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原文传递高铁隧道冰柱清除机器人

专利名称：	高铁隧道冰柱清除机器人
摘要：	本发明提供一种高铁隧道冰柱清除机器人，包括：液压油箱、液压泵、组合式蓄能器、三位四通阀、液压缸、汽油机、温度传感器、阀块、冰柱收集器、龙门式升降机构、红外摄像头、车轮、除冰锤、冰水收集箱、冷却水箱、汽油油箱。除冰锤采用冲击方式，快速清除高铁隧道内的冰柱，除冰锤冲击力来自液压缸，液压系统采用小排量的液压泵和组合式蓄能器的方式提供瞬间大流量液压油，为大流量高能量密度系统，压力等级为35Mpa；通过车轮转动控制机器人行进，通过龙门式升降机构控制除冰锤高度，车轮和龙门式升降机构配合实现对除冰锤空间位置的控制；冰柱收集器和冰水收集箱配合实现对碎冰柱的收集和后处理，防止碎冰柱落地结冰，造成安全隐患。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	杨晓伟
发明人：	杨晓伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910118580.7
公开号：	CN109826150A
分类号：	E01H5/12(2006.01);E;E01;E01H;E01H5
申请人地址：	100191 北京市海淀区西三环北路5号
主权项：	1.本发明提供一种高铁隧道冰柱清除机器人，包括：液压油箱、液压泵、永磁涡流联轴器、压力传感器、组合式蓄能器、三位四通阀、液压缸、汽油机、温度传感器、阀块、冰柱收集器、龙门式升降机构、红外摄像头、车轮、除冰锤、直线轴承、冰水收集箱、冷却水箱、压力表、汽油油箱。除冰锤采用冲击方式，快速清除高铁隧道内的冰柱，除冰锤冲击力来自液压缸，液压系统采用组合式蓄能器和液压泵提供液压冲击力，液压系统压力等级为35Mpa，所述液压系统为大流量高能量密度系统，采用小排量的液压泵和组合式蓄能器的方式提供瞬间大流量，在提供足够瞬间液压油的同时，减小系统工作的噪声和振动；通过控制车轮转动来控制机器人移动，通过龙门式升降机构控制除冰锤高度位置，通过车轮和龙门式升降机构的相互配合来实现对除冰锤空间位置的控制；冰柱坠落后，通过冰柱收集器和冰水收集箱配合来实现对冰柱的收集和后处理，防止冰柱落地后在地面形成结冰而造成安全隐患。 2.根据权利要求1所述的高铁隧道冰柱清除机器人，其特征在于，车轮安装在底板上，控制器通过控制车轮的转动控制机器人的移动；底板上设计有阀块、冰柱收集器、支撑柱、支撑座和液压泵支撑架的安装接口，同时为汽油机和冰水收集箱提供安装平台；汽油机，为机器人提供动力，避免了电池供电而产生的续航力有限的弊端；汽油机与液压泵之间通过永磁涡流联轴器进行非物理连接，永磁涡流联轴器可减小汽油机振动的传递给液压泵，降低汽油机的振动对液压泵使用寿命的影响；液压泵，固定在液压泵支撑架上，采用高压柱塞泵，为液压缸提供35Mpa的工作压力，使得液压系统具备较高的能量密度，减小液压缸活塞直径和液压管路的直径，进而降低液压系统的重量，有利于提高机器人的能量利用率和机器人的灵活性；液压油箱，为液压系统提供足量的液压油，液压油箱中采用耐低温液压油，保证在低温环境中液压系统能够稳定工作，液压油箱设计有液位计和温度传感器的安装接口；液位计实时监测液压油箱中液压油的液位，若液位低于安全液位，则系统报警；温度传感器实时检测液压油箱中液压油的温度，避免液压油的温度过高或过低，影响机器人工作；液压泵的前端设计有吸油滤，用于液压油的粗滤，防止液压油中的大颗粒杂质对液压泵的叶片造成损伤，影响液压泵的寿命；液压泵的出口设计有单向阀，保证液压油的流向，防止液压油回流，实现对液压泵的保护；单向阀后端连接过滤器，用于对液压油进行精滤，保证液压系统中液压油的清洁度；过滤器安装在阀块上，阀块内部设计有液压油的流道，并为过滤器、压力传感器、组合式蓄能器、三位四通阀、电控溢流阀、手动开关阀、回油滤、压力表、出油口和回油口提供安装接口；组合式蓄能器，包括四个蓄能器，与单个大蓄能器相比，组合式蓄能器增加液压系统的刚度，避免了单个蓄能器的补油时造成液压系统压力迅速下降的问题；控制器通过控制三位四通阀，来控制液压缸的伸缩运动；液压缸与除冰锤通过联轴器相连接，控制器通过控制液压缸的伸缩运动，进而控制除冰锤的冲击动作