專利名稱：熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爐膛內(nèi)清潔設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于原油輸送過程的熱媒爐 用清灰除垢機(jī)器人。
背景技術(shù)：
密布在全國各地的原油管道中，為解決高凝點(diǎn)、高含鈉原油輸送的困難，需要給原油 以動(dòng)能和熱能，為此，熱媒爐被普遍應(yīng)用于原油輸送過程中。目前主要采用的加熱流程是 通過以油(氣)為燃料，導(dǎo)熱油為熱載體，燃料通過燃燒器在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，熱量通 過導(dǎo)熱管以對流和輻射形式傳熱給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下通過熱媒爐出口帶走 熱量，在換熱器內(nèi)與原油進(jìn)行熱交換后，回到循環(huán)泵，如此周而復(fù)始以導(dǎo)熱油為熱載體實(shí) 現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。在加熱過程中，由于不完全燃燒造成的爐膛內(nèi)的結(jié)焦使加熱爐內(nèi)導(dǎo)熱 管外表面形成一層塵標(biāo)，這種塵垢有時(shí)厚達(dá)1 3mm，嚴(yán)重影響了加熱過程的換熱效率。目 前主要靠工人進(jìn)入爐膛內(nèi)部手工清垢和吹灰除塵來完成熱媒爐的清灰，使定期清灰成為了 一項(xiàng)艱巨的工作。在清灰過程中，爐膛內(nèi)粉塵飛揚(yáng)，工作條件非常惡劣，同時(shí)，為了保證 清灰效果，伴隨的吹灰也會(huì)使粉塵騰出爐外，使整個(gè)站場烏煙瘴氣。手工清灰不僅嚴(yán)重危 害清垢工人的身體健康，也給站場造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
中國發(fā)明專利公開號(hào)CN101130190 A公開了一種管道清掃機(jī)器人，包括機(jī)器人主體和 控制箱，主體包括車體、攝像頭、位于車體兩側(cè)的車輪、位于車體之上的升降臂、位于升 降臂上的毛刷等。但是，這種管道清掃機(jī)器人主要應(yīng)用于中央空調(diào)管道的清掃，且不具有 與管壁的磁吸附功能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種可以自動(dòng)進(jìn)入熱媒爐清灰的熱 媒爐用清灰除垢機(jī)器人，其具有體積小巧、性能穩(wěn)定、吸附力強(qiáng)、行走平穩(wěn)的特點(diǎn)，可以 自動(dòng)完成熱媒爐內(nèi)部清灰除垢的任務(wù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、設(shè)置在機(jī)器 人本體兩側(cè)的主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪、由主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪支撐的履帶、帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)或后退的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在機(jī)器人本體一側(cè)的清灰除垢刷以及用于使清灰除垢刷旋轉(zhuǎn)的清 灰減速電機(jī)，所述的機(jī)器人還包括設(shè)置在機(jī)器人本體前端一側(cè)的行程開關(guān)、設(shè)置在機(jī)器人 本體底部的防跑偏機(jī)構(gòu)、分別在機(jī)器人本體的前后兩端突出形成的抗翻倒的帶輪的壓桿， 以及設(shè)置在機(jī)器人本體底部的吸附裝置。
