臂载式绝缘子污秽物采样机的制作方法

本发明涉及电力设备高压外绝缘技术领域，特别是一种臂载式绝缘子污秽物采样机。

背景技术：

在空气中随着时间的推移，一般的电器设备表面都会积攒很多污秽物，例如空气中的尘土以及鸟儿的粪便等等，特别的对于绝缘子来说，其外加电压具有吸附力会更加容易在其表面积攒污秽。如果遇到大雾等湿度较高的天气或者在某些湿度常年居高不下的地区，附着在电气设备绝缘表面的污秽物中的电解质就会溶于水，这就会在电器设备表面形成导电膜，大大降低了设备表面的绝缘水平，于是在电场力的作用下就会发生很强烈的放电现象，此现象被称之为污闪现象。当然污闪现象也并不是十分常见，只有当污秽物达到一定量、外界温度达到一定条件并且湿度足够的条件下才有可能发生。

超高压、特高压输电近年来受到大力发展，输变电绝缘子的安全运行直接决定了整个系统的投资及安全水平。为了防止线路以及电气设备尤其是绝缘子发生污闪现象，为了最大限度地降低污闪事故发生的可能性，为了给杜绝污闪事故的发生这项研究提供科学依据，经常需要对绝缘子表面的污秽物进行采样，然后由实验人员通过对污秽物的检测得到灰密、盐密等信息。

但是，长久以来采样工作都是依靠人工手动的方法进行的，采样方法有以下两种：

1、在进行采样前首先要准备污秽采样相关的套件：采样布、湿润剂、采样手套、收集袋和样品盒；然后带着设备爬到绝缘子的相应位置；再戴上手套，将采样巾从密封袋中取出，分别擦拭绝缘子的上下表面。当污秽物较多时，应用多张取样巾仔细擦拭绝缘子的表面，一直到污秽物全部转移到采样巾上。

2、也可以取下待测绝缘子，这时要特别注意绝缘子的密封情况，运送到实验室后，再用擦拭法或者清洗法收集污秽物。若经过几次擦洗后仍有污秽物残余，则应用刮具将其刮下，然后放入污液中。在擦洗过程中注意水泥和金具的位置不要擦洗。在此过程中要做两点保证：保证装卸及搬运过程中污秽零流失；保证采样的位置及采样的数量满足要求。

以上两种绝缘子表面污秽物采样的人工处理方法会受到工作地点的限制，尤其是高空作业会面临各种各样的危险和挑战。对采样人员的安全保护问题就很难解决，作业人员需要攀爬到高处进行采样，无疑增加了工作的危险性，且工作量大，采样速度慢，采样效率低，工作强度高。同时有的绝缘子并非全部都是竖直的，带有一定的倾斜角度，这就导致采样工作也会相当复杂、繁琐、缓慢。因此，研发设计一种能够高效采样的装置显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种臂载式绝缘子污秽物采样机，以解决现有的绝缘子污秽物采样方式为人工采样的方式而增加了工作的危险性、工作量大、采样效率低、工作强度高以及采样工作复杂的问题，以采用机械结构专用于绝缘子表面采样工作，并以此来代替人工手动作业，以使得采样工作变得简单、高效、快捷。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

臂载式绝缘子污秽物采样机，包括通过机械臂水平设置在可移动平台上方用于套设在绝缘子夹层之间的开合卡环，开合卡环连接设置有用于自动控制开合卡环开合的开合控制装置，开合卡环的顶端面上设置有裹设有采样布并沿开合卡环周向运动用于擦拭绝缘子夹层之间污秽物的采样装置；所述可移动平台上设置有用于控制装置整体作业的plc控制器，机械臂、开合控制装置和采样装置的受控端分别连接于plc控制器。

