一种履带式高炉煤气管道清灰机器人

技术领域

本发明属于管道内清灰技术领域，具体涉及一种履带式高炉煤气管道清灰机器人。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在高炉炼铁行业中，常采用干法布袋除尘系统对高炉煤气进行除尘净化，但仍会有部分颗粒物等固体杂质进入管道内，当管道风速不能保证颗粒物或固体杂质的自重时，经过重力沉降，容易在管道底部造成沉积，同时受到湿度和温度的影响，沉积物易发生板结而形成坚硬的堵塞物。如果管道积灰过多会严重降低煤气流通能力，影响高炉的正常运转，增加能耗和运行成本，同时增加生产安全风险。

目前，高炉煤气管道的积灰清理方式通常是由工作人员借助电镐、大锤等机械工具进行人工清理，但由于作业空间狭小，积灰辣眼呛鼻，借助人力的清灰方式清洁效率低、耽误生产时间且不利于工作人员安全。另外也有些许借助机器人设备的清灰方式，但此类清灰设备的研究设计仍存在一些不足，常见的问题为：一是普通机器人底盘无法适应弧形管道的特殊结构，使其在管道内与管壁贴合较差，移动不便；二是一些清洁机构难以适应弧形管道结构，清洁效果差，对于板结积灰清理效果更差。可见，如何研究设计一种更加适合于管道内又能针对板结积灰的清灰机器人代替人工作业对提高管道清灰效率、降低高炉冶炼生产成本极为重要。

发明内容

针对现有的技术缺口及现实需求，本发明的目的是提供一种适用于管道内部的履带式高炉煤气管道清灰机器人，使用机器人代替人工进行管道内清灰作业。该设备可以提高高炉煤气管道的清灰效率、降低高炉运行能耗且减少人工作业的风险。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明提供了一种履带式高炉煤气管道清灰机器人，包括车体行走装置，车体行走装置顶部设置积灰仓储装置，积灰仓储装置与积灰清理提升装置连接；所述积灰清理提升装置包括铲斗，铲斗与滚动轴连接，滚动轴沿轴向固定设置多个积灰破碎刀片，多个积灰破碎刀片的直径沿滚动轴轴向逐渐增大而后逐渐减小，使多个积灰破碎刀片整体呈椭球体结构。

作为进一步的技术方案，所述积灰破碎刀片边缘带有锯齿，多个积灰破碎刀片在滚动轴等间距布置；所述铲斗的底部设置为弧形，铲斗底部设置于积灰破碎刀片的下侧部。

作为进一步的技术方案，所述积灰清理提升装置还包括积灰提升机构，积灰提升机构包括提升链条和导灰结构，所述提升链条间隔设置多个水平的刮板；所述导灰结构包括底板，底板两侧均与侧板连接，底板和侧板围成槽型空间，导灰结构下端与铲斗固定连接，导灰结构由铲斗倾斜向上延伸至积灰仓储装置，提升链条置于槽型空间内，提升链条运转带动刮板将积灰由铲斗提升至积灰仓储装置。

作为进一步的技术方案，所述积灰破碎刀片设置多个切刀，切刀垂直于积灰破碎刀片平面，多个切刀沿积灰破碎刀片径向均匀间隔布设；

所述刮板的宽度大于等于积灰破碎刀片的间距和切刀间的间距，刮板之间的间距也大于等于积灰破碎刀片的间距和切刀间的间距。

作为进一步的技术方案，所述铲斗两侧均连接支撑臂，积灰仓储装置两侧外壁设置电动液压千斤顶，电动液压千斤顶与支撑臂相连，以带动积灰清理提升装置抬起或下落；所述车体行走装置的前端设置限位杆，限位杆端部设置限位传感器，电动液压千斤顶、限位传感器均与控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述积灰仓储装置为敞口式的车斗结构，所述车斗结构设置卸灰口，卸灰口处设置可开合的挡板，挡板顶部通过转动轴与车斗结构连接，车斗结构外壁设置电动液压推杆，电动液压推杆端部连接挡板的底部。