所述的機(jī)器人本體為密閉的箱體，由底盤和上蓋組成，底盤為向下凹陷的箱式結(jié)構(gòu)， 上蓋向上突出形成，其縱向截面近似于梯形，上蓋的左右兩側(cè)沿整個(gè)長度由角鋼支撐，底 盤和上蓋通過螺栓固定在角鋼框架上，在底盤和上蓋的結(jié)合處設(shè)置有密封用的橡膠條。所 述的底盤由硬鋁整體鑄造而成，所述的上蓋由鐵板制成。
在本發(fā)明中，機(jī)器人的履帶為吸附式履帶，由鏈條、固定在鏈條的每個(gè)鏈節(jié)兩側(cè)的翼 板以及固定在每個(gè)翼板上的磁吸盤組成，所述的磁吸盤由磁軛和永磁體交錯(cuò)固定于鋁板上 而成，磁吸盤是頂面為凹面、其它面為平面的六面體形，在磁吸盤的背面形成有螺孔，所 述的磁吸盤通過螺釘固定在鏈條的翼板上，其中所述的永磁體為銣鐵硼(NbFeB)永磁體， 所述的磁軛選用純鐵或低碳鋼。
所述的帶輪的壓桿由組成上蓋框架的角鋼突出于車體并在角鋼的兩端固定腳輪而成， 進(jìn)行除垢時(shí)，所述的壓桿壓在爐壁內(nèi)。
所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底盤上的交流伺服電機(jī)，連接在交流伺服電機(jī)輸出軸上的 行星齒輪減速機(jī)，連接在行星齒輪減速機(jī)輸出端的主動(dòng)圓錐齒輪，與主動(dòng)圓錐齒輪嚙合的 從動(dòng)圓錐齒輪，安裝在從動(dòng)圓錐齒輪中心、用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪的主動(dòng)鏈輪軸。其中，主動(dòng) 鏈輪軸上形成有由內(nèi)花鍵和外花鍵組成的滑動(dòng)花鍵副。
所述的清灰除垢刷包括刷桿和位于刷桿兩端的刷頭，在刷頭的柄與刷桿的連接處設(shè)置 有用于控制與導(dǎo)熱管間接觸力的彈簧，在刷頭上固定有除垢用的銅刷毛，所述的清灰除垢 刷通過垂直安裝在刷桿中部的軸連接在清灰減速電機(jī)的輸出軸上。
所述的吸附裝置為設(shè)置在底盤下的非接觸式磁吸盤，所述的非接觸式磁吸盤由軛鐵和 稀土永磁體組成，所述的稀土永磁體為NbFeB，所述的軛鐵選用純鐵或低碳鋼Q235。
所述的防跑偏機(jī)構(gòu)為分別固定在機(jī)器人本體前后兩端的底部、引導(dǎo)機(jī)器人沿盤管方向 爬行的金屬導(dǎo)向板。
本發(fā)明能夠?qū)崦綘t爐壁內(nèi)的結(jié)焦以及導(dǎo)熱管外表面上形成的塵垢進(jìn)行清掃，保證熱 煤爐高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，本發(fā)明不僅可以大大地減輕清灰的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少清灰工作對工 人的身體損害，而且避免了清灰過程中的環(huán)境污染，且比工人清污的效率高，能解決應(yīng)用 廣泛的熱媒爐的定期清掃問題，實(shí)現(xiàn)清掃的自動(dòng)化，達(dá)到節(jié)能減排的效果。


圖1是本發(fā)明的熱媒爐清灰除垢機(jī)器人在熱媒爐內(nèi)的狀態(tài)示意圖2是本發(fā)明的熱媒爐清灰除垢機(jī)器人的立體圖3是顯示圖2中機(jī)器人本體的底盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖4是顯示圖2中機(jī)器人本體的上蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖5是圖2中機(jī)器人的清灰除垢刷的結(jié)構(gòu)圖6是顯示圖2中機(jī)器人的從動(dòng)鏈輪安裝結(jié)構(gòu)的示意圖7是圖2中機(jī)器人的鏈輪的結(jié)構(gòu)示意圖8是圖2中機(jī)器人履帶的一個(gè)鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖9a、圖9b是本發(fā)明中機(jī)器人履帶的接觸磁吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖9c是本發(fā)明中機(jī)器人履帶的接觸磁吸盤的磁路示意圖10a、圖10b是本發(fā)明中機(jī)器人底部的非接觸磁吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖10c是本發(fā)明中機(jī)器人底部的非接觸磁吸盤的磁路示意圖11是圖2中機(jī)器人的防跑偏機(jī)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