进一步优化技术方案，所述开合卡环的底部设置有底盘以及分别与底盘和机械臂相固定的机械臂连接板，底盘和机械臂连接板均水平设置；

所述开合卡环包括左半圆环导轨以及与左半圆环导轨分体设置并与左半圆环导轨相配合形成封闭圆环的右半圆环导轨；所述左半圆环导轨和右半圆环导轨的顶端面分别设置有弧形导轨，两弧形导轨首尾闭合形成圆形导轨。

进一步优化技术方案，所述开合控制装置包括与右半圆环导轨相固定呈多半圆状的导轨主动齿轮以及与左半圆环导轨相固定并与导轨主动齿轮相啮合呈多半圆状的导轨从动齿轮，导轨主动齿轮通过转动设置在底盘上的主动轴连接设置有设置在底盘上的驱动电机，驱动电机的受控端连接于plc控制器，导轨从动齿轮通过转动设置在底盘上的从动轴设置在底盘上。

进一步优化技术方案，所述导轨主动齿轮和导轨从动齿轮的顶端面上设置有用于检测采样装置在开合卡环上运动位置的采样装置位置检测装置，采样装置位置检测装置包括分别设置在导轨主动齿轮和导轨从动齿轮的顶端面上的光电传感器，光电传感器的信号输出端连接于plc控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述采样装置包括卡设在圆形导轨内并沿圆形导轨周向运动的周向运动小车、通过驱动机构设置在周向运动小车上用于在充气状态下伸长以伸入到绝缘子夹层之间的双向气缸以及用于向双向气缸内进行充气的充气装置，周向运动小车、驱动机构和充气装置的受控端分别连接于plc控制器的输出端；双向气缸的活塞杆端连接有带有采样布接口的采样接头以及裹设在采样接头上且带有气孔的橡胶气囊，采样布裹设在橡胶气囊上。

进一步优化技术方案，所述周向运动小车包括设置在周向运动小车底部并与开合卡环的顶端面相接触的四个滚轮、用于驱动滚轮动作的小车驱动机构以及设置在周向运动小车底部并与弧形导轨相配装用于对周向运动小车的移动起到导向作用的连接滑块；所述小车驱动机构包括设置在两滚轮之间的小车驱动轴以及与小车驱动轴相连接用于驱动周向运动小车在开合卡环上移动的小车驱动电机。

进一步优化技术方案，所述充气装置包括通过气体管路与双向气缸相连通的压缩空气罐以及设置在压缩空气罐上的电磁阀，电磁阀的受控端连接于plc控制器的输出端。

进一步优化技术方案，所述驱动机构包括设置在周向运动小车内部的采样转盘驱动电机以及设置在周向运动小车顶部并与采样转盘驱动电机相固定连接的采样转盘，采样转盘驱动电机的受控端连接于plc控制器的输出端。

进一步优化技术方案，所述底盘上设置有用于实现绝缘子与开合卡环同轴定位检测的对中检测装置；所述对中检测装置包括多个分别设置在底盘的底端面上用于检测底盘绝缘子与开合卡环之间距离的超声波传感器，超声波传感器至少设置有三个，所有的超声波传感器均位于同一圆周上，超声波传感器的信号输出端连接于plc控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述底盘上还设置有用于检测开合卡环相对绝缘子高度位置的高度检测装置，高度检测装置包括通过竖直杆设置在底盘顶端面上用于拍摄观察绝缘子与开合卡环之间高度的位置的摄像头，摄像头的信号输出端连接于plc控制器的输入端。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过开合控制装置来控制开合卡环的开合，高度检测装置实现开合卡环高度位置的检测，对中检测装置实现对开合卡环与绝缘子的同轴检测，再通过采样装置上裹设采样布实现对绝缘子夹层之间的污秽物擦拭，使得本装置实现了自动化对污秽物的采样工作，代替人工手动作业，无需人工进行攀爬取样，大大地增加了取样的安全性，大大地提高了工作效率，因此有效地避免了污闪现象的产生，有效地保证了绝缘子的使用寿命。

