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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1輸電線覆冰概況
輸電線路因受結(jié)冰危害通常容易引起嚴(yán)重的斷線、桿塔倒塌、大面積停電、限電等事故。對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅,也一直是電力系統(tǒng)研究中急待解決的難點(diǎn)問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自上世紀(jì)50年代以來(lái),我國(guó)輸電線路便不斷遭受覆冰危害。2003年,由覆冰引起的110～500kV輸電線路跳閘79次,占總事故的31%,其中500kV線路跳閘13次;由于覆冰引起110～500kV線路非計(jì)劃停運(yùn)47次,占總事故的41% 。2004年12月至2005年2月,我國(guó)華中電網(wǎng)出現(xiàn)大面積冰災(zāi)事故,僅湖南省就有700多萬(wàn)人受災(zāi),直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)10億元。2008年1月,南方多個(gè)省份遭受了50年一遇的冰雪災(zāi)害,華中、華東部分地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣, 導(dǎo)致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動(dòng)、覆冰閃絡(luò)等多種災(zāi)害, 湖南電網(wǎng)14條500 kV、44條220 kV和121條110 kV線路停運(yùn); 江西電網(wǎng)17條500 kV、57條220 kV和168條110 kV線路停運(yùn); 浙江電網(wǎng)23條500 kV、21條220 kV和14條110 kV線路停運(yùn), “西電東送”大通道江城、宜華500 kV直流線路損壞嚴(yán)重, 河南、重慶、四川等地的電網(wǎng)也受到不同程度的沖擊和破壞。部分地區(qū)的線路覆冰厚度達(dá)到40～60mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15～20 mm的設(shè)計(jì)值,如圖1-1。貴州500kV骨干網(wǎng)基本癱瘓,華中、華東電網(wǎng)幾十條500kV線路倒塔、倒桿、解列和停運(yùn),最大電力缺口接近4000萬(wàn)kW。截至2月12日,全國(guó)因?yàn)?zāi)停運(yùn)線路共35968條,停運(yùn)變電站1731座, 110～500kV線路倒塔8709座,全國(guó)13個(gè)省份拉閘限電,共有17個(gè)省級(jí)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張。全國(guó)受災(zāi)人口達(dá)1億多,直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1100億元。
圖1-1 輸電線覆冰情況
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,超高壓大容量輸電線路越建越多,線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜,如經(jīng)過(guò)大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺,給線路維護(hù)帶來(lái)很多困難. 而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié),我國(guó)云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū)常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象,造成架空輸電線路覆冰,使線路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷,甚至斷線倒桿,使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞,安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅.在緊急情況下,尋道員用帶電操作桿或其它類似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線路除冰,人工除冰有很高的危險(xiǎn)性。在國(guó)外,一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似,甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣,為了保證電力系統(tǒng)的可靠性,提高高壓輸電線除冰的效率,減少損失,維護(hù)工人的安全,開(kāi)發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn). 因此,研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。
圖1-2 鐵塔被超過(guò)設(shè)計(jì)承受能力的覆冰載荷壓壞
圖1-3 鐵塔被不均勻覆冰縱向不平衡張力拉壞
圖1-4 鐵塔被斷線沖擊荷載與縱向不平衡張力扭壞
圖1-5 鐵塔因長(zhǎng)時(shí)間舞動(dòng)而發(fā)生倒塌
1.2輸電線覆冰危害及機(jī)理
(1)過(guò)荷載。即導(dǎo)線覆冰厚的實(shí)際重量超過(guò)設(shè)計(jì)值很多,導(dǎo)致架空輸電導(dǎo)線及桿塔載荷過(guò)大超出自身機(jī)械強(qiáng)度極限最終斷線垮塔。如圖1-2所示。
(2)不同期脫冰或不均勻覆冰事故。相鄰檔導(dǎo)線不均勻覆冰或不同期脫冰會(huì)產(chǎn)生張力差,使導(dǎo)線在線夾內(nèi)滑動(dòng)松脫,甚至?xí)驗(yàn)閮蓚?cè)水平張力差過(guò)大而拉垮桿塔;不同期脫冰會(huì)使導(dǎo)線跳躍電氣間隙減小,造成導(dǎo)線相間短路或直接對(duì)地短路事故。如圖1-3所示。
(3)絕緣子串冰閃事故。絕緣子覆冰或被冰凌橋結(jié)后,絕緣強(qiáng)度下降,泄露距離縮短,融冰時(shí),絕緣子的局部表面電阻增加,形成閃絡(luò)事故導(dǎo)致持續(xù)電弧燒傷絕緣子并使其絕緣強(qiáng)度降低。
(4)導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)事故。因?qū)Ь€不均勻覆冰,在風(fēng)的作用下產(chǎn)生舞動(dòng),造成金具損壞,導(dǎo)線斷股,相間短路及桿塔傾斜或倒塌等嚴(yán)重事故。如圖1-5所示。
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)