參見圖l，圖中所示為吸附于熱媒爐內(nèi)壁上的本發(fā)明的清污除垢機(jī)器人。其中10為機(jī) 器人本體，90為熱媒爐內(nèi)壁的螺旋盤管，螺旋盤管90用無縫碳素鋼管焊接制成，整個(gè)爐 體呈臥式圓筒體。圖示機(jī)器人本體10吸附于熱媒爐的內(nèi)壁上，沿螺旋盤管90的路徑爬行， 在沿螺旋盤管90爬行至爐底后沿原路返回，直到回到爐口。在行走過程中，清灰除垢刷 20通過旋轉(zhuǎn)與爐壁進(jìn)行摩擦而將灰垢從爐壁上清除，同時(shí)在熱媒爐口設(shè)置有吸塵機(jī)構(gòu)，在 爐口形成一個(gè)局部負(fù)壓空間，能及時(shí)清除浮塵，并通過無污染灰塵回收裝置對灰垢進(jìn)行回 收處理，完成整個(gè)清灰除垢工作。
參見圖2，本發(fā)明的熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人包括組成機(jī)器人本體10的上蓋11和 底盤18、分別設(shè)置在機(jī)器人本體10前部及后部兩側(cè)的2個(gè)從動(dòng)鏈輪43和2個(gè)主動(dòng)鏈輪40、 由主動(dòng)鏈輪40和從動(dòng)鏈輪43支撐的履帶60、設(shè)置在機(jī)器人本體10前端一側(cè)的行程開關(guān) 80、設(shè)置在機(jī)器人本體10底部的防跑偏機(jī)構(gòu)70、分別在機(jī)器人本體的前后兩端突出形成的抗翻倒的帶輪的壓桿30以及設(shè)置在機(jī)器人本體一側(cè)的清灰除垢刷20。在機(jī)器人本體10 內(nèi)設(shè)置有帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)或后退的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于使清灰除垢刷旋轉(zhuǎn)的清灰減速電機(jī)。
底盤18是機(jī)器人的其它機(jī)械系統(tǒng)的載體，也是裝配時(shí)所有部件的定位基準(zhǔn)，它的加工 設(shè)計(jì)直接影響到傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。同時(shí)，機(jī)器人底盤對運(yùn)動(dòng)部件的壽命也有直接影響， 從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。在這里，底盤18為向下凹陷的箱式結(jié)構(gòu)，經(jīng)整體鑄造成 型并在成型件上加工裝配面。箱式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于增加了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及可靠性，將底盤形變 降到了最低；其次， 一體化設(shè)計(jì)、裝配面一次加工成形提高了輪系的定位精度，尤其易于 保證每側(cè)的鏈輪在同一平面內(nèi)，最大限度地提高了履帶的傳動(dòng)效率，更重要的是在熱媒爐 內(nèi)部塵垢很多的環(huán)境下工作時(shí)必須保證結(jié)構(gòu)的封閉性，箱式結(jié)構(gòu)能最大限度地保證密封性。 由于機(jī)器人對重量的要求很高，所以底盤18的材料優(yōu)選使用硬鋁，如硬鋁2014，這樣既 能減輕機(jī)器人的重量，又能保證在惡劣的環(huán)境下工作時(shí)不生銹。