煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，包括六自由度機(jī)械臂、液壓移動(dòng)平臺、高壓水系統(tǒng)、水槍組件，其特征在于：所述的六自由度機(jī)械臂的底座固定在液壓移動(dòng)平臺上，可以實(shí)現(xiàn)整體水平移動(dòng)；所述水槍組件固定在六自由度機(jī)器臂末端法蘭盤上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)；所述的高壓水系統(tǒng)用于提供高壓水射流，并控制其通斷與壓力。本實(shí)用新型自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，減低人工成本。同時(shí)，程序柔性大，工作可靠，能適用于不同型號的液壓支架的清洗。對環(huán)境友好，既能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，又不產(chǎn)生污染物質(zhì)。
【專利說明】煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦液壓支架清洗【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓支架作為煤礦綜采設(shè)備的重要組成部分，必須定期進(jìn)行大修，而良好的去煤和除銹效果是提高液壓支架大修質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的人工手持水槍的清洗方法，由于水射流的壓力不宜過高，導(dǎo)致液壓支架關(guān)鍵部位的清洗效果不佳。
[0003]利用高達(dá)50Mpa的高壓水射流進(jìn)行去煤和除銹作業(yè)，不僅能有效地去除支架拐角處殘留積煤和支架表面的銹層，而且也大大提升了修造質(zhì)量。但高壓水槍巨大的沖擊力所造成的煤渣和銹層飛濺，對操作工人是一種潛在的危險(xiǎn)；同時(shí)水槍的巨大后座力增加了清洗工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓水射流清洗機(jī)器人，要求智能化程度高，工作可靠性高，安全性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓支架的表面銹皮以及柱窩等處嵌藏的煤矸石的高效清除，同時(shí)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)用性強(qiáng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其包括六自由度機(jī)械臂、液壓移動(dòng)平臺、高壓水系統(tǒng)、水槍組件，其特征在于:所述的六自由度機(jī)械臂的底座固定在液壓移動(dòng)平臺上，可以實(shí)現(xiàn)整體水平移動(dòng)。所述水槍組件固定在機(jī)器臂末端法蘭盤上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)。所述的高壓水系統(tǒng)用于提供高壓水射流，并控制其通斷與壓力。
[0006]所述六自由度機(jī)械臂，具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，可達(dá)到空間任意位置和姿態(tài)。臂展為2010mm，工作空間能有效覆蓋液壓支架重點(diǎn)清洗區(qū)域。末端最大負(fù)重為28kg，能夠承受高壓水射流的反作用力。機(jī)械臂腕部的防護(hù)等級達(dá)到IP67，能抵擋高壓水的沖擊。
[0007]該發(fā)明的液壓移動(dòng)平臺，包括支架、液壓缸、直線滑軌、滑塊和機(jī)械臂座，支架固定在地面上，液壓缸缸體和直線滑軌都固定在支架上。機(jī)械臂座下平面與滑塊固定，作為一個(gè)整體可沿直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)。活塞桿末端固定的單耳環(huán)和固定在機(jī)械臂座上的鉸鏈座由銷軸鉸接在一起，用于傳遞驅(qū)動(dòng)力。移動(dòng)平臺，用于增大機(jī)械臂工作范圍，其水平行程為2m，可以滿足大型液壓支架清洗工作的要求。
[0008]該發(fā)明的聞壓水系統(tǒng)，包括聞壓水栗，聞壓電磁閥，伺服調(diào)壓閥和聞壓水軟管。聞壓水射流最高壓力為50Mpa，高壓電磁閥用于控制高壓水流的通斷，伺服調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)高壓水流的壓力，高壓水管用于連通水泵到水槍的水路，水路各接頭處的密封方式采用密封圈密封，可承受高壓。
[0009]該發(fā)明的水槍組件，包括高壓水槍管，槍嘴以及用于夾持槍管的夾持機(jī)構(gòu)，高壓水槍管表面進(jìn)行鍍鉻處理，以適應(yīng)潮濕的工作環(huán)境。夾持機(jī)構(gòu)表面進(jìn)行發(fā)黑氧化處理，防止表面生銹。夾持機(jī)構(gòu)一端具有與機(jī)械臂法蘭盤配合的安裝孔，可固定于機(jī)械臂末端。夾持機(jī)構(gòu)依靠配合孔軸接觸表面的摩擦力來固定槍管，槍管末端固定有槍嘴，采用密封圈密封。槍嘴出口孔徑為0 5mm，該孔徑過大會(huì)導(dǎo)致水射流的壓力降低，過小又會(huì)導(dǎo)致水射流線狀化，兩者都會(huì)使清洗效果變差。槍嘴進(jìn)水孔和出水孔之間采用錐形孔平滑過渡，以減少高壓水在槍嘴處的壓力損失。