本发明高度检测装置中的摄像头能够检测开合卡环相对绝缘子高度位置，即通过控制机械臂使双向气缸处在某两片绝缘子之间，避免伸缩杆与伞裙碰撞。

本发明对中检测装置中设置的至少三个超声波传感器利用超声波实现了绝缘子与开合卡环同轴定位检测。本发明摄像头和超声波传感器的设置，使得本装置完成了对绝缘子的定位工作，智能化程度很高。

本发明开合卡环分设为左半圆环导轨和右半圆环导轨，右半圆环导轨与导轨主动齿轮相固定，导轨从动齿轮与左半圆环导轨相固定，进而由驱动电机通过驱动导轨主动齿轮的转动即可实现开合卡环的开闭功能。

本发明双向气缸的活塞杆端连接有采样接头，采样接头上裹设有橡胶气囊，采样接头上设置有采样布接口，采样布裹设在橡胶气囊上，橡胶气囊上开设有气孔，可通过气孔向橡胶气囊内充气，以使得橡胶气囊涨开，保证采样布与绝缘子充分接触。由于胶气囊的存在，采样布各位置与绝缘子接触压力相同，不会造成采样误差。

本发明周向运动小车设置的滚轮能够沿开合卡环顶端面上移动，且设置的连接滑块与弧形导轨相配装，对周向运动小车的移动起到导向作用，保证了周向运动小车能够在开合卡环上移动，结构十分新颖。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明部分结构的俯视图；

图5为图4的主视图；

图6为图4的侧视图；

图7为本发明弧形导轨与连接滑块相配装时的剖视图；

图8为本发明所述开合卡环打开时的俯视图；

图9为本发明所述开合卡环套设在夹层之间时的结构示意图。

其中：1、可移动平台；2、充气装置，21、压缩空气罐，22、气体管路；3、机械臂；4、机械臂连接板；5、开合卡环，51、左半圆环导轨，52、右半圆环导轨，53、弧形导轨；6、底盘，61、连接孔；7、开合控制装置，71、导轨主动齿轮，72、导轨从动齿轮，73、减速器，74、驱动电机；8、采样装置，81、周向运动小车，82、采样转盘，83、双向气缸，84、采样接头a，85、采样接头b，86、橡胶气囊a，87、橡胶气囊b，88、气孔，89、采样转盘驱动电机，810、连接滑块；9、对中检测装置，91、超声波传感器；10、采样装置位置检测装置，101、光电传感器；11、高度检测装置，111、竖直杆，112、摄像头。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种臂载式绝缘子污秽物采样机，结合图1至图9所示，包括开合卡环5、开合控制装置7和采样装置8。

开合卡环5通过机械臂3水平设置在可移动平台1上方，用于套设在绝缘子夹层之间。机械臂3为多自由度高空作业机械臂，能够移动、升降及发生倾斜，本发明中装置整体即安装在机械臂3的前端。

可移动平台1上设置有plc控制器，plc控制器用于控制装置整体作业，机械臂3、开合控制装置7和采样装置8的受控端分别连接于plc控制器。plc控制器上设置有显示屏和控制按钮。

开合卡环5的底部设置有底盘6以及机械臂连接板4，机械臂连接板4分别与底盘6和机械臂3相固定。底盘6上开设有连接孔61，连接螺栓穿过连接孔61与机械臂连接板4连接。底盘6和机械臂连接板4均水平设置，进而使得设置在底盘6上的开合卡环5呈水平状态。

开合卡环5包括左半圆环导轨51以及右半圆环导轨52，右半圆环导轨52与左半圆环导轨51分体设置，并与左半圆环导轨51相配合形成封闭圆环。左半圆环导轨51和右半圆环导轨52的顶端面分别设置有弧形导轨53，两弧形导轨首尾闭合形成圆形导轨。

