一种无人机载电力线路破冰器的设计

2022-11-22徐冰吴海宝

农村电气化 2022年11期

徐冰，吴海宝

（国网浙江省电力有限公司江山市供电公司，浙江江山 324100）

电力线路是供电系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的任务，是电力系统不可缺少的重要环节。但是在冬季降温或者下雪后，雨滴在遇到冷空气后会冷凝在电力线路上，造成电力线路大面积被冰包住，增加电力线路自身的重量，影响铁塔以及电力线路的寿命。严重情况下会造成线路杆塔倾倒、线路断裂，进而造成大面积停电[1-2]。影响居民的正常生活供电，给经济和社会造成重大影响与损失。因此输电线路除冰是电力系统发展过程中不得不及时解决的问题之一[3]。

目前电力线路除冰，普遍采用人工的方式进行，具体是通过工作人员攀爬到一定的高度或者站立地面，使用敲击物对电力导线表面进行敲打，通过振动将电力线路表面的冰层进行去除，但是这种除冰方式不仅给工作人员带来较大的劳动强度，同时也伴有较高的危险性，最终的除冰效果也不理想，除冰效率较低[4-5]。

1 无人机载电力线路破冰器设计

无人机载电力线路破冰器由破冰装置、电动爪、电源和遥控器构成，如图1所示。破冰装置是电力线缆除冰的关键设备，其通过反复撞击产生反复振动清除电力线路上的覆冰。电动爪主要作用是将破冰器固定在电力线路上，防止破冰器在破冰的过程中发生摇晃影响破冰效果。电源主要作用是给破冰器和电动抓供电。遥控器主要有地面人员控制破冰器和电动爪使用。工作时由无人机携带电力线路破冰器飞行到电力线路上方，由遥控器控制电动爪闭合将破冰器挂在电力线缆上，循环控制破冰器重复工作，直到破冰完成。最后控制电动爪松开，由无人机携带破冰器到下一个除冰位置进行工作。

图1 无人机载电力线路破冰器结构图

2 破冰装置设计

破冰装置由外壳、撞击系统、拉力系统、控制系统等部分构成，整体结构图如图2所示。

图2 破冰装置透视图

破冰装置各部分的结构及安装如下：

2.1 撞击系统设计

撞击系统结构由底座、活塞、撞针及连接件组成。

底座材料为铁质，便于电磁铁吸合，中间为M6的螺丝孔，用于撞针的安装，底面3个M6的孔为定位孔，便于与活塞对准，活塞材质为塑料，质量轻，安装在底座上面，通过3个定位孔与底座对齐，对齐后通过固定栓结合。两个矩形开孔中间衔接有圆柱，用于挂接弹簧。圆周边有长方形凸起，用于活塞在套筒内移动的限位，防止活塞在移动过程中发生旋转。撞针采用不锈钢材质，顶部为锥形，底部M6螺栓，可以直接安装在底座上。为了增加撞针、活塞和底座的结合度，安装过程增加了垫片、防松螺母、弹簧垫片。撞击系统的装配过程如图3所示。

图3 撞击系统爆炸图

2.2 拉力系统

拉力系统结构如图4所示，由电磁铁、电动伸缩杆、连接器和双头螺栓组成。

图4 拉力系统示意图

电磁铁采用DC12 V供电的失电型电磁铁，即：通电无磁力，电磁铁的磁力可根据要求选择。电动伸缩杆采用DC12 V供电，其主要参数：拉力、伸缩距离、速度可根据要求选择。电动伸缩杆与电磁铁通过连接器和双头螺栓连接。拉力系统的装配过程如图5所示。

图5 拉力系统爆炸图

2.3 控制系统

控制系统结构如图6所示，由外壳、连接座、控制电路板、隔板、锂电池等组成。

图6 控制系统示意图

控制系统由DC12 V充电锂电池供电，通过控制电路板接收遥控器的控制信号，对伸缩杆、电磁铁和电动爪进行控制。

2.4 外壳

外壳由上桶、下桶及部分零部件组成，上桶结构如图7所示。上桶底部有6个M4孔，可以与下桶通过螺丝连接。顶部两个矩形开孔中间衔接有圆柱，用于挂接弹簧，并且与活塞通过弹簧相连接。中间圆柱孔用于限定撞针的移动，如图8所示。

图7 上桶结构图

图8 上桶与撞击系统连接

下桶顶部6个圆孔用于与上桶连接，底部留有安装电动伸缩杆的孔。下桶内壁有两道滑槽，用于活塞运动过程中的限位，保证直线运动，不发生转动。

3 电动爪设计

电动爪由直流减速电机、夹头、电机连接件及支撑杆构成，其中电机连接件用于电动爪和破冰装置的连接，整体结构图如图9所示。电动爪的直流减速电机由DC12 V供电，电机旋转带动螺栓、支撑杆和夹头运动。

图9 电动爪结构图

4 遥控器设计

遥控器采用433 MHz无线通信，分别控制电动爪、伸缩杆、电磁铁。

5 系统工作过程

系统除冰时如图10所示，无人机携带电力线路破冰器到电力线路上方，由遥控器控制电动爪进行电力线路的夹持，电动爪夹持住电力线路后，无人机与破冰器分开；遥控器控制电动伸缩杆正向通电，伸出推杆，带动电磁铁运动，直到吸附到铁质底座；电动伸缩杆反向通电，拉动电磁铁和底座一起运动，同时弹簧被拉伸，直到推杆缩回相应距离；电动伸缩杆停止运动，同时电磁铁通电失去磁性，弹簧回收，拉动撞击系统进行破冰；重复上述过程，可实现往复破冰，直到完成破冰工作。