作为进一步的技术方案，所述车斗结构上部还设置物位传感器以监测车斗结构内积灰的高度；所述车斗结构底部设置卸灰传送带，物位传感器、卸灰传送带、电动液压推杆均与控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述车体行走装置包括车体机架，车体机架两侧设置履带行走机构，履带行走机构包括履带机架，车体机架侧部铰接连接第一连接部件，履带机架固定设置第二连接部件，第一连接部件和第二连接部件之间通过双头螺栓连接，以使履带行走机构的倾角可调节；

所述车体机架同侧的双头螺栓保持在同一水平线，车体机架两侧的双头螺栓形成的水平线保持平行。

作为进一步的技术方案，所述履带机架固定设置驱动轮和张紧轮，履带挂接于驱动轮和张紧轮，驱动轮通过铰接式万向节连接轴与驱动设备连接，驱动设备固定于车体机架，驱动设备与控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述车体行走装置、积灰仓储装置、积灰清理提升装置均与控制器连接，控制器与遥控设备通信。

上述本发明的有益效果如下：

本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人，清洁效果更好。在积灰清理提升装置中设置积灰破碎刀片，而后由铲斗对积灰进行收集。将多个积灰破碎刀片设置成直径大小不一，且整体形成椭球体结构，可以使得积灰破碎刀片与管道底部更好的贴合，且刀片安装方便可调，适合不同弧度的管道，对积灰破碎效果好，提升清灰作业的清洁效果。铲斗底部设置为弧形，也可以为了更好的与管道底部进行贴合，提升积灰的收集效果。且本发明可根据管道的不同尺寸和情况更换铲斗，同时该清灰机器人同样适用于与高炉煤气管道清灰类似的作业场景，适用范围广。

本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人，积灰提升效果好。将刮板的宽度与刮板的间距设置为大于等于积灰破碎刀片之间的间距和积灰破碎刀片上切刀的间距，保证了积灰在长度、宽度和厚度上被有效切割，且切割后的大小能够被刮板顺利提升至积灰仓储装置中。

本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人，卸灰结构简单、操作更加方便。在积灰仓储装置内设置卸灰传送带，后部设置卸灰口，采用传送带进行车斗内卸灰，更加适用于管道等作业空间狭小的场景，省去了后倾、侧倾等卸载方式的自卸液压装置。

本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人，车体与弧形管壁贴合更紧密。履带行走机构的倾角可调节，既可在平坦地形上正常使用，调节后又能够更好地适用于管道内的弧形地面，履带可贴合管道内壁，增大履带式高炉煤气管道清灰机器人与管壁之间的行进摩擦力，大大增强其运行稳定性。

本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人，安全系数更高。所有操作均采用遥控，可代替人工作业，可大大提升管道清灰效率，减小生产成本，遥控操作、灵活便捷，降低工作人员的劳动强度以及工作风险。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的整体结构示意图；

图2为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的车体行走装置的结构示意图（侧后方视图）；

图3为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的车体行走装置的结构示意图（正后方视图）；

图4为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的车体行走装置以及积灰仓储装置的结构示意图；

图5为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的积灰清理提升装置的结构示意图；

图6为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人的积灰清理清理提升装置中破碎机构的积灰破碎刀片的结构示意图；

图7为本发明的履带式高炉煤气管道清灰机器人进行管道内作业的示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、车体行走装置，2、积灰仓储装置，3、积灰清理提升装置，4、管道；

101、车体机架，102、履带，103、履带机架，104、张紧轮，105、支撑轮，106、托带轮，107、驱动轮，108、第二连接部件，109、双头螺栓，110、铰接式万向节连接轴，111、驱动设备，112、销轴连接孔，113、第一连接部件；

