CN104625913A - 一种卧式储罐罐体及罐车罐体的环焊缝打磨机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卧式储罐罐体及罐车罐体的环焊缝打磨机器人。目的是提供的机器人应能有效进行储罐和罐车内外表面的环焊缝打磨，具有打磨质量好、工作效率高以及操作健康安全的特点。技术方案是：一种卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于该机器人包括可移动地吸附在罐体表面的机器人框架、安装在机器人框架上用于打磨环焊缝的打磨机构以及驱动机器人框架在罐体表面行走的行走机构；所述打磨机构包括布置在机器人框架底端以对罐体表面环焊缝打磨的钢丝刷组以及驱动钢丝刷组的打磨电机；所述行走机构包括安装在机器人框架底端的脚轮和驱动轮、对驱动轮转动提供动力的驱动电机。
Description
技术领域
本发明涉及储罐检测技术领域，具体是一种卧式储罐罐体内表面环焊缝的打磨装置，也适用于罐车罐体内表面环焊缝打磨。
背景技术
打磨是卧式储罐和罐车的罐体焊缝磁粉检测、渗透检测和超声检测等无损检测的前端工序，目前普遍采用人工手动打磨方式。由于大部分卧式储罐和罐车用于存放和运输易燃易爆气体和液体，打磨工序中的待检测卧式储罐和罐车仍可能存在少量危险气体或液体，采用人工打磨方式不仅会直接危害人身健康，而且可能由于打磨火星的产生而小范围燃烧或***，具有严重的人身安全隐患。另一方面，采用人工打磨方式工作量大、效率低，打磨不均匀影响后期检测的准确性。因此，为解决人工打磨的安全、效率和精度均匀性问题，需要研制一种卧式储罐环焊缝打磨机器人装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种卧式储罐环焊缝打磨机器人，该机器人应能有效进行储罐和罐车内外表面的的环焊缝打磨，具有打磨质量好、工作效率高以及操作健康安全的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于该机器人包括可移动地吸附在罐体表面的机器人框架、安装在机器人框架上用于打磨环焊缝的打磨机构以及驱动机器人框架在罐体表面行走的行走机构；
所述打磨机构包括布置在机器人框架底端以对罐体表面环焊缝打磨的钢丝刷组以及驱动钢丝刷组的打磨电机；
所述行走机构包括安装在机器人框架底端的脚轮和驱动轮、对驱动轮转动提供动力的驱动电机。
所述打磨电机依次通过打磨减速器和齿轮箱驱动钢丝刷组。
所述打磨机构通过气动支撑杆可上下移动地定位在机器人框架上。
所述气动支撑杆为四个，每个气动支撑杆的一端固定于机器人框架上，另一端固定于打磨电机减速器上。
所述驱动电机通过减速器驱动驱动轮。
所述驱动轮轴线、脚轮轴线以及钢丝刷组底端的工作面形成一特定曲率，该特定曲率与被打磨的罐体表面曲率相适合。
所述齿轮箱由一个传动齿轮和三个均匀布置在传动齿轮周边且同时与该传动齿轮啮合的从动齿轮组成。
所述钢丝刷组由三个相同的打磨钢丝刷组合而成，每个打磨钢丝刷由一从动齿轮驱动。
所述三个打磨钢丝刷的轴心呈正三角形排列，轴心距离为打磨钢丝刷直径的1.1至1.5倍；轴心距离加上打磨钢丝刷直径之和不小于焊缝宽度加上焊缝热影响区宽度之和。
所述驱动轮和脚轮均具有提供吸附磁力环状永磁铁结构，包括由内而外往外径方向布置的轮毂、永磁铁层和聚氨酯包胶层。
该机器人上还配置一用于放置或提起的提手。
本发明的工作原理是：驱动轮和脚轮的环状永磁铁结构均可提供吸附磁力将框架牢固地吸附于储罐和罐车的罐体表面；驱动电机通电后，驱动轮即可带动框架沿着环焊缝区域运动；打磨钢丝刷在四根气动支撑杆的支撑下对环焊缝以及焊缝热影响区域施加一定压紧力并进行打磨。
本发明的有益效果是：本发明提供的卧式储罐环焊缝打磨机器人，通过环状永磁铁结构定位在罐体表面，采用正三角形排列的三个打磨钢丝刷组成打磨钢丝刷组，能够为焊缝及其热影响区检测提供足够的打磨空间；由一大三小的齿轮组形成的打磨动力传动***，避免了为每个打磨钢丝刷配备电机；采用圆周布置的四根气动支撑杆提供压紧力，保证了在不平整表面上三个打磨钢丝刷均有足够的压紧力。该打磨机器人不存在人工打磨的影响，因而不但打磨质量好(精度高、均匀性好)，为后期检测的准确提供了保证，而且工作效率高(可取代3-4个人工操作)，还消除了人身安全隐患，受到企业的普遍欢迎。
图说明
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为本发明的立体结构示意图。
图3为图1、图2中打磨机构的立体结构示意图。
图4为打磨机构中打磨钢丝刷的结构布置示意图。
图5为驱动轮与脚轮的结构示意图。
图中有：底盘1，驱动轴轴承2，驱动轴3，提手4，驱动轮5，减速器6，驱动电机7，支撑肋扳8，盖板9，气动支撑杆10，打磨电机11，打磨减速器12，联轴器13，齿轮箱14，脚轮15，支撑轴16，钢丝刷组17，传动轴14-1，从动轴14-2，从动齿轮14-3，从动轴轴承14-4，传动齿轮14-5，传动轴轴承14-6，齿轮箱端盖14-7，#1打磨钢丝刷17-1，#2打磨钢丝刷17-2，#3打磨钢丝刷17-3，轮毂5-1，永磁铁层5-2，聚氨酯包胶层5-3。
