機(jī)器代人剝切打磨 安裝電纜接頭又快又好

　　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行的關(guān)鍵。國網(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)隊成員在現(xiàn)場使用機(jī)器人開展電纜接頭預(yù)處理。郭斌 攝

　　8月13日，在國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司電纜運檢第四中心，電纜運檢一班班長張華正在教青年員工使用一臺機(jī)器人。

　　這臺機(jī)器人是第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人，由張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊研發(fā)，實現(xiàn)了高壓電纜接頭自動化剝切、打磨，使高壓電纜接頭預(yù)處理平均時長由4小時縮減為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;主動脈”，其安全運行對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)隊研發(fā)機(jī)器人來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。

　　“電纜在生產(chǎn)過程中會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)圓形的問題。”團(tuán)隊成員魏占朋介紹，“我們在設(shè)計機(jī)器人時遇到的一個難題就是如何在這種情況下對電纜進(jìn)行隨形剝切。為此，我們專門設(shè)計了隨形浮動刀架與蝸輪蝸桿傳動刀具微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實現(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，確保不會過度剝切。”

　　隨形浮動刀架和蝸輪蝸桿傳動刀具配合電力滑環(huán)供電系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)，形成了電纜接頭剝切、打磨一體化自動操作模式。2021年12月，第一代高壓電纜接頭自動預(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，實現(xiàn)了對220千伏和110千伏電壓等級電纜接頭制作工藝質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化把控。

　　高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人持續(xù)迭代升級

　　第一代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人具備自動剝切、打磨功能，但體積大、重量大，限制了其在作業(yè)現(xiàn)場的推廣應(yīng)用。從2022年1月起，張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊成員迭代升級高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人，推動機(jī)器人從實驗室走向施工現(xiàn)場。

　　瞄準(zhǔn)小型化、輕量化目標(biāo)，創(chuàng)新團(tuán)隊采用模塊化設(shè)計方案，于2022年11月研發(fā)了第二代高壓電纜接頭自動預(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，兩個人即可搬運。第二代高壓電纜接頭自動預(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渡的斜坡，并且要求斷口平齊。“這就像是要把一個臺階改造成一個斜坡。”魏占朋說，“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)隊開始研發(fā)第三代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人。他們設(shè)計了固定電纜圓心的刀架，保證剝切時進(jìn)刀基準(zhǔn)一致，在此基礎(chǔ)上，利用自動退刀裝置使絕緣屏蔽層在30毫米長度內(nèi)平滑過渡。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)隊采用視覺傳感機(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預(yù)處理機(jī)器人。它可以實時監(jiān)測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|自動化剝切、打磨作業(yè)的影響，實現(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。

　　“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。

　　已在天津50余個作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用

　　創(chuàng)新成果需要走出實驗室，接受現(xiàn)場應(yīng)用的檢驗。自2022年開始，高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人已經(jīng)在天津地區(qū)50余個作業(yè)現(xiàn)場應(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，第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人完成了首次現(xiàn)場應(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個電纜接頭為例，應(yīng)用第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人后，每年電纜接頭預(yù)處理用時可減少375個小時。”張華介紹。

　　目前，高壓電纜接頭自動預(yù)處理機(jī)器人相關(guān)創(chuàng)新成果已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)7項、實用新型專利授權(quán)4項。該成果還獲評2023年全國職工“五小”優(yōu)秀創(chuàng)新成果、中國電力企業(yè)聯(lián)合會2023年度電力職工技術(shù)創(chuàng)新二等獎。