输电线路巡视便道除草技术应用发展方向探究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：黄昊（1990），男，江西南昌人，工程师，技师，从事 110kV 及以上输电运行线路的检修、维护与生产技术工作。-203-输电线路巡视便道除草技术应用发展方向探究 黄 昊 温带银 孙天成 赵 棚 广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000 摘要：摘要：在电网输电线路维护工作中，巡视便道杂草清理是一项长期开展的基础性维护工作。然而，传统的除草手段与设备在效率、职业健康和人力成本等方面存在着一些缺点和局限性，亟需新型割草设备的研发与应用来解决这些问题。本文旨在系统地分析常见割草手段的现状与缺点，探究新型除草设备发展的新方向,希望研究成果能为读者提供一定的参考价值。关键词：关键词：输电线路；便道除草；技术发展方向 中图分类号：中图分类号：TM7 0 引言 输电架空线路往往建设在荒无人烟的高山密林之中，运维人员需要通过徒步或汽车通过巡视便道开展每天的工作。大量的巡视便道，由于气候温暖，降雨丰沛，导致杂草茂盛生长，阻碍运维人员前行的同时，容易引发人员与车辆因视野不足产生跌落、碰撞和受蛇蚁等小动物侵害的风险，威胁输电运维人员的人生安全。输电线路传统除草手段在效率、能源消耗、环境影响等方面存在一些明显的缺点和局限性。1 传统除草手段存在问题和局限性分析 传统园林用手持除草设备，需人员手持驱动，是当前输电行业使用的常规除草装置。该种装置的缺点是人员需与装置 1：1 配置，同时常见的背负式或侧挂式除草设备设备总重一般在7公斤以上，大面积除草，人员长时间负重不利于人机工效与职业健康。以广东江门输电专业 2022 年巡视便道清理需求量统计为例，杆塔基面清理总数约 27.4 万、人行便道清理工程量约 40.6 万米，需消耗大量人力物力，同时割草效率低下，同时重割的情况也较为普遍，影响了整体工作效果和进度。传统大型载人式除草设备1，通常配备内燃机或电动机，通过驱动水平或竖直刀条的旋转来实现杂草切割。相比于手持除草设备或推进式除草设备，这种除草设备无需人员负重，能够快速、高效地完成大面积的除草任务。对于高山峻岭、山路崎岖等复杂地形的输电线路环境，传统大型载人式除草设备的应用受到一定的限制，由于其较大的体积和重量，这种除草设备在陡峭坡地和崎岖地形上的操作可能会受到困扰，无法灵活地适应不同地形的需求。传统大型载人式除草设备通常使用柴油或汽油发动机，这也存在一定的风险。在干燥的山区环境中，使用火种或燃油动力设备可能增加山火发生的风险。传统除草手段存在的这些问题和局限性导致了割草效率低下、人员负担重、工作进度受限等现象。针对这些问题，需要寻求新型割草设备的发展方向，例如技术创新和设备创新，以提高割草效率、降低人力投入、适应复杂地形，并减少安全风险，将有助于提升整体除草工作的效果和工作效率。2 巡视便道除草技术应用发展方向探究 2.1 轻量化材料选取 除草设备实现轻量化的关键技术，重点在研究材料选择和优化。除草设备的材料选择需要综合考虑多个因素以确保最佳性能和轻量化目标的实现。在现代除草设备设计中，铝合金和复合材料被广泛认为是最具潜力的材料选择之一。铝合金在除草设备应用中具备多方面优势。它具有较高的强度与刚度，可满足除草设备在工作过程中承受的振动和冲击力。此外，铝合金是一种轻质材料，相对于传统的钢铁材料具有更轻的重量。这使得除草设备更加易于携带和操作，减轻了用户的劳动负担。铝合金还具有良好的耐腐蚀性，能够抵御湿润环境、化学品和草坪肥料等可能导致腐蚀的因素。此外，铝合金的成形性能良好，便于加工和制造过程中国科技期刊数据库 工业 A-204-中的成型操作。其次，复合材料也被认为是一种有潜力的除草设备材料。复合材料通常由纤维增强树脂或金属基体组成，具有高强度和轻质特性。在除草设备应用中，复合材料能够提供出色的强度和刚度，同时保持较低的重量。这使得除草设备具有更高的效率和机动性。此外，复合材料还具备出色的抗腐蚀性能，能够抵御湿润环境和化学物质的侵蚀。然而，需要注意的是，使用复合材料可能需要更高的制造成本和技术要求。除了铝合金和复合材料，其他材料如镁合金也具备一定的潜力。镁合金是一种轻质材料，相对于铝合金具有更低的密度。它具备较好的强度和耐腐蚀性能，同时也易于加工和成型。然而，镁合金在可用性和成本方面可能存在一些挑战，需要更多的研究和开发才能实现其在除草设备中的广泛应用。铝合金和复合材料是除草设备设计中最有潜力的材料选择之一。它们具备轻量化、牢固性和抗腐蚀性的优势，能够实现除草设备的高效性能和操作便利性。然而，在进行材料选择时，还需综合考虑制造成本、可用性和特定设计要求等因素，以确保最佳的材料选取。2.2 轻量化结构设计 在轻量化除草设备的设计和改进中，结构优化2是一种关键手段。重新评估除草设备的结构设计，注重简化和减少不必要的部件。通过运用先进的 CAD 技术进行优化设计，可以减少零部件的数量和重量。同时，借助结构分析和模拟的方法，对除草设备的结构强度和刚度进行评估，确保轻量化的同时不影响其性能和安全性。除此之外，也应着眼于部件和组装的优化。评估除草设备各部件的优化潜力，例如刀具、底盘、手柄等。通过减少材料用量、改进结构和采用高强度材料等方式，可以降低部件的重量。同时，优化除草设备的组装工艺，使用轻量化连接件和减少固定螺栓数量的方法，提高装配效率并降低总重量。车体和车轮设计也是轻量化的关键方面。重新设计除草设备的车体结构，考虑使用轻量化的材料和结构形式，以减少整体重量。选择轻量化的车轮材料和设计，减少滚动阻力和惯性负载，提高除草设备的机动性和效率。最后，通过实验室和现场测试来验证轻量化结构的性能和可靠性。比较轻量化除草设备与传统除草设备在割草效果、能源消耗和使用寿命等方面的差异。基于测试结果，对轻量化除草设备的设计和制造进行优化和改进，确保其能够满足输电行业实际运维需求。2.3 应用遥控传感与自动化控制技术 遥感技术已被大量运用于机具控制领域，随着云计算和遥控感知技术的普及，已经出现了诸如智能扫地机器人、无人机等成熟的应用案例，输电行业的除草设备拥有类似的使用场景与需求。根据除草设备的需求和使用环境，选择适合的无线通信技术3是实现遥控功能的关键。在选择通信技术时，需要考虑其信号传输距离、稳定性和抗干扰能力等因素。对于除草设备的远程操控需求，蓝牙、Wi-Fi 和 RFID 都是常用的无线通信技术。蓝牙技术在短距离范围内具有较强的稳定性和低功耗特性，适合用于除草设备与遥控设备之间的通信。操作者可以使用蓝牙遥控器或手机应用程序来操控除草设备，实现远程控制。蓝牙还可以支持数据传输，用于除草设备的状态监测和故障诊断等功能4。Wi-Fi 技术具有较大的通信范围和较高的传输速率，适合用于需要长距离控制和数据传输的场景。通过连接到除草设备的 Wi-Fi 网络，操作者可以通过手机、平板电脑或电脑进行远程操控。Wi-Fi 技术还可以支持云端数据存储和远程监控，方便用户实时了解除草设备的工作状态和维护需求。RFID 技术主要用于除草设备与遥控设备之间的短距离身份识别和通信。通过在除草设备和遥控设备上分别安装 RFID 读写器和标签，可以实现身份认证和通信连接。这种技术通常用于限定特定操作者对除草设备进行控制的场景，提高安全性和防止未经授权的操作。在实现遥控功能的同时，传感器也发挥着关键作用。通过安装高精度的位置和导航传感器，如 GNSS（全球定位系统）、惯性导航系统和视觉传感器，除草设备可以实现自主导航和路径规划。这使得除草设备能够根据预设的路径自动避开障碍物，并高效地完成割草任务。此外，除草设备还可以配备激光或超声波传感器，用于检测地形、草坪等的高度变化，从而在不同的地方和高度上自动调整割草刀具的位置5。