參見圖2和圖4，上蓋ll 采用角鋼結(jié)構(gòu)框架加鐵板包裹的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地說，上蓋ll向上突出形成，其縱向截面近似 于梯形，上蓋的左右兩側(cè)沿整個(gè)長度由角鋼19支撐。由于清灰減速電機(jī)73固定在上蓋11 上，所以采用鋼結(jié)構(gòu)能夠保證結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。參見圖2和圖3，底盤18和上蓋11通過角鋼15 固定在一起，雖然圖中未示，在底盤18和上蓋11的結(jié)合處設(shè)置有橡膠條并用螺栓固定， 從而可以防止塵垢進(jìn)入機(jī)器人本體內(nèi)。
參見圖3，在底盤18內(nèi)設(shè)置有帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)或后退的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包 括固定在底盤18上的交流伺服電機(jī)12，連接在交流伺服電機(jī)輸出軸上的行星齒輪減速機(jī) 13，連接在行星齒輪減速機(jī)13的輸出端的主動(dòng)圓錐齒輪14，與主動(dòng)圓錐齒輪14嚙合的從 動(dòng)圓錐齒輪17，安裝在從動(dòng)圓錐齒輪17的中心、用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪40的主動(dòng)鏈輪軸16。 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要解決機(jī)器人的行走速度和最大輸出力矩的問題，由于該清灰除垢機(jī)器 人無需改變行走方向，所以左右履帶的主動(dòng)鏈輪采用同步傳動(dòng)的方式，采用一臺(tái)交流伺服 電機(jī)12及一臺(tái)行星齒輪減速機(jī)13作為動(dòng)力輸出源，交流伺服電機(jī)12輸出的高轉(zhuǎn)速低扭矩 動(dòng)力經(jīng)過行星齒輪減速機(jī)13后變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速高扭矩動(dòng)力，經(jīng)主動(dòng)圓錐齒輪14和從動(dòng)圓錐齒 輪17改變傳動(dòng)方向后輸出給主動(dòng)鏈輪軸16，固定于主動(dòng)鏈輪軸16上的主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶 60，使機(jī)器人可以自由前進(jìn)或倒退。
交流伺服電機(jī)12是機(jī)器人在爐壁內(nèi)爬行的動(dòng)力源，之所以選擇交流伺服電機(jī)是由于機(jī) 器人在臥式圓筒體形狀的熱媒爐內(nèi)的螺旋盤管上爬行時(shí)，時(shí)而沿壁面上爬，時(shí)而沿壁面下 爬，在這個(gè)過程中的阻力是不相等的，對于電動(dòng)機(jī)而言就是外界的負(fù)載在不斷變化，這樣 就要求使用伺服電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，而交流伺服電機(jī)在很多方面又優(yōu)于直流伺服電機(jī)，如可靠性高、散熱容易、同功率情況下重量輕，體積 小、與交流市電電壓相同等優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，優(yōu)選采用三菱MR-E系列交流伺服電機(jī)作 為行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
行星齒輪減速機(jī)13的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)對比緊湊，回程間隙小、精度較高、使用壽命很長、 額定輸出扭矩很大，非常適合在機(jī)器人系統(tǒng)中應(yīng)用。在本發(fā)明中，優(yōu)選采用德國NEUGART PLE系列精密行星減速機(jī)。
