一种基于自动张紧U型加热机构的除冰机器人的制作方法

本发明涉及架空输电线缆保护设备技术领域，更具体的是涉及一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人。

背景技术：

输电线路冬季覆冰是电力系统的自然灾害之一。由于导线上增加了冰荷载，对导线、铁塔和金具都会带来一定的机械损坏，覆冰严重时会断线、倒杆塔、导线舞动闪络及跳闸，导致大面积停电事故。由于事故发生在严冬季节，大雪封山或公路结冰，使得抢修条件十分艰难，造成长时间停电，严重威胁到电网的安全稳定运行及供电可靠性，对国民经济造成重大损失。

目前，国内外对架空线路覆冰提出了数十种除冰技术方案，申请号为cn201310461054.3的专利公开了一种高压电线上柔击除冰机，包括有机壳，机壳上安装主动轮、从动轮，通过主动轮、从动轮将整个机体悬挂在输电线上，主动轮上设有环形的尖角状沟槽，输电线压于所述尖角状沟槽中；机壳内安装有依次连接的蓄电池、控制器、电动机，电动机传动连接蜗杆，蜗杆的上方设置蜗轮，蜗轮与主动轮通过一根传动皮带传动连接；蜗杆的前端伸出机壳并装一随蜗杆转动而转动的圆柱形旋转体，圆柱形旋转体上装有条状钢片。该技术方案仅用单一的旋转运动带动钢片即可直接除冰，在砸冰过程中飞转的钢片先刚后柔，保证输电线上的冰被有力地敲碎，而随后钢片又能顺着输电线截面柔和地滑过，使输电线不受损伤。然而该技术方案仍然存在以下不足之处：1、仅采用敲击振动的机械除冰方式，对雨凇、混合凇等结合力较强及冰层较厚的覆冰其效果有限，除冰效果不好；2、而采用固定设置在输电线上的热力除冰机构，容易因热力除冰机构持续发热对输电线内部造成损害；3、一般机械除冰无法适应不同直径的架空线路覆冰，除冰机构的刀头无法调整间距或只能在施工现场拆装和调整，操作复杂。

因此，针对现有技术中的不足，设计一种基于自动张紧u型加热机构的热力除冰法与机械除冰法相结合的除冰机器人就显得尤为重要，而在架空线路上如何设计机械除冰机构和热力除冰机构且使得设计的自动张紧u型加热机构可适应不同直径的架空线路是其中的关键。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人，以实现设置一种集热力除冰法与机械除冰法相结合的除冰机器人，避免热力除冰机构因容易持续发热对输电线内部造成损害。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人，包括机壳，所述机壳上安装有主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮上设有环形的尖角状沟槽，输电线压于所述尖角状沟槽内；机壳内设有驱动电机和涡轮蜗杆机构，所述蜗杆与驱动电机输出轴连接，所述涡轮设置在蜗杆上方且与蜗杆啮合，所述涡轮与主动轮通过传动带a传动连接，所述蜗杆前端伸出机壳并连接有随蜗杆转动而转动的旋转体，所述旋转体上设有机械除冰机构，还包括热力除冰机构，所述热力除冰机构包括步进电机、传动带b、u型加热板和对称设置在输电线两侧的壳体，所述两个壳体均设置在机壳上，且两个壳体内侧上下两端均设有滑轨，每个壳体内侧两个滑轨之间均设有齿轮和与齿轮啮合的上齿条和下齿条，所述上齿条/下齿条一端延伸至壳体内与滑轨滑动连接，另一端与u型加热板固定连接，所述齿轮通过传动带b与步进电机的输出轴传动连接。