目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外的除冰技術(shù)可歸納有3 0 余種，總體可分為：
1.大電流融冰法:主要包括過(guò)電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類方法也是目前工程中普遍采用的方案,在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2.機(jī)械除冰法:滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法,其過(guò)程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適用于我國(guó)西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。
3.被動(dòng)法:被動(dòng)法就是依靠風(fēng)、地球引力、隨機(jī)散射和溫度變化等脫冰的被動(dòng)方法無(wú)需附加能量?，F(xiàn)已經(jīng)在輸電線路上得到應(yīng)用的有平衡重量、線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來(lái)減少輸電線路的覆冰,安裝防震錘等來(lái)減少導(dǎo)線的舞動(dòng)。被動(dòng)法有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),但不能阻止覆冰的形成,而且僅適用于特定的地區(qū)。
4.其他方法:除上述幾種方法外,還有利用電磁脈沖、氣動(dòng)脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰方法,但很多還處于理想或試驗(yàn)階段。而最近國(guó)內(nèi)外比較熱門(mén)的機(jī)械除冰法主要通過(guò)除冰機(jī)器人來(lái)完成，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的除冰機(jī)器人通常包括3部分：1.爬行機(jī)構(gòu) 2.越障機(jī)構(gòu) 3.除冰機(jī)構(gòu)。并且向著小型化，實(shí)用化，可越障，智能化的方向發(fā)展。
1.4除冰機(jī)研究的內(nèi)容和意義
針對(duì)目前各類機(jī)械式除冰方法的不足之處，本文設(shè)想了一種全新的行走平臺(tái)，并在實(shí)踐中證明這種理論是可行的。它繼承了輪式車輛移動(dòng)速度快捷的特點(diǎn)，又具有騎掛在電線上的能力，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，工作可靠。并且在控制方面，具有很好的功能擴(kuò)展性。作為一種運(yùn)輸平臺(tái)，具有很廣闊的功能開(kāi)發(fā)空間。另外除冰機(jī)構(gòu)也是本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，采用對(duì)滾式刀具進(jìn)行除冰，除冰效果好。
本論文主要完成了輸電線除冰機(jī)的原理設(shè)計(jì)，方案選擇，機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，各部分零件的設(shè)計(jì)與整機(jī)的裝配，并在此基礎(chǔ)上采用二維制圖軟件建立實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配。
本課題研究的目的在于根據(jù)輸電線系統(tǒng)的除冰需要，研制一種簡(jiǎn)單，實(shí)用的輸電線除冰機(jī)。輪式輸電線除冰機(jī)是一種用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理環(huán)境，不適合人工除冰的輸電線路上清冰。它是適用于各種地貌，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的改變而停止工作。它的前端是一對(duì)用于除冰的對(duì)滾刀具，用于清除在電線結(jié)的冰。刀具的對(duì)滾通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。輪式除冰機(jī)主體部分是行走機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)采用壓輪推進(jìn)方式, 機(jī)體上的兩個(gè)固定壓輪騎掛在輸電線上保持機(jī)體的平衡, 機(jī)體的重心位于輸電線下方, 這樣機(jī)體不會(huì)在行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。兩個(gè)動(dòng)壓輪分別與兩個(gè)固定壓輪配合, 當(dāng)推動(dòng)動(dòng)壓輪時(shí), 動(dòng)壓輪向上抬升, 與固定壓輪配合從上下夾緊輸電線, 依靠壓輪與輸電線的摩擦獲得前進(jìn)的動(dòng)力。該設(shè)計(jì)的電力驅(qū)動(dòng)分為兩個(gè)分支: 一部分直接傳至除冰機(jī)構(gòu), 供刀具除冰使用; 另一部分傳至動(dòng)壓輪，實(shí)現(xiàn)小車的行走。
該設(shè)計(jì)的目的是提供一種體積小，運(yùn)作靈活，運(yùn)行穩(wěn)定的輸電線除冰機(jī)，也提供一種適于在條件艱苦的環(huán)境下工作的電線除冰機(jī)器。
2 方案設(shè)計(jì)
2.1 工作原理
本設(shè)計(jì)采用四輪式結(jié)構(gòu)布局，具有小型輕質(zhì)，除冰效率高，安裝方便，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)。工作原理如圖2—1所示，輸電線除冰機(jī)工作時(shí)由行走電機(jī)推動(dòng)機(jī)器行走，通過(guò)大齒輪帶動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)兩個(gè)減速齒輪組分別帶動(dòng)軸2和軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸電線除冰機(jī)在電線上行走。工作電機(jī)通過(guò)一組減速齒輪使輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作刀具做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
圖2-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
輪式輸電線除冰機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。行走機(jī)構(gòu)通過(guò)三級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速，除冰機(jī)構(gòu)通過(guò)一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速。