參見圖4，在上蓋11的內(nèi)部安裝有用于使清灰除垢刷20旋轉(zhuǎn)的清灰減速電機(jī)73。清 灰減速電機(jī)73通過電機(jī)架74固定在上蓋11上的角鋼框架19上，工作時(shí)，清灰減速電機(jī) 73輸出的動(dòng)力通過聯(lián)軸器72傳遞給輸出軸71，輸出軸71再將動(dòng)力輸出給清灰除垢刷20， 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)清灰除垢刷20的功能。
清灰除垢刷20的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括刷桿21和位于刷桿21兩端的刷頭23， 刷頭23的柄與刷桿21的連接處設(shè)置有彈簧22來控制與導(dǎo)熱管間的接觸力度并起到緩沖作 用，刷頭上固定有銅刷毛24，銅刷毛24也有一定的緩沖作用并能保護(hù)導(dǎo)熱管不被擦傷。 這樣設(shè)計(jì)的清灰除垢刷能確保將熱媒爐內(nèi)壁盤管上的塵垢徹底清掃下來，整個(gè)清灰除垢刷 通過軸25連接在上蓋11上的輸出軸71上，清灰減速電機(jī)73帶動(dòng)清灰除垢刷20的軸25 不斷旋轉(zhuǎn)，從而將爐壁上的塵垢清除。通過這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能保證清灰除垢刷能時(shí)刻與爐 壁上的盤管緊密接觸，起到徹底清污的作用，同時(shí)又不會(huì)因接觸力過大而導(dǎo)致抵抗吸附力 的作用使機(jī)器人跌落。
圖6為機(jī)器人底盤18上的輪系的結(jié)構(gòu)組成圖，底盤18上安裝兩組主動(dòng)鏈輪軸軸承座 45和兩組從動(dòng)鏈輪軸軸承座46，主動(dòng)鏈輪軸16安裝在從動(dòng)鏈輪軸軸承座45上的滑動(dòng)軸承 上，從動(dòng)鏈輪軸44安裝在從動(dòng)鏈輪軸軸承座上的滑動(dòng)軸承上，主動(dòng)鏈輪軸16兩端安裝主 動(dòng)鏈輪40，從動(dòng)鏈輪軸端部安裝從動(dòng)鏈輪43。其中從動(dòng)鏈輪43連同從動(dòng)鏈輪軸44可在軸 向做小幅度移動(dòng)，以滿足熱媒爐螺旋盤管90螺距的變化。
另外如圖7所示，為了適應(yīng)導(dǎo)熱盤管螺旋間距的變化，在主動(dòng)鏈輪軸16上設(shè)置了滑動(dòng) 花鍵副，其結(jié)構(gòu)類似于汽車傳動(dòng)軸滑動(dòng)花鍵伸縮軸，可以自動(dòng)適應(yīng)導(dǎo)熱盤管螺旋間距的變 化。內(nèi)花鍵41與外花鍵42組成花鍵副，兩端固定左右主動(dòng)鏈輪40。這樣的設(shè)計(jì)可使兩鏈 輪間的距離在小范圍內(nèi)變動(dòng)，只要設(shè)定好自由位置的距離，在清灰機(jī)器人行進(jìn)的過程中便 可以根據(jù)導(dǎo)熱盤管螺距的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，使履帶能緊吸在盤管之上，做到了比較強(qiáng)的環(huán)境 適應(yīng)能力?；ㄦI聯(lián)接具有連接可靠、承載能力大、對準(zhǔn)中心的精度高及延軸向的導(dǎo)向性好 等優(yōu)點(diǎn)，適用于在此處應(yīng)用。另外，為了防止機(jī)器人在導(dǎo)熱盤管上行走時(shí)跌落還設(shè)置了吸附裝置。所述的吸附裝置 由兩部分組成， 一部分為固定于履帶鏈條的每一鏈節(jié)上的磁吸盤，屬于接觸式吸附，另一 部分為固定在機(jī)器人本體底部的磁吸盤組成，屬于非接觸式吸附，兩種吸附形式的磁路是 不同的，固定于履帶板上的磁吸盤的磁路設(shè)計(jì)耍求在吸盤與爐壁間氣隙很小(〈2mm)時(shí)吸 力很大，氣隙增大時(shí)磁力下降快；固定于機(jī)器人本體底部的磁吸盤的磁路設(shè)計(jì)要求在有工 作間隙(5-7mm)的情況下保持一定的吸力且吸力變化不大。