开合控制装置7与开合卡环5连接设置，用于自动控制开合卡环5开合。开合控制装置7包括导轨主动齿轮71、导轨从动齿轮72和驱动电机74。

导轨主动齿轮71与右半圆环导轨52相固定，导轨主动齿轮71与右半圆环导轨52一体设置，呈多半圆状，导轨主动齿轮71上呈多半圆状的侧壁上开设有齿。导轨从动齿轮72与左半圆环导轨51相固定，导轨从动齿轮72与左半圆环导轨51一体设置，并与导轨主动齿轮71相啮合，呈多半圆状，导轨从动齿轮72上呈多半圆状的侧壁上开设有齿。

导轨主动齿轮71通过主动轴连接设置有驱动电机74，驱动电机74的受控端连接于plc控制器。主动轴与驱动电机74之间还可连接减速器73，减速器73一端与主动轴连接，一端与驱动电机74通过联轴器联接。主动轴通过轴承设置在底盘6上，主动轴与底盘6之间可进行转动。导轨从动齿轮72通过从动轴设置在底盘6上，从动轴通过轴承设置在底盘6上，从动轴与底盘6之间可进行转动。驱动电机74的固定端设置在底盘6上，驱动电机74能够带动导轨主动齿轮71转动，进而带动与之啮合的导轨从动齿轮72反向转动，从而来实现左半圆环导轨51和右半圆环导轨52的开合。

导轨主动齿轮71和导轨从动齿轮72的顶端面上设置有采样装置位置检测装置10，采样装置位置检测装置10用于检测采样装置8在开合卡环5上运动位置。采样装置位置检测装置10包括分别设置在导轨主动齿轮71和导轨从动齿轮72的顶端面上的光电传感器101，光电传感器101的信号输出端连接于plc控制器的输入端。

光电传感器包括发送器、接收器和检测电路，发送器对准采样装置8发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(led)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号，检测电路能够将检测信息反馈至plc控制器。

本发明采用pbt塑胶外壳红外漫反射光电传感器。

采样装置8设置在开合卡环5的顶端面上，采样装置8上裹设有采样布，并沿开合卡环5周向运动，用于擦拭绝缘子夹层之间污秽物。采样装置8包括周向运动小车81、驱动机构、双向气缸83以及充气装置2，周向运动小车81、驱动机构和充气装置2的受控端分别连接于plc控制器的输出端；

周向运动小车81卡设在圆形导轨内，并沿圆形导轨周向运动。双向气缸83通过驱动机构设置在周向运动小车81上，用于在充气状态下伸长以伸入到绝缘子夹层之间。双向气缸83的活塞杆端连接有采样接头以及裹设在采样接头上的橡胶气囊，采样接头上设置有采样布接口，采样布裹设在橡胶气囊上，橡胶气囊上开设有气孔88，可通过气孔88向橡胶气囊内充气，以使得橡胶气囊涨开，保证采样布与绝缘子充分接触。由于胶气囊的存在，采样布各位置与绝缘子接触压力相同，不会造成采样误差。

本发明中的双向气缸83为双头伸缩气缸，即双向气缸83的底端为固定端，两头部为伸缩端，在充气装置2的作用下能够对两端分别进行充气，以分别控制双向气缸83两头部的伸缩。本发明中的双向气缸83型号为dxwm10x10型，也可采用其他型号。位于一端的采样接头为采样接头a84，采样接头a84上裹设的橡胶气囊为橡胶气囊a86，位于另一端的采样接头为采样接头b85，采样接头b85上裹设的橡胶气囊为橡胶气囊b87，橡胶气囊a86和橡胶气囊b87上分别开设有一个气孔。

周向运动小车81包括四个滚轮、小车驱动机构以及连接滑块810。四个滚轮设置在周向运动小车81底部，并与开合卡环5的顶端面相接触，即滚轮在开合卡环5的顶端面上移动，滚轮包括两个主动轮和两个从动轮。

小车驱动机构用于驱动滚轮动作，小车驱动机构包括小车驱动轴以及小车驱动电机，小车驱动轴设置在两滚轮之间。小车驱动电机与小车驱动轴相连接，用于驱动周向运动小车81在开合卡环5上移动。

