隨著城市化進(jìn)程加快，高壓電纜設(shè)備體量逐年增加。高壓電纜接頭安裝質(zhì)量是保障電纜安全運(yùn)行的關(guān)鍵。國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司自主研發(fā)了高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人，提升了高壓電纜接頭安裝的效率。
張華(左一)和團(tuán)隊(duì)成員在現(xiàn)場(chǎng)使用機(jī)器人開展電纜接頭預(yù)處理。郭斌 攝
8月13日，在國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司電纜運(yùn)檢第四中心，電纜運(yùn)檢一班班長(zhǎng)張華正在教青年員工使用一臺(tái)機(jī)器人。
這臺(tái)機(jī)器人是第四代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人，由張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了高壓電纜接頭自動(dòng)化剝切、打磨，使高壓電纜接頭預(yù)處理平均時(shí)長(zhǎng)由4小時(shí)縮減為90分鐘，大幅提高了電纜接頭安裝的效率。
用機(jī)器人完成電纜接頭剝切、打磨一體化操作
當(dāng)前，高壓電纜已成為城市電能傳輸?shù)?ldquo;主動(dòng)脈”，其安全運(yùn)行對(duì)保障城市能源安全意義重大。接頭處是高壓電纜的薄弱部位，接頭安裝質(zhì)量不佳可能引發(fā)電纜故障。絕緣層與絕緣屏蔽層剝切、絕緣層打磨等接頭預(yù)處理操作尤其關(guān)鍵。以往，相關(guān)操作依靠人工完成，存在作業(yè)效率不夠高、質(zhì)量參差不齊等問(wèn)題，影響電纜接頭安裝質(zhì)量。為此，自2021年6月起，張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)機(jī)器人來(lái)完成高壓電纜接頭預(yù)處理，提升相關(guān)作業(yè)質(zhì)量和效率，降低人工操作存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。
“電纜在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)存在線芯偏心或者電纜絕緣層及絕緣屏蔽層外表面非標(biāo)準(zhǔn)圓形的問(wèn)題。”團(tuán)隊(duì)成員魏占朋介紹，“我們?cè)谠O(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)遇到的一個(gè)難題就是如何在這種情況下對(duì)電纜進(jìn)行隨形剝切。為此，我們專門設(shè)計(jì)了隨形浮動(dòng)刀架與蝸輪蝸桿傳動(dòng)刀具微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了刀具沿電纜外表面形狀剝切及剝切深度的微量調(diào)整，確保不會(huì)過(guò)度剝切。”
隨形浮動(dòng)刀架和蝸輪蝸桿傳動(dòng)刀具配合電力滑環(huán)供電系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)，形成了電纜接頭剝切、打磨一體化自動(dòng)操作模式。2021年12月，第一代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人研發(fā)成功，由剝切打磨模塊、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、軸向行走機(jī)構(gòu)以及控制模塊等部分組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)220千伏和110千伏電壓等級(jí)電纜接頭制作工藝質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化把控。
高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人持續(xù)迭代升級(jí)
第一代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人具備自動(dòng)剝切、打磨功能，但體積大、重量大，限制了其在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。從2022年1月起，張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員迭代升級(jí)高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人，推動(dòng)機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向施工現(xiàn)場(chǎng)。
瞄準(zhǔn)小型化、輕量化目標(biāo)，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，于2022年11月研發(fā)了第二代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人。它的“體重”僅27公斤，比第一代機(jī)器人重量輕了66%，體積也大幅縮小，兩個(gè)人即可搬運(yùn)。第二代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人可在工井、溝槽、隧道等多種電纜敷設(shè)場(chǎng)景中使用。
絕緣屏蔽斷口處理是高壓電纜接頭預(yù)處理的核心工藝，要將1毫米厚的絕緣屏蔽層剝切成平滑過(guò)渡的斜坡，并且要求斷口平齊。“這就像是要把一個(gè)臺(tái)階改造成一個(gè)斜坡。”魏占朋說(shuō)，“第一代和第二代機(jī)器人完成絕緣屏蔽斷口處理后還需要人工‘精修’。”為此，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開始研發(fā)第三代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人。他們?cè)O(shè)計(jì)了固定電纜圓心的刀架，保證剝切時(shí)進(jìn)刀基準(zhǔn)一致，在此基礎(chǔ)上，利用自動(dòng)退刀裝置使絕緣屏蔽層在30毫米長(zhǎng)度內(nèi)平滑過(guò)渡。第三代機(jī)器人于2023年7月研制成功。
為了提升機(jī)器人的智能化水平，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)采用視覺(jué)傳感機(jī)構(gòu)與智能控制算法代替機(jī)械仿形機(jī)構(gòu)，于今年5月研發(fā)出了第四代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絕緣屏蔽層的剝切狀態(tài)，消除了電纜絕緣偏心與絕緣屏蔽層厚度不均勻?qū)﹄娎|自動(dòng)化剝切、打磨作業(yè)的影響，實(shí)現(xiàn)了絕緣層、絕緣屏蔽層的智能化仿形剝切，使絕緣屏蔽斷口操作精度達(dá)微米級(jí)。
“第四代機(jī)器人有了‘眼睛’，剝切電纜更精準(zhǔn)，向著大范圍推廣應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。”張華說(shuō)。
已在天津50余個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
創(chuàng)新成果需要走出實(shí)驗(yàn)室，接受現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的檢驗(yàn)。自2022年開始，高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人已經(jīng)在天津地區(qū)50余個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
5月7日，在天津市東麗區(qū)某110千伏高壓電纜檢修現(xiàn)場(chǎng)，第四代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人完成了首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。第四代機(jī)器人使平均剝切精度由人工操作的1毫米提高到0.4毫米，打磨效率提升近60%，大幅提高了電纜接頭制作的工藝水平和安裝質(zhì)效。
“以天津地區(qū)每年平均安裝150個(gè)電纜接頭為例，應(yīng)用第四代高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人后，每年電纜接頭預(yù)處理用時(shí)可減少375個(gè)小時(shí)。”張華介紹。
目前，高壓電纜接頭自動(dòng)預(yù)處理機(jī)器人相關(guān)創(chuàng)新成果已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)7項(xiàng)、實(shí)用新型專利授權(quán)4項(xiàng)。該成果還獲評(píng)2023年全國(guó)職工“五小”優(yōu)秀創(chuàng)新成果、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)2023年度電力職工技術(shù)創(chuàng)新二等獎(jiǎng)。
作者：許然然 郭斌
評(píng)論