本发明基础方案的工作原理为：机壳通过装于机壳上的主动轮和从动轮悬挂在高压输电线上，并通过控制系统控制驱动电机启动，驱动电机驱动蜗杆转动而带动涡轮转动，从而与涡轮通过传动带a传动连接的主动轮可在高压输电线上移动，并驱动机壳和从动轮自由移动；进一步，蜗杆前端伸出机壳并连接有随蜗杆转动而转动的旋转体，且旋转体上设有机械除冰机构，从而可通过同一驱动电机驱动除冰机器人在高压输电线上移动的同时驱动机械除冰机构实现机械除冰；与此同时，包括热力除冰机构，同理可得，控制系统控制步进电机转动，从而驱动与步进电机输出轴通过传动带b传动连接的齿轮转动，齿轮带动与齿轮啮合的上齿条和下齿条同步移动，利用与齿轮啮合的上齿条和下齿条固定连接的u型加热板沿输电线移动加热，预留热力除冰机构中的u型加热板与输电线之间的接触频率，控制热力除冰机构的加热速率，避免容易因热力除冰机构持续发热对输电线内部造成损害；本方案采用集热力除冰法与机械除冰法相结合的除冰机器人进行高压输电线上的除冰，可对雨凇、混合凇等结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除，除冰效果好。

进一步地，所述u型加热板包括相互贴合的柔性导热基板和柔性透明面板，所述柔性导热基板的表面涂覆有吸热膜层，且吸热膜层设置在柔性导热基板和柔性透明面板之间。架空线路覆冰设置在高空，因此可利用吸热膜层吸附太阳能并将太阳能转换为电能后通过柔性导热基板对输电线上的覆冰实现热力除冰，节约能源；也可在机壳内设置蓄电池为u型加热板提供热源，保证对架空线路覆冰的除冰效果。

进一步地，所述柔性导热基板为铁铬铝基板。保证u型加热板具有一定的柔韧延展性，可在u型加热板对输电线移动热力除冰过程中可适应不同直径的架空线路覆冰，保持与输电线接触且移动摩擦小。

进一步地，所述u型加热板的数量为2，两个上齿条的一端分别延伸至两个壳体内与滑轨滑动连接，另一端与一个u型加热板的两个自由端连接，且u型加热板的弧形段朝上；两个下齿条的一端分别延伸至两个壳体内与滑轨滑动连接，另一端与另一个u型加热板的两个自由端连接，且u型加热板的弧形段朝下。通过沿输电线上下两侧对应设置的2个u型加热板对输电线进行加热，利用同一步进电机通过分别设置在壳体内的上齿条和下齿条的传动可实现2个u型加热板沿输电线径向相对移动，结构简单，提高热力除冰机构的除冰效率。

进一步地，所述机械除冰机构包括转动柱和沿转动柱径向均匀布置的多个刀片，所述旋转体沿转动柱轴向穿设在转动柱内且旋转体轴线与转动柱的轴线相互重合。旋转体随驱动电机转动过程中带动转动柱沿旋转体快速转动，从而沿转动柱径向均匀布置的多个刀片可利用积蓄的能量迅速飞转敲击输电线上的冰块，作用力并不直接作用在输电线上，而是作用在输电线上的冰块上，可对冰层较厚的覆冰实现初步破碎；再利用热力除冰机构进一步加热除冰，可对结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除。

进一步地，所述转动柱上设有用于刀片的锁紧机构，所述锁紧机构包括沿转动柱轴向设置的锁紧丝杆和锁紧螺母，所述锁紧丝杆上设有锁紧齿，所述刀片延伸至转动柱一端的端面上布置有与锁紧齿相啮合的啮合齿，通过转动锁紧丝杆带动刀片向转动柱内/外移动，用于调节刀片的破冰直径。实现转动柱上的除冰刀片沿转动柱径向可调，用于调节刀片与输电线之间的距离，从而可适应不同直径的架空线路覆冰，避免现有除冰机构的刀头无法调整间距或只能在施工现场拆装和调整，操作复杂的问题。

进一步地，所述转动柱上的刀片自转动柱前端往后端分组排列，且每组分别设置在不同的层面上，每组由3条条状刀片在同一层面上呈夹角为120°交叉设置。根据力学受力稳定的特点，如此可使得转动柱在刀片转动破碎冰块过程中达到相对动平衡。