[0010]該發(fā)明的清洗過程任務(wù)規(guī)劃，包括清洗順序、清洗時(shí)水槍的空間角度、高壓水射流的壓力、不同部位清洗時(shí)長的安排。液壓支架呈長方體形狀，長、寬、高分別約為7m、l.5m、
2.5m，外形體積較大。針對液壓支架不同部位污垢的特征，采用不同的清洗策略，既可以提高清洗效果，又可以加快清洗速率。
[0011]清洗順序?yàn)橄壬虾笙?，從里到外，即先清洗液壓支架的頂梁上表面和?cè)面，去除表面銹皮和少量煤矸石。再使水槍向下移動(dòng)，清洗液壓支架的底部，重點(diǎn)去除柱窩等處嵌藏的煤矸石。并且先沖洗液壓支架上靠近機(jī)械臂的內(nèi)側(cè)，將銹皮和煤矸石沖到遠(yuǎn)離機(jī)械臂的外偵牝然后沖洗其外側(cè)，將沖出的煤渣徹底清除出去。這種清洗順序，可以有效的防止已經(jīng)清洗干凈的區(qū)域再次被沖出的煤渣覆蓋，從而提高清洗效率。
[0012]液壓支架的柱窩內(nèi)嵌藏有大量的煤粉和煤矸石，厚度約300mm，而且由于液壓缸體和柱窩內(nèi)壁的擠壓，使其變得十分致密。對于該部位的清洗，采用高角度、高壓力、近距離沖洗，調(diào)節(jié)機(jī)械臂姿態(tài)，使得高壓槍管與柱窩煤層表面約呈60度，壓力調(diào)至40MP以上，槍嘴與煤層距離在400mm以內(nèi)，可以有效清洗該處的煤渣。
[0013]液壓支架不同部位所沉積的煤渣數(shù)量不同，例如四連桿中間部位的縫隙里藏有大量煤渣，該處清洗時(shí)應(yīng)增長清洗時(shí)間，確保能清除所有的煤渣。
[0014]該發(fā)明采用的水射流壓力高，能徹底清洗死角堆積的煤渣油潰，大大提高清洗質(zhì)量，而且清洗速率快，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成清洗工作，節(jié)省勞動(dòng)時(shí)間。
[0015]該發(fā)明自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，減低人工成本。同時(shí)，程序柔性大，工作可靠，能適用于不同型號的液壓支架的清洗。對環(huán)境友好，既能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，又不產(chǎn)生污染物質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的水槍組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的高壓水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的清洗機(jī)器人的布局示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的工作流程示意圖。
[0021]圖中:1_六自由度機(jī)械臂2-直線滑軌3-水槍組件5-液壓缸6-機(jī)械臂底座 。
【具體實(shí)施方式】
[0022]從圖1、圖2、圖3可以看出，一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其包括六自由度機(jī)械臂1、液壓移動(dòng)平臺、高壓水系統(tǒng)、水槍組件3，其特征在于:所述的六自由度機(jī)械臂的底座固定在液壓移動(dòng)平臺上，可以實(shí)現(xiàn)整體水平移動(dòng)。所述水槍組件固定在機(jī)器臂末端法蘭盤上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)。所述的高壓水系統(tǒng)用于提供高壓水射流，并控制其通斷與壓力。
[0023]該發(fā)明的液壓移動(dòng)平臺，包括支架4、液壓缸5、直線滑軌2、滑塊和機(jī)械臂底座6。支架I固定在地面上，液壓缸5缸體和直線滑軌2都固定在支架I上。機(jī)械臂底座6下平面與滑塊固定，作為一個(gè)整體可沿直線導(dǎo)軌2水平移動(dòng)。液壓缸5活塞桿末端固定的單耳環(huán)和固定在機(jī)械臂座上的鉸鏈座由銷軸鉸接在一起，用于傳遞驅(qū)動(dòng)力。
[0024]該發(fā)明的水槍組件3，如圖2所示，包括槍管3-1、槍嘴、法蘭盤3-4、連接桿3_3和緊固件3-2，槍管3-1 —端安裝槍嘴，另一端連接高壓水軟管。法蘭盤3-4、連接桿3-3和緊固件3-2組成夾持機(jī)構(gòu)，用于夾緊槍管3-1，防止其發(fā)生軸向竄動(dòng)。法蘭盤3-4安裝在機(jī)械臂I的末端，由機(jī)械臂帶動(dòng)水槍組件3運(yùn)動(dòng)。
[0025]該發(fā)明的高壓水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。自來水經(jīng)高壓水泵后串接一個(gè)三通，分為兩路，其中一路送至手持水槍，另一路再串接一個(gè)三通，分為兩路，分別串接一個(gè)高壓電磁閥后，送至兩臺機(jī)器人末端夾持的水槍。工作時(shí)，開啟高壓水泵，控制器通過發(fā)送控制信號給高壓電磁閥，來控制高壓水射流的通斷。
