本發(fā)明涉及電力除冰領域，具體涉及一種基于機器人的架空輸電線除冰方法。

背景技術：

雪災造成國家電網公司直接財產損失達105億元，災后電網恢復重建和改造需要大量資金投入。運行中的導線由于輸送電能而發(fā)熱，結冰初期，有一部分冰會被導線的熱量所融化，但是由于大氣溫度與濕度對結冰十分有利，同時凍雨的粘附力比較強，使得結冰速度很快超過了融冰速度，因而導線上的覆冰也會越來越厚，不斷加重的覆冰使導線張力持續(xù)增大，累積到一定程度將引發(fā)導線抽絲、斷線破壞，導致線路停運。對于停運的線路，由于導線表面溫度很低，覆冰將更嚴重，更容易導致斷線的發(fā)生。

導線覆冰所增加的機械荷載超過設計允許值到一定程度時，造成斷線、倒桿塔事故；上下或水平排列的導線，因導線覆冰脫落發(fā)生不同步跳躍舞動，造成上下或水平導線接近發(fā)生相間短路跳閘。目前高壓線的除冰工作大多采用人工進行。寒冷的天氣，高空作業(yè)給人工除冰帶來很大的安全隱患和施工難度，且主要依靠人力除冰，通過電力工人爬上高壓線塔用鐵錘、拉桿、竹棒沿線敲打使覆冰脫落，但是這種方法不僅效率低而且對電力工人的生命安全造成了極大的威脅。

技術實現要素：

本發(fā)明目的在于提供一種基于機器人的架空輸電線除冰方法，快速將線纜上的覆冰所清除，以確保架空輸電線的正常穩(wěn)定工作。

本發(fā)明通過下述技術方案實現：

一種基于機器人的架空輸電線除冰方法，包括以下步驟：首先將上殼體扣入線纜上，即多個卡接板上的u形開口直接與線纜接觸，然后將下殼體與上殼體合攏，利用螺栓將上殼體與下殼體側壁上的耳板連接固定，上套環(huán)與下套環(huán)完成對中且形成一個密閉的柱狀區(qū)域，除冰工序開始之前，首先將兩個半圓形的除冰板套設在線纜外壁上，然后兩個除冰板的非鉸接端通過卡接的方式連接，以形成一個環(huán)狀的完整的除冰頭，同時啟動步進電機以及驅動電機，驅動電機輸出端處的齒輪穿過連接孔后與齒帶配合，帶動除冰頭進行圓周運動，除冰頭開始在上套環(huán)與下套環(huán)之間快速旋轉，同時使得連桿上的螺旋直接與圓錐體發(fā)生相對運動，上殼體與下殼體則沿線纜軸線開始移動，高速旋轉的除冰頭對覆蓋在線纜外壁上的結冰進行旋轉切割，以實現機械除冰工序；

其中，在所述上殼體與下殼體處于同側的側壁上分別設有耳板，兩個所述耳板通過螺栓連接，在上殼體兩端分別開有半圓形的通孔，在下殼體兩端分別開有半圓形的小孔，且位于同一側的通孔與小孔分別構成供線纜進出的進口與出口，在所述上殼體內設有水平放置的支撐板，在支撐板底部間隔設置有多個卡接板，卡接板上開有供線纜通過的u形開口，且u形開口的朝向正對所述下殼體，在u形開口的底部設有兩個圓錐體，在所述下殼體內部設有兩個步進電機，且在步進電機的輸出端設有連桿，且沿連桿的軸向在其外壁上設有螺旋，兩個所述螺旋分別與位于u形開口底部的兩個圓錐體相配合，在所述u形開口的兩側壁上均設有橡膠材質的限位塊，在所述限位塊上端設有圓弧段，且兩個圓弧段與所述u形開口的彎曲段構成一個與線纜相匹配且呈優(yōu)弧狀的夾持區(qū)域；