进一步地，所述转动柱上的刀片自转动柱前端往后端分组排列，且每组分别设置在不同的层面上，每组由6条条状刀片在同一层面上呈夹角为60°交叉设置。结构设计紧凑，且在转动柱旋转过程中可进一步提高机械破冰的破碎效率。

进一步地，所述主动轮与从动轮上的尖角状沟槽的尖角45°-60°，且尖角沟槽内设有防滑层。防止主动轮与从动轮在高压输电线上移动打滑。

进一步地，还包括通过支架架设在机壳上的涂料机构，所述涂料机构包括涂料瓶、输料管和控制输料管与涂料瓶连通的电磁阀，所述涂料瓶内盛有憎水防冰涂料，所述输料管下端呈弧形状绕输电线周向设置，且输料管弧形状端部靠近输电线的内侧设有数个输料软管，所述数个输料软管与输料管连通。在经过机械除冰机构和热力除冰机构除冰后的高压输电线上喷涂憎水防冰涂料制得的涂层表面具有超疏水效果，可防止高压输电线在恶劣的环境下迅速结冰；具体地，设有智能控制输料管与涂料瓶连通的电磁阀，需要涂设憎水防冰涂料的时候，可打开电磁阀，涂料瓶内的憎水防冰涂料由于重力作用经过呈弧形状绕输电线周向设置的输料管上密集的输料软管涂设在输电线上，可适应不同直径的架空线路，且直接从输料软管与输电线相接触的端头涂设憎水防冰涂料，可有效利用憎水防冰涂料实现均匀涂设，并不会造成材料浪费。

如上所述，本发明的有益效果如下：

1、本发明中的除冰机器人包括机械除冰机构和热力除冰机构，且机械除冰机构设置在热力除冰机构前端，且机械除冰机构可同一驱动电机驱动除冰机器人在高压输电线上移动的同时驱动机械除冰机构实现机械除冰，实现初步除冰；与此同时，在后的热力除冰机构通过u型加热板沿输电线移动加热实现进一步除冰，可对雨凇、混合凇等结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除，除冰效率高，除冰效果好。

2、本发明中的热力除冰机构通过控制系统控制步进电机转动，从而驱动与步进电机输出轴通过传动带b传动连接的齿轮转动，齿轮带动与齿轮啮合的上齿条和下齿条同步移动，利用与齿轮啮合的上齿条和下齿条固定连接的u型加热板沿输电线移动加热，预留热力除冰机构中的u型加热板与输电线之间的接触频率，控制热力除冰机构的加热速率，避免容易因热力除冰机构持续发热对输电线内部造成损害。

3、本发明u型加热板包括相互贴合的柔性导热基板和柔性透明面板，柔性导热基板的表面涂覆有吸热膜层，且吸热膜层设置在柔性导热基板和柔性透明面板之间，架空线路覆冰设置在高空，因此可利用吸热膜层吸附太阳能并将太阳能转换为电能后通过柔性导热基板对输电线上的覆冰实现热力除冰，节约能源；也可在机壳内设置蓄电池为u型加热板提供热源，保证对架空线路覆冰的除冰效果；且可在u型加热板内侧设置导热橡胶，将输电线上加热后融化的覆冰直接抹去，避免后融化的覆冰重新结冰。

4、本发明中机械除冰机构包括转动柱和沿转动柱径向均匀布置的多个刀片，旋转体沿转动柱轴向穿设在转动柱内且旋转体轴线与转动柱的轴线相互重合，旋转体随驱动电机转动过程中带动转动柱沿旋转体快速转动，从而沿转动柱径向均匀布置的多个刀片可利用积蓄的能量迅速飞转敲击输电线上的冰块，作用力并不直接作用在输电线上，而是作用在输电线上的冰块上，可对冰层较厚的覆冰实现初步破碎；再利用热力除冰机构进一步加热除冰，可对结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除。