履帶是機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部分，其結(jié)構(gòu)如圖2和圖8所示。履帶60為具有磁性的 磁性履帶，具體地說由鏈條50和固定在鏈條50的每個(gè)鏈節(jié)62上的磁吸盤61構(gòu)成，鏈條 50選用雙節(jié)距滾子輸送鏈以滿足在鏈條50上固定磁吸盤61的目的，雙節(jié)距滾子輸送鏈?zhǔn)?在普通鏈條上加裝帶孔的翼板64構(gòu)成的。如圖8所示，每一個(gè)磁吸盤61通過鏈條兩側(cè)共 四顆螺釘63牢牢固定于鏈條鏈節(jié)62的翼板64上，保證磁吸力和行進(jìn)扭力的傳遞，帶翼板 64的鏈條50和鏈輪40、 43使用通用部件，便于安裝和替換，也降低了成本。履帶60的 表面為凹陷型設(shè)計(jì)，即履帶上的磁吸盤61是頂面為凹面、其它面為平面的六面體形，當(dāng)機(jī) 器人沿著熱媒爐盤管上行走時(shí)，履帶60的與盤管接觸的面和盤管的外表面相吻合，這樣可 以顯著增大磁吸盤與爐壁的接觸面積，增大吸附力，并有一定的防跑偏功能。履帶60的長 度越長，磁吸盤61的數(shù)目越多，產(chǎn)生的吸附力就越強(qiáng)，同時(shí)，機(jī)器人的長度也會(huì)增加，也 就意味著機(jī)器人自重的增加。所以在鏈條長度的選擇上要在滿足負(fù)載能力及一定安全系數(shù) 的約束條件下，選擇盡量短的鏈條。
圖9a、 9b是履帶上的接觸式磁吸盤的結(jié)構(gòu)示意圖，磁軛61a與永磁體61b交錯(cuò)固定于 鋁板61c上，磁吸盤整體通過圖6b所示磁吸盤背面的螺孔61d固定于帶翼板的鏈條上構(gòu)成 履帶節(jié)，由于清灰除垢機(jī)器人爬行于熱媒爐內(nèi)金屬導(dǎo)熱盤管上，其磁吸盤與金屬盤管壁面 形成了工作磁場，磁力線如圖6c所示，由永磁體N極出發(fā)，經(jīng)相鄰的一塊軟磁體和空氣 間隙，進(jìn)入熱媒爐盤管壁，再通過空氣間隙和另外一塊相鄰的軟磁鐵回到稀土永磁體S極， 構(gòu)成完整磁路。其中永磁體選用稀士銣鐵硼(NbFeB)，其牌號(hào)為NTS/210。該稀土永磁材 料的各向異性場很強(qiáng)，內(nèi)稟矯頑力極大， 一旦被磁化，其磁場強(qiáng)度將保持不變，磁軛材料 選用導(dǎo)磁性能良好的純鐵或低碳鋼Q235。這樣的磁吸盤磁路設(shè)計(jì)能使磁盤與盤管壁接觸 (工作氣隙很小)的情況下保證很強(qiáng)的吸力，使達(dá)到工作要求。
另一部分非接觸式磁吸盤固定于機(jī)器人本體的底部，其結(jié)構(gòu)如圖10a 10c所示，本體 10的鋁制底盤下固定有非接觸式磁吸盤，這里的非接觸式磁吸盤由軛鐵65和稀土永磁材 料66組成，熱媒爐盤管90為磁吸盤吸附的對象，磁吸盤與盤管90的間隔為5-10mm，此種非接觸磁吸盤的磁路是如圖10c所示，磁力線由左端的稀土永磁體66的N極出發(fā)，經(jīng)一 段較大的空氣間隙進(jìn)入熱媒爐盤管壁，再經(jīng)過一段較大的空氣間隙進(jìn)入右端的稀土永磁體 S極，然后從右端的稀土永磁體的N極出來，進(jìn)入軟磁體回到左端稀土永磁體的S極，構(gòu) 成完整磁路。稀土永磁體同樣選用NbFeB，牌號(hào)為NTS/210，軛鐵材料同樣選用導(dǎo)磁性能 良好的純鐵或低碳鋼Q235。這樣的磁吸盤磁路設(shè)計(jì)，其磁吸力隨著氣隙的增大下降得比較 緩慢，表現(xiàn)出比較硬的特性，很適合非接觸吸附的工作要求，對于熱媒爐內(nèi)壁的適應(yīng)性較 好。
另外參見圖2，本體10前后突出的四個(gè)剛性腳輪為抗翻倒的帶輪壓桿30，它是由連接 機(jī)器人本體的上蓋11和底盤18的角鋼突出于機(jī)器人本體并在角鋼兩端固定腳輪構(gòu)成的， 抗翻倒的帶輪的壓桿30壓在爐壁內(nèi)，可提供一個(gè)額外的力矩來抵抗使機(jī)器人跌落的重力 矩。當(dāng)機(jī)器人在熱媒爐爐壁內(nèi)由豎直位置到倒立水平位置的上爬或下爬過程中，機(jī)器人本
身在重力矩的作用下會(huì)有一定程度的后仰或前傾，尤其在上爬的過程中后仰將進(jìn)一步加劇， 這樣導(dǎo)致與爐壁吸附的磁吸盤的數(shù)量越來越少，最終有可能導(dǎo)致機(jī)器人從壁面跌落，抗翻