在所述支撐板底部還設有連接板，半圓形的上套環(huán)固定連接板下端，在下殼體內固定有半圓形的下套環(huán)，在上套環(huán)以及下套環(huán)的內壁上均開有弧形槽，且兩個弧形槽合并構成一個封閉的環(huán)形槽，還包括除冰頭，所述除冰頭由兩個相互鉸接且截面呈半圓形的除冰板構成，且在除冰頭中部形成一個供線纜通過的柱狀區(qū)域，沿除冰頭的周向在其外壁上設有一圈齒帶，且在下套環(huán)底部開有一個與弧形槽連通的連接孔，在所述下殼體內固定有驅動電機，且在驅動電機的輸出端上連接有齒輪，所述齒輪貫穿連接孔后與齒帶配合?，F有的電力網絡中，架空線在冬季容易出現覆冰的現象，發(fā)明人針對該問題設計出一種除冰機器人，利用機械除冰替代傳統(tǒng)的人工敲打方式，在提高架空線除冰效率的同時，大大增加了架空線除冰的安全可靠度；并且，u形開口的彎曲段直接與線纜外壁接觸，并且在移動過程中會發(fā)生相對運動，而在u形開口的兩側壁上設置限位塊，增加線纜與機器人內部的接觸面積，以提高穩(wěn)定性的同時，實現卡接板與線纜之間的柔性接觸，避免卡接板對線纜造成刮傷。

在支撐板底部均勻設置有多個卡接板，且卡接板上設置的u形開口的朝向正對下殼體底部，使得上殼體、下殼體與線纜之間的接觸點以及接觸面增加，能夠避免由除冰頭掠過的線纜外壁上的部分殘留冰渣引起上殼體跳動，以保證機器人穩(wěn)定地沿線纜外壁移動，而將除冰頭放置在上套環(huán)與下套環(huán)所述構成的柱狀區(qū)域內，并且利用齒帶與弧形槽之間的相互限定，以減小除冰頭在沿線纜徑向上的跳動幅度；進一步地，由于機器人內部的驅動部件，同時自身重量較大的部件均設置在下殼體內，使得機器人的重心在線纜的軸心以下，即使在除冰過程中出現機器人的局部發(fā)生跳動或是遇到風力較大的情況時，仍舊能夠保證機器人整體不會發(fā)生過大的翻轉量，進而確保機器人的除冰效率，同時杜絕了機器人墜落以及墜落后引發(fā)的安全事故或是財產損失。

所述除冰板包括本體以及與本體連接的延伸段，齒帶設置在本體的外圓周壁上，且沿線纜除冰的方向，所述延伸段外壁與本體軸線之間的間距遞減。兩個除冰板合圍構成除冰頭，其中，驅動電機帶動齒帶以及本體做圓周運動，而與本體端部連接的延伸段外壁與本體軸線之間的間距遞減，使得除冰板的端部形成一個尖銳部，該尖銳部能夠在旋轉的同時快速切入線纜外壁上的覆冰內，以加快線纜局部除冰的速度。

沿線纜除冰的方向，在所述上殼體的側壁上設有破冰錐，且所述破冰錐位于除冰頭上方。針對結冰嚴重的線路段，在上殼體的側壁上設置破冰錐，且破冰錐位于除冰頭上方，使得破冰錐在除冰頭與覆冰接觸前直接與該覆冰接觸，并對該覆冰進行開縫處理，進而降低體型相對較大的覆冰的整體強度，以減小除冰頭的工作負荷，加快線纜除冰的進度。

還包括位于線纜進口處的清掃機構，所述清掃機構包括兩個半圓形的尾殼，且兩個尾殼分別固定在所述上殼體以及下殼體同側的側壁上，在所述尾殼的內壁均勻設置有多個塑料材質的刷毛。由于機器人與線纜之間會進行相對運動，且在此過程中必須保證不能對線纜外壁造成任何損傷，使得在機器人設計過程中上殼體、下殼體以及除冰頭與線纜外圓周壁之間會留有間隙，同時因為冰晶在線纜外壁上的粘度較大，致使在除冰頭掠過的線纜外壁上仍舊殘留部分冰渣，而該殘留冰渣會在短時間內重新形成圓形或是橢圓形的覆冰，即形成線纜二次結冰，大大降低了機器人除冰的效果；對此，發(fā)明人在線纜的進口處設置有兩個尾殼，且在尾殼內壁上設有刷毛，在機器人移動的過程中，刷毛能夠對線纜外壁上殘留的冰渣進行清理，使得機器人掠過的架空線段上無任何冰渣殘留，徹底避免了線纜外壁在短時間內二次結冰的想象發(fā)生，實現一次性除冰的效益最大化。