2.2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案
能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線除冰機(jī)功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下：
1.驅(qū)動(dòng)方式選擇
1）小型柴油機(jī)驅(qū)動(dòng) 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是馬力大，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但重量和所占空間過(guò)大，驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，容易引起輸電線舞動(dòng)，不適用于在輸電上行走使用，另外對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，不環(huán)保。
2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 型號(hào)較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動(dòng)方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以滿足環(huán)護(hù)要求。
行走電機(jī)
減速機(jī)構(gòu)
行走輪
除冰電機(jī)
減速機(jī)構(gòu)
除冰刀具
圖2-2 輪式輸電線除冰車組成框圖及運(yùn)動(dòng)傳遞路線
2．減速方式選擇
鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)雖然適應(yīng)環(huán)境的能力比較強(qiáng)，但是所需傳動(dòng)空間比較大，不適用于在輪式輸電線除冰車上使用。蝸桿傳動(dòng)效率低，易發(fā)熱，環(huán)境適應(yīng)性差。因此，綜合考慮各方面因素，減速方式選擇通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。
3.行走方式選擇
由于履帶式系統(tǒng)過(guò)于笨重，因此不適合在輸電線上行走；液壓系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，也不適合用于輸電線除冰機(jī)上。因此輸電線除冰機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用輪式行走機(jī)構(gòu)。為了使輪式行走機(jī)構(gòu)在輸電線上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部開(kāi)通一個(gè)直徑為30mm的凹槽。此行走輪的直徑為100mm，h為40mm。
4.除冰方式選擇
加熱方法耗能過(guò)多，輸電線除冰機(jī)不能攜帶過(guò)重的能源儲(chǔ)存裝置，因此加熱除冰法不適用?；瘜W(xué)法對(duì)環(huán)境污染大，對(duì)輸電線腐蝕比較大，不宜采用。振動(dòng)除冰法容易使輸電線產(chǎn)生舞動(dòng)，違背了清除覆冰的初衷。綜合來(lái)看，采用對(duì)滾銑削除冰法是最佳選擇。
綜合考慮：本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，輪式行走方式，對(duì)滾洗刀除冰方式。
2.3 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.輸電線輪式除冰機(jī)上部
輸電線輪式除冰機(jī)上部能把小車懸掛在輸電線上，提供向上的支撐力。同時(shí)，具有一定的越障能力，可以越過(guò)沒(méi)有清理完全的覆冰。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。
2.輸電線輪式除冰機(jī)下部
輸電線輪式除冰機(jī)下部向小車提供向前的推力，推進(jìn)小車向前行走。前端是除冰機(jī)構(gòu)的一部分，能使其完成除冰工作。同時(shí)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)與上部的除冰機(jī)構(gòu)和下面的電動(dòng)機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。
3.減速器
輸電線輪式除冰機(jī)的減速器為三級(jí)展開(kāi)式齒輪減速器。每級(jí)傳動(dòng)比均是2。為了減輕減速器的重量，把減速器的外殼切除一部分。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)
3.1.1 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 選定齒輪的類型，精度等級(jí)，材料以及齒數(shù)
1） 因?yàn)辇X輪受軸向力很小，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，制作比較簡(jiǎn)單可以降低成本。
2） 該輸電線輪式除冰機(jī)工作時(shí)的速度較低，所以選擇8級(jí)精度（GB10095-88）。
3） 材料選擇。由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，應(yīng)該使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對(duì)齒輪的材料性能基本要求為：齒面要硬、齒芯要韌。一般齒輪材料有鋼，鑄鐵，以及非金屬材料。
根據(jù)齒輪材料選擇的原則以及常用材料的力學(xué)特性選擇大小齒輪的材料為ZG310-570，采用表面淬火。
2 齒輪尺寸設(shè)計(jì)
開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使得輪齒不至于過(guò)小，故小齒輪不適宜選用過(guò)多的齒數(shù)，本設(shè)計(jì)中選擇小齒輪齒數(shù)z=15，大齒輪的齒數(shù)，取。設(shè)計(jì)傳動(dòng)比。除冰機(jī)正常行走時(shí)的速度為大約0.08m/s。設(shè)計(jì)除冰機(jī)的前后輪直徑均為100mm。設(shè)想除冰機(jī)工作時(shí)處于理想狀況下即輪子只滾動(dòng)不滑動(dòng)。由此可得，后輪軸的轉(zhuǎn)速約為。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：橡膠輪對(duì)輸電線滾動(dòng)摩擦力臂為10~15/mm，為了把除冰機(jī)的質(zhì)量不大于20Kg，則車輪沿輸電線的最大滾動(dòng)阻力矩為。設(shè)計(jì)輸電線除冰機(jī)機(jī)工作壽命為8年。
3 軸1和軸2上齒輪1和齒輪2的設(shè)計(jì)