201、车斗壁，202、卸灰口，203、卸灰传送带，204、物位传感器，205、转动轴，206、电动液压推杆；

301、铲斗，302、滚动轴，303、积灰破碎刀片，304、第一拖动电机，305、第一拖动链条，306、连接板，307、销轴，308、支撑臂，309、限位杆，310、限位传感器，311、第二拖动电机，312、第二拖动链条，313、提升主动轴，314、提升从动轴，315、提升链条，316、刮板，317、导灰结构，318、传送链轮，319、提升链轮，320、切刀，321、延伸连接臂，322、电动液压千斤顶。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种履带式高炉煤气管道清灰机器人，其主要包括车体行走装置1、积灰仓储装置2以及积灰清理提升装置3。

其中，积灰仓储装置2设置于车体行走装置1上，积灰清理提升装置3设置于车体行走装置1和积灰仓储装置2的前方。

车体行走装置1设计为履带行走机构，其与水平地面的倾角可调节，其能适应弧形管道4底面，主要承担高炉煤气管道清灰机器人的移动、导向和负重等任务；积灰清理提升装置3设置有积灰清理机构和积灰提升机构，用于破碎板结的积灰并将积灰提升至积灰仓储装置2进行装载；积灰仓储装置2具有临时积灰仓储以及自动卸灰的功能，为敞口车斗式结构，车斗底部设置有传送带装置，可将积灰通过传送带转动由卸灰口202直接卸载。

本实施例中，前后的定义为：以机器人运行方向为准，运行前方为前，运行后方为后。

具体地，如图2-图3所示，车体行走装置1采用履带式底盘，其主要包括车体机架101以及对称设置于车体机架101两侧的履带行走机构。车体机架101为箱体式结构，其箱体内可放置驱动设备111、电源以及控制设备等；履带行走机构包括履带机架103、履带102、驱动轮107、托带轮106、支撑轮105、张紧轮104以及铰接式万向节连接轴110等。

可以理解的是，驱动设备111为给履带行走机构提供动力的部件，其可以采用电机，驱动设备111与电源连接，电源与控制器连接，由控制器控制驱动设备111运行与否，此为现有技术，在此不再赘述。

进一步的，履带行走机构中，驱动轮107、托带轮106、支撑轮105、张紧轮104均通过轴承座等结构固定于履带机架103，履带102挂接于驱动轮107和张紧轮104上，驱动轮107与驱动设备111连接，驱动设备111为驱动轮107提供动力，带动履带102行走。履带机架103位于履带行走机构的中部，履带机架103两端分别与驱动轮107、张紧轮104连接，履带机架103中部上侧与托带轮106连接，履带机架103中部下侧与支撑轮105连接，托带轮106用于支撑上支履带，支撑轮105用于支撑下支履带。

驱动轮107通过铰接式万向节连接轴110与驱动设备111连接，驱动设备111通过铰接式万向节连接轴110给驱动轮107提供动力。

优选的实施方案中，为了使履带行走机构更好地适应管道4底部的弧形，将履带行走机构设计为倾角可调节的结构。履带机架103通过若干双头螺栓109与车体机架101进行连接。车体机架101侧部设置第一连接部件113，履带机架103上固定设置第二连接部件108，双头螺栓109的一端连接车体机架101的第一连接部件113，另一端连接第二连接部件108，第一连接部件113与车体机架101铰接连接。调节车体机架101两侧的双头螺栓109可使其自身变长，由于第一连接部件113和车体机架101铰接，且管道4内壁对履带行走机构形成限制，从而使车体机架101两侧履带行走机构的上部会向履带102的内侧倾斜，可根据管道4的弧形程度调节至履带102与管壁的最大贴合程度，从图2和图3可以看出，两侧履带行走机构呈八字型结构，进一步使履带102贴合管道4内壁，以此增大履带式高炉煤气管道清灰机器人与管壁之间的行进摩擦力。

