输电铁塔防坠保护装置装拆机器人系统研制

为了降低输电铁塔维护作业时首位登塔和末位下塔人员的安全风险,设计一种输电铁塔临时防坠保护装置装拆机器人系统;基于仿生攀爬原理设计机器人机械结构,研究机器人攀爬避障控制算法,提出模糊抓持力矩跟踪控制的智能抓持方法,实现防坠保护装置机器人装拆功能。室内与室外模拟输电铁塔环境综合试验结果表明,机器人系统可以高效完成电力杆塔高空攀爬和安全防坠装置挂拆任务。     

滑坡灾害下500 kV铁塔安全性分析

输电线路铁塔基础周围发生滑坡时,将引起铁塔基础的变形,威胁到输电线路的安全运行.采用有限元法运用ANSYS软件建立了500 kV输电铁塔仿真模型,模拟滑坡灾害下输电铁塔基础的变形,分析了不同工况输电铁塔的应力变化.结果表明:90°大风A腿水平滑移工况为滑坡灾害下铁塔基础变形的控制工况;输电铁塔转角外侧和顺线路方向基础周围发生滑坡时对铁塔的安全性影响大;铁塔塔材首先发生屈服破坏的位置处于铁塔第一道横隔材与其斜材的连接处,其次为铁塔塔脚处.     

高压输电线路除冰机器人的机构设计

在分析高压输电线路巡检工作的特点和国内外高压输电线路巡线机器人的发展现状和发展趋势的基础上,结合高压输电线路上覆冰的去除方法,主要介绍了设计的一种新型的高压输电线路除冰机器人.该机器人结构简单,可以在输电线上稳定地行走,能够较好地解决自主越障的问题,完成输电线上的除冰任务,具有广泛的应用前景.     

电力铁塔攀爬机器人的步态分析

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障其人身安全,提出并设计了一种可以攀爬电力铁塔的5自由度关节式机器人,给出了机器人的CAD模型,分析了其在铁塔两种位置攀爬过渡的能力.根据机器人机构特征,提出、分析和比较了蠕虫式和扭转式攀爬步态.蠕虫式攀爬步态即机器人本体的两连杆之间角度周期变化,两爪交替前进;扭转式攀爬步态即机器人本体不动,爪部回转关节旋转180°使得机器人整体扭转半周.在机械系统动力学仿真软件ADAMS环境下,对机器人采用这两种步态在铁塔主材表面、横担侧面和上表面3种方位攀爬情况进行了仿真,计算和分析了不同情况下机器人各关节转矩和系统能耗,得出最适合铁塔各种方位的攀爬步态:在横担上攀爬时应采用能耗较小的扭转式步态,但是在主材表面攀爬时两种步态能耗接近,需考虑障碍类型选取合适的步态.仿真结果为机器人的攀爬步态规划及控制策略提供了依据,同时样机试验结果也验证了两种攀爬步态的可行性.     

多分裂输电导线接续管探伤检测机器人系统设计及探测空间分析

输电线路是电能传输的重要通道,多分裂输电线路是电能传输的主力,接续管是多分裂输电线路上的重要金具,其压接质量和内部结构的好坏属于隐性工程且直接影响到输电线路的正常稳定运行。基于此,提出了一种适用于多分裂输电线路接续管探伤检测的机器人机构构型,设计了探伤检测机器人的虚拟样机模型,并进行了探伤装置的探伤检测作业运动规划,建立了探伤装置的D-H坐标系,基于此推导了探伤检测机器人的运动学方程并对其运动学特性进行了分析,最后,基于所建立的运动学模型,基于蒙特卡洛法在MATLAB软件中利用机器人工具箱ROBOT TOOLBOX进行了仿真实验,通过选取合适的点云数得到了探伤检测机器人末端在四分裂导线狭小空间内三个空间方向上的可达空间点云图,同时搭建机器人的机械臂模型,通过设置合理的运动参数得到了机器人探伤检测的轨迹规划仿真结果。通过仿真结果可知,机器人末端在四分裂导线所构成的狭小作业空间内可以实现无盲区的探伤检测,同时机械臂运动轨迹稳定、平滑,可以无碰避障的实现多分裂导线上的接续管探伤检测,本文的研究对于输电线路接续管探伤装置的系统设计和开发及输电网智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

