CN111346853B - 一种核电站引水隧洞海生物清理机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，该机器人由机架、刀具组件和行走轮组件三部分组成，机架起安装固定刀具安装座和履带轮的作用，安装在机架上的行走轮组件使整个设备在隧洞内正常行走；刀具组件通过液压缸来控制刀具高度，使之与隧道内壁接触，通过液压缸带动锯齿状的刀具来回移动，将附着在隧道内壁的海生物铲下来；刀具组件均匀分布在机架上，保证隧道截面清理范围全覆盖。本发明能够代替人工进行隧洞中海生物的清理，采用环形切削技术，在清理效率上带来了显著的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种清理机器人，特别涉及到一种核电站引水隧洞海生物清理机器人。
背景技术
国内沿海核电站多从近海取水口处修建引水隧道引取海水作为最终冷却水。近年来，受多方面因素影响，在引水的同时已造成多起核电站冷源取水堵塞事件，导致取水口堵塞的原因主要是外来物入侵，绝大多数由水生生物堵塞造成。滨海核电站使用海水作为冷却水，为了得到较为纯净的海水，通常需要先将海水通过一定直径的隧洞引入蓄水池中，再做下一步处理。在长时间的引水过程中，部分海生物会通过隧洞入口，沿着隧洞壁面进行附着，并且大量繁殖，同时某些海生物繁殖和新陈代谢产生大量酸性物质，侵蚀混泥土表面，导致混泥土保护层厚度降低，并为海水中的氯离子、硫酸盐等进入混泥土内部提供便利，造成钢筋锈蚀，破坏引水隧洞的混泥土结构。微生物与钢筋接触，代谢分泌的酸类物质腐蚀钢筋，使之锈化。混凝土结构被破坏，弹性模量降低，对混凝土结构的安全性存在一定威胁。
现核电站引水隧洞海生物清理作业一般采用人工作业，人工手持铁铲将海生物铲下，但这种方式清理效率低下，对工作人员的体力要求大，同时工作人员长时间处于引水隧洞中，存在氧气不足和海生物释放出有毒气体等多种危险情形，对工作人员的人身安全造成很大隐患。
近年来，德国、瑞士、法国等发达国家针对公路隧洞或地铁隧洞清理进行了一系列的产品研发，但是其产品大多采用高压水枪冲洗的方式，清理的对象通常是隧洞内壁附着灰尘等杂质。针对这种特殊场景下使用的核电站引水隧洞海生物的清理设备，目前徐工集团成功研发出国内首款针对隧洞海生物清理命名为“TCR7500”的机器人，该机器人是一台无人操作、自动挥舞“V”造型的设备，虽然能在一定程度上解决目前海生物清理的难题，但是其清理效率低下。
发明内容
本发明提供了一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，用于核电站引水隧洞海生物的高效率清除。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，包括直径小于待清理隧洞混凝土管道直径的圆环形机架，多个可沿机架的径向升降的刀具组件可拆卸地均匀安装于机架的外圆周表面上，多个行走轮组件可拆卸地均匀安装于机架的下部。
作为上述技术方案的进一步方案，所述机架的上部可拆卸地安装有至少2个行走轮组件。
作为上述技术方案的进一步方案，所述机架设有至少2个；每个机架上的刀具组件和行走轮组件的设置方式相同；相邻2个机架之间同轴心设置并可拆卸地连接到一起，相邻2个机架上的刀具组件错开设置。
作为上述技术方案的进一步方案，所述刀具组件包括机架连接板、刀具安装板和刀具；机架连接板连接于机架的外圆周表面上；刀具安装板与机架连接板之间平行设置且通过多个连杆活动连接，升降液压缸的两端分别与刀具安装板和机架连接板连接；刀具安装于刀具安装板远离机架连接板的一侧。
作为上述技术方案的更进一步方案，所述刀具安装板远离机架连接板的一侧连接有导轨；所述刀具的一侧连接有可在导轨上滑动的滑块；刀具远离切削刃的一端通过伸缩液压缸与刀具安装板连接。
作为上述技术方案的进一步方案，所述行走轮组件包括履带轮安装座、电机和履带轮；履带轮安装座通过履带轮连接板连接于机架的内圆周表面上；电机安装座连接于履带轮安装座内，电机安装于电机安装座的底部，电机的转轴同时垂直机架的轴向和径向设置并直接驱动履带轮。