所述尾殼的厚度沿線纜除冰的方向遞增，且所述刷毛在尾殼徑向上的長度沿線纜除冰的方向遞減。進一步地，在線纜長時間使用后會出現局部老化，即在線纜的外圓周壁上會出現局部輕微浸蝕，局部線路段上出現凹凸不平的細微小孔，而冰渣附著在該小孔上后，除冰頭以及刷毛均無法將其清除干凈，對此，發(fā)明人將殼的厚度設置成沿線纜除冰的方向遞增，將刷毛在尾殼徑向上的長度設置成沿線纜除冰的方向遞減，使得最先接觸冰渣的刷毛的長度最大，而該刷毛對殘留冰渣進行清掃時所產生的作用應力最大，能夠對部分粘接度相對較高冰渣進行一次性疏松，而長度逐漸增大剩余的刷毛則繼續(xù)對該部分粘接度相對較高冰渣進行二次或是三次清理，進而確保對使用年限不定的架空線均能起到最佳的除冰效果。

兩個所述步進電機對稱分布在所述驅動電機的兩側。作為優(yōu)選，兩個步進電機以及一個驅動電機的重量與機器人內部其余部件相比，比重偏大，而發(fā)明人將兩個步進電機對稱設置在驅動電機的兩側，在確保除冰頭的自由旋轉與機器人整體的移動互不干涉的前提下，使得下殼體兩端的受力相對平衡，避免機器人在除冰過程中出現翻轉等現象。

在所述下殼體底部開有多個與其內部連通的排出孔。除冰頭掠過的線纜上還殘留冰渣，而部分殘留的冰渣會被u形開口所刮除，下落的冰渣會堆積在下殼體內，不僅增加機器人自身的負載，還很容易引起下殼體內電控元件的短路，因此，發(fā)明人在下殼體底部開有多個排出孔，被刮蹭下的冰渣會沿排出孔直接向外排出，以確保線纜除冰的效率以及機器人使用的安全性。

還包括防水殼，且所述防水殼將所述步進電機完全包裹，且在防水殼的側壁上開有穿孔，在穿孔上設有軸承，步進電機的輸出端與所述軸承配合后向外延伸。作為優(yōu)選，為避免下殼體中步進電機被卡接板刮蹭下的冰渣所影響，在下殼體內設置防水殼，該防水殼將步進電機完全包裹，以防止下殼體內冰渣的浸入。

本發(fā)明與現有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明一種基于機器人的架空輸電線除冰方法，直接將上殼體扣入線纜上，即多個卡接板上的u形開口直接與線纜接觸，然后將下殼體與上殼體合攏，利用螺栓將上殼體與下殼體側壁上的耳板連接固定，同時啟動步進電機以及驅動電機，除冰頭開始在上套環(huán)與下套環(huán)之間快速旋轉，同時使得連桿上的螺旋直接與圓錐體發(fā)生相對運動，上殼體與下殼體則沿線纜軸線開始移動，高速旋轉的除冰頭對覆蓋在線纜外壁上的結冰進行旋轉切割，以實現機械除冰工序；

2、本發(fā)明一種基于機器人的架空輸電線除冰方法，在支撐板底部均勻設置有多個卡接板，且卡接板上設置的u形開口的朝向正對下殼體底部，使得上殼體、下殼體與線纜之間的接觸點以及接觸面增加，能夠避免由除冰頭掠過的線纜外壁上的部分殘留冰渣引起上殼體跳動，以保證機器人穩(wěn)定地沿線纜外壁移動，而將除冰頭放置在上套環(huán)與下套環(huán)所述構成的柱狀區(qū)域內，并且利用齒帶與弧形槽之間的相互限定，以減小除冰頭在沿線纜徑向上的跳動幅度；

3、本發(fā)明一種基于機器人的架空輸電線除冰方法，將兩個步進電機對稱設置在驅動電機的兩側，在確保除冰頭的自由旋轉與機器人整體的移動互不干涉的前提下，使得下殼體兩端的受力相對平衡，避免機器人在除冰過程中出現翻轉等現象。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為卡接板的結構示意圖；

圖3為除冰頭的結構示意圖；

圖4為除冰頭的截面圖；

圖5為本發(fā)明的側視圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-上殼體、2-卡接板、3-支撐板、4-線纜、5-連接板、6-上套環(huán)、7-齒帶、8-除冰頭、9-破冰錐、10-下殼體、11-驅動電機、12-螺旋、13-連桿、14-圓錐體、15-防水殼、16-齒輪、17-步進電機、18-排出孔、19-尾殼、20-刷毛、21-u形開口、22-耳板、23-限位塊。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

