李華龍

摘 要：為對圓鋼式避雷針表面狀態(tài)進行有效檢測，預(yù)防表面缺陷可能造成的斷裂、倒塌事故，設(shè)計一種爬行式圓鋼避雷針狀態(tài)檢測機器人，對其設(shè)計要求、功能實現(xiàn)和基本結(jié)構(gòu)進行了初步設(shè)計。

關(guān)鍵詞：圓鋼避雷針；狀態(tài)檢測；爬行；機器人

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.249

1 前言

避雷針，又名防雷針，是用來保護建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護物頂端安裝一根接閃器，用符合規(guī)格導(dǎo)線與埋在地下的泄流地網(wǎng)連接起來。避雷針規(guī)格必須符合GB標準，每一個防雷類別需要的避雷針高度規(guī)格都不一樣。當雷云放電接近地面時它使地面電場發(fā)生畸變。在避雷針的頂端，形成局部電場集中的空間，以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，引導(dǎo)雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。然而，避雷針在制造過程中可能會由于工藝問題使材料內(nèi)部或表面存在沙眼、裂紋等缺陷，且在使用過程中由于經(jīng)常會受到極端溫度、強風(fēng)載荷、雨水侵襲及電化學(xué)腐蝕等因素的影響，致使材料缺陷加重[1-2]。尤其是對于變電站內(nèi)廣泛使用的圓鋼避雷針，其每段間的焊接處或法蘭連接處，更容易受到以上因素的影響而出現(xiàn)裂紋或發(fā)生銹蝕，若無法及時發(fā)現(xiàn)排查，則可能引發(fā)避雷針斷裂、倒塌等嚴重事故，對變電站內(nèi)人身、設(shè)備帶來嚴重的安全隱患。近年來，國內(nèi)變電站避雷針斷裂、倒塌的事故時有發(fā)生[3]，因此有必要對避雷針的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行有效檢測。

2 避雷針檢測機器人爬行結(jié)構(gòu)設(shè)計

爬行檢測機器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，機器人的爬行過程應(yīng)平穩(wěn)可靠，且控制方式應(yīng)簡單便捷，所以本文采用滾輪爬行的方式，依靠滾輪與避雷針之間的摩擦力，實現(xiàn)機器人的上下爬行。其中的重點在于提高滾輪與避雷針之間的摩擦力，使機器人在爬行時平穩(wěn)、靜止時牢靠，利用電動機驅(qū)動齒輪通過齒形帶進而帶動滾輪滑動的方式，可以很好地實現(xiàn)這一要求：當電動機工作時，通過帶動齒輪、齒形帶驅(qū)動滾輪的勻速運動，實現(xiàn)機器人的平穩(wěn)爬行；當電動機不工作時會產(chǎn)生一個較大的反向力矩，實現(xiàn)靜止狀態(tài)下機器人與避雷針間的緊密依附，防止機器人下滑等情況出現(xiàn)[5]。

為便于在各類避雷針上安裝，機器人圓形中央支架設(shè)計為兩個半圓形支架裝配的形式，而上下兩組爬行臂也設(shè)計為可拆卸式。需要裝設(shè)機器人時，首先將兩個半圓形支架安裝完畢，再將上下兩組爬行臂固定在支架上，完成機器人爬行結(jié)構(gòu)的安裝[6-7]。

3 避雷針檢測機器人的工作過程

避雷針狀態(tài)檢測機器人在工作過程中，會有向上爬行、向下爬行、向上翻越法蘭、向下翻越法蘭、靜止共五種工作狀態(tài)，且在這五種工作狀態(tài)的同時，都可以通過上位機控制攝像頭的左右移動及信息采集發(fā)送。不同工作狀態(tài)下，機器人各爬行部件的工作方式如表1所示。在使用機器人對避雷針進行狀態(tài)檢測工作時，需兩位工作人員共同配合完成，一人通過遙控裝置控制機器人的爬行，一人則通過上位機軟件控制攝像頭的信息采集[8-9]。

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