储油罐油泥清理机器人

更新时间:2020-06-10 01:37

  储油罐油泥清理机器人_工程科技_专业资料。第 30 卷第 4 期 (2011.04)〈产品视点〉 储油罐油泥清理机器人* 邓三鹏 李充宁 张兴会 王健 李永刚 天津职业技术师范大学 摘要:新型储油罐油泥清理机器人系统采用全液压驱动。鉴于组

  第 30 卷第 4 期 (2011.04)〈产品视点〉 储油罐油泥清理机器人* 邓三鹏 李充宁 张兴会 王健 李永刚 天津职业技术师范大学 摘要:新型储油罐油泥清理机器人系统采用全液压驱动。鉴于组装方面的要求,机器人系 统采用模块化设计,可拆分为左履带、右履带、推铲、主体和云台五部分,分体模块可方便从 油罐标准人孔进入罐内,在罐内进行快速组装或拆卸。采用机械推铲和高压水射流相结合的清 理模式,清理效果好,效率高。在胜利油田的试验表明,用机械推铲和高压水射流相结合的方 法清理油罐效率高,清理同样的油罐,用时是人工清理的 1/3。 关键词:储油罐;机器人;模块化设计;高压水射流;液压控制;机械推铲 doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2011.4.051 1 系统构成及工作原理 清罐机器人系统组成如图 1 所示。 考虑罐内作业的防爆要求,机器人采用全液压 驱动;鉴于组装方面的要求,机器人系统采用模块 化设计,可拆分为左履带、右履带、推铲、主体和 云台五部分,分体模块可方便从油罐标准人孔进入 罐内,在罐内进行快速组装和拆卸。可燃气体检测 仪实时监测罐内的油气浓度,当油气浓度超过该油 品爆炸下限的 40%时,停止清理作业;当油气浓 度超过该油品爆炸下限的 20%时,则禁止使用高 压水射流冲洗。 成,见图 2。其原理是将清罐机器人置于罐体内 部,由罐体外部的液压泵站提供机器人运动的驱动 力,高压水泵产生高压水,机器人用高压水射流和 推铲两种方式进行油罐清理[1]。清理过的油泥由抽 吸泵抽至罐外,进行油、砂和水的分离,以回收再 利用。通过视频采集装置,将罐内的清理状况反馈 到操控台以进行罐外远程控制。 图 1 系统构成 1-液压缸;2-液压马达;3-比例电磁阀组; 4-防爆型可燃气体检测仪;5-防爆接线-防爆/防粉尘点燃型摄像机;9-雨刷;10-水枪; 11-云台;12-推铲 油罐油泥清理系统由清罐机器人、抽吸泵、液 压泵站、远程控制台和软管线缆卷筒等几部分组 基金论文:天津市科技支撑重点项目(10ZCKFSF01500)。 图 2 工作原理 2 行走模块设计 机器人行走机构分为左、右履带架体两部分, 行走的支架采用型钢制造,强度大且重量轻。行走 部分履带架体由导向轮、张紧装置、支撑轮、履带 架、驱动轮、履带和托带轮等组成。履带支架下部 用三个支撑轮支撑起整个车身;支架的后部是驱动 链轮,与履带形成链型啮合,链轮依靠液压马达来 驱动;支架的前部是导向轮,导向轮直径较小,以 保证履带的前部离地面有一定距离,方便机器人转 向;同时导向轮的叉架采用螺纹滑块机构,以调整 履带的张紧程度。选用橡胶履带,在橡胶履带内嵌 - 100 - 油气田地面工程 (ht t p:/ / 第 30 卷第 4 期 (2011.04)〈产品视点〉 钢板芯及钢丝帘线,提高了带体的抗拉强度,降低 了伸长率。橡胶履带具有耐油、噪音低、振动小、 牵引力大、不损坏油罐、接地比压小、速度快和重 量轻等特点。 3 清理模式设计 (1) 机械推铲系统。