，实现冰柱的清除功能；当控制器控制三位四通阀位于左位时，液压缸的活塞杆伸出，同时组合式蓄能器向液压系统补油，除冰锤随液压缸的活塞杆快速运动，对冰柱进行猛烈冲击，当控制器控制三位四通阀位于中位时，液压系统停止运行，当控制器控制三位四通阀位于右位时，除冰锤随液压缸的活塞杆收缩，液压系统回油，同时组合式蓄能器回油蓄能，系统通过控制三位四通阀的左位、中位和右位的不断切换，最终实现机器人的冰柱清除功能；压力传感器，实时监测系统压力，若压力过高，则系统报警；压力表，一共两个，采用冗余设计，作为压力传感器的补充，实时就地显示液压系统压力，便于工作人员读取液压系统的压力值；电控溢流阀，用于控制液压系统工作压力的上限，实现对液压系统的保护；手动开关阀，一旦液压系统压力控制失效，操作人员通过手动方式进行系统泄压，防止液压系统憋压后检修时造成喷油现场；回油滤，对液压油回油进行过滤，保证液压油箱中液压油的清洁度；冰柱收集器设计有四个支腿，通过螺栓固定在底板上，上部凹槽结构用于收集除冰锤击碎的冰柱进行碎冰柱后处理，避免地面因碎冰坠落而形成地面结冰；冰柱收集器的下方为液压油箱和冷却水箱，利用冰柱收集器收集的碎冰柱，对液压油箱中的液压油和冷却水箱中的水进行降温，避免系统过热，与此同时，利用液压系统产生的热量和汽油机产生的热量融化冰柱收集器中的碎冰柱；冰柱收集器的一侧设计有方形孔，方形孔的大小略小于冰水收集箱的开口大小，便于冰柱收集器上融化的冰水直接流入冰水收集箱中；冰水收集箱设计为L型，紧贴在汽油机侧面，液压油箱放在冰水收集箱上方，冰水收集箱收集的冰水不仅能对液压油箱和汽油机进行降温，还避免了融化的冰水在冰水收集箱中再次结冰，增加工作人员后续处理的难度；汽油油箱和冷却水箱均放在汽油机上方；冷却水箱为T型设计，冷却水箱中装满水，可以对汽油机进行降温，避免汽油机因过热而停机，影响机器人的工作效率。 3.根据权利要求1所述的高铁隧道冰柱清除机器人，其特征在于，龙门式升降机构包括支撑柱、升降电机A、升降电机B、横梁、T型螺纹丝杠和重载滑块，龙门式升降机构使得机器人作业高度范围为2m～3m，提高了机器人的适应能力；支撑柱固定在底板上，支撑柱设计有燕尾槽导轨，为重载滑块的上下移动提供导向作用，同时支撑柱包括两个，分别为升降电机A和升降电机B提供安装接口；升降电机A和升降电机B分别与T型螺纹丝杠连接，为龙门式升降机构提供动力，同时为避免力纷争问题，控制器对升降电机A实施力闭环控制，对升降电机B实施位置闭环控制；升降电机A和升降电机B的共同作用，带动T型螺纹丝杠转动，T型螺纹丝杠将电机的转动转换为重载滑块的移动，T型螺纹丝杠能自锁，保证为横梁提供可靠支撑；横梁为U型过渡件提供安装接口，横梁与重载滑块通过螺栓连接，重载滑块的承载能力强，可带动横梁上下移动；系统控制升降电机A和升降电机B来调节横梁的高度，通过T型螺纹丝杠的自锁功能使得横梁可靠的固定在某一高度位置，从而控制除冰锤的高度；U型过渡件安装在横梁的中间位置，为液压缸、红外摄像头和支撑座提供安装接口；液压缸的活塞杆与除冰锤通过联轴器连接，系统控制液压缸的快速运动，使得除冰锤快速冲击，进而完成清除冰柱的工作；除冰锤穿过支撑座，并通过支撑座的直线轴承提供导向作用，直线轴承可减少除冰锤冲击过程中的摩擦；红外摄像头固定在支撑座上，实时拍摄并反馈至显示屏，供工作人员实时监测除冰锤的冰柱清除情况，判断机器人的清除工作是否到位。 4.根据权利要求1所述的高铁隧道冰柱清除机器人，其特征在于，本机器人具有全自动清除模式或者半自动清除模式；在全自动清除模式下，工作人员设定隧道长度、高度等参数，机器人依据设定的参数和红外摄像头采集的视频信息，进行除冰工作的自主运行，机器人自动运行至冰柱位置并自主进行冰柱清除，机器人判断冰柱清除完成后，除冰锤停止冲击，同时龙门式升降机构归位，机器人运行出隧道；在半自动清除模式下，由工作人员对机器人进行远程遥控或就地控制，工作人员通过红外摄像头的拍摄情况，判断是否需要机器人实施清除工作；当工作人员判断该位置有需要进行清除的冰柱时，工作人员通过控制器来控制龙门式升降机构升起至合适的工作面高度，通过液压系统控制除冰锤的清除工作，工作人员实时监测红外摄像头的拍摄情况，当工作人员通过拍摄情况，判断冰柱清除完毕时，除冰锤停止清除工作，工作人员控制龙门式升降机构归位，并控制机器人运行出隧道。
所属类别：	发明专利