基本參數(shù)
⒈ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
= (3-1)
1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
（1）試選載荷系數(shù)
（2）小齒輪轉(zhuǎn)矩
注：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：圓柱齒輪機(jī)械傳動(dòng)7級(jí)精度的傳動(dòng)效率為0.98-0.995
（3）選取齒寬系數(shù)
（4）材料的彈性影響系數(shù)
（5）由齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
（6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(3-2)
(3-3)
（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù);
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
(3-4)
(3-5)
2）計(jì)算
（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入接觸疲勞許用應(yīng)力中的較小值
= (3-6)
（2）計(jì)算圓周速度與齒寬
（3）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù) (3-7)
齒高
(3-8)
（4） 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)速度,7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù);
直齒輪，假設(shè)=查得;
使用系數(shù);
7級(jí)精度小齒輪對(duì)稱支撐布置，；
由，得；故載荷系數(shù)
2. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
= (3-9)
1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1）查得小齒輪的彎曲疲勞極限；齒輪的彎曲疲勞極限；
（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；;
（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得
(3-10)
(3-11)
（4）計(jì)算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)
；
（6）查取應(yīng)力校正系數(shù),;
（7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較得：
(3-12)
(3-13)
大齒輪的數(shù)值大。
2） 設(shè)計(jì)計(jì)算
= (3-14)
由上可得，小齒輪的分度圓直徑大于42mm，模數(shù)大于2.8即可滿足齒輪強(qiáng)度要求。考慮到加工難易以及軸的強(qiáng)度故取模數(shù)m=3，小齒輪分度圓直徑為45mm。
3. 幾何尺寸計(jì)算
1） 計(jì)算分度圓直徑
(3-15)
(3-16)
2） 計(jì)算中心距
(3-17)
3） 計(jì)算齒輪寬度
取 , .
4） 計(jì)算齒頂圓直徑
(3-18)
(3-19)
5） 計(jì)算齒根圓直徑
(3-20)
(3-21)
齒輪結(jié)構(gòu)通常與其幾何尺寸，材料及制造工藝有關(guān)，一般多采用鑄造或者鍛造毛坯。
3.1.2 軸的設(shè)計(jì)
1 軸的材料選擇
根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，結(jié)合此處的實(shí)際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以六個(gè)軸均選擇用45鋼（調(diào)質(zhì)）。
2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
結(jié)合以上設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)各個(gè)軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下：
（1） 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
1） 求作用在軸Ⅰ上齒輪1的力
因?yàn)? ，故
(3-22)
（） (3-23)
由此可見(jiàn)，軸所承受的力很小。
(3-24)
2） 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，取=112,于是得
(3-25)
考慮到需要開(kāi)鍵槽以及加工工藝，故取。顯然，軸的最小直徑是安裝車輪處，即。
3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
①為了滿足車輪的軸向定位要求，車輪外用M10的螺母定位；內(nèi)用套筒定位。
②初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受的徑向和軸向力均很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 276-1994,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0組基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承6004，其尺寸為，由于不需要安裝擋油環(huán)，所以軸承內(nèi)用套筒定位，套筒用行走輪定位；外用軸承錐形套筒定位。軸承安裝在機(jī)箱內(nèi)，其周向定位是借助過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
③由于軸上零件比較少。所以不需要軸肩。因此設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度為135mm的光軸，需要在指定位置開(kāi)鍵槽。軸的兩端分別有10mm的螺紋。
④軸上零件的周向定位
齒輪、車輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按由手冊(cè)查得平鍵截面（摘自GB/T 1095-2003），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為5mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同時(shí)為了保證齒輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣車輪與與軸的聯(lián)接，選用B型平鍵，車輪與軸的配合為H7/k6.