5、本发明中转动柱上设有用于刀片的锁紧机构，锁紧机构包括沿转动柱轴向设置的锁紧丝杆和锁紧螺母，锁紧丝杆上设有锁紧齿，刀片延伸至转动柱一端的端面上布置有与锁紧齿相啮合的啮合齿，通过转动锁紧丝杆带动刀片向转动柱内/外移动，用于调节刀片的破冰直径。实现转动柱上的除冰刀片沿转动柱径向可调，用于调节刀片与输电线之间的距离，从而可适应不同直径的架空线路覆冰，避免现有除冰机构的刀头无法调整间距或只能在施工现场拆装和调整，操作复杂的问题。

6、本发明中还包括通过支架架设在机壳上的涂料机构，在经过机械除冰机构和热力除冰机构除冰后的高压输电线上喷涂憎水防冰涂料制得的涂层表面具有超疏水效果，可防止高压输电线在恶劣的环境下迅速结冰；具体地，设有智能控制输料管与涂料瓶连通的电磁阀，需要涂设憎水防冰涂料的时候，可打开电磁阀，涂料瓶内的憎水防冰涂料由于重力作用经过呈弧形状绕输电线周向设置的输料管上密集的输料软管涂设在输电线上，可适应不同直径的架空线路，且直接从输料软管与输电线相接触的端头涂设憎水防冰涂料，可有效利用憎水防冰涂料实现均匀涂设，并不会造成材料浪费。

附图说明

图1为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人的示意图；

图2为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人中热力除冰机构的示意图；

图3为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人中涂料机构的示意图；

图4为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人中主动轮的示意图；

图5为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人实施例1中机械除冰机构的剖视图；

图6为本发明一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人实施例2中机械除冰机构的剖视图。

附图标记：01-机壳、02-主动轮、03-从动轮、04-蓄电池、05-控制器、06-驱动电机、07-蜗杆、08-涡轮、09-传动带a、10-旋转体、11-转动柱、12-刀片、13-锁紧丝杆、14-锁紧螺母、15-锁紧齿、16-啮合齿、17-尖角状沟槽、18-防滑层、19-步进电机、20-传动带b、21-u型加热板、22-壳体、23-滑轨、24-齿轮、25-上齿条、26-下齿条、27-柔性导热基板、28-柔性透明面板、29-涂料瓶、30-输料管、31-电磁阀、32-输料软管、33-输电线、34-支架。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

请参考图1所示，本实施例提供一种基于自动张紧u型加热机构的除冰机器人，包括机壳01，机壳01上安装有主动轮02和从动轮03，主动轮02和从动轮03上设有环形的尖角状沟槽，输电线33压于尖角状沟槽内，通过主动轮02和从动轮03将整个除冰机器人悬挂在输电线33上，机壳01内安装有为机器人提供动力的蓄电池04和控制器05，机壳01内设有驱动电机06和涡轮08蜗杆07机构，蜗杆07与驱动电机06输出轴连接，涡轮08设置在蜗杆07上方且与蜗杆07啮合，涡轮08与主动轮02通过传动带a09传动连接，蜗杆07前端伸出机壳01并连接有随蜗杆07转动而转动的旋转体10，旋转体10上设有机械除冰机构；从而可通过同一驱动电机06驱动除冰机器人在高压输电线33上移动的同时驱动机械除冰机构实现机械除冰。

进一步地，还包括热力除冰机构，如图2所示，热力除冰机构包括步进电机19、传动带b20、u型加热板21和对称设置在输电线33两侧的壳体22，两个壳体22均设置在机壳01上，且两个壳体22内侧上下两端均设有滑轨23，每个壳体22内侧两个滑轨23之间均设有齿轮24和与齿轮24啮合的上齿条25和下齿条26，上齿条25和下齿条26均一端延伸至壳体22内与滑轨23滑动连接，另一端与u型加热板21固定连接，齿轮24通过传动带b20与步进电机19的输出轴传动连接；控制器05控制步进电机19转动，从而驱动与步进电机19输出轴通过传动带b20传动连接的齿轮24转动，齿轮24带动与齿轮24啮合的上齿条25和下齿条26同步移动，利用与齿轮24啮合的上齿条25和下齿条26固定连接的u型加热板21沿输电线33移动加热，预留热力除冰机构中的u型加热板21与输电线33之间的接触频率，控制热力除冰机构的加热速率，避免容易因热力除冰机构持续发热对输电线33内部造成损害；本方案采用集热力除冰法与机械除冰法相结合的除冰机器人进行高压输电线33上的除冰，可对雨凇、混合凇等结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除，除冰效果好。