倒的帶輪的壓桿壓在爐壁內(nèi)，能夠抵抗這樣的過程進(jìn)行下去，將吸附力平均的分給每一塊 磁吸盤，可提供一個(gè)額外的力矩來抵抗使機(jī)器人跌落的重力矩，使機(jī)器人在爐膛內(nèi)不致跌 落。
在機(jī)器人前側(cè)方的設(shè)置了行程開關(guān)80，固定于前面的抗傾覆壓桿上，當(dāng)機(jī)器人小車延 螺旋盤管爬行到熱媒爐最深處時(shí)，爐底觸碰行程開關(guān)，使行程開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給機(jī)器人 的控制系統(tǒng)(單片機(jī)系統(tǒng))，控制系統(tǒng)得知機(jī)器人己運(yùn)行至爐底，便控制機(jī)器人的行進(jìn)，使 電機(jī)反轉(zhuǎn)，延原路返回爐口，完成整個(gè)清灰除垢過程。
在機(jī)器人本體10的底部接近中央伸出的四塊金屬板為防跑偏的金屬導(dǎo)向板70。由于 一般熱媒爐的爐膛采用螺旋盤管式，螺旋管用無縫碳素鋼管焊接制成，爐體呈臥式圓筒體， 機(jī)器人的行進(jìn)路線就是沿著螺旋盤管的路徑前進(jìn)，由于履帶上的磁吸盤和抗翻倒的帶輪的 壓桿上的腳輪都制作成和盤管表面吻合的弧面，所以當(dāng)機(jī)器人爬行方向偏離盤管方向時(shí)， 機(jī)器人有跌落的可能，所以要通過防跑偏機(jī)構(gòu)使機(jī)器人能時(shí)時(shí)沿盤管方向爬行。防跑偏的 金屬導(dǎo)向板70在這里起到了時(shí)刻糾正機(jī)器人行進(jìn)方向的作用。金屬導(dǎo)向板70的結(jié)構(gòu)如圖 ll所示，磁性履帶60吸附于熱媒爐內(nèi)壁的盤管90上，金屬導(dǎo)向板70由硬鋁片制成(前 后各兩個(gè)，此圖為主視圖，前后兩導(dǎo)向板重合)，當(dāng)機(jī)器人的兩條履帶60的凹面正好與盤 管表面吻合時(shí)，導(dǎo)向板正好夾在相鄰兩盤管之間，當(dāng)行進(jìn)中有偏差時(shí)，導(dǎo)向板便會(huì)糾正機(jī) 器人行進(jìn)的方向。
10
權(quán)利要求
1. 一種熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、設(shè)置在機(jī)器人本體兩側(cè)的主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪、由主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪支撐的履帶、帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)或后退的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在機(jī)器人本體一側(cè)的清灰除垢刷以及用于使清灰除垢刷旋轉(zhuǎn)的清灰減速電機(jī)，其特征在于所述的機(jī)器人還包括設(shè)置在機(jī)器人本體前端一側(cè)的行程開關(guān)、設(shè)置在機(jī)器人本體底部的防跑偏機(jī)構(gòu)、分別在機(jī)器人本體的前后兩端突出形成的抗翻倒的帶輪的壓桿，以及設(shè)置在機(jī)器人本體底部的吸附裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其特征在于所述的機(jī)器人本體為密閉的箱體，由 底盤和上蓋組成，底盤為向下凹陷的箱式結(jié)構(gòu)，上蓋向上突出形成，其縱向截面近似于梯 形，上蓋的左右兩側(cè)沿整個(gè)長度由角鋼支撐，底盤和上蓋通過螺栓固定在角鋼框架上，在 底盤和上蓋的結(jié)合處設(shè)置有密封用的橡膠條。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人，其特征在于所述的底盤由硬鋁整體鑄造而成，所 述的上蓋由鐵板制成。 .