为使履带行走机构能够正常前进和后退，车体机架101同侧的双头螺栓109要保持在一条水平线上，车体机架101两侧的双头螺栓109形成的水平线要保持平行。

具体地，如图4所示，积灰仓储装置2主要是装载储存积灰清理提升装置3收集的管道积灰，储存满载后将积灰卸到指定位置。积灰仓储装置2为敞口式的车斗结构，主要包括车斗底、车斗壁201、车斗后部的卸灰口202、车斗底部的卸灰传送带203、物位传感器204等。

车斗结构的车斗底与侧部的车斗壁201连接，车斗结构的后部设置卸灰口202，卸灰口202设置可开合的挡板。车斗结构的车斗壁201上部设置物位传感器204，可监测车斗结构内积灰的高度，物位传感器204与控制器连接，控制器可与报警器连接，在积灰积满车斗结构时，进行报警。需要说明的是，控制器与物位传感器204的通信以及控制器对报警器的控制，均属于现有技术，在此不再赘述。

鉴于管道4内狭小的作业空间，常用车斗的后倾以及侧倾的卸载方式在管道4内均不适用，本发明在车斗结构的车斗底设置卸灰传送带203，直接由卸灰传送带203拖动车斗结构内积灰从卸灰口202卸出。

进一步地，卸灰口202处挡板可设计为自动开闭的样式。优选地，卸灰口202处的挡板顶部通过转动轴205与两侧车斗壁201进行连接，实现挡板可绕转动轴205旋转开闭；在车斗结构后部外壁的两侧对称固定设置一个电动液压推杆206，电动液压推杆206的端部连接挡板的底部，由电动液压推杆206推动挡板的底部，从而带动挡板绕顶部转动轴205旋转，实现卸灰口202处挡板的自动开闭功能。

卸灰传送带203、电动液压推杆206均与控制器连接，由控制器对二者的动作进行控制。

积灰仓储装置2设置于车体行走装置1的车体机架101上，由于无需采用后倾和侧倾的卸载方式，积灰仓储装置2与车体行走装置1可实现固定连接。优选地，车体机架101的上端面四个角以及积灰仓储装置2的车斗底四个角可分别设置销轴连接孔112，通过在销轴连接孔112内穿入销轴（图中未示出）实现积灰仓储装置2与车体行走装置1的固定连接。

具体地，如图5所示，积灰清理提升装置3主要包括延伸连接臂321、支撑臂308、积灰清理机构以及积灰提升机构。积灰清理机构实现积灰收集；积灰提升机构将收集的积灰提升至积灰仓储装置2的车斗结构内；延伸连接臂321和支撑臂308是将积灰清理机构和积灰提升机构与积灰仓储装置2进行支撑、固定和连接的。

进一步地，积灰清理机构主要包括铲斗301、积灰破碎刀片303、第一拖动电机304、第一拖动链条305等。其主要是由第一拖动电机304经第一拖动链条305带动积灰破碎刀片303对板结积灰进行破碎和过滤，铲斗301进行积灰的收集。第一拖动电机304与控制器连接，由控制器对其进行控制。

铲斗301的两侧向正前方延伸设置连接板306，两侧连接板306的前方端部之间水平设置有滚动轴302，滚动轴302上等间距固定设置多个边缘带有锯齿的圆形积灰破碎刀片303；铲斗301的上部设置有第一拖动电机304，第一拖动电机304可固定于延伸连接臂321，第一拖动链条305绕过第一拖动电机304的链轮与滚动轴302上的链轮，由第一拖动电机304经第一拖动链条305带动滚动轴302上的积灰破碎刀片303进行转动，实现对板结积灰的破碎。

