三臂耦合夹持式巡检装置虚拟样机仿真分析

三臂耦合夹持式巡检装置虚拟样机仿真分析

刘江南，雷冬阁，祝天培

（324000 东南数字经济发展研究院 浙江衢州）

摘要：电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能系统。为保证电力系统稳定运行，需要对输电线路进行定期巡检，保证输电线路安全。在大风、台风等天气条件下，输电线路难免受到各类未绑扎牢固的漂浮异物缠挂导线引发电力事故的影响。以往带电作业、电动清障机器人、机械清障刀等各有特点，但操作均需要上塔，且多人配合，耗费时间较长。研制具有清障功能的电路巡检装置，对电力设备安全稳定运行具有重要意义。研制出切实可行的智能巡检装置，提高输电线路设备巡检越障和清障性能水平。

1．巡检装置本体结构

巡检装置分为前臂、中臂、后臂三部分，其中每只手臂结构如图1所示，通过步进电机驱动齿轮旋转，可带动弧形机构翻转，使手臂处于水平状态或竖直状态。滚珠丝杠螺母可以调节两轮之间的咬合力度。正常行驶时手臂处于竖直状态，滚珠丝杠夹紧，为巡检装置提供支撑力；越障时，步进电机驱动齿轮旋转，手臂处于水平越障状态，同时滚珠丝杠结构减小咬合力度，通过障碍物。

图1 巡检装置结构

2．仿真模型的建立

为了模拟推断实际系统的真实性和精确性，以及节约成本，在巡检装置设计过程中，对于方案选型和参数确定，在理论分析运动过程的基础上，还利用当前具备的仿真环境(三维建模软件Pro-E和动力学仿真软件ADAMS以及力学仿真软件ANSYS等)进行了分析。

虚拟样机模型包含两部分：巡检装置的仿真模型与巡检环境的仿真模型。利用ADAMS/View自带的建模工具建立一些简单的模型，而复杂模型的几何建模通常是采用专业的三维建模软件Pro-E，通过ADAMS/View提供的CAD模型数据接口直接导入到ADAMS/View中。需要指出的是，其它三维软件转换而来的模型不能够进行参数化的计算，也不能在ADAMS中改变零部件的几何尺寸。从而通过输出Parasolid格式文件进行转换。

图1  ADAMS软件进行虚拟样机设计过程

3. 巡检线路建模

巡检装置在巡检过程中通过的障碍物主要有防振锤、悬垂线夹、耐张线夹等，将这些障碍物同线缆一起在模型中建立。以高压线路220kV为例，搭建线路。假设各金具为刚性材料，经过查表尺寸绘制模型，如图2是提取的两小段典型的巡检线路模型。表1给出了各个零件的质量和惯性参数。

图2 典型巡检路线模型

表1  各金具模型参数

3．结语

巡检机器人是通过装置在导线上行走，通过机器人本体上的一系列的设备等近距离对输电线路进行检测。通过三臂双轮耦合夹持式机构，实现输电线路自动避障，同时对清障装置进行集成，实现线路异物的自动清除功能。通过ADAMS、Pro-E、ansys等建模分析软件进行巡检装置建模，在开发样机前对典型越障、清障、爬坡等环节进行虚拟仿真，验证了理论的可行性。

参考文献：

[1] 陈启卷, 毛慧和, 肖志怀,等. 便携式电力设备巡检装置[J]. 电力系统自动化, 2001, 25(3):3.

[2] 王德意, 王涛, 南海鹏,等. 水轮发电机组多路智能化温度巡检装置[J]. 中国农村水利水电, 2001, 000(009):49-50.

[3] 李广玲. 新型直流系统绝缘在线巡检装置[J]. 科技传播, 2013(3):2.

[4] 魏念龙. 高速铁路轨旁设备安全巡检装置研究与设计[J]. 电气时代, 2021(6):3.

[5] 张倩. 基于超声波的远程配电网局部放电快速巡检装置设计[D]. 西南交通大学.

基金项目：衢州市科技计划项目（2019K18）资助。