专利名称：旋转式电动绝缘毛刷的制作方法
技术领域：
本实用新型是可以带电清扫电瓷表面的旋转式电动绝缘毛刷。
暴露在大气中的高压输电线路和变电设备的电瓷表面会因积附污秽而导致绝缘性能下降，为此必须定期对其净化。此项工作最好能带电作业，以减少电网的停电次数。
本申请人在1986年11月26日曾提出一种“绝缘动力毛刷”的实用新型专利申请，申请号为86209295。该毛刷由小型汽油机、离合器、软轴、减速器、绝缘材料制作的硬传动轴和轴外套管、工作部件(刷头)组成，工作时刷头旋转，可以带电作业清扫电瓷表面。这种毛刷的不足之处为采用小型汽油机作动力机，重量偏大，而且噪音和震动也都较大。
本实用新型的任务是针对上述缺点提出两种新型绝缘毛刷。(本申请全部文件中所用的“毛刷”一词，是指包括发动机等在内的全套毛刷，请与“刷头”一词相区别。)本实用新型的方案是取消上述实用新型的汽油机、离合器、软轴，改用电动机作动力机，而且电动机、减速器和传动轴三者同轴线排列。
许多输变电专业的技术人员都曾对本结构的绝缘毛刷作过可行性研究，他们没能解决的技术问题是这种结构的毛刷所需功率较大，起起码要130瓦(指电动机的轴输出功率)。在这样大的功率下，包括电动机在内的全套毛刷重量十分可观，无法在杆塔顶部由单人使用，灵活地进行带电作业。
本实用新型要解决的主要技术问题是减轻重量。
为此，须要寻找出既有满意的清扫性能，所需功率又能满足高空杆塔上带电作业要求的刷头转动参数。通过大量试验研究，确定了本实用新型在这方面的特点为当刷头以0.1公斤米的转矩执行清扫任务时，它的转速在1转／秒～13转／秒之间。其中以3转／秒～8转／秒具有特别好的经济技术指标。任何从事工业电气化专业的技术人员，都能选择合适的电动机，并根据电动机的特性选择合适的变速器(或不用变速器)来实现这一参数。这一参数只是用来说明毛刷特点的，并非用来描述实际清扫时毛刷的工作状态，因为在实际清扫时，对于不同的刷头(包括形状、尺寸、材料几方面)、不同形状的电瓷表面、不同的操作用力，刷头的工作转矩和转速都是在一个很大的范围内变化波动的。
以下结合附图对本实用新型作详细说明
图1是本实用新型的电气结线原理图。图中1直流电动机、2双刀双掷开关、3桥式整流电路、4带有动合触点微动开关、5蓄电池(可充电电池)组，或交流电源。
图2是使用单相交流电动机时本实用新型的电气结线原理图。图中6单相交流电动机、7单相交流电源。
图3是使用单相交流电动机且使用蓄电池组供电时，本实用新型的电气结线原理图。图中8逆变器。
图4是本实用新型的结构示意图。图中9电源线(机壳内的部分略画)、10电气插头、11微动开关(4)的按钮、12机壳、13双刀双掷开关(2)的拨钮、14弹簧、15按柄，用以控制开关(4)的通断、16电动机(1)的转动输出轴、17行星齿轮减速器，图中画的是两级、18减速器(17)的压盖、19减速器(17)的转动输出轴、20圆锥套筒、21牙嵌式(齿式)联轴器、22绝缘传动轴、23绝缘套管、24橡胶减振圈、25聚四氟乙烯制造的滑动轴承的外圈、26聚四氟乙烯制造的滑动轴承的内圈、27橡胶或塑料造的柔(弹)性联接管(24～27组成的部件共有多个，图中只画了两个，其余略画。)。28刷头方向转换器的框架(由尼龙或聚四氟乙烯制造)、29伞齿轮(圆锥齿轮)、30短轴、31快换夹头(图中画套筒代替，后述)、32刷头柄、33刷头。
图5是在全套毛刷上装置两组变速器的传动顺序示意图。其中1电动机、17减速器、34(不分段的)绝缘传动轴、35增速器、33刷头。
图6是本实用新型的附加输液机构的结构示意图。其中36容器、37单向阀、38弹性球体、39单向阀、40绝缘输液管、41喷咀、42尼龙夹。