具体实施方式
卧式储罐环焊缝打磨机器人主要应用在钢制卧式储罐和罐车的罐体内外表面的打磨作业中，其最基本功能是吸附功能、行走功能和打磨功能。因为工作壁面是罐壁表面，考虑到壁面积较大，局部表面曲率变化的不一致且有突起的焊缝，而且工作环境也比较复杂，因此机器人打磨应满足以下几点要求：
(1)应具有一定的吸附力，该吸附力应大于机器人的重力，防止坠落；
(2)应保持一定的驱动力，能够使机器人在储罐内表面壁面上自动行走；
(3)应能够适应沿壁面的周向曲率，同时行走与打磨作业。
下面结合附图所示的实施例，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
图1、图2所示的实施例中，该卧式储罐环焊缝打磨机器人中，机器人框架可移动地吸附在罐体表面，机器人框架上安装一打磨机构，行走机构则驱动机器人框架在罐体表面行走；
所述的打磨机构中，钢丝刷组17布置在机器人框架底端，一个传动齿轮14-5和三个从动齿轮14-3组成齿轮箱，打磨电机11、打磨减速器12和联轴器13组成了打磨动力输出传动机构，另由四个气动支撑杆10将打磨机构组合在框架上。
所述的行走机构中，脚轮(被动轮)7和驱动轮(主动轮)5安装在机器人框架底端(驱动轮5通过驱动轴轴承2安装在框架上)，驱动电机7依次通过驱动减速器6、驱动轴3传动驱动轮5。
所述的打磨机构和行走机构共同固定于由底盘1、支撑肋扳8、盖板9和提手4组成的框架上，其中各部件通过焊接方式互相固定。图1中显示的框架，顶部的盖板与底部的底盘之间均匀布置着若干个支撑肋板，支撑肋板之间围成一个柱形空间，打磨机构由四个气动支撑杆(气缸)定位在该空间中，并可在四个气动支撑杆驱动下沿着柱形空间上下移动，带动得齿轮箱连同钢丝刷组沿着底盘中央的开口上下移动(齿轮箱受到底盘中央开口的限定，只能作上下移动)；为图面清晰，配套气动支撑杆的气源(优选气泵)以及连通气源与气动支撑杆的气管均予省略。
所述的底盘1为往下方突出的弧面钢板，优选弧面直径为2450mm的钢板，使机器人可以沿圆柱形卧罐或罐车内表面的环焊缝周向移动；也可根据需要改用不同曲率的钢板以适应不同规格储罐或罐车的罐体内表面环焊缝打磨需要。
所述的气动支撑杆10两端通过螺栓与固定板连接，采用四个气动支撑杆360度均匀布置可以使钢丝刷组的工作面在不平整的表面也能较好的贴合，从而为每个打磨钢丝刷都提供足够的压紧力(图中可见：每个气动支撑杆的一端(缸体)固定于机器人框架上，另一端(活塞杆)固定于打磨电机减速器上)。在气动支撑杆非压缩状态时，钢丝刷组打磨面(工作面)在打磨电机轴线方向上低于驱动轮和脚轮最低点的连线；在机器人工作时，四个气动支撑杆处于压缩状态，四个气动支撑杆的对钢丝刷组的顶压力即为钢丝刷组对罐体表面的压紧力。
图3中可知，传动齿轮14-5的传动轴和三个从动齿轮14-3的从动轴均通过轴承与齿轮箱端盖14-7连接。传动齿轮依次通过打磨减速器12和联轴器13与打磨电机11连接，形成了“一拖三”的打磨动力传动链，避免为每个打磨钢丝刷配备单独的打磨电机。
如图4所示(仰视方向视图)，所述的钢丝刷组17由正三角形排列的三个打磨钢丝刷(17-1、17-2、17-3)组成。采用三个打磨钢丝刷是由于焊缝两侧存在一定的焊接热影响区，宽度一般为100mm-150mm，焊接热影响区也是进行检测的重点，采用正三角形排列的打磨钢丝刷可以为焊缝检测提供足够的打磨空间。工作时应将#1打磨钢丝刷置于焊缝正上方，#2打磨钢丝刷和#3打磨钢丝刷分别置于两侧焊缝热影响区上方；打磨钢丝刷可以选用直径100mm的尺寸，之间留有10mm左右的间隙防止干涉。
如图5所示，所述的驱动轮5和脚轮15均由自内而外往外径方向布置轮毂5-1、永磁铁层5-2和聚氨酯包胶层5-3组成。相对于其它吸附方式，永磁吸附具有吸附力大、受表面状况影响小、***意外断电不影响吸附力等优点。由于大型承压设备很高，且罐壁多为钢制材料，表面多有锈迹和油污，因而非常适合于应用永磁吸附。车轮外层包裹聚氨酯包胶，其目的是为了保护永磁铁免于因振动和行进而脆性断裂。
可根据需要，对上述卧式储罐环焊缝打磨机器人作进一步优化或改进。
本发明考虑到卧式储罐和罐车打磨环境和外观形状特性，设计了卧式储罐环焊缝打磨机器人；依据应用对象多为钢质材料和表面多有锈迹和油污等特点，采用了永磁铁吸附方式，设计了包裹于轮毂的环状永磁铁结构，通过理论计算设计永磁铁厚度，以提供足够的磁力克服机身自重和打磨反作用力；依据焊缝和热影响区结构特点，设计了正三角形三合一的打磨钢丝刷组，为焊缝检测提供足够的打磨空间；依据三合一的打磨钢丝刷组，设计了“一拖三”的齿轮传动组合，避免为每个打磨钢丝刷配备单独电机；采用四个圆周均布的气动支撑杆为打磨钢丝刷提供压紧力，可以适应不平整表面工作；结合焊缝打磨过程的最佳速度，选择合适的电机和减速器，使机器人行进和打磨平稳。
本发明中，所述电机、减速器、打磨钢丝刷等均可外购获得。
Claims (10)