采动区输电铁塔安全性模糊综合评价模型研究

采动区输电铁塔在地表变形的作用下,会产生附加应力及倾斜变形,存在倒塔风险,进而影响整条架空输电线路的安全运行,因此对采动区已变形输电铁塔进行安全性评价具有重要意义.以应用于采空区的某500 kV输电铁塔为例,首先对不同地表变形条件下的输电铁塔进行有限元数值模拟,通过分析计算结果获取多种条件下塔脚变形限值;然后基于模糊综合评价理论,建立了安全性评价指标体系,确定了评价等级隶属度;最终提出了应用于不同地表变形阶段,输电铁塔单因素和多因素安全性模糊综合评价模型.通过把安全性模糊综合评价模型应用于某一工程实例,验证了该模型的正确性和适用性.     

基于少自由度并联机构的铁塔基础变形实验装置设计

在我们日常生活中,输电线路常常扮演着不可或缺的角色,而输电铁塔基础的稳定与否对线路的正常运行至关重要。本文对基础变形的实验装置进行了模拟设计,装置模型选取少自由度并联机构,三维建模后进行运动仿真,验证了模拟实验的可行性;本文选取了合适的驱动方式使装置能满足三方向的行程需求,利用实时控制方式的虚拟仿真技术对装置进行控制,并根据模拟条件对装置进行了刚度、强度设计。     

高空爬行机器人的机构设计

设计了一台沿桅杆或绳索爬行的机器人,介绍了该机器人的组成及其功能,对该机器人进行运动学建模及分析,并对该机器人进行仿真设计.该机器人可携带检测装置对桅杆或绳索进行巡检作业.     

高空爬行机器人的控制系统的设计

设计了一台沿桅杆或绳索爬行的机器人,介绍了该机器人的组成及其功能,对该机器人进行控制系统的设计,该机器人可携带检测装置对桅杆或绳索进行巡检作业.     

架空输电线路巡检机器人塔上充电系统设计及充电策略研究

为满足架空输电线路巡检机器人全天候在线工作的要求,本文根据架空输电线路的环境特点,设计出一种架空输电线路巡检机器人塔上充电系统。优化的充电接口设计结合对接位置微调算法,有效提高了机器人充电对接的成功率;基于不同工况下的机器人功耗分析,建立机器人工作能耗模型,得出了科学的充电站布局方式及机器人充电策略。通过系统运行和充电测试结果表明,机器人塔上充电系统运行稳定,机器人充电对接准确、高效,满足机器人塔上自主充电的需求。     

岩溶土(暗)洞对临近高压输电杆塔基础安全影响

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。输电线路在经过岩溶地质区域时,岩溶暗(土)洞的存在会对邻近的杆塔基础安全产生威胁,严重时使得输电杆塔产生倾斜甚至倾覆。以湖北省恩施-水布垭输电线路为工程背景,采用ABAQUS有限元软件,分析了土洞的尺寸、覆盖层厚度以及土洞与输电杆塔的相对位置对500 k V输电杆塔的影响。以正常使用极限状态下地基倾斜限制值为安全控制指标,得到了保证该输电杆塔基础安全的不同尺寸土洞的洞顶位置安全影响线,并且采用该影响线对某实际案例进行验证。该方法可为类似地质条件下输电工程选线、输电杆塔基础设计以及地基处理提供参考。本文模拟研究对邻近岩溶土洞输电杆塔安全评价及灾害处理有着重要的指导意义。     

风电塔筒检测爬壁机器人设计与安全性分析

针对风电塔筒垂直壁面作业任务的需求,根据塔筒的直径变化范围研制了一个能够自适应塔筒曲面曲率变化的爬壁器人。并对机器人进行静态与动态安全性分析,根据实际塔筒壁面倾角建立任意位姿的空间模型,分析了爬壁机器人失稳的因素及其产生的原因。通过仿真分析得到爬壁机器人的主导失稳形式以及机器人安全吸附时的最小许用吸附力。分析了机器人静态安全吸附与重力和壁面倾角以及位姿角存在的关系,以及动态安全吸附与重心位置高度、摩擦系数、几何尺寸之间的关系,结果表明:纵向翻转式影响机器人安全性的最重要因素,适当地降低机器人的重心高度更有利于保证机器人的稳定性,对样机进行性能测试试验,证明机器人能够在风电塔筒壁面上安全稳定的运行。     