图7是本申请的第二种毛刷结构示意图。其中33刷头、32刷头柄、31快换夹头、17行星齿轮减速器、1直流电动机(或单相交流整流子电动机)、60机壳、49蓄电池组、50电线、4开关、52尼龙绳、23绝缘管、59压柄、53夹子、54支柱、55调向板、56滑道、57销轴、58蝶形螺母。
图8是图7的局部剖面图。其中61螺栓。
从附图4中可以看出，本实用新型的机械传动顺序是电动机(1)旋转，经过行星齿轮减速器(17)降低转速，再经过绝缘传动轴(22)带动刷头(33)旋转。操作者一手握在机壳(12)上，同时控制开关按柄(15)，另一手握在套管(23)上，用旋转的刷头去清扫。由于轴(22)和套管(23)是由绝缘材料制造的，所以能带电作业。
从附图4中可以看出本实用新型有下列特点1.减速器(17)是一级或多级行星齿轮减速器，这种减速器具有体积小、重量轻、减速比大的特点，适合带电作业工具使用。
2.在轴(22)的顶部有一个刷头方向转换器，由框架(28)、四个伞齿轮(29)、二支短轴(30)等组成，当轴(22)旋转时，经过伞齿轮(29)，带动短轴(30)也一同旋转。当把刷头安放在短轴(30)中的某一支上时，就改变了刷头(33)与轴(22)之间的夹角。刷头方向转换器可以使毛刷方便地清扫电瓷件的各个部分。上述三种零件(28)～(30)最好由绝缘材料制造，以提高毛刷的电气安全性。为了能快速地将刷头(33)装在轴(22)或短轴(30)上，又能快速地取下，本实用新型在刷头柄(32)的端部安装了一个快换夹头(31)。(它的结构并未在图中画出，图4中画的是一个套筒，事实上，带有销钉的套筒也可以完成同样的功能。)该快换夹头的结构与机械加工行业中钻床上装钻头用的快换夹头基本一样，只是多一个弹簧，用它的弹力代替钻床夹头上外环的重力。
3.本实用新型的绝缘传动轴系统。包括轴(22)、轴承(25)～(26)、套管(23)、轴中间的柔性联接体(27)和弹性减振圈(24)，具有下述特点a、轴承(25)～(26)是由聚四氟乙烯制造的滑动轴承，即轴承的内圈(26)和轴承的外圈(25)都是由聚四氟乙烯制造的，这种材料具有绝缘及自润滑的特点；b相邻两轴承之间的轴向距离在0.3～0.8米之间；c、整个绝缘传动轴(22)是由多段绝缘材料制造的短硬轴组成的，相邻短硬轴之间用橡胶或塑料等柔性材料作成的管(27)进行联接；d、轴承(25)～(26)恰好装置在各段短硬轴之间的柔性联接管(27)上，其装置工艺是挤压(几十公斤力)就位的；e、在轴承的外圈(25)和套管(23)之间，有一个弹性减振圈(24)，它由橡胶或塑料制造，也是挤压就位的。所有上述零件(22)～(27)必须使用绝缘材料制造。整个绝缘传动轴系统的长度取决于被清扫的电瓷件的电压，可参见电业规定。具有上述特点的绝缘传动轴系统重量轻、振动小，适于手持式带电作业工具使用。对其更详细的介绍，可参考本发明人在1987年11月6日申请的87215304号实用新型专利的文件，名称是“绝缘传动轴系统”。
4.为了减轻重量，本毛刷在选择电动机的容量时，允许按短时间运转进行考虑，也可以选择专供短时间运转的电动机，这种电动机过载能力大、重量轻。这样，电动机在工作一段时间之后，例如15分钟，会发生过热。为了解决电动机过热问题，本实用新型的电动机(或含有电动机的某一部分)与毛刷的其它部分之间的联接结构被作成快换式。当电动机过热时，可以快速将备用的电动机(或含有电动机的某一部分)替换到毛刷上去，然后继续使用毛刷工作。从图4中可以看出快换式的方案之一减速器的转动输出轴(19)通过牙嵌式联轴器(21)与绝缘传动轴(22)进行联接，同时机壳(12)通过圆锥套筒(20)与绝缘套管(23)进行联接，其锥度可选在100比1左右。由于这两种联接都是快换式，所以机壳(12)及其内的全部机件，包括电动机(1)，与毛刷的另一部分彼此很容易分离或结合。而且电源(图4中未画)是通过插头(10)接入壳壳(12)内的，所以也是快换式。这种快换式方案的另一优点是可以随意变换不同型号的电动机和(或)不同变比的减速器，以适应不同的清扫情况。