1.一种卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于该机器人包括可移动地吸附在罐体表面的机器人框架、安装在机器人框架上用于打磨环焊缝的打磨机构以及驱动机器人框架在罐体表面行走的行走机构；
所述打磨机构包括布置在机器人框架底端以对罐体表面环焊缝打磨的钢丝刷组(17)以及驱动钢丝刷组的打磨电机(11)；
所述行走机构包括安装在机器人框架底端的脚轮(15)和驱动轮(5)、对驱动轮转动提供动力的驱动电机(7)。
2.根据权利要求1所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述打磨电机依次通过打磨减速器(12)和齿轮箱(14)驱动钢丝刷组。
3.根据权利要求2所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述打磨机构通过气动支撑杆(10)可上下移动地定位在机器人框架上。
4.根据权利要求3所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述气动支撑杆为四个，每个气动支撑杆的一端固定于机器人框架上，另一端固定于打磨电机减速器上。
5.根据权利要求4所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述驱动轮轴线、脚轮轴线以及钢丝刷组底端的工作面形成一特定曲率，该特定曲率与被打磨的罐体表面曲率相适合。
6.根据权利要求5所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述齿轮箱由一个传动齿轮(14-5)和三个均匀布置在传动齿轮周边且同时与该传动齿轮啮合的从动齿轮(14-3)组成。
7.根据权利要求6所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述钢丝刷组由三个相同的打磨钢丝刷组合而成，每个打磨钢丝刷由一从动齿轮驱动。
8.根据权利要求7所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述三个打磨钢丝刷的轴心呈正三角形排列，轴心距离为打磨钢丝刷直径的1.1至1.5倍；轴心距离加上打磨钢丝刷直径之和不小于焊缝宽度加上焊缝热影响区宽度之和。
9.根据权利要求8所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：所述驱动轮和脚轮均具有提供吸附磁力环状永磁铁结构，包括由内而外往外径方向布置的轮毂(5-1)、永磁铁层(5-2)和聚氨酯包胶层(5-3)。
10.根据权利要求9所述的卧式储罐罐体或罐车罐体的环焊缝打磨机器人，其特征在于：该机器人上还配置一用于放置或提起的提手(4)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 310020 No. 211 Kaixuan Road, Shangcheng District, Hangzhou, Zhejiang Patentee after: Zhejiang Institute of Special Equipment Science Patentee after: ZHEJIANG SAIFUTE SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION Co.,Ltd. Address before: 310020, 211 triumph Road, Hangzhou, Zhejiang, Jianggan District Patentee before: ZHEJIANG PROVINCIAL SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION AND Research Institute Patentee before: ZHEJIANG SAIFUTE SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220824 Address after: 310020 No. 211 Kaixuan Road, Shangcheng District, Hangzhou, Zhejiang Patentee after: Zhejiang Institute of Special Equipment Science Address before: 310020 No. 211 Kaixuan Road, Shangcheng District, Hangzhou, Zhejiang Patentee before: Zhejiang Institute of Special Equipment Science Patentee before: ZHEJIANG SAIFUTE SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |