一种架空电线除冰器的设计

朱建鑫,王跃进,郑　威,张　杰,余金宝,谭晨佼（江南大学机械工程学院，江苏　无锡　214122）

一种架空电线除冰器的设计

朱建鑫,王跃进,郑威,张杰,余金宝,谭晨佼
（江南大学机械工程学院，江苏无锡214122）

摘要：介绍了一种机械式清除高压输电线路覆冰和积雪的装置，装有三把除冰犁刀的C型开口齿轮的应用,可直接将电线置于旋转刀具中心,高效刨去电缆上的覆冰；上、下两对弧面行走轮，在装置自身重力作用下可靠夹紧电线，由单独驱动电机驱动，沿电线缓缓前行。

关键词：除冰器;架空线路;除冰措施

1　前言

严重的输电线路覆冰(见图1)会导致杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络以及因不均匀覆冰和随机脱冰所引起的电线舞动等现象，并由此引起线路跳闸、供电中断等事故[1][2]。由于发生冰害时，往往天气恶劣，交通受阻，通讯中断，抢修十分困难，因而造成系统长时间的停电，给工农业生产和人们生活造成严重影响。目前国内外采用的电线除冰方法主要有热力除冰和机械除冰类，而对于较为严重的电线覆冰，一般以人工上线除冰最为有效，而人工除冰效率较低且具有一定的危险性。我国科研设计工作者一直未解决电路覆冰问题不懈的探索，但到目前为止，我们对输电线路覆冰问题的认识还远远不能满足电力工业发展的要求[1]。我们在分析了各种除冰装置的基础上，提出一种新的机械式架空电线除冰的解决方案，并研制了一台新的除冰装置，可以为架空电线除冰作业带来便利。

图1　输电线覆冰情况

2　架空电线除冰器工作原理

2.1总体结构

我们所设计的除冰装置总体结构如图2所示，机架上装有24V蓄电池1，选用带有减速箱一体的直流电动机2带动较小齿轮3、C型开口齿轮4绕着电线以300rpm的转速旋转，C型开口齿轮上安装有三把除冰犁刀6，为了提高除雪效率，除冰犁刀进行按铧犁曲面制作，刀尖焊上硬质合金刀具，犁刀头贴近电线表面，犁刀根部在最外圈的结构形式。夹持机构由两对行走组成，即上行走轮8、8’，下行走轮10、10’，与电线接触的轮面凹槽为与电线表面吻合的圆弧面，上行走轮为主动轮，由单独的滚轮驱动电机9驱动，同步带7保持两上滚轮同步。

2.2C型开口齿轮的应用

C型开口齿轮4是本除冰装置的核心部件，其结构见附图3。该开口齿轮上开有比电线直径略大的槽，这种独特的设计，克服了完整齿轮无法把电线置于齿轮圆心位置的困难，同时能方便把除冰器挂到电线上。C型开口齿轮4内外圈均开有环形槽，这是对该齿轮安装定位的专门设计。C型开口齿轮4上开有三个螺纹孔，是为了安装三把除冰犁刀。

2.3C型开口齿轮的传动装置

C型开口齿轮安装、旋转的原理见附图4所示：C型开口齿轮4内圈配置四个支撑滚14，外圈配置六个支撑滚15，它们共同约束C型开口齿轮4，在其下方的两个小齿轮3和3’带动下作定轴转动，两个张紧轮12和同步齿形带13使小齿轮3、3’同步同方向旋转。小齿轮3、3’之间的距离，大于C型开口齿轮4上的槽宽，这是为了保证C型开口齿轮的开口位置运转到一个小齿轮处时，另一个小齿轮与之处于啮合状态，始终不会失去动力。

图2　除冰装置总体结构示意图

图3　C型开口齿轮主、左视图

2.4行走机构设计

这部分杆件较多，结构较复杂，我们用图5所示运动简图表示，其中图5(a)所示为行走轮机构张开状态，图5(b)所示为行走轮机构合拢状态。上、下行走轮8和10（8’、与8，10’与10分别装配在同一直杆上，它们的动作是同步的，在图示方向上，8’、8和10’、10是重影的）是分开的。除冰开始时，先由人工在电线上清除掉一段覆冰，操作人员携除冰器，将C型开口齿轮4套上电线5，再调整其姿态将上行走轮8和8’的圆弧凹槽架到电线上。当操作人员逐步放手，除冰器较大的自重慢慢加载到电线上时，弹簧23被压缩，上行走轮8所在的支架杆及滑块21将沿着铅垂导槽22向上移动。同时，滑块21带动导槽使上摆杆20绕上支轴19逆时针摆动，再通过连杆18，带动安装有下行走轮10的下摆杆16绕下支轴17也作逆时针摆动，直至上、下行走轮在电线位置合拢，其状态如附图5(b)所示。整个除冰器的重量约有30kg，当其完全地挂上电线后，自身重量都转化成行走轮对电线的压紧力，从而保证了行走机构能够在电线上不打滑地平稳行走。需要说明的是，机构简图中下支轴17和上支轴19，是除冰器机架上和电线平行的两根支承轴。

图4　C型开口齿轮传动装置

图5　行走轮开合机构

3　试验情况

我们制作的架空电线除冰装置，经实验室试验，可以可靠地悬挂于φ24的钢芯铝绞线上，且可以爬坡15-20°不出现打滑现象，除冰犁刀以电线为轴芯高速旋转除冰，满足了设计预期。行走机构用遥控指挥，前进后退皆灵活自如。

4　结论

本课题来自于江南大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛,课题结合我国的冰雪灾害的现状,设计研制了这台架空电线除冰装置，通过设计制作，增强了学生的创新意识和动手能力，虽然制作的不够完美，也可以说还存在着很多问题，但它为解决覆冰问题提供了一种结构简单、操作方便、实用性强的解决方案，具有一定的应用价值[3]。

参考文献：

[1]蒋兴良,易辉编.输电线路覆冰及防护.北京：中国电力出版社，2002(01).

[2]刘和云.架空导线覆冰防冰的理论与应用.北京：中国铁道出版社，2001(05).

[3]张天乐.一种架空电缆除冰机设备研制.科技创新导报，2011(23).