本毛刷可以使用交直流两种电源，而且无论是使用交流还是直流电源，本毛刷的工作电压均为在1.25伏～96伏范围之内的某一电压，特别当毛刷的工作电压为在3伏～48伏范围之内的某一电压时，可以很容易地与市售蓄电池(可充电电池)组配用。用蓄电池组供电使本毛刷在杆塔顶部使用起来更加方便。实现这一特点的具体办法是选用工作电压为在上述范围内的某一电压的直流电动机(最好选用永磁直流电动机，即用永久磁铁激磁的直流电动机，因此它重量轻、效率高、调速容易)，而且在电动机的电源进口接一个桥式整流电路，见
图1所示，这样本毛刷就可以交直流两用了。具体的结构布置见图4所示。
图1及图4中的双刀双掷开关(2)，是用来改变电动机旋转方向用的。
无论是毛刷制造业的技术人员，还是从86209295号专利文件或图4中都能看出刷头的结构刷头有一个胎芯，胎芯可以是圆盘形、圆柱形或圆锥形，在胎芯上栽有刷毛(毛长数十毫米)或包敷有适合清扫用的材料。刷毛可以是塑料毛、鬃毛、棕毛、布条、橡胶条某些藤本植物的根或茎(可以剖分成丝状或不剖分)、剖分成丝状的竹条等，而适合清扫用的材料可以是海绵、泡沫塑料、毛毡、橡胶、丝瓜芯等，胎芯可以用木材、塑料、尼龙、环氧树脂玻璃纤维等材料制造，刷毛及清扫用材料可以分布在全部胎芯的表面上，也可以只分布在胎芯顶部和(或)某一部分侧表面上。海棉类的多孔材料可以吸附液体，便于执行湿擦拭或涂硅油这类任务，为提高它们的耐磨性，可以在其外面包一层或几层布。现在市场上有一种叫百洁布的新产品，类似泡沫塑料，但强度较大，很适合作刷头的刷毛(条状)或表面包敷材料。这里还要说明一下，刷头胎芯的直径越细，毛刷所消耗的功率就越小，所以刷头胎芯的直径不宜过大，一般应在80～7毫米之间，这样还可避免清扫时频繁出现堵转现象。胎芯的轴向长度要由被清扫的瓷件的形状尺寸决定，一般在50～200毫米之间。
本实用新型已经完成。它的电动机为永磁式直流电动机，工作电压24伏，额定电流1.15安培，额定转速6700转／分，额定转矩295克·厘米，最大转矩2100克·厘米。采用两级钢制行星齿轮减速器，减速比为161，齿轮模数为0.5毫米。当刷头以0.1公斤米的转矩进行清扫工作时，刷头转速为4.6±2转／秒。刷头方向转换器的框架(28)由聚四氟乙烯制造，伞齿轮(29)的模数为1.0毫米，齿数19齿，钢制。短轴(30)为直径9毫米的环氧树脂玻璃布实心轴。刷头有多种，尺寸材料各不相同，可根据工作情况随时调换。套管(23)为外径30毫米，内径26毫米的环氧树脂玻璃纤维布管；绝缘传动轴(22)由直径10毫米的同上材料实芯短轴软联接组成，每支短轴长0.5米。当绝缘传动轴系统长度为3.0米时，整个毛刷重量仅3公斤。它除了可以使用交流24伏电源之外，还可以使用直流24伏电源，如果选用24伏6安时的碱性镉镍蓄电池组供电，一次充电可供毛刷连续工作2小时以上，蓄电池组重4.5公斤，完全可以单人背负到杆塔上。
本实用新型还可以临时或永久性地安置附加输液机构，见图6。沿套管(23)的外壁用尼龙夹子(42)固定一条绝缘材料制造的输液管(40)，并在管的下端安置一个手握式单向输液器(37)～(39)，(这是汽车驾驶员常用来吸汽油的一种产品。)还有容器(36)用来储液。这套系统可通过操作者反复用手握紧放松弹性球体(38)，将容器(36)中的液体输送到毛刷的顶部。这液体可以是水或清洗剂，用来提高刷头的清扫效果；也可以是硅油等防污闪涂料，用刷头涂敷在电瓷表面防止污秽闪络事故发生。当然这些液体必须是绝缘的，以保证安全。由于本实用新型选用直流电动机，可以很方便地调速，因此可以将刷头的转速降低，防止液体被高速旋转的刷头甩出；也可将刷头的转速提高，将液体甩到予定的电瓷表面上去。