具体地，u型加热板21的数量为2，两个上齿条25的一端分别延伸至两个壳体22内与滑轨23滑动连接，另一端与上u型加热板21的两个自由端连接，且u型加热板21的弧形段朝上；两个下齿条26的一端分别延伸至两个壳体22内与滑轨23滑动连接，另一端与下u型加热板21的两个自由端连接，且u型加热板21的弧形段朝下。通过沿输电线33上下两侧对应设置的2个u型加热板21对输电线33进行加热，利用同一步进电机19通过分别设置在壳体22内的上齿条25和下齿条26的传动可实现2个u型加热板21沿输电线33径向相对移动，结构简单，提高热力除冰机构的除冰效率。

此外，u型加热板21包括相互贴合的柔性导热基板27和柔性透明面板28，柔性导热基板27的表面涂覆有吸热膜层，且吸热膜层设置在柔性导热基板27和柔性透明面板28之间。架空线路覆冰设置在高空，因此可利用吸热膜层吸附太阳能并将太阳能转换为电能后通过柔性导热基板27对输电线33上的覆冰实现热力除冰，节约能源；也可利用机壳01内设置的蓄电池04为u型加热板21提供热源，保证对架空线路覆冰的除冰效果。具体地，柔性导热基板27为铁铬铝基板，保证u型加热板21具有一定的柔韧延展性，可在u型加热板21对输电线33移动热力除冰过程中可适应不同直径的架空线路覆冰，保持与输电线33接触且移动摩擦小。

进一步地，还包括通过支架34架设在机壳01上的涂料机构，如图3所示，涂料机构包括涂料瓶29、输料管30和控制输料管30与涂料瓶29连通的电磁阀31，涂料瓶29内盛有憎水防冰涂料，输料管30下端呈弧形状绕输电线33周向设置，且输料管30弧形状端部靠近输电线33的内侧设有数个输料软管32，数个输料软管32与输料管30连通。在经过机械除冰机构和热力除冰机构除冰后的高压输电线33上喷涂憎水防冰涂料制得的涂层表面具有超疏水效果，可防止高压输电线33在恶劣的环境下迅速结冰；具体地，设有智能控制输料管30与涂料瓶29连通的电磁阀31，需要涂设憎水防冰涂料的时候，可打开电磁阀31，涂料瓶29内的憎水防冰涂料由于重力作用经过呈弧形状绕输电线33周向设置的输料管30上密集的输料软管32涂设在输电线33上，可适应不同直径的架空线路，且直接从输料软管32与输电线33相接触的端头涂设憎水防冰涂料，可有效利用憎水防冰涂料实现均匀涂设，并不会造成材料浪费。

此外，如图4所示，主动轮02与从动轮03上的尖角状沟槽的尖角为45°，且从动轮03上的尖角状沟槽的尖角为45°，且尖角沟槽内设有防滑层18，防止主动轮02与从动轮03在高压输电线33上移动打滑。

进一步地，如图5所示，机械除冰机构包括转动柱11和沿转动柱11径向均匀布置的3个刀片12，旋转体10沿转动柱11轴向穿设在转动柱11内且旋转体10轴线与转动柱11的轴线相互重合。旋转体10随驱动电机06转动过程中带动转动柱11沿旋转体10快速转动，从而沿转动柱11径向均匀布置的3个刀片12可利用积蓄的能量迅速飞转敲击输电线33上的冰块，作用力并不直接作用在输电线33上，而是作用在输电线33上的冰块上，可对冰层较厚的覆冰实现初步破碎；再利用热力除冰机构进一步加热除冰，可对结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除。