结合MIDAS仿真和BP神经网络的输电杆塔基础滑坡风险评估

近年来,暴雨及洪涝等异常灾害使得滑坡现象频发,导致野外输电杆塔发生倾斜、位移及沉降,严重威胁电网安全运行。为解决现有输电杆塔基础滑坡风险评估方法存在的普适性差、主观性强等问题,本文构建了一种结合仿真计算和数据驱动的杆塔滑坡风险评估模型。首先,将杆塔基础荷载纳入杆塔基础滑坡影响因子,结合MIDAS软件仿真得到坡体安全系数。其次,基于卫星、气象等多源信息融合,提取8 个杆塔基础滑坡影响因子,搭建按误差逆传播算法训练的多层前馈（back prop-agation,BP）神经网络模型。最后,对比测试样本集安全系数的仿真结果与模型预测值,误差范围为0.01%~0.24%,并结合合成孔径雷达干涉技术 (interferometric synthetic aperture radar,INSAR)验证了模型有效性和可行性。研究结果表明利用该神经网络模型可实现对任意输电杆塔基础所在坡体安全系数的精准、快速预测,同时具有普适性强的特点,研究成果可为输电线路防灾减灾提供新思路。     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

基于S-AHP和变权理论的输电线路铁塔关键指标体系评价方法

针对当前输电线路铁塔评价指标体系冗杂和模糊评价难以反映实际工况的问题,文中提出了一种输电线路铁塔基础设施安全评价方法。通过关联规则对铁塔指标体系进行了量化,并基于主成分分析法建立了铁塔基础设施的关键指标评价体系。为了避免反复调整判断矩阵引起的盲从性问题,引入自适应层次分析法(selfadaptive analytic hierarchy process, S-AHP）确定初始权重。并通过变权理论引入均衡函数,对各指标的初始权重进行了调整,以解决常权系数下铁塔某项指标出现异常时对模糊评价结果无影响的问题。实例计算表明关键指标体系能反映出铁塔整体工况,变权后的模糊评价可以准确确定异常铁塔,评价结果能很好的辅助后续铁塔检修计划的制定。     

基于GWO改进神经网络的风致输电杆塔响应计算方法

针对基于有限元方法的风致输电杆塔仿真模型存在模型参数设置复杂、响应速度低下等问题,本文提出了一种结合杆塔仿真计算与机器学习的杆塔应力快速计算方法,实现了风致输电杆塔仿真模型的高效运算。本文首先利用有限元仿真分析10~35 m/s风速0~90°风向下输电杆塔的应力结果,将其作为神经网络训练样本;分析杆塔本征参数及气象因素对杆塔应力结果的影响,提出一种基于风速、风向和塔材类型等因素的特征值选取方法;利用GWO优化算法提高神经网络准确度,建立基于GWO-BPNN的杆塔风致应力计算模型,计算速度可达建模仿真的10倍以上。在准确率上,基于数据集划分训练集及验证集,模型准确率在98%以上,将计算结果与实际杆塔受灾情况相比情况一致。本模型可用于输电线路防风预警,致力于输电线路防灾减灾。     

不同加载方式对输电铁塔风致响应的影响

为了评估高压输电塔线体系在强风作用下的安全性能,采用数值模拟方法研究不同建模思路对杆塔力学性能的影响。首先,采用ABAQUS软件建立了500 kV输电线路“一塔两档线”的有限元模型,并利用Kaimal谱模拟随机风速。然后分别建立塔线分离、塔线耦合动力加载方式和等效静力加载方式三种风致响应模型,研究典型工况下不同加载方式对杆塔力学性能的影响。结果表明,三种模型得到的危险区域一致,仅最大数值稍有差异。塔线耦合效应会使杆塔的应力、位移响应波动频繁,采用动力学加载的结果数值均大于等效静力加载,但等效静载模型计算效率最高,可作为后续杆塔轴力计算和螺栓松动研究的优先选择。     

基于物联网技术的塔式起重机无线远程监控系统

以塔式起重机为对象,从塔式起重机状态安全监控的角度出发,利用物联网技术,结合塔式起重机具体的工作方式及工作条件,对基于物联网技术的塔式起重机无线远程监控系统进行研究。重点研究塔机运行状态信息采集、ARM9主控制板监控和ZigBee及GPRS无线传输。该系统安装使用方便,功耗低,满足了塔式起重机监控系统的要求。本课题解决了塔式起重机运行状态实时采集、数据存储和布线难的问题,对塔式起重机的安全运行和事故分析有重要的工程实际意义。