摘要：随着电力系统的不断发展，电力规模不断增大，输电线路运行环境复杂多变，在秋冬交替和冬春交替季节常常伴随伴随冻雨气候，高坡、高岭、高海拔区段的输电线路表面会形成冻结的覆冰。覆冰随着持续降雨越积越厚，增大输电线路的质量，如不能及时清除，容易使得各处输电线路下陷或者断裂，严重影响输电线路的正常运行，甚至导致大面积停电，给人们生活带来不便，以及造成经济损失。

关键词：无人机机械振动；除冰装置；使用方法

前言

随着无人机技术的不断发展，无人机在日常生活中的应用也越来越广泛。在冬季，无人机的除冰应用也备受关注。传统的除冰方法主要是使用化学除冰剂或机械刮除，但这些方法都存在环境污染和机械磨损等问题。因此，本文提出了一种基于无人机机械振动的除冰装置及其使用方法，旨在解决现有技术采用热力融冰法存在导线断线风险、影响导线性能的问题，克服人工除冰效率低、危险系数大的困难。

一、除冰装置的技术背景

为了消除输电线路覆冰灾害，一旦覆冰超警戒值，通常采用热力融冰法除冰。热力融冰法是对整条输电线路进行融冰，但是如果输电线路存在隐性薄弱点，可能导致导线断线、影响机械性能、降低导线使用寿命等情况。由于覆冰区段所处位置偏僻，且电网公司规定覆冰状态下不能上塔，且人工除冰速度慢、效率低，且危险系数高。近年来，基于无人机机械振动的除冰装置逐渐受到关注。这种装置利用无人机的机械振动作用于飞行器表面，通过振动将结冰层震落。相比传统的除冰方法，这种方法具有以下优点：无需使用化学物质，对环境无污染；无需机械刮除，不会损坏飞行器表面；能够快速、高效地除冰，提高飞行器的性能和安全。传统的除冰方法包括使用化学物质、机械刮除和加热等方法，但这些方法都存在一定的局限性，如化学物质可能对环境造成污染，机械刮除可能会损坏飞行器表面，加热则需要大量的能源。因此，本发明提供一种基于无人机机械振动的除冰装置。

二、除冰装置的设计

基于无人机机械振动的除冰装置，包括无人机，所述无人机门台设有除冰装置，除冰装置包括破冰锥形头、破冰触发杆、微型电推杆、控制箱拉杆、装载壳、复位弹簧和动力弹簧。

所述装载壳为两端开口的圆筒，装载壳套设于拉杆和破冰触发杆外且拉杆尾端和破冰触发杆头端分别伸出装载壳，拉杆尾端可拆卸固定安装在无人机门台上，所述破冰锥形头安装在破冰触发杆头端。装载壳与拉杆活动连接，与破冰触发杆固定连接，所述拉杆外套设有复位弹簧，复位弹簧头端与拉杆固定连接，尾端连接装载壳，随装微型电推杆移动发生压缩。所述微型电推杆设于拉杆一侧且电连接控制箱，通过控制箱控制微型电推杆动作；微型电推杆头端与装载壳固定连接，尾端连接拉杆。

拉杆与破冰触发杆之间间隔预定距离，且拉杆头端与破冰触发杆尾端分别对应设有磁铁一和磁铁二，拉杆头端与破冰触发杆尾端通过磁吸连接。所述破冰触发杆外套设有动力弹簧，所述动力弹簧头端连接破冰触发杆头端，动力弹簧尾端连接磁块二。

破冰锥形头与破冰触发杆头端螺纹连接，便于更换破冰锥形头，使破冰锥形头头端保持尖锐，保证对结冰的击穿效果。

微型电推杆至少设有两个，分别对称布置在拉杆两侧，增大推力的同时，保证装载壳、破冰触发杆平稳向外推出，保持动力聚焦；且微型电推杆尾端通过连接件一与拉杆尾端固定连接，微型电推杆头端通过连接件二与破冰触发杆尾端外侧的装载壳固定连接。

控制箱安装在无人机门台上，控制箱包括ARM处理器、ARM处理器分别连接5G通讯模块、电机驱动电路和电源电路，5G通讯模块无线连接控制终端；ARM处理器通过USB接口与无人机上的摄像头连接，ARM处理器接收摄像头信息后，通过5G通讯模块无线传输到控制终端，地面操作人员根据接收的信息远程操控微型电推杆和无人机动作。

三、除冰装置的使用方法

第一步是将除冰装置安装在无人机门台上，通过USB接口连接摄像头与控制箱，并调整无人机摄像头摄像范围包括除冰装置头端；第二部是控制无人机飞行至除冰目标位置，使破冰锥形头对准输电线覆冰段；第三步是控制微型电推杆启动，同时复位弹簧复位回收力使破冰触发杆快速向外推出，破冰锥形头冲击力造成结冰碎裂，如此重复多次冲击，直至完成除冰。

四、除冰装置的有益效果

相较现有技术，本发明的有益效果是：本发明结构简单，易于设置，不会对无人机飞行造成负担，实际操作性强。使用时，利用微型推杆提供初推力，复位弹簧复位，二者同时向装载壳提供向外移动的动力，带动破冰触发杆向外推出，并赋予动力弹簧动能，动力弹簧将能量传递至破冰触发杆头端，使得破冰锥形头具有较大动能，瞬间向外击出，对冰块击穿，达到除冰效果。

基于无人机机械振动的除冰装置，实现输电线路带电运行状态的除冰作业，解决目前采用热力融冰法存在导线断线风险、影响导线性能的问题，相比人工除冰，无人机除冰装置有成本相对低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、超视距飞行、使用方便高效等多种优势，可以推广应用于低压配电线的除冰工作。

五、除冰装置的应用前景

无人机除冰技术的应用前景非常广阔。以下是一些可能的应用场景：

1. 道路除冰：无人机可以在道路上飞行，使用喷雾器喷洒除冰剂，以帮助清除道路上的冰雪，提高道路的安全性。

2. 飞机除冰：无人机可以在飞机起降前使用喷雾器喷洒除冰剂，以帮助清除飞机表面的冰雪，提高飞机的安全性。

3. 铁路除冰：无人机可以在铁路上飞行，使用喷雾器喷洒除冰剂，以帮助清除铁路上的冰雪，提高铁路的安全性。

4. 太阳能电池板除冰：无人机可以在太阳能电池板上飞行，使用喷雾器喷洒除冰剂，以帮助清除电池板上的冰雪，提高太阳能电池板的效率。

结束语

总的来说，基于无人机机械振动的除冰装置是一项非常有前景的技术创新。该装置可以通过无人机进行快速、高效的除冰，减少了人力投入和时间成本，提高了除冰的效率和安全性。同时，该装置具有操作简便、适用范围广等优点，可以应用于各种类型的无人机和不同的除冰场景。

参考文献：

[1]付子峰，吴启进，刘继承，郭景武，王星超，李龙云.人工智能除冰技术在输电线路中的应用[J].湖北力，2018，42（03）：15-18.

[2]蒋浩. 合成热射流防/除冰技术研究[D].国防科技学，2017.