作为上述技术方案的进一步方案，所述电机安装座底部的电机设置为2个，且2个电机背对设置，各自驱动1个履带轮。
作为上述技术方案的更进一步方案，所述电机安装座与履带轮安装座之间通过缓冲缸连接；履带轮安装座的内壁上安装有平行缓冲缸伸缩方向设置的导向块，电机的外壁上安装有配合导向块使用的导向槽。
作为上述技术方案的进一步方案，所述机架由多个圆弧形的机架子模块依次拼装连接到一起构成圆环形结构。
作为上述技术方案的进一步方案，所述刀具的切削刃端为锯齿状，且切削刃端远离刀具安装板倾斜向外伸出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：能够代替人工在隧洞中进行海生物清理，可一次性清理隧洞混凝土管道整个界面上所有附着的海生物，可以有效避免工人因进入隧洞中进行作业而产生的风险，同时提高清理效率，缩短清理时间。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中刀具组件的结构示意图；
图3为本发明中行走轮组件的结构示意图；
图4为本发明中机架的结构示意图；
图5为本发明在隧洞混凝土管道中作业时的示意图。
图中各标号的释义为：刀具组件1，行走轮组件2，环形压板3，履带轮连接板4，螺母5，螺栓6，机架7，机架连接板101，第一销轴102，第二销轴103，升降液压缸104，连杆 105，刀具安装板106，滑块107，刀具108，导轨109，伸缩液压缸110，连接块111，第三销轴112，电机201，履带轮安装板202，可调节履带轮203，辅助履带轮204，支撑轴205，动力轮206，履带207，电机安装座208，导向块209，履带轮安装座210，缓冲缸211，机架子模块71，钢管72，紧固螺栓73，紧固螺母74，隧洞混凝土管道8。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步具体说明，以便对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解。但是，需要说明的是，对这些实施方式的说明是示意性的，并不构成对本发明的具体限定。
如图1所示，本发明包括机架7、刀具组件1和行走轮组件2。
如图4所示，机架7由多个圆弧形的机架子模块71依次拼装连接到一起构成圆环形结构。本实施例采用3个机架子模块71通过紧固螺栓73和紧固螺母74依次首尾连接而成。机架7 采用模块化设计以便于在隧洞混凝土管道8内运输和安装。
如图2所示，刀具组件1包括机架连接板101、刀具安装板106和刀具108。机架连接板 101通过螺栓连接于机架7的外圆周表面上，机架连接板101和刀具安装板106相对的一侧上都均匀焊接有4个销座，4个长度相等的连杆105分别对应4个销座一一连接，具体的，连杆105的一端通过第一销轴102活动连接于机架连接板101的销座上，连杆105的另一端通过第三销轴112活动连接于刀具安装板106的销座上，使得刀具安装板106与机架连接板 101之间始终平行设置。刀具108安装于刀具安装板106远离机架连接板101的一侧。升降液压缸104对角设置于刀具安装板106与机架连接板101之间，升降液压缸104的固定端通过第二销轴103活动连接于机架连接板101的销座上，升降液压缸104的活动端连接有连接块111，连接块111通过销轴活动连接于刀具安装板106的销座上，升降液压缸104用于控制刀具安装板106上的刀具108的升降，使得刀具108能够沿机架7的径向进行升降运动。刀具组件1均匀安装于机架7的外圆周表面上，保证隧道截面清理范围全覆盖。所有刀具组件 1的升降液压缸104同步运行，同时进行伸出或者同时进行缩回，在工作节奏上保持一致。
为进一步加强清理效果，刀具安装板106远离机架连接板101的一侧连接有导轨109，刀具108的一侧连接有可在导轨109上滑动的滑块107。刀具108远离切削刃的一端与伸缩液压缸110的活动端连接，伸缩液压缸110的固定端与刀具安装板106上远离刀具108的一端上焊接的销座通过销轴活动连接。伸缩液压缸110使得刀具108可沿机架7轴向反复伸缩运动，确保能够将隧洞混凝土管道8内壁上附着的顽固海生物清理下来。