[0026]該發(fā)明的機(jī)器人工作范圍布局如圖4所示。該圖為俯視圖。在Pl-1 (液壓支架的前端)、P2-1 (液壓支架的后端)兩點(diǎn)分別放置一個(gè)機(jī)器人，分別負(fù)責(zé)工作區(qū)域A、B的清洗。第一臺機(jī)器人的底座可由在Pl-1運(yùn)動(dòng)至在P1-2，另一臺機(jī)器人的底座可由在P2-1運(yùn)動(dòng)至在P2-2，采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸行程為2米。液壓支架頂端距離地面的高度在2.5米以內(nèi)。上述Pl-1、P2-1、Pl-2、P2-2各點(diǎn)的具體位置如圖4所示。區(qū)域A為液壓支架的右側(cè)及前側(cè)，區(qū)域B為液壓支架的左側(cè)及后側(cè)。如圖4所示。重點(diǎn)清洗區(qū)域?yàn)橐簤褐Ъ艿捻敳俊?br> [0027]該發(fā)明的工作流程如圖5所示。程序開始后，油缸縮回。讀取縮回行程開關(guān)的信息，若該開關(guān)觸發(fā)，則鎖死油缸。啟動(dòng)A點(diǎn)(對應(yīng)油缸縮回的位置)A-1舒展示教程序，使機(jī)械臂由零位運(yùn)動(dòng)至理想受力位形，以承受水槍開啟時(shí)高壓水射流產(chǎn)生的后坐力。待機(jī)器人執(zhí)行完A-1示教程序后，機(jī)器人已運(yùn)動(dòng)至理想受力位形，此時(shí)開啟水槍，執(zhí)行A點(diǎn)A-2清洗示教程序。完成A點(diǎn)的清洗任務(wù)。待A-2示教程序執(zhí)行結(jié)束后，關(guān)閉水槍。執(zhí)行A點(diǎn)A-3回縮示教程序，使機(jī)械臂回縮至零位。待機(jī)器人執(zhí)行完A-3回縮示教程序后，油缸伸出。讀伸出取行程開關(guān)的信息，若開關(guān)觸發(fā)，則鎖死油缸。啟動(dòng)B點(diǎn)(對應(yīng)油缸伸出的位置)B-1舒展示教程序，待機(jī)器人執(zhí)行完B-1示教程序后，開啟水槍。執(zhí)行B點(diǎn)B-2清洗示教程序。完成B點(diǎn)的清洗任務(wù)。待B-2示教程序執(zhí)行結(jié)束后，關(guān)閉水槍。執(zhí)行B點(diǎn)B-3回縮示教程序，使機(jī)器人回縮至零位，程序結(jié)束。
[0028]上述的A點(diǎn)A-1、A點(diǎn)A-2、A點(diǎn)A_3分別表示機(jī)器人在A點(diǎn)執(zhí)行的3個(gè)示教程序，B點(diǎn)B-1、B點(diǎn)B-2、B點(diǎn)B-3分別表示機(jī)器人在B點(diǎn)執(zhí)行的3個(gè)示教程序。
[0029]液壓支架重點(diǎn)清洗區(qū)域的清洗由兩臺高壓水射流清洗機(jī)器人協(xié)作完成，兩臺機(jī)器人分居液壓支架兩側(cè)，呈對角線分布，分別完成液壓支架的單側(cè)的清洗工作。機(jī)器人底座固定在可移動(dòng)的液壓滑臺上，滑臺導(dǎo)軌與液壓支架單側(cè)平行，機(jī)器人可沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位清洗。機(jī)器人末端固定高壓水槍，并有緩沖機(jī)構(gòu)，對水槍開關(guān)時(shí)的后坐力和沖擊力進(jìn)行緩沖。在執(zhí)行清洗工作前，機(jī)器人需要首先完成示教工作，獲取關(guān)鍵點(diǎn)位數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存。需要清洗時(shí)，只需使機(jī)器人復(fù)現(xiàn)已示教點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)，完成清洗。針對不同型號的液壓支架，應(yīng)分別示教機(jī)器人，并將獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)編號，對號入座，以免張冠李戴。液壓支架的非重點(diǎn)清洗區(qū)域由手動(dòng)補(bǔ)充清洗。高壓水射流清洗機(jī)器人的清洗步驟如下:
[0030]1.給油缸的液壓系統(tǒng)上電，認(rèn)真檢查油管路有無泄露現(xiàn)象，壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是否正確。
[0031]2.給高壓水站水泵電機(jī)上電，調(diào)節(jié)水壓到50MP，認(rèn)真檢查水管路有無泄露現(xiàn)象。
[0032]3.給氣泵電機(jī)上電，打開氣路閥門。
[0033]4.給機(jī)器人上電，等待3分鐘，等待系統(tǒng)初始化。該步驟只在首次開機(jī)時(shí)進(jìn)行。