⑧由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，M10螺紋倒角為2×45°；M27螺紋倒角為1×45°；各軸肩處的圓角半徑取R1。
初步確定的軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)如圖3—4所示。
圖3—4軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)
3 提高軸強(qiáng)度的措施
(1) 合理布置軸上零件以減小軸的載荷；
(2) 改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響；
軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的,軸的截面尺寸發(fā)生突變處要產(chǎn)生應(yīng)力集中,軸的疲勞破壞往往在此發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中程度。為此軸肩處應(yīng)采用較大的過(guò)渡圓角半徑r來(lái)降低應(yīng)力集中。但對(duì)定位軸肩，還必須保證零件得到可靠的定位。當(dāng)靠軸肩定位的零件的圓角半徑很小時(shí)，為了增大軸肩處的圓角半徑，可采用內(nèi)凹圓角或加裝隔離環(huán)。
(3)改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷；
(4)改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度；
軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面愈粗糙，疲勞強(qiáng)度也愈低。因此，應(yīng)合理減小軸的表面及圓角處的加工粗糙度值。
表面強(qiáng)化處理的方法有：表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氰化、氮化等化學(xué)熱處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過(guò)碾壓、噴丸進(jìn)行表面強(qiáng)化處理時(shí)可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，從而提高軸的抗疲勞能力。
各個(gè)軸均采用淬火處理。
3.1.3 軸承校核
根據(jù)各個(gè)軸承的特點(diǎn)以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號(hào)6004深溝球軸承滿足要求。
由于軸1所承載的載荷最大，且軸1的轉(zhuǎn)速最大，故軸1上的軸承最危險(xiǎn)。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動(dòng)的效率為0.9。
(3-26)
(3-27)
顯然，軸承壽命滿足要求。
3.2 除冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.2.1 除冰方式選擇
對(duì)滾除冰的方式 對(duì)滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線除冰機(jī)前端, 通過(guò)滾壓輪上的組合刀片, 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。
結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)理念以及實(shí)際需求，我們選擇設(shè)計(jì)對(duì)滾方式除冰。
刀片
圖3—10 滾刀
圖3-11 除冰機(jī)除冰機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置
圖3—11 刀架零件圖
3.2.2刀架設(shè)計(jì)
1 剪切裝置
剪切裝置由3片切削刀具組成。所有切削刀具固定在底刀架上 ,對(duì)滾除冰時(shí)軸線位置不動(dòng) ,刀刃為直線型。滾刀結(jié)構(gòu)如圖 3—10所示 ,滾刀的刀片形狀為傾斜平面 ,中部有一方便與輸電線接觸的弧度。刀刃為直線線 ,三片刀片均勻分布固定在刀架上。除冰時(shí) ,滾刀對(duì)滾轉(zhuǎn)動(dòng) ,兩組滾刀逐片組成剪口 ,覆冰隨著滾刀刀片的旋轉(zhuǎn)被切成碎屑 ,并被清除。上下刀刃在除冰過(guò)程中始終沒(méi)有接觸。
2 對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置
對(duì)滾刀具傳動(dòng)裝置由兩對(duì)齒輪組成。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下車體上除冰機(jī)構(gòu)齒輪旋轉(zhuǎn)式，上車體除冰機(jī)構(gòu)的齒輪也跟著旋轉(zhuǎn)。通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾齒輪同步對(duì)滾。為對(duì)滾刀具提供高效穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。
4 功能及創(chuàng)新點(diǎn)
本設(shè)計(jì)作品的主要功能及特點(diǎn)如下：
1、該機(jī)采用對(duì)滾刀具的除冰原理，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小，無(wú)污染，使用靈活方便，適合在輸電線上除冰；
2、，具有一定越障能力，使用安全可靠，便于維修；
3、輸電線直徑可以在20～40mm之間調(diào)整，覆冰直徑30~80mm,外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高：330×140×400mm）；
4、車輪帶有凹槽，具有良好的導(dǎo)向性，使得除冰機(jī)在輸電線上行走時(shí)不易倒轉(zhuǎn)；
5、兩輪之間采用鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步行走；
6、外觀造型美觀，適合家庭用戶的審美要求；
7、采用滾刀刀具，除冰效果理想，而且成本較低，是輸電線除冰機(jī)的首選產(chǎn)品。
該設(shè)計(jì)作品的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
1、采用對(duì)滾刀具除冰，節(jié)省能源，無(wú)污染（噪音、廢氣），不易引起電線共振或舞動(dòng)；
2、采用齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)（實(shí)現(xiàn)減速），提高整機(jī)的工作效率，解決了從電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速過(guò)高的問(wèn)題；