由以上介绍可知，本实用新型是一种多用途的带电作业机具，用来清扫或处理电瓷表面，防止污秽闪络事故发生。它具有重量轻、噪音小、振动小、可以单人携带并登高使用、用电方式灵活等优点。
下面说一下本实用新型的几种替换结构1.采用下述两种方案中的一种，同样可以实现毛刷的工作电源的特点为1.25伏～96伏之间的某一电压且交直流两用a、选用工作电压为在上述范围内的某一电压的单相交流整流子电动机(单相交流换向器电动机)，该种电动机为交直流两用；b、选用单相交流电动机，并依其工作电压值决定是否再配合以变压器以接入交流电源；配以逆变器(一种将直流电转变为交流电的设备，市场有售)以接入直流电源，见图2及图3。除a、b之外，还可以在电动机及其控制电路上采用其它方案，这是电气专业的技术人员都能想出的。
2.可以采用其它种类的减速器替换图4中的行星齿轮减速器(17)，例如采用圆柱齿轮组减速器，蜗轮蜗杆减速器等。当电动机(1)的特性可以满足刷头的转动参数特点时，可以不用减速器(17)。还应说明，按机械行业的分类方法，所说的行星齿轮减速器中包括有象摆线针轮行星传动减速器等几种减速器，可参阅机械方面的书籍。
3.前面提到过，本毛刷的电动机(或含有电动机的某一部分)与毛刷的其它部分之间的联接结构被作成快换式。对此有如下说明a可以不作成快换式，若电动机过热，可间歇使用；b可以在许多不同的位置安排快换式结构，比如在电动机的转动输出轴(16)与减速器(17)之间进行安排；c可以采用多种不同的快换式结构方案，比如用花键联接，滑键联接(对于转动轴)；用螺纹联接，带紧固螺钉(或销钉)的套筒联接(对于轴外套管)。任何一位机械工作者都能设计出多种等效方案。
4.前面所说的刷头方向转换器，是由伞齿轮来实现的。另外，还可以用一个或多个万向联轴节来实现，(最好由绝缘材料制造。)也可以用一段钢丝软轴代替万向联轴节，软轴套在绝缘软管内。
5.在转动的传递顺序方面，还可以象图5所示进行安排，电动机－减速器－绝缘传动轴－增速器－刷头。这种方案可以在保证电动机(1)和刷头(33)都有合适转速的情况下，大幅度地降低绝缘传动轴(34)的转速，使其远低于刷头(33)的转速，从而可以简化绝缘传动轴系统的结构，比如少用轴承，用不分段的一支硬长绝缘传动轴，甚至使用金属轴承等。(图5中略去刷头方向转换器未画)，在这种结构的毛刷上，刷头转动参数的特点可以放宽，即当刷头以0.1公斤米的转距执行清扫任务时，它的转速在1转／秒～16转／秒之间。
无论是采用以上替换方案中的一种，还是综合采用其中的几种，都应被认为是本实用新型或与本实用新型等同。
下面对本实用新型申请所涉及的第二种旋转式电动绝缘毛刷进行说明它所属的技术领域、要解决的技术问题与前一种相同，只是结构不尽相同，见图7所示。在这种毛刷中，蓄电池组(49)、电动机(1)、减速器(17)、刷头(33)、开关(4)全部按置在绝缘管(23)的顶部。此外，增加了尼龙绳(52)。操作者可以在绝缘管(23)的下部，通过尼龙绳(52)对开关(4)进行通断控制。由于绝缘管(23)和尼龙绳(52)是不导电的，所以能带电作业执行清扫任务。它的刷头转动参数，电动机容量选用原则、刷头的技术特点，与前一种毛刷相同。其电气结线原理见
图1，电动机与减速器的联接结构与图4所示相同。其它应说明的是①
图1中，双刀双掷开关(2)最好省去不用。(否则要增加一条尼龙绳进行控制)；②