刀具108的切削刃端为锯齿状，且切削刃端远离刀具安装板106倾斜向外伸出，使得刀具108具有更进一步的清理效果。
如图3所示，行走轮组件2包括履带轮安装座210、电机201和履带轮，本实施例共在机架7的下部安装了6个行走轮组件2，能够保证整个设备在隧洞内的正常前进。行走轮组件2的具体数量可根据实际情况进行设置。行走轮组件2之间通过环形压板3连接，增加结构的刚度。
履带轮安装座210通过履带轮连接板4连接于机架7的内圆周表面上。电机安装座208 连接于履带轮安装座210内，电机201安装于电机安装座208的底部，电机201的转轴同时垂直机架7的轴向和径向设置并直接驱动履带轮。本实施例采用的履带轮为常规的履带轮，包括履带轮安装板202、可调节履带轮203、辅助履带轮204、支撑轴205、动力轮206和履带207，电机201的转轴直接连接动力轮206从而驱动履带轮，履带轮安装板202是为了更好地对各个履带轮进行定位与安装，支撑轴205便于增强整个履带轮的结构强度，可调节履带轮203用于调节履带207的张紧与松弛，3个辅助履带轮204布置成一排，用于提供一个较大的接触面，使履带207能较好地与隧洞内壁面贴合。
为进一步加强行走稳定性，电机安装座208底部的电机201设置为2个，2个电机201背对设置，各自驱动1个履带轮。
电机安装座208与履带轮安装座210之间通过缓冲缸211连接，履带轮安装座210的内壁上安装有平行缓冲缸211伸缩方向设置的导向块209，电机201的外壁上安装有配合导向块209使用的导向槽。导向块209在缓冲缸211动作时起导向的作用，便于设备在重力作用下按照既定条件下起缓冲导向作用。
如图5所示，将本发明各部件拆分后运输至待清理的隧洞混凝土管道8内并组装起来，并通过螺母5与螺栓6连接固定，初始状态时，升降液压缸104处于收缩状态，刀具组件1的外形尺寸缩小，使得整个设备能够顺利进入洞中。开始工作时，升降液压缸104处于伸出状态，刀具108的切削刃端与隧洞内壁接触，行走轮组件2带动整个设备前进，将隧洞内壁上附着的海生物清理下来。遇到较难清理的情形时，可开启伸缩液压缸110反复伸缩，使得刀具108沿机架7轴向反复伸缩运动，确保能够将隧洞混凝土管道8内壁上附着的顽固海生物清理下来。清理完毕后，升降液压缸104收缩，刀具组件1的外形尺寸缩小，使设备能顺利从洞中移出。
由机架7、刀具组件1和行走轮组件2组成一个清理单元，可设置多个清理单元以提升清理效果。本实施例设置了2个清理单元，2个清理单元的结构完全相同。相邻2个清理单元之间的机架7同轴心设置并通过钢管72可拆卸地连接到一起，相邻2个机架7上的刀具组件1错开设置，以避免由于刀具组件1间的缝隙遗漏清理，增加刀具组件1对隧洞内壁切削的接触面积，提升清理效率。设置多个清理单元不仅有利于提升清理效率，还能提升容错性，例如，第一个清理单元的刀具组件1的间隙可间隔较大距离，用于清理体积较大的物体；第二个清理单元的刀具组件1的间隙设置较小，用于清理体积较小的物体。针对性清理可在保证间隙互补的情况下实现刀具108的针对性切削，区分刀具108的功能，针对性地选用合适的材料制成刀具108，以提高刀具108的耐用性，降低维护成本。
每个清理单元的上部还可额外设置2个行走轮组件2，2个行走轮组件2左右对称地设置于机架7的上部，辅助增加整个设备在行走时的稳定性。
本发明可通过电气控制部分控制各组成部分完成工作，工作人员通过监控室上位机远程监控该机器人设备在洞内的各项动作，通过在机器人设备上安装各类传感器，实时提供给监控室上位机各项参数，确保机器人的正常运行，工作人员只需对机器人的各项参数进行初始化，然后启动该机器人，使其能按照人为设定的控制算法在隧洞中较好地完成海生物清理的任务。针对突发情况，机器人能自动停机并向上位机反馈相应的故障信息，待工作人员确认是否继续进行工作。
