無人機(jī)帶電水沖洗與噴涂技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘

要：在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，利用機(jī)器代替人工已經(jīng)成為提高效率的重要手段之一，為此，對無人機(jī)帶電水沖洗與噴涂技術(shù)進(jìn)行研究。在無人機(jī)帶電水沖洗技術(shù)研究過程中，結(jié)合污穢物的積累形式，對無人機(jī)沖洗方向進(jìn)行設(shè)置；結(jié)合沖洗環(huán)境實際情況對水柱形狀進(jìn)行設(shè)置；結(jié)合作業(yè)環(huán)境電壓等級對沖洗水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置；結(jié)合帶電設(shè)備狀態(tài)對沖洗方式進(jìn)行設(shè)置。無人機(jī)噴涂技術(shù)研究過程中，對噴涂操作方式、控制方式進(jìn)行了細(xì)化。在實際應(yīng)用過程中，所研究的技術(shù)與人工處理技術(shù)相比，極大地縮短了耗時，并降低了水資源和噴涂原料的使用量。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；打磨加工；PLC0

引言隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器代替人工已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。在此背景下，無人機(jī)因其在控制方面表現(xiàn)出的靈活性、在應(yīng)用方面表現(xiàn)出的便捷性以及在使用效果方面表現(xiàn)出的高效性而受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。特別是對于危險性較高或人力資源消耗較大的工作而言，無人機(jī)的應(yīng)用不僅可以有效提高工作質(zhì)量，同時也可以縮短工作時間。其中，帶電水沖洗作業(yè)是對正在運行的電力設(shè)備進(jìn)行清洗，受運行需求的影響，部分電力設(shè)備不具備停運清洗的條件，必須在帶電的條件下對其進(jìn)行水源清洗，該操作具有較高的危險性。在噴涂施工過程中，當(dāng)待施工面積加大時，需要的人力資源開銷會明顯上升，且最終的噴涂質(zhì)量與施工人員的專業(yè)性直接相關(guān)，這也是導(dǎo)致噴涂效果難以得到有效控制的關(guān)鍵。無人機(jī)作為近些年來新型的科技產(chǎn)物之一，可以通過遠(yuǎn)程控制的方式對無人機(jī)的運行狀態(tài)進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，并且通過在無人機(jī)上搭載對應(yīng)的設(shè)備實現(xiàn)多種應(yīng)用性功能。結(jié)合這一特點，將無人機(jī)應(yīng)用到帶電水沖洗和噴涂施工中，具有巨大的開發(fā)和研究空間。在此基礎(chǔ)上，本文對無人機(jī)帶電水沖洗與噴涂技術(shù)進(jìn)行研究，并通過實際應(yīng)用測試的方式分析驗證了該技術(shù)的效果，希望能夠為無人機(jī)在更多領(lǐng)域的深度應(yīng)用提供一定的參考。1

無人機(jī)帶電水沖洗技術(shù)研究1.1無人機(jī)沖洗方向一般情況下，電力設(shè)備表面會覆蓋一層絕緣子層，當(dāng)絕緣子層表面處于潮濕狀態(tài)時，待清洗的污穢物會在外力作用下溶解，當(dāng)外力作用為雨水時，待清洗的污穢物會懸浮在水膜表面，但無論是何種形式，最后都會在重力的作用下出現(xiàn)下墜趨勢。當(dāng)待清洗的污穢物積累到一定規(guī)模時，會在設(shè)備的下端凝結(jié)，這就使得設(shè)備的上表面相對干凈。以此為基礎(chǔ)，在利用無人機(jī)實施帶電水沖洗時，水柱需要按照從下向上的方向噴射，只有這樣才能確保沖洗效果，達(dá)到有效去除設(shè)備表面污穢物的作用。其次就是對無人機(jī)沖洗角度的控制，水柱與無人機(jī)中心軸的夾角成90°時，對應(yīng)的清洗效果最好，但是考慮到無人機(jī)的使用安全要求，在實際應(yīng)用階段可以調(diào)整至60°。1.2無人機(jī)水柱形狀在利用無人機(jī)對電力設(shè)備表面進(jìn)行沖洗時，大多采用扇形水柱，這也是高壓沖洗過程中最為常用的水柱形式之一。在應(yīng)用效果上，扇形水柱具有沖刷面積大的特點，可以在一定程度上提高沖洗的效率。但需要注意的是，扇形水柱也存在一定的弊端，與圓柱形水柱相比，在相同的水壓條件下，扇形水柱的有效沖洗距離相對較短。因此，在實際的應(yīng)用過程中，需要結(jié)合實際情況對無人機(jī)水柱進(jìn)行差異化選擇。具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。按照表1所示的方式，結(jié)合待沖洗設(shè)備的實際情況，合理選擇無人機(jī)對應(yīng)的水柱形狀。需要注意的是，當(dāng)無人機(jī)采用的水柱類型為扇形時，在進(jìn)行沖洗的過程中需提供更高的壓力。這就意味著需要更大壓力水泵或加壓機(jī)裝置為無人機(jī)的輸出提供動力，此時就需要結(jié)合無人機(jī)的實際荷載能力，對具體的水柱形狀進(jìn)行選擇。結(jié)合上述分析，當(dāng)無人機(jī)的荷載能夠承擔(dān)水泵的重量時，在允許的條件下首選扇形水柱，當(dāng)無人機(jī)的荷載不能夠承擔(dān)水泵的重量時，選擇圓柱形水柱進(jìn)行清洗。1.3無人機(jī)清洗用水對帶電水沖洗作業(yè)實施的相關(guān)要求進(jìn)行分析可知，采用的清洗用水結(jié)合實際的應(yīng)用環(huán)境需要進(jìn)行差異化設(shè)置，只有這樣才能保障作業(yè)的安全性。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合衡量水的導(dǎo)電能力的指標(biāo)參數(shù)——水電阻率，對無人機(jī)帶電水沖洗的水源標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。本文以20

℃條件下單位體積水的電阻為指標(biāo)，設(shè)計的無人機(jī)帶電水沖洗作業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。按照表2所示的方式，根據(jù)無人機(jī)帶電水沖洗環(huán)境的實際情況，有針對性地選擇對應(yīng)的沖洗水。需要注意的是，在對絕緣子進(jìn)行帶電水沖洗時，沖洗水本身不屬于純絕緣介質(zhì)材料，因此可以將絕緣子上帶電部分看作是帶電導(dǎo)體在電阻的作用下處于接地狀態(tài)，此時水沖洗與用絕緣桿進(jìn)行帶電操作的原理基本一致。通過這樣的方式，可以實現(xiàn)對帶電設(shè)備的安全沖洗。上面已經(jīng)提到，沖洗水并非絕對絕緣體，因此會產(chǎn)生一定的泄漏電流，為了保障無人機(jī)及周圍環(huán)境的安全，本文對該部分進(jìn)行了細(xì)化研究。泄漏電流的兩條回路，一條經(jīng)由水柱、噴嘴、人體入地，另一條經(jīng)絕緣子表面泄漏電阻入地。保障經(jīng)人體入地回路的電流強(qiáng)度滿足人體安全要求，經(jīng)絕緣子表面入地回路的電流滿足設(shè)備安全要求，是實施帶電水沖洗的另一個重要內(nèi)容，針對此，本文通過對水柱長度進(jìn)行差異化設(shè)置，控制通過人體泄漏電流的強(qiáng)度。具體的控制標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。按照表3所示的方式，設(shè)置無人機(jī)帶電水沖洗水柱的長度，在實施水沖洗的過程中，需要為噴嘴和水龍頭設(shè)備表面設(shè)置防雨罩，以保障沖洗效果能夠達(dá)到預(yù)期。1.4無人機(jī)沖洗方式在沖洗絕緣子時，需要按照一定的順序進(jìn)行。當(dāng)待沖洗的絕緣子串處于垂直安裝狀態(tài)時，按照由下往上的順序進(jìn)行沖洗；當(dāng)待沖洗的絕緣子串處于耐張狀態(tài)時，優(yōu)先沖洗帶電體側(cè)的絕緣子結(jié)構(gòu)，最后沖洗接地端的絕緣子結(jié)構(gòu)。當(dāng)待沖洗的電力設(shè)備中包含不同的兩相時，要避免同時沖洗，并防止水柱跨接兩相，以降低出現(xiàn)短路情況的概率。在實際的沖洗過程中，也有可能會由于電壓分布的改變出現(xiàn)電火花，此時可以直接利用沖洗的水柱對火花進(jìn)行處理，直至火花熄滅為止。部分設(shè)備可能存在密封不良或表面絕緣子層存在缺陷的情況，沖洗水柱也要避免與該類部位發(fā)生接觸。2

無人機(jī)噴涂技術(shù)研究2.1噴涂操作方式在利用無人機(jī)實施噴涂操作時，只需將無人機(jī)定位在待噴涂環(huán)境的頂端，操作人員在固定地點對無人機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行控制，一般情況下，對應(yīng)的飛行方式分為上下豎排工作模式和左右橫排工作模式兩種。在四軸螺旋槳操作系統(tǒng)的控制作用下，無人機(jī)借助攝像頭采集工作面的實際情況，并通過調(diào)節(jié)噴頭的角度實現(xiàn)對死角的噴涂。借助這樣的方式，窗框、墻角等復(fù)雜空間范圍也可以實現(xiàn)完整噴涂。在此基礎(chǔ)上，借助無人機(jī)工作區(qū)間模塊化的設(shè)置方式，當(dāng)完成對當(dāng)前區(qū)間的噴涂后，通過增加供電供料管的長度，無人機(jī)可以在無人工參與的條件下直接前往下一個施工區(qū)間。2.2噴涂控制方式當(dāng)無人機(jī)內(nèi)涂料需要補(bǔ)充時，工作人員在涂料基站增加涂料的供給壓力，將涂料輸送到無人機(jī)的儲存罐中，通過這樣的方式確保無人機(jī)實現(xiàn)連續(xù)工作。結(jié)束噴涂施工后，拆下基站連接的供料管，并通過減壓的方式將管內(nèi)剩余的涂料反流到容器。需要注意的是，無人機(jī)噴槍的噴射范圍直接決定了其飛行的間距，保持二者處于一致的狀態(tài)，可避免噴涂效果出現(xiàn)厚度超標(biāo)或噴涂不完整的問題。對于無人機(jī)噴槍角度的控制，通過軟膠皮管建立噴槍噴射管與涂料罐之間的連接關(guān)系，將桿件轉(zhuǎn)動固定在噴射管兩側(cè)，以此實現(xiàn)對噴槍角度的360°控制調(diào)節(jié)。3

應(yīng)用測試與分析3.1測試環(huán)境本文以某電力企業(yè)的220kV配電網(wǎng)設(shè)備為目標(biāo)進(jìn)行測試，對應(yīng)的測試環(huán)境如圖1所示。對該配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施情況進(jìn)行分析，已經(jīng)連續(xù)運行622天，受周圍環(huán)境影響，設(shè)備和線路表面存在明顯的附著物，一定程度上影響了供電安全；對設(shè)備表面的絕緣涂層情況進(jìn)行觀察，部分區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)破損，嚴(yán)重威脅配電環(huán)境安全。在此基礎(chǔ)上，分別采用人工方法和無人機(jī)方式對兩組相同規(guī)模的配電結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗，并在干燥狀態(tài)下進(jìn)行絕緣材料的噴涂，分別統(tǒng)計對應(yīng)的施工效果。3.2測試結(jié)果與分析分別統(tǒng)計不同處理技術(shù)下對應(yīng)的處理效果，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示。通過對表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比可以看出，利用本文所提無人機(jī)處理技術(shù)對測試配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行清洗時，在相同施工規(guī)模下，對應(yīng)的時間開銷僅為2天，與人工處理方法相比縮短了1.5天，用水量也減少了39.1

m3。在進(jìn)行噴涂施工時，本文所提無人機(jī)處理技術(shù)完成施工的耗時為2.5天，用料量為5.2L，與人工處理方法相比均分別降低了1/2左右。通過測試結(jié)果可以得出以下結(jié)論：利用無人機(jī)實施帶電水沖洗與噴涂