如圖1～5所示，本實施例包括以下步驟：首先將兩個半圓形的除冰板套設在線纜外壁上，然后兩個除冰板的非鉸接端通過卡接的方式連接，以形成一個環(huán)狀的完整的除冰頭，接著將上殼體扣入線纜上，使得多個卡接板上的u形開口直接與線纜接觸，然后將下殼體與上殼體合攏，利用螺栓將上殼體與下殼體側壁上的耳板連接固定，上套環(huán)與下套環(huán)完成對中且形成一個密閉的柱狀區(qū)域，同時啟動步進電機以及驅動電機，驅動電機輸出端處的齒輪穿過連接孔后與齒帶配合，帶動除冰頭進行圓周運動，除冰頭開始在柱狀區(qū)域內快速旋轉，同時螺旋與圓錐體發(fā)生相對運動，上殼體與下殼體則沿線纜軸線開始移動，高速旋轉的除冰頭對覆蓋在線纜外壁上的結冰進行旋轉切割，以實現機械除冰工序；

其中，在所述上殼體1與下殼體10處于同側的側壁上分別設有耳板22，兩個所述耳板22通過螺栓連接，在上殼體1兩端分別開有半圓形的通孔，在下殼體10兩端分別開有半圓形的小孔，且位于同一側的通孔與小孔分別構成供線纜4進出的進口與出口，在所述上殼體1內設有水平放置的支撐板3，在支撐板3底部間隔設置有多個卡接板2，卡接板2上開有供線纜4通過的u形開口21，且u形開口21的朝向正對所述下殼體10，在u形開口21的底部設有兩個圓錐體14，在所述下殼體10內部設有兩個步進電機17，且在步進電機17的輸出端設有連桿13，且沿連桿13的軸向在其外壁上設有螺旋12，兩個所述螺旋12分別與位于u形開口21底部的兩個圓錐體14相配合，在所述u形開口21的兩側壁上均設有橡膠材質的限位塊23，在所述限位塊23上端設有圓弧段，且兩個圓弧段與所述u形開口21的彎曲段構成一個與線纜4相匹配且呈優(yōu)弧狀的夾持區(qū)域；

在所述支撐板3底部還設有連接板5，半圓形的上套環(huán)6固定連接板5下端，在下殼體10內固定有半圓形的下套環(huán)，在上套環(huán)6以及下套環(huán)的內壁上均開有弧形槽，且兩個弧形槽合并構成一個封閉的環(huán)形槽，還包括除冰頭8，所述除冰頭8由兩個相互鉸接且截面呈半圓形的除冰板構成，且在除冰頭8中部形成一個供線纜4通過的柱狀區(qū)域，沿除冰頭8的周向在其外壁上設有一圈齒帶7，且在下套環(huán)底部開有一個與弧形槽連通的連接孔，在所述下殼體10內固定有驅動電機11，且在驅動電機11的輸出端上連接有齒輪16，所述齒輪16貫穿連接孔后與齒帶7配合?，F有的電力網絡中，架空線在冬季容易出現覆冰的現象，發(fā)明人針對該問題設計出一種除冰機器人，利用機械除冰替代傳統(tǒng)的人工敲打方式，在提高架空線除冰效率的同時，大大增加了架空線除冰的安全可靠度；并且，u形開口21的彎曲段直接與線纜4外壁接觸，并且在移動過程中會發(fā)生相對運動，而在u形開口21的兩側壁上設置限位塊23，增加線纜4與機器人內部的接觸面積，以提高穩(wěn)定性的同時，實現卡接板2與線纜4之間的柔性接觸，避免卡接板2對線纜4造成刮傷。

其中，在支撐板3底部均勻設置有多個卡接板2，且卡接板2上設置的u形開口21的朝向正對下殼體10底部，使得上殼體1、下殼體10與線纜4之間的接觸點以及接觸面增加，能夠避免由除冰頭8掠過的線纜4外壁上的部分殘留冰渣引起上殼體1跳動，以保證機器人穩(wěn)定地沿線纜4外壁移動，而將除冰頭8放置在上套環(huán)6與下套環(huán)所述構成的柱狀區(qū)域內，并且利用齒帶7與弧形槽之間的相互限定，以減小除冰頭8在沿線纜4徑向上的跳動幅度；進一步地，由于機器人內部的驅動部件，同時自身重量較大的部件均設置在下殼體10內，使得機器人的重心在線纜4的軸心以下，即使在除冰過程中出現機器人的局部發(fā)生跳動或是遇到風力較大的情況時，仍舊能夠保證機器人整體不會發(fā)生過大的翻轉量，進而確保機器人的除冰效率，同時杜絕了機器人墜落以及墜落后引發(fā)的安全事故或是財產損失。