本发明能够代替人工在隧洞中进行海生物清理，解决人工清理效率低，劳动强度大的问题，相比于传统的人工作业方法，可以有效避免工人因进入隧洞中进行作业而产生的风险，同时提高清理效率，缩短清理时间，让核电站机组尽早投入正常使用，具有较大的应用前景，对提高电网经济效益具有重大意义。本发明在清理效率和清理速度上都有所提高，采用履带轮作为驱动，可以有效地在隧洞中完成前行、后退等功能，确保整体设备不会出现打滑等影响正常作业的现象，运动上更加灵活、控制更加方便，可靠性高。采用多组履带轮，在控制上更加灵活，能灵活应对转弯、爬坡等多种复杂环境。刀具108安装呈现360度的方式安装在机架7上，其优势在于能全面覆盖引水隧洞横截面进行清理，实现环形切削，显著提高了清理效率。本发明还设计有液压缸驱动刀具108动作功能，可以控制刀具108来回动作提高清理效率，同时刀具108末端是锯齿状，可模拟人工方式来回运动切削，在清理上效果更加。结构上采用可拆卸的模块组装式设计，在安装使用上简单快捷，在隧洞中进行设备运输、安装、拆卸效率更高，避免因运输和拆装困难而延误清理周期。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之类。
Claims (6)
1.一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：包括直径小于待清理隧洞混凝土管道（8）直径的圆环形机架（7），多个可沿机架（7）的径向升降的刀具组件（1）可拆卸地均匀安装于机架（7）的外圆周表面上，多个行走轮组件（2）可拆卸地均匀安装于机架（7）的下部；所述刀具组件（1）包括机架连接板（101）、刀具安装板（106）和刀具（108）；机架连接板（101）连接于机架（7）的外圆周表面上；刀具安装板（106）与机架连接板（101）之间平行设置且通过多个连杆（105）活动连接，升降液压缸（104）的两端分别与刀具安装板（106）和机架连接板（101）连接；刀具（108）安装于刀具安装板（106）远离机架连接板（101）的一侧；所述刀具安装板（106）远离机架连接板（101）的一侧连接有导轨（109）；所述刀具（108）的一侧连接有可在导轨（109）上滑动的滑块（107）；刀具（108）远离切削刃的一端通过伸缩液压缸（110）与刀具安装板（106）连接；所述行走轮组件（2）包括履带轮安装块（210）、电机（201）和履带轮；履带轮安装块（210）通过履带轮连接板（4）连接于机架（7）的内圆周表面上；电机安装座（208）连接于履带轮安装块（210）内，电机（201）安装于电机安装座（208）的底部，电机（201）的转轴同时垂直机架（7）的轴向和径向设置并直接驱动履带轮；所述机架（7）设有至少2个；每个机架（7）上的刀具组件（1）和行走轮组件（2）的设置方式相同；相邻2个机架（7）之间同轴心设置并可拆卸地连接到一起，相邻2个机架（7）上的刀具组件（1）错开设置。
2.如权利要求1所述的一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：所述机架（7）的上部可拆卸地安装有至少2个行走轮组件（2）。
3.如权利要求1所述的一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：所述电机安装座（208）底部的电机（201）设置为2个，且2个电机（201）背对设置，各自驱动1个履带轮。
4.如权利要求1所述的一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：所述电机安装座（208）与履带轮安装块（210）之间通过缓冲缸（211）连接；履带轮安装块（210）的内壁上安装有平行缓冲缸（211）伸缩方向设置的导向块（209），电机（201）的外壁上安装有配合导向块（209）使用的导向槽。
5.如权利要求1所述的一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：所述机架（7）由多个圆弧形的机架子模块（71）依次拼装连接到一起构成圆环形结构。
6.如权利要求1所述的一种核电站引水隧洞海生物清理机器人，其特征在于：所述刀具（108）的切削刃端为锯齿状，且切削刃端远离刀具安装板（106）倾斜向外伸出。
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