图1中的桥式整流电路(3)省去不用，因为第二种毛刷只能使用直流电源即蓄电池或干电池(组)。③电动机(1)为直流电动机或单相交流整流子电动机，其工作电压为在1.25伏～48伏范围内的某一电压。④这种毛刷也有一个刷头方向转换机构，见图7～8。松开蝶形螺母(58)之后，调向板(55)就可以以销轴(57)为圆心转动，从而改变刷头(33)与绝缘管(23)之间的夹角。拧紧螺母(58)之后，调向板(55)与支柱(54)就被螺栓(61)紧固在一起，整套毛刷就可以工作了。操作者握住绝缘管(23)的下部，并通过压柄(59)控制开关(4)的通断，用旋转的刷头(33)进行清扫。这种毛刷的优点是省去了绝缘传动轴系统，制造简单。缺点是不能放置过重的蓄电池，因此使用不常时间(10分钟左右)就要更换电池。第二种毛刷实施例数据为电动机为永磁式直流电动机，工作电压6伏，额定电流8.52安，额定转速11000转／分，额定转矩254克·厘米，最大转矩1843克·厘米。减速器与前一种毛刷的相同，绝缘管(23)的材料及内外径也与前一种相同。选用6伏2安时烧结式镉镍蓄电池组供电。当刷头以0.1公斤米的转矩进行清扫工作时，刷头转速为7±4转／秒。第二种毛刷也可以安置附加输液机构。所说的尼龙绳(52)可以改用其它绝缘绳代替。
最后应说明二点①上述两种毛刷可以和吸尘器配合使用，(当然吸尘器的吸管要用绝缘材料制造)可以避免扫下的污秽四处飞扬。②无论是否使用绝缘材料制造上述两种毛刷，它们都可以作为能够在高空使用的长杆电动旋转式清扫刷在非带电作业情况下去扫墙壁、门窗、广告牌等。
权利要求1.一种可以带电作业清扫电瓷表面的旋转式电动绝缘毛刷，主要由电动机、减速器(当电动机的特性合适时，可不用减速器。)、绝缘材料制造的传动轴、绝缘材料制造的轴外套管、轴承和刷头组成。各组成部分之间的基本结构关系是传动轴由轴承支撑在轴外套管的内部，构成绝缘传动轴系统，在该系统的尾部放置电动机和减速器，在该系统的顶部放置刷头。工作时，电动机旋转，经减速器降低转速，再经过绝缘的传动轴带动刷头旋转，其特征在于所说的刷头的转速在1转/秒～13转/秒之间(当转矩为0.1公斤米时)。
2.一种可以带电作业清扫电瓷表面的旋转式电动绝缘毛刷，主要由绝缘管、减速器、电动机、电池(可以是蓄电池组或干电池组)、刷头、开关和绝缘绳组成；工作时电动机旋转，经减速器降低转速后直接带动刷头旋转。其特征在于a、所说的电动机、减速器、电池、开关和刷头全部装置在所说的绝缘管的顶部；b、所说的绝缘绳的一端与所说的开关相联接，这样，操作者可以在所说的绝缘管的下部，通过绝缘绳对所说的开关进行通断控制；c、所说的刷头的转速在1转／秒～13转／秒之间(当转矩为0.1公斤米时)。
3.按照权利要求1所述的毛刷，其特征在于可以使用交直流两种电源，而且无论是使用交流还是直流电源，毛刷的工作电压均为在1.25伏～96伏范围之内的某一电压。
4.按照权利要求1所述的毛刷，其特征在于在所说的绝缘材料制造的传动轴和刷头之间可以有一个增速器，用以将绝缘传动轴的转动增速后传递给刷头。
5.按照权利要求1所述的毛刷，其特征在于所说的电动机(或含有电动机的某一部分)与毛刷的其它部分之间的联接结构被作成快换式。
6.按照权利要求1或2所述的毛刷，其特征在于在所说的绝缘(套)管的顶部有一个刷头方向转换器，用以改变刷头与绝缘(套)管之间的夹角。
7.按照权利要求1或2所述的毛刷，其特征在于可以有一附加输液机构，用以向刷顶输送液体。
8.按照权利要求2所述的毛刷，其特征在于所说的电动机的工作电压为在1.25伏～48伏范围内的某一直流电压。
9.按照权利要求1或2所述的毛刷，所说的刷头的表面有刷毛或包敷有适合清扫用的材料，其特征在于这种刷毛或适合清扫用的材料可以由海绵类多孔材料制造。
专利摘要本实用新型包含两种可以带电清扫电瓷表面的旋转式电动绝缘毛刷。过去用汽油机作动力的这种毛刷重量大、噪音大、振动大，用电动机作动力的重量也大。本实用新型对刷头的转动参数进行了研究确定，可以使用蓄电池作电源，刷头和绝缘管的夹角可调整，有重量轻且可登杆使用的优点。
文档编号A46B13/02GK2030820SQ8721687
公开日1989年1月18日 申请日期1987年12月29日 优先权日1987年12月29日
发明者赵辅 申请人:天津电力试验研究所