连接滑块810设置在周向运动小车81底部，并与弧形导轨53相配装，用于对周向运动小车81的移动起到导向作用。弧形导轨53的横截面为倒t型凹槽状，连接滑块810的形状为呈t型状的滑块，连接滑块810卡装设置在弧形导轨53内，使得周向运动小车81在移动时能够沿开合卡环5周向移动。

充气装置2用于向双向气缸83内进行充气。充气装置2包括通过气体管路22与双向气缸83相连通的压缩空气罐21以及设置在压缩空气罐21上的电磁阀，电磁阀的受控端连接于plc控制器的输出端，通过控制压缩空气罐21向双向气缸83内的充气量即可控制双向气缸83的活塞杆伸长量。

驱动机构包括采样转盘驱动电机89以及采样转盘82，采样转盘驱动电机89设置在周向运动小车81内部。具体地，采样转盘驱动电机89采用步进电机，每次能够转动90°，采样转盘驱动电机89的受控端连接于plc控制器的输出端。采样转盘82设置在周向运动小车81顶部并与采样转盘驱动电机89相固定连接，所以采样转盘驱动电机89能够带动双向气缸83转动。

底盘6上设置有对中检测装置9，对中检测装置9用于实现绝缘子与开合卡环5同轴定位检测。对中检测装置9包括超声波传感器91，超声波传感器91的信号输出端连接于plc控制器的输入端，超声波传感器91设置有多个，至少设置有三个，分别设置在底盘6的底端面上，用于检测底盘6绝缘子与开合卡环5之间距离，所有的超声波传感器91均位于同一圆周上，该圆周的圆心与开合卡环5闭合后的圆心相重合，所以能够保证对中的要求。

超声波传感器91包括发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成，本发明中的超声波传感器用于检测每个超声波传感器与绝缘子之间的距离，发送传感器发射的超声波信号被绝缘子反射后，再被接收传感器进行接收，进而来检测出超声波传感器与绝缘子之间的距离。本发明中的超声波传感器91采用qr18-d100n-gm接近式超声波传感器。

底盘6上还设置有高度检测装置11，高度检测装置11用于检测开合卡环5相对绝缘子高度位置，即通过控制机械臂3使双向气缸83处在某两片绝缘子之间，避免伸缩杆与伞裙碰撞。高度检测装置11包括竖直杆111和摄像头112，摄像头112通过竖直杆111设置在底盘6顶端面上，摄像头为视觉识别摄像头，用于拍摄观察绝缘子与开合卡环5之间的位置。摄像头112的信号输出端连接于plc控制器的输入端，能够将摄像头112拍摄到的信息反馈至plc控制器，进而便于plc控制器再控制机械臂3进行高度的调节。

本发明在实际进行绝缘子污秽物的采样过程如下。

步骤一，采样的准备工作。采样的工作负责人在运行人员的带领下进入到采样工作现场，首先查看现场的安全措施是否满足采样工作的要求，并且办理相关的许可手续。工作负责人要在运行人员的带领下认真检查工作地点、隔离开关（拉开状态）以及接地开关（闭合状态）等情况。再进行取样准备，首先搬运工具和材料，在搬运过程中要与带电设备保持安全距离。然后在取样现场装设围栏，工作人员应着重留意现场环境，严禁有人跨越安全围栏。接着检查连接取样所需的接地线是否可靠接地，最后要抄录取样设备的参数并记录现场的环境温度和湿度。

步骤二，将橡胶气囊a86安装到双向气缸的采样接头a84上，将橡胶气囊b87安装到双向气缸的采样接头b85上，将两块采样布分别套装在橡胶气囊a86和橡胶气囊b87上，卡在采样接头的采样布接口处。

步骤三，开合卡环5高度位置的校核。调节机械臂高度，摄像头112将开合卡环5的高度信息进行拍摄，并反馈至plc控制器，工作人员通过plc控制器上的显示屏进行观测，再通过plc控制器的控制使采样机的机械臂3升高至绝缘子的某一位值，如第四片绝缘子的位置。