[0034]5.系統(tǒng)初始化完成后，即可運(yùn)行清洗程序。首先將待清洗的液壓支架放于規(guī)定的位置，然后根據(jù)所清洗的液壓支架型號選擇相應(yīng)編號的示教程序，運(yùn)行程序，機(jī)器人開始清洗工作。此步驟必須保證支架型號與程序的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，嚴(yán)禁張冠李戴。
[0035]6.機(jī)器人運(yùn)行過程中，操作人員應(yīng)時(shí)刻觀察機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)遇到緊急狀況時(shí)，應(yīng)立即按下急停按鈕，避免事故發(fā)生。機(jī)器人運(yùn)行過程中，嚴(yán)禁任何人走進(jìn)或靠近機(jī)器人的工作區(qū)域。
[0036]7.液壓支架清洗完成后，程序會(huì)自動(dòng)停止，機(jī)器人回復(fù)初始位置，操作人員需要觀察示教盒彈出信息，以確認(rèn)程序正常停止。
[0037]8.需要清洗下一個(gè)支架時(shí)，只需在支架被安放在正確的位置之后，選擇相應(yīng)的程序運(yùn)行即可。以此類推。
[0038]9.完成整個(gè)清洗工作后，應(yīng)該先給機(jī)器人下電，再旋轉(zhuǎn)控制箱的電源開關(guān)至關(guān)閉狀態(tài)。
[0039]10.液壓站油泵電機(jī)斷電，高壓水站水泵電機(jī)斷電，氣泵電機(jī)斷電，關(guān)閉氣路閥門。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，包括六自由度機(jī)械臂、液壓移動(dòng)平臺、高壓水系統(tǒng)、水槍組件，其特征在于:所述的六自由度機(jī)械臂的底座固定在液壓移動(dòng)平臺上，可以實(shí)現(xiàn)整體水平移動(dòng)；所述水槍組件固定在六自由度機(jī)器臂末端法蘭盤上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)；所述的高壓水系統(tǒng)用于提供高壓水射流，并控制其通斷與壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述六自由度機(jī)械臂，具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，臂展為2010mm，末端最大負(fù)重為28kg，能夠承受高壓水射流的反作用力；機(jī)械臂腕部的防護(hù)等級為IP65，能抵擋高壓水的沖擊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述的液壓移動(dòng)平臺，包括支架、液壓缸、直線滑軌、滑塊和機(jī)械臂座，支架固定在地面上，液壓缸缸體和直線滑軌都固定在支架上；機(jī)械臂座下平面與滑塊固定，作為一個(gè)整體可沿直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)；液壓缸活塞桿末端固定的單耳環(huán)和固定在機(jī)械臂座上的鉸鏈座由銷軸鉸接在一起，用于傳遞驅(qū)動(dòng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述的高壓水系統(tǒng)，包括高壓水泵，高壓電磁閥，伺服調(diào)壓閥和高壓水軟管；高壓水射流最高壓力為50Mpa，高壓電磁閥用于控制高壓水流的通斷，伺服調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)高壓水流的壓力，高壓水管用于連通水泵到水槍的水路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述的水槍組件包括槍管(3-1)、槍嘴、法蘭盤(3-4 )、連接桿(3-3 )和緊固件(3-2 )，槍管(3-1) —端安裝槍嘴，另一端連接高壓水軟管；法蘭盤(3-4)、連接桿(3-3)和緊固件(3-2)組成夾持機(jī)構(gòu)，用于夾緊槍管(3-1)，防止其發(fā)生軸向竄動(dòng)；法蘭盤(3-4)安裝在機(jī)械臂(I)的末端，由機(jī)械臂帶動(dòng)水槍組件(3)運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述高壓水系統(tǒng)的自來水經(jīng)高壓水泵后串接一個(gè)三通，分為兩路，其中一路送至手持水槍，另一路再串接一個(gè)三通，分為兩路，分別串接一個(gè)高壓電磁閥后，送至兩臺機(jī)器人末端夾持的水槍；工作時(shí)，開啟高壓水泵，控制器通過發(fā)送控制信號給高壓電磁閥，來控制高壓水射流的通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤礦液壓支架高壓水射流清洗機(jī)器人，其特征是所述槍嘴出口孔徑為$5mm，槍嘴進(jìn)水孔和出水孔之間采用錐形孔平滑過渡，以減少高壓水在槍嘴處的壓力損失。
【文檔編號】B08B3/02GK203470381SQ201320518747
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】李立綱, 趙國亮, 高炳 申請人:山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)備修造廠