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人，其特征在于所述的履帶為吸附式履帶，由鏈條、 固定在鏈條的每個(gè)鏈節(jié)兩側(cè)的翼板以及固定在每個(gè)翼板上的磁吸盤組成，所述的磁吸盤由 磁軛和永磁體交錯(cuò)固定于鋁板上而成，磁吸盤是頂面為凹面、其它面為平面的六面體形， 在磁吸盤的背面形成有螺孔，所述的磁吸盤通過螺釘固定在鏈條的翼板上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的永磁體為銣鐵硼(NbFeB)永磁體，所述的磁軛選用純鐵或低碳鋼。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的帶輪的壓桿由組成上蓋框架的角鋼突出于車體并在角鋼的兩端固定腳輪而成，進(jìn)行除垢時(shí)，所述的壓桿壓在爐壁內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底盤上的交流伺服電機(jī)，連接在交流伺服電機(jī)輸出軸上的行星齒輪減速機(jī)，連接在行星齒輪減速機(jī) 輸出端的主動(dòng)圓錐齒輪，與主動(dòng)圓錐齒輪嚙合的從動(dòng)圓錐齒輪，安裝在從動(dòng)圓錐齒輪中心、 用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪的主動(dòng)鏈輪軸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人，其特征在于所述的主動(dòng)鏈輪軸上形成有由內(nèi)花鍵和外花鍵組成的滑動(dòng)花鍵副。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的清灰除垢刷包括刷桿和位于刷桿兩端的刷頭，在刷頭的柄與刷桿的連接處設(shè)置有用于控制與導(dǎo)熱管間接觸力的彈簧，在 刷頭上固定有除標(biāo)用的銅刷毛，所述的清灰除垢刷通過垂直安裝在刷桿中部的軸連接在清灰減速電機(jī)的輸出軸上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的吸附裝置為設(shè)置在底盤下的 非接觸式磁吸盤，所述的非接觸式磁吸盤由軛鐵和稀土永磁體組成，所述的稀土永磁體為NbFeB，所述的軛鐵選用純鐵或低碳鋼Q235。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人，其特征在于所述的防跑偏機(jī)構(gòu)為分別固定在機(jī)器人本體前后兩端的底部、引導(dǎo)機(jī)器人沿盤管方向爬行的金屬導(dǎo)向板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱媒爐用清灰除垢機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、設(shè)置在機(jī)器人本體兩側(cè)的主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪、由主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪支撐的履帶、帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)或后退的電機(jī)、設(shè)置在機(jī)器人本體一側(cè)的清灰除垢刷以及用于使清灰除垢刷旋轉(zhuǎn)的清灰減速電機(jī)，所述的機(jī)器人還包括設(shè)置在機(jī)器人本體一側(cè)前端的行程開關(guān)、設(shè)置在機(jī)器人本體底部的防跑偏機(jī)構(gòu)、分別在機(jī)器人本體的前后兩端突出形成的抗翻倒的帶輪的壓桿，所述的履帶為吸附式履帶，履帶外表面的形狀與熱媒爐爐管的外表面的形狀相適應(yīng)，在機(jī)器人本體的底部設(shè)置有磁吸盤。本發(fā)明的機(jī)器人可以代替人工對熱媒爐內(nèi)的灰垢進(jìn)行清掃，避免了清灰工作對工人的身體損害，降低了環(huán)境污染并提高了清污效率。
文檔編號(hào)F23J1/06GK101440958SQ20081015409
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者宋建河, 于 張, 曾周末, 靳世久, 高振波 申請人:天津大學(xué)