更进一步地，转动柱11上设有用于刀片12的锁紧机构，锁紧机构包括沿转动柱11轴向设置的锁紧丝杆13和锁紧螺母14，锁紧丝杆13上设有锁紧齿15，刀片12延伸至转动柱11一端的端面上布置有与锁紧齿15相啮合的啮合齿16，通过转动锁紧丝杆13带动刀片12向转动柱11内/外移动，用于调节刀片12的破冰直径。实现转动柱11上的除冰刀片12沿转动柱11径向可调，用于调节刀片12与输电线33之间的距离，从而可适应不同直径的架空线路覆冰，避免现有除冰机构的刀头无法调整间距或只能在施工现场拆装和调整，操作复杂的问题。

此外，转动柱11上的刀片12自转动柱11前端往后端分组排列，且每组分别设置在不同的层面上，每组由3条条状刀片12在同一层面上呈夹角为120°交叉设置。根据力学受力稳定的特点，如此可使得转动柱11在刀片12转动破碎冰块过程中达到相对动平衡。

本例中，在利用除冰机器人除冰过程中，在整个除冰机器人重力的作用下，输电线33被紧紧地压向主动轮02和从动轮03沟槽的尖角位置，尖角状沟槽利用两侧设置的防滑层18夹着输电线33运动，防止主动轮02和从动轮03在电线上打滑，在机壳01悬挂在高压输电线33的时候，手动转动锁紧丝杆13，调节刀片12与输电线33之间的距离，使得刀片12长度适于破冰位置，并通过锁紧螺母14对锁紧丝杆13两端进行锁紧，可适应不同直径的架空线路覆冰；从而机械除冰机构的工作原理为：旋转体10随驱动电机06转动过程中带动转动柱11沿旋转体10快速转动，利用沿转动柱11径向均匀布置的3个刀片12积蓄的能量迅速飞转敲击输电线33上的冰块，可对冰层较厚的覆冰实现初步破碎。

进一步地，热力除冰机构的工作原理为：控制器05控制步进电机19转动而驱动与步进电机19输出轴通过传动带b20传动连接的齿轮24转动，齿轮24带动与齿轮24啮合的上齿条25和下齿条26同步移动，利用与齿轮24啮合的上齿条25和下齿条26固定连接的u型加热板21沿输电线33移动加热，预留热力除冰机构中的u型加热板21与输电线33之间的接触频率，控制热力除冰机构的加热速率，避免容易因热力除冰机构持续发热对输电线33内部造成损害，实现机械除冰之后的进一步除冰，可对雨凇、混合凇等结合力较强及冰层较厚的覆冰进行有效的去除，除冰效率高，除冰效果好。

此外，经过机械除冰和热力除冰之后，可通过控制器05控制打开电磁阀31，涂料瓶29内的憎水防冰涂料由于重力作用经过呈弧形状绕输电线33周向设置的输料管30上密集的输料软管32涂设在输电线33上，可适应不同直径的架空线路，且直接从输料软管32与输电线33相接触的端头涂设憎水防冰涂料，可有效利用憎水防冰涂料实现均匀涂设，并不会造成材料浪费。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：如图6所示，转动柱11上的刀片12自转动柱11前端往后端分组排列，且每组分别设置在不同的层面上，每组由6条条状刀片12在同一层面上呈夹角为60°交叉设置，结构设计紧凑，且在转动柱11旋转过程中可进一步提高机械破冰的破碎效率。

此外，主动轮02与从动轮03上的尖角状沟槽的尖角为60°，且从动轮03上的尖角状沟槽的尖角为60°，且尖角沟槽内设有防滑层18，一方面防止主动轮02与从动轮03在高压输电线33上移动打滑；另一方面可将附着在输电线33上残留的冰碾碎去除，达到二次除冰的效果，实用性好。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。