中国科技期刊数据库 工业 A-205-智能化控制系统是实现除草设备自主性和智能化的关键。该系统可以基于图像处理技术和深度学习算法，识别和分类不同的植物，并根据需求选择适当的割草方式。此外，添加急停按钮或安全传感器可以提高周边人员的生命安全，以便在紧急情况下立即停止除草设备的运动。智能化控制系统还可以监测除草设备的状态，包括电池电量、刀具磨损等，并预测维护和保养需求，以提高工作效率、节约能源和降低维护成本。2.3 新型遥控除草设备设计方案 基于以上研究，我所研发团队设计出一种新型遥控除草设备的发明方案，如图 1 所示该装置主要包括外壳、电源系统、两组传动机构、万向轮、主控系统和切割机构。图 1 新型遥控除草设备设计图 电源系统设置于外壳内部，电源系统用于为传动机构与切割机构提供工作电源，两组传动机构对称分布设置于外壳内部的底板靠近中部位置；传动机构包括车轮驱动组件、车轮传动组件和车轮；驱动组件与传动组件连接，驱动组件用于为传动组件提供行进动力；车轮传动组件与车轮连接。切割机构包括切割驱动组件和旋转割盘；割草电机输出轴依靠连杆与旋转割盘盘面相连，三片刀片延旋转割盘呈 60 度角均匀分布，采用内六角螺栓螺母穿孔固定。依靠割草电机提供旋转动能，带动旋转割盘高速旋转实现割草功能。针对电网线路通道常见羊茅及雀麦杂草，其修剪高度在 3cm-10cm 之间，本设计依靠替换 5cm 及 12cm 的连杆，实现割草机构修剪高度的适度调节。装置前端为控制机构，由单片机控制系统电路板 1及信号接收发射电路板组成，用于接收 2.4G 遥控指令信号，控制无刷直流电机与割草电机动作与调整输出功率，实现装置行进或割草功能的启停控制。切割驱动组件设置于外壳内部的底板上，且位于传动机构的前端；切割驱动组件内的连杆穿设外壳内部的底板与旋转割盘连接；主控系统设置于外壳内部的底板上，且位于切割机构前端，传动机构和切割机构均与主控系统通信连接；外壳内部的底板前端设置有万向轮，在设计时依照使用场景选择了三轮行进的驱动方式，通过装置中部左右两台独立可调速无刷直流电机，经行星减速器减速独立控制左右后轮的转速，配合前置的中置万向轮，实现设备的行进转向的同时，具有极小的转弯半径。该设备解决了现有的输电除草设备通常是通过人员手持驱动，需要消耗大量的人力物力，且存在割草效率较低的技术问题；实现了遥控、自行走、小型轻量的优点；同时，通过左右轮独立控制的无刷直流电机与行星减速器传动比控制两轮的速度差，实现灵活转向的同时，两轮依靠独立电机驱动，在直行中也能具备较佳的抓地及脱困能力。3 结论 在输电线路专业日常运维中，传统的人工砍刀割草和手持割草机仍是常见的割草手段。然而，这些方法存在效率低、工作强度大、安全风险高等缺点。为了克服这些问题，新型除草设备应朝着智能化控制、遥控技术和自动化操作、新型割草刀具和切割技术、轻量化材料和结构设计等方向发展。通过引入先进的技术和创新的设计，新型除草设备能够实现远程操控和智能化操作，提高割草效率和质量。同时，新型割草刀具和切割技术的应用可以提高割草切割效果和耐久性。此外，采用轻量化材料和优化的结构设计，可以降低设备重量，增加操作的灵活性和便捷性。综上所述，通过这些创新方向的发展，新型除草设备将促进行业除草技术的进一步发展，并提供更高效、安全和的解决方案。中国科技期刊数据库 工业 A-206-参考文献 1廖伟平,浅谈绿化工程中园林机械的应用J.现代园艺,2021(1):194-195.2佀庚,丁艳艳,郑旭航,孙玮伦,多功能割草机的设计J.机械工程与自动化,2016(1):112-113.3张河宁,于涛,段馨蕊,等.无人割草机关键技术发展综述J.技术与实践,2021(9):191-193.4张旭东,罗安江,周安仲等.多功能智能割草机设计J.拖拉机与农用运输车,2023,50(4):58-62.5王东清.实用型多功能割草机的研制J.林业机械与木工设备,2003(4):12-13.