知滿足此偏移;擰緊模塊主要負(fù)責(zé)擰緊和擰松螺栓，在此結(jié)構(gòu)的下側(cè)為一個(gè)小型的導(dǎo)桿下方案有彈簧，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)螺栓時(shí)螺母不只有轉(zhuǎn)動(dòng)還有移動(dòng)。
4夾持帶動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾持，具體實(shí)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(dòng)，此結(jié)構(gòu)分為連桿模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。連桿模塊為四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)加緊，其結(jié)構(gòu)形狀為一般的圓柱形連桿;驅(qū)動(dòng)模塊是連桿機(jī)構(gòu)是靠最下方一個(gè)移動(dòng)桿帶動(dòng)的，所以在下方需要一個(gè)螺桿帶動(dòng)移動(dòng)。
根據(jù)以上方案內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)與組裝，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件上繪制了機(jī)箱內(nèi)的3D效果圖，如圖5所示。6結(jié)語本文給出了一種防震錘復(fù)位裝置的設(shè)計(jì)思路與方案，并且在此方案根據(jù)防震錘復(fù)位的需求提出了如何越障、對(duì)中等問題的解決方法。總體上此方案的應(yīng)用可以解決防震錘由于固定螺栓松動(dòng)，導(dǎo)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(xué)電子工程學(xué)院