步骤四，绝缘子进入到开合卡环5内。

1）开合卡环5的打开。plc控制器控制驱动电机74得电，驱动电机74正转，带动主动轴顺时针转动，主动轴带动导轨主动齿轮71及与导轨主动齿轮71相固定的右半圆环导轨52顺时针转动；同时，导轨主动齿轮71会带动与之啮合的导轨从动齿轮72及与导轨从动齿轮72相固定的左半圆环导轨51逆时针转动，实现左半圆环导轨51和右半圆环导轨52的打开。

2）开合卡环5打开后，plc控制器控制机械臂3水平移动，使绝缘子进入开合卡环5内。

步骤五，开合卡环5与绝缘子的对中检测。设置在底盘6底端面上的三个超声波传感器91测量绝缘子与各超声波传感器传感器的距离，并将测量信息反馈至plc控制器，plc控制器再对机械臂3的水平位置进行调整，进而来实现对开合卡环5水平位置的调节，实现绝缘子与开合卡环5同轴，即对中。

步骤六，开合卡环5的闭合，使得开合卡环5套设在绝缘子的外围。驱动电机74带动主动轴逆时针转动，主动轴带动导轨主动齿轮71及与导轨主动齿轮71相固定的右半圆环导轨52逆时针转动；同时，导轨主动齿轮71会带动与之啮合的导轨从动齿轮72及与导轨从动齿轮72相固定的左半圆环导轨51顺时针转动，实现左半圆环导轨51和右半圆环导轨52的闭合。

步骤七，采样转盘驱动电机89得电，采样转盘驱动电机89带动采样转盘82以及与采样转盘82固定的双向气缸83顺时针转动90°，使得采样接头a84至绝缘子径向，plc控制器控制充气装置2实现该端的双向气缸83的活塞杆伸长，控制伸缩杆伸出一定值，通过气孔向橡胶气囊a内充气，使橡胶气囊a涨开，进而使得采样布与绝缘子充分接触。

步骤八，小车驱动电机得电，实现周向运动小车81绕开合卡环5顺时针周向运动，在运行过程中由光电传感器101检测周向运动小车81的位置，光电传感器101将周向运动小车81的位置信号反馈至plc控制器，运动一周后，plc控制器控制小车驱动电机失电，周向运动小车81停止运动，plc控制器再控制采样转盘驱动电机89反转，采样转盘驱动电机89控制双向气缸83逆时针转动90°，然后plc控制器控制周向运动小车81沿逆时针方向回归原点，完成采样，橡胶气囊a放气。

步骤九，plc控制器再次控制机械臂升降，通过摄像头拍摄信息进行观测，调整开合卡环5高度，进行利用第二块采样布（裹在橡胶气囊上的）对第二位置采样。

步骤十，采样转盘驱动电机89得电，采样转盘驱动电机89带动采样转盘82以及与采样转盘82固定的双向气缸83逆时针转动90°，使得采样接头b85至绝缘子径向，plc控制器控制充气装置2实现该端的双向气缸83的活塞杆伸长，控制伸缩杆伸出一定值，通过气孔向橡胶气囊b内充气，使橡胶气囊b涨开，进而使得采样布与绝缘子充分接触。

步骤十一，小车驱动电机得电，实现周向运动小车81绕开合卡环5顺时针周向运动，在运行过程中由光电传感器101检测周向运动小车81的位置，光电传感器101将周向运动小车81的位置信号反馈至plc控制器，运动一周后，plc控制器控制小车驱动电机失电，周向运动小车81停止运动，plc控制器再控制采样转盘驱动电机89反转，采样转盘驱动电机89控制双向气缸83逆时针转动90°，然后plc控制器控制周向运动小车81沿逆时针方向回归原点，完成采样，橡胶气囊b放气。

步骤十二，plc控制器控制开合卡环5打开，控制机械臂3移动，离开绝缘子，更换采样布。