3、外觀造型新穎，后端為大倒角設(shè)計(jì)，可減輕重量，適合在輸電線上除冰使用。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的總結(jié)，是對(duì)我將來(lái)的學(xué)習(xí)、工作最為有力的一次鍛煉。它促進(jìn)我將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，并且深深的體會(huì)到了自己所學(xué)專業(yè)的博大精深。盡管在設(shè)計(jì)中遇到許多難題與不曾接觸過(guò)的東西，但在老師的幫助和我的刻苦努力下都一一克服，并學(xué)到了許多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。盡管我所設(shè)計(jì)的東西可能還有許多欠缺，但是我確實(shí)在此次設(shè)計(jì)中學(xué)得了很多東西，它將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生很大的影響。
我這次設(shè)計(jì)的題目是：輸電線除冰機(jī)械人設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中做了如下工作：
1、查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)外輸電線除冰機(jī)，巡線機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，也看到了創(chuàng)新設(shè)計(jì)巨大發(fā)展?jié)摿Α?
2、根據(jù)輸電線除冰機(jī)的用途，對(duì)輸電線除冰機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了充分的論證，最終確定了方案。
3、對(duì)典型零件如直齒輪、軸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了校核。
4、對(duì)所用軸承進(jìn)行了強(qiáng)度校核和以及壽命計(jì)算。
5、零件的圖紙以及裝配圖設(shè)計(jì)。
6、進(jìn)行了輸電線除冰機(jī)的二維設(shè)計(jì)及建模
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我具有了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)，為自己今后學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識(shí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中提供了一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，必將對(duì)我的將來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
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致 謝
近一個(gè)學(xué)期的不懈努力,大學(xué)本科學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)---畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成在即！這是我在畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)的各門(mén)知識(shí)的一次深入的綜合的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的真正訓(xùn)練,。因此,它在我四年的大學(xué)生活的占有很重要的地位。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)自己的下一個(gè)階段的順利進(jìn)行作了一次適應(yīng)性的演練,很好的鍛煉了自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，回顧了以前的學(xué)習(xí)內(nèi)容并為將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作打下了很好的基礎(chǔ)。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我得到了楊義勇老師的悉心指點(diǎn)。在整個(gè)過(guò)程中楊老師體現(xiàn)的那種一絲不茍，細(xì)心細(xì)致的科學(xué)精神讓我久久不能忘記,并肅然起敬。特別是楊老師的扎實(shí)功底和諄諄教導(dǎo)讓我受益匪淺。我個(gè)人認(rèn)為我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成很大程度上源于老師教導(dǎo)我養(yǎng)成的專心致志，循序漸進(jìn),不斷積累，決不放過(guò)任何一個(gè)含糊問(wèn)題，以高度的責(zé)任感面對(duì)所有的細(xì)節(jié)的良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
由于自己的能力有限,并且經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的儲(chǔ)備在一定的程度上也限制了我在設(shè)計(jì)上的水平, 但是正是這些缺陷激勵(lì)著我不斷的前行。在以后的學(xué)習(xí)和生活中我會(huì)更加的努力去掌握更多的知識(shí),讓自己的視野更加廣闊,并且這種良好的學(xué)習(xí)精神也將永遠(yuǎn)的保留下去。
所以在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的許多不足之處,期望各位老師和同學(xué)多多包涵并給予指教,以激勵(lì)我更好的改進(jìn),在將來(lái)的生活和學(xué)習(xí)中不斷的完善自己。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我也得到其他老師的指點(diǎn)，以及同組成員的幫助，在此向所有關(guān)心幫助過(guò)本文寫(xiě)作的老師、同學(xué)及參考文獻(xiàn)的作者表示衷心感謝！
最后再一次的感謝母校和四年來(lái)辛勤培養(yǎng)我的各位老師,我將永遠(yuǎn)記住您們的教導(dǎo)，我將永遠(yuǎn)以母校為榮耀。
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