推铲安装在清罐机器人的 前端,它由铲板和推铲架两部分组成。铲板和推铲 架主体结构采用强度较高的金属框架结构,重量 轻,结构刚性好。铲板运动的速度和摆动角度由比 例阀来控制。铲板采用耐高温、耐油、抗静电的高 分子聚乙烯塑料板制成。为了防止产生静电火花并 加强铲板边缘的机械强度,沿铲板底边前、后及铲 板两侧均包覆厚度为 4 mm 的紫铜板条。 (2) 高压水射流清洗。高压水射流清洗原理是 用高压泵打出高压水,高压水经管子到达喷嘴时再 把高压低流速的水转换成高流速的射流。射流以极 高的冲击动能连续不断地作用在被清洗表面,从而 使垢物脱落,达到清洗的目的[2]。油泥高压水射流 清洗用采油厂内的废水作清洗液,温度在 50 ℃左 右,热水清洗效果好,同时也降低了清洗的成本。 高压水射流清洗机组的压力为 50 MPa,流量为 100 L/min。单嘴喷枪与摄像机、灯光固定在一起,可 手动操纵手柄使其随云台水平回转和上下俯仰,也 可 在 PLC 的 控 制 下 按 照 设 定 速 度 自 动 往 复 扫 描 冲洗。 4 试验结果 在胜利油田孤岛采油厂模拟 5 000 m3原油储罐 布置试验场地,在试验场地上铺设约 200 mm 厚的 油泥。首先,在罐外将机器人分解成 5 个模块,通 过人孔送入罐内组装,总耗时约 1 h。试验表明, 模块化设计很好地解决了机器人的进罐问题。 其次,测试机器人的移动能力。通过观察由罐 内传出的视频,远程操纵手柄,机器人按照发出的 指令成功完成了前进、后退、转弯和速度无级调 整,还进行了原地顺时针和逆时针回转试验。试验 结果表明,机器人在油泥环境下运行平稳,可原地 回转,且未出现打滑现象。 最后,分别进行了机械推铲清理试验和高压水 射流清洗试验。按照远程控制台发出的指令,推铲 成功完成了抬起、放下动作及运动速度的调整,并 可以停在运动范围内的任意位置,推铲可将油泥铲 松,并堆积起来,起到了较好的清理作用,如图 3 所示。高压水射流可将距机器人 2 m 以内较坚硬的 油泥冲刷干净,喷射距离较远时,清洗效果较弱, 但仍然可将距机器人 10 m 远的较疏松的油泥清洗 干净,如图 4 所示。喷枪与灯光、摄像机固定在一 起可方便地调整角度,用机械推铲和高压水射流相 结合的方法清理油罐效率高,清理同样的油罐,用 时是人工清理的 1/3。 图 3 推铲工作实物 图 4 高压水射流清洗实物 5 结语 (1) 由于采用了模块化设计,机器人可方便地 进入罐内进行组装或拆卸操作,解决了机器人的进 罐问题。 (2) 机器人采用履带式液压驱动,且进罐部件 满足防爆、防燃、耐油要求,可适应储油罐内环 境,运转灵活。 (3) 采用机械推铲和高压水射流相结合的清理 模式,清理效果好,效率高。 (4) 机器人在罐内清理作业,可将清罐工人从 高强度劳动及恶劣危险的环境中解放出来,提高了 清罐安全性。 (5) 清罐机器人还有待进一步的改进,如提高 清罐机器人对复杂工况的适应性。机器人运行的自 动化和智能化将是今后研究的主要内容。 参考文献 [1] 邓三鹏,张建,李充宁,等.储油罐清理机器人发展现状及关 键技术[J].油气田地面工程,2009,28 (1):50-51. [2] 秦国治,田志明.高压水射流清洗技术及其应用[J].管道技术 与设备,2001 (1):38-40. (栏目主持 樊韶华) 油气田地面工程 (ht t p:/ /

 
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