10kV配网带电作业机器人接引流线专用工具

李 帅，张黎明，郭 新，张建海，张 铜，汤 潇

（1.北京国电富通科技发展有限责任公司，北京 100070；2.国网天津市电力公司，天津 300010）

1 背景

配电网10 kV 带电作业可以更好地对电力设备进行测试、检修和改造，这也是十分重要的手段，它可以保证供电的可靠性、不断电，保证电网安全。人工作业通常采用绝缘杆作业法、绝缘手套作业法，目前大部分10 kV 配电作业现场采用绝缘斗臂车为工作平台，操作人员站在平台上进行手动完成带电作业，如图1 所示，这种作业方法存在诸多问题。

（1）工作强度大、效率低，自动化水平低；

（2）工作人员身处平台上直接接触高压线，安全风险高，易出现人身触电和高空坠落；

（3）工作时作业要求严格、操作时不注意容易出现短路电流，发生安全事故。为解决以上安全问题，结合我国配电作业的工作需求，研制一款能够全自动完成接线任务的工具，该工具能够完全取代人工完成作业频率较高的带电断接引、带线更换设备，减轻工作人员劳动强度，使作业人员与高压线完全隔离，最大程度保护作业人员的安全。

图1 操作员在绝缘斗上工作

2 总体设计

如图2 所示，接线工具组机械结构主要包括穿刺线夹拧紧和夹持机构、引线夹持拉紧机构、电动断线钳机构、主线挂载机构等，利用DA 转换芯片速度调节控制。通过主线挂载机对主线固定和引线加持拉紧机构对引线固定，此时线夹拧紧和夹持机构转动，线夹把主线和引线固定在一起，线夹留在高压线上，工具脱离，完成接引流线工作。

3 零部件设计及分析

该工具机械部分主要包括穿刺线夹拧紧和夹持机构、引线夹持拉紧机构、电动断线钳机构和主线挂载机构等4 个部分，各部分功能不同，相互配合完成穿刺线夹的安装过程。

图2 机器人接引流线专用工具

3.1 穿刺线夹拧紧和夹持机构

穿刺线夹拧紧与线夹夹持机构通过固定支架连接在一起。穿刺线夹拧紧机构用于紧固并拧断穿刺线夹的力矩螺母，线夹夹持机构用于夹持固定穿刺线夹，如图3 所示。

图3 穿刺线夹拧紧与线夹夹持机构

穿刺线夹拧紧机构在电机驱动下，谐波减速器带动主动齿轮轴及主动齿轮转动，进而带动2 个从动齿轮转动。2 个从动齿轮通过传动轴带动万能套筒转动，进而将穿刺线夹的力矩螺母拧断。

为适应穿刺线夹螺栓头部的偏差，采用万能套筒进行力矩螺母的拧紧。穿刺线夹力矩螺母最大尺寸位置为Φ18，采用外经Φ25.5 的万能套筒，重量135 g，套筒结构及主要尺寸如图4 所示。

图4 套筒+轴组合

传动齿轮中，齿轮与传动轴均采用45#钢、淬火处理。主要起到将动力一分为二的作用，可将穿刺线夹的2 个力矩螺母同时拧断，如图5 所示。

通过对穿刺线夹进行扭矩测试，穿刺线夹平均扭矩为28.6 N·m，对套筒轴零件进行有限元分析。根据对受到力矩的套筒和螺杆进行有限元的力矩分析，该设计能够满足29 N·m 的力矩要求，如图6 所示。

图5 拧断机构

图6 套筒轴零件有限元分析

3.2 主线挂载机构

当机械臂带动主线穿入时，锁舌克服弹簧阻力向右运动，触发限位传感器，此时工具控制系统接收到指令，表明主线已经穿入，同时锁舌在弹力作用下恢复原位；主线释放时，采用电机将主线的喉舌打开，主线移出后，电机驱动将喉舌复位，如图7 所示。

接近传感器采用欧姆龙产品，其触发动作距离8.8 mm，当工具进出主线时能够触发该传感器，工具控制系统根据传感器的触发来判断主线是否穿入。对主线挂载机构有限元分析，如图8 所示。通过有限元分析挂线机构，能够满足要求。

图7 主线挂载机构

3.3 引线夹持拉紧机构（图9）

图8 主线挂载机构有限元分析

移动臂可在水平方向进行往复运动，进而可将引线夹持。固定臂位置固定不动，其上带有驱动电机，用于驱动腰鼓轮转动，进而实现引线进线。增加棘轮机构使腰鼓轮只能单向进线，防止引线从机构中松脱。如图10 所示，对受力部件滚轮进行有限元分析，能够满足条件。

4 结论

本文设计的配网带电机器人接引流线专用工具，满足了预期功能要求。该工具的使用可以替代人工作业，避免人工接引流线发生事故的风险，对我国配电线路作业方式有积极的变革作用。实验测试表明，能够很好完成作业要求，为高压线带电作业机器人接引流线专用工具的研制与开发积累了设计和工艺经验。

图9 引线夹持拉紧机构

图10 滚轮有限元分析