進一步地，所述除冰板包括本體以及與本體連接的延伸段，齒帶7設置在本體的外圓周壁上，且沿線纜4除冰的方向，所述延伸段外壁與本體軸線之間的間距遞減。兩個除冰板合圍構成除冰頭8，其中，驅動電機11帶動齒帶7以及本體做圓周運動，而與本體端部連接的延伸段外壁與本體軸線之間的間距遞減，使得除冰板的端部形成一個尖銳部，該尖銳部能夠在旋轉的同時快速切入線纜4外壁上的覆冰內，以加快線纜4局部除冰的速度。

進一步地，沿線纜4除冰的方向，在所述上殼體1的側壁上設有破冰錐9，且所述破冰錐9位于除冰頭8上方。針對結冰嚴重的線路段，在上殼體1的側壁上設置破冰錐9，且破冰錐9位于除冰頭8上方，使得破冰錐9在除冰頭8與覆冰接觸前直接與該覆冰接觸，并對該覆冰進行開縫處理，進而降低體型相對較大的覆冰的整體強度，以減小除冰頭8的工作負荷，加快線纜4除冰的進度。

本實施例還包括位于線纜4進口處的清掃機構，所述清掃機構包括兩個半圓形的尾殼19，且兩個尾殼19分別固定在所述上殼體1以及下殼體10同側的側壁上，在所述尾殼19的內壁均勻設置有多個塑料材質的刷毛20。由于機器人與線纜4之間會進行相對運動，且在此過程中必須保證不能對線纜4外壁造成任何損傷，使得在機器人設計過程中上殼體1、下殼體10以及除冰頭8與線纜4外圓周壁之間會留有間隙，同時因為冰晶在線纜4外壁上的粘度較大，致使在除冰頭8掠過的線纜4外壁上仍舊殘留部分冰渣，而該殘留冰渣會在短時間內重新形成圓形或是橢圓形的覆冰，即形成線纜4二次結冰，大大降低了機器人除冰的效果；對此，發(fā)明人在線纜4的進口處設置有兩個尾殼19，且在尾殼19內壁上設有刷毛20，在機器人移動的過程中，刷毛20能夠對線纜4外壁上殘留的冰渣進行清理，使得機器人掠過的架空線段上無任何冰渣殘留，徹底避免了線纜4外壁在短時間內二次結冰的想象發(fā)生，實現一次性除冰的效益最大化。

進一步地，在線纜4長時間使用后會出現局部老化，即在線纜4的外圓周壁上會出現局部輕微浸蝕，局部線路段上出現凹凸不平的細微小孔，而冰渣附著在該小孔上后，除冰頭8以及刷毛20均無法將其清除干凈，對此，發(fā)明人將殼的厚度設置成沿線纜4除冰的方向遞增，將刷毛20在尾殼19徑向上的長度設置成沿線纜4除冰的方向遞減，使得最先接觸冰渣的刷毛20的長度最大，而該刷毛20對殘留冰渣進行清掃時所產生的作用應力最大，能夠對部分粘接度相對較高冰渣進行一次性疏松，而長度逐漸增大剩余的刷毛20則繼續(xù)對該部分粘接度相對較高冰渣進行二次或是三次清理，進而確保對使用年限不定的架空線均能起到最佳的除冰效果。

進一步地，在所述下殼體10底部開有多個與其內部連通的排出孔18。除冰頭8掠過的線纜4上還殘留冰渣，而部分殘留的冰渣會被u形開口21所刮除，下落的冰渣會堆積在下殼體10內，不僅增加機器人自身的負載，還很容易引起下殼體10內電控元件的短路，因此，發(fā)明人在下殼體10底部開有多個排出孔18，被刮蹭下的冰渣會沿排出孔18直接向外排出，以確保線纜4除冰的效率以及機器人使用的安全性。

作為優(yōu)選，兩個步進電機17以及一個驅動電機11的重量與機器人內部其余部件相比，比重偏大，而發(fā)明人將兩個步進電機17對稱設置在驅動電機11的兩側，在確保除冰頭8的自由旋轉與機器人整體的移動互不干涉的前提下，使得下殼體10兩端的受力相對平衡，避免機器人在除冰過程中出現翻轉等現象。

作為優(yōu)選，為避免下殼體10中步進電機17被卡接板2刮蹭下的冰渣所影響，在下殼體10內設置防水殼15，該防水殼15將步進電機17完全包裹，以防止下殼體10內冰渣的浸入。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。