优选地，鉴于管道4底部为弧形结构，为了更好地使铲斗301与管道4底部进行贴合，提升清灰作业的清洁效果，将铲斗301的底部设置为弧形，铲斗301底部设置于积灰破碎刀片303的下侧部，在积灰破碎刀片303将板结积灰破碎后对积灰进行收集；同样，积灰破碎刀片303采用直径大小不同的圆形刀片，多个积灰破碎刀片303的直径沿滚动轴302轴向逐渐增大而后逐渐减小，使多个积灰破碎刀片303在滚动轴302等距离排布后整体呈现椭球体结构，从而能够更好的对管道4弧形底部的积灰实现破碎。

进一步地，积灰提升机构主要包括第二拖动电机311、第二拖动链条312，提升主动轴313、提升从动轴314、刮板316、提升链条315、导灰结构317等。其是由第二拖动电机311经第二拖动链条312带动提升主动轴313转动，从而带动刮板316将铲斗301内积灰提升至顶部，积灰到达顶部时将会因重力掉落到积灰仓储装置2的车斗结构内。第二拖动电机311与控制器连接，由控制器对其进行控制。

铲斗301的两侧均连接有支撑臂308，支撑臂308为两个双脚不等长的A字型平面结构，其长脚与铲斗301的上部连接；两侧A字型支撑臂308的顶角之间连接设置提升主动轴313，连接处均装有轴承，使其能够转动；铲斗301内设置有与提升主动轴313平行的提升从动轴314；提升主动轴313与提升从动轴314之间设置有导灰结构317，导灰结构317包括底板，底板两侧均与侧板连接，底板和侧板围成槽型空间，导灰结构317呈上下倾斜放置，导灰结构317的下端与铲斗301固定连接，导灰结构317由铲斗301倾斜向上延伸，导灰结构317上端搭放在积灰仓储装置2的车斗结构上。

导灰结构317的上方水平穿插设置提升主动轴313，导灰结构317下方的铲斗301内水平穿插设置提升从动轴314，提升主动轴313上还设置提升链轮319，提升从动轴314上也相应设置提升链轮（图中未示出）。在提升链条315上均匀水平设置多个用以提升积灰的刮板316，多个刮板316在提升链条315间隔设置，将提升链条315绕过提升主动轴313上的提升链轮319和提升从动轴314上的提升链轮（图中未示出）形成回路置于导灰结构317的槽型空间内，由第二拖动链条312绕在第二拖动电机311的传送链轮（图中未示出）和提升主动轴313的传送链轮318上拖动提升主动轴313转动，实现装有刮板316的提升链条315转动，由刮板316携带积灰提升至导灰结构317顶端后落入积灰仓储装置2中。

进一步地，如图6所示，积灰破碎刀片303上设置切刀320，切刀320垂直于积灰破碎刀片303平面，切刀320可设置多个，切刀320偏心设置于积灰破碎刀片303，也即，切刀320与积灰破碎刀片303中心具有设定距离，且该距离小于积灰破碎刀片303的直径。多个切刀320沿积灰破碎刀片303径向均匀间隔布设。

为保证对板结积灰的有效破碎和提升，优化对积灰破碎刀片303间距的设置、积灰破碎刀片303上切刀320间间距的设置以及积灰提升机构中刮板316间的间距设置。滚动轴302上均匀排列分布的积灰破碎刀片303保证了对板结积灰能按照一定的宽度进行切割破碎，积灰破碎刀片303上设置的垂直于积灰破碎刀片303平面的切刀320保证了对板结积灰按照一定的厚度进行切割破碎，经过在宽度和厚度上进行破碎后的板结积灰被积灰清理机构收集在铲斗301内，最后在提升从动轴314下方被提升链条315上的刮板316再次挤压破碎为一定长度的积灰块。刮板316为长条型角铁，其长度与导灰结构317的宽度相同，使其能放置在导灰结构317内而又不影响在导灰结构317内移动。

