高铁隧道冰柱清除机器人制造技术

本发明专利技术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。

Ice Column Cleaning Robot for High-speed Rail Tunnel

The invention provides an ice column cleaning robot for high-speed railway tunnel, which comprises a hydraulic tank, a hydraulic pump, a combined accumulator, a three-way four-way valve, a hydraulic cylinder, a gasoline engine, a temperature sensor, a valve block, an ice column collector, a gantry lifting mechanism, an infrared camera, a wheel, a deicing hammer, an ice water collecting tank, a cooling water tank and a gasoline tank. Deicing hammer adopts impact method to quickly remove icicles in high-speed railway tunnel. The impact force of deicing hammer comes from hydraulic cylinder. The hydraulic system uses hydraulic pump with small displacement and combined accumulator to provide instantaneous large flow hydraulic oil. It is a high flow and energy density system with pressure level of 35 Mpa. The robot is controlled by wheel rotation and deicing is controlled by gantry lifting mechanism. Hammer height, wheel and gantry lifting mechanism cooperate to control the spatial position of deicing hammer. Ice column collector and ice water collecting box cooperate to collect and post-process the crushed ice column, so as to prevent the crushed ice column from freezing on the ground and causing potential safety hazards.

【技术实现步骤摘要】
高铁隧道冰柱清除机器人
本专利技术涉及一种高铁隧道冰柱清除机器人。
技术介绍
一些高铁隧道受自然环境的恶劣影响，每到冬季，山体的渗水会从隧道伸缩缝沿墙壁流入线路两侧的水沟，低温使得高铁隧道拱顶与侧壁上极易形成巨大冰柱，如果不及时除冰，一旦这些冰柱侵入接触网限界，强大的高压电弧将使供电接触网跳闸停电，甚至会烧断接触网线索，打坏机车受电弓，造成接触网跳闸、断线等设备故障，将会对冬春运行车安全带来不利影响；而当隧道壁的滴水因低温形成冰墙，侵入铁路限界、蔓延过轨道，则随时可能造成列车颠覆脱轨，后果更为严重。为保证冬春运旅客安全出行与电煤运输安全畅通，每年深冬与初春之时，不仅是铁路人战冬运保春运的关键期，也是打冰繁忙期。每到冬季，打冰的工作人员要驻守在隧道密集区，每天都要对渗水隧道进行徒步检查。检查时，工作人员需要设置好两端行车防护，借助手电筒光束，仔细搜寻隧道洞顶的冰柱，查看墙壁结冰情况，由于隧道墙壁结冰部位高、厚度大、面积宽，加之冰柱十分坚硬，给打冰工作带来了很大困难。工作人员需要采用钢钎、铁锤、道镐和架设升降梯的办法，实施打冰作业。整个冰柱的清除过程以人工劳动为主，任务重，劳动量大，效率低。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种高铁隧道冰柱清除机器人，采用全自动或半自动模式，将工作人员从冰柱清除劳动中解放出来，提高了除冰效率，降低了人力成本，且在冰柱清除功能实现的同时，还兼顾碎冰柱的后处理功能，人性化设计，既保证路面情况不受碎冰柱的影响，又方便工作人员对碎冰柱的处理。为此，本专利技术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碎冰柱的收集和后处理，防止碎冰柱落地后在地面结冰，造成安全隐患。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；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和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓伟，
申请(专利权)人：杨晓伟，
类型：发明
国别省市：北京,11