由刮板316的宽度和刮板316的间距确定了刮板316所能提升的固体物块的最大尺寸形状，为了保证被破碎的积灰能够被顺利提升，要求刮板316的宽度要大于等于积灰破碎刀片303的间距和积灰破碎刀片303上切刀320间的间距，刮板316之间的间距也要大于等于积灰破碎刀片303的间距和积灰破碎刀片303上切刀320间的间距，保证板结积灰经过破碎再经过刮板316下落时的冲击力量打击后的大小能被刮板316提升上去。

本实施例中，该机器人是由积灰提升机构将积灰送至车斗结构内再卸灰；在使用时也可由铲斗301收集后车体移动到固定卸灰口202卸灰，实现两种卸灰方式。

进一步地，积灰清理提升装置3连接在积灰仓储装置2和车体行走装置1的前部。优选地，在积灰仓储装置2的车斗结构前壁上焊接积灰清理提升装置3的延伸连接臂321，积灰提升机构的提升主动轴313可与延伸连接臂321进行连接固定；积灰仓储装置2两侧外壁的前部设置有水平向前的电动液压千斤顶322，电动液压千斤顶322的顶杆前端通过销轴307与A字型支撑臂308的短脚相连；由此，实现了积灰清理提升装置3与积灰仓储装置2的连接固定；同时在非清灰作业时间，又能采用电动液压千斤顶322经由支撑臂308推动积灰清理提升装置3抬起和落地，方便了清灰机器人的移动，既可实现积灰清理提升装置3在非作业时间抬起而不影响车体移动，又可在作业时能够落下调整与管道4弧形底面的贴合状况。

电动液压千斤顶322与控制器连接，由控制器控制其动作。

优选地，为防止电动液压千斤顶322在拉动积灰清理提升装置3下落过度时而造成机械的损伤，在车体行走装置1的前端设置限位杆309，限位杆309端部设置限位传感器310。积灰清理提升装置3位于限位杆309前方，限位传感器310与控制器连接，限位传感器310可对积灰清理提升装置3的位置进行限位，保证积灰清理提升装置3的抬起和下落在正常范围内。

本发明所提供的履带式高炉煤气管道清灰机器人的主要功能是在管道4内完成清灰作业，所有作业动作和操作（车体移动、积灰清理、积灰提升仓储、卸灰等）均采用遥控设备进行控制，外置遥控器等遥控设备，遥控设备与控制器通信，其控制器以及电源模块均设置于车体行走装置1的车体机架101内。

本发明的另一种典型的实施方式中，提出如上所述的履带式高炉煤气管道清灰机器人的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：将机器人移动至待清理管道4内，如图7所示；

步骤2：调节车体行走装置1的履带行走机构的双头螺栓109，使两侧履带102尽可能的与管道4弧形内壁进行贴合；

步骤3：控制电动液压千斤顶322，使积灰清理提升装置3下落，使铲斗301以及积灰破碎刀片303贴合管道4弧形底部；

步骤4：启动积灰清理提升装置3的第一拖动电机304和积灰提升机构的第二拖动电机311，进行板结积灰的破碎、收集以及提升至积灰仓储装置2的车斗结构内，同时控制车体行走装置1前进；

步骤5：当物位传感器204监测到积灰仓储装置2中车斗结构存满积灰，报警器进行报警时，停止积灰清理作业；

步骤6：移动车体行走装置1前往管道4卸灰点进行卸灰；控制电动液压推杆206打开积灰仓储装置2卸灰口202处的挡板，启动积灰仓储装置2底部卸灰传送带203进行卸灰，完成卸灰后关闭卸灰口202处的挡板。

重复以上过程，即可完成对管道4内积灰的清理作业。

需要注意的是，本发明所提供的履带式高炉煤气管道清灰机器人的具体实施例是基于高炉煤气管道清灰而设计，但并不仅仅局限于高炉煤气管道清灰的应用，其同样适用于各种领域中的管道4内固体清理场景。因此，在不脱离本发明技术方案基本思想的情况下，还可以包括更多等效实施例。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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内。