一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人及其设计方法，机器人包括主体连接板，主体连接板上安装有清扫机构、监测机构、驱动机构、吸附机构和控制机构；清扫机构用于对空冷器壁面进行清洁；监测机构用于对空冷器壁面的积灰情况进行实时、精准地监控；驱动机构用于机器人在空冷器壁面上行走；吸附机构用于增强机器人在倾斜角度较大的空冷器壁面上行走时的稳定性；控制机构用于整体协调控制机器人的工作运转。本发明专利技术公开的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人结构简单、维护成本低，可在倾斜角度较大的空冷器上稳定运行，更加智能、高效、安全又无污染。安全又无污染。安全又无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人及其设计方法


[0001]本专利技术涉及爬壁清洁机器人
，特别是涉及一种空冷器清 洁爬壁机器人。

技术介绍

[0002]目前，积灰对空冷器的负面影响被众多学者研究，针对该问题的 解决方法也被不断开发。为解决空冷凝汽器翅片管表面积灰问题，研 究人员开发了各种各样的清洗方法，目前广泛采用的管束式和矩阵式 高压水射流清洗方式均需消耗大量的水资源。由于北方地区水资源相 对匮乏，以上清洗方式并不适用。为了扬长直接空冷系统节水量大的 特点，我国学者提出了干式吹扫这一概念，即利用压缩空气代替高压 除盐水对凝汽器翅片管进行清洗。该方法实现了节水的目的，但依旧 采用了安装清洗架的设计方式，结构复杂、维护成本高且受环境限制。
[0003]现阶段，直接空冷器清洗系统有人工清洗系统、半自动清洗系统、 全自动清洗系统3种形式。美国、德国和国内的几家空冷技术公司设 计的空冷器清洗装置均采用手动或半自动结构，目前，我国电厂对空 冷岛的清洗主要采用手动或半自动结构。因此全自动清洗系统是用于 直接空冷清洗系统的改进形式，且目前清洗机器人技术尚未应用于空 冷器清洗领域。清洗机器人相对于其他形式的清扫系统具有携带方便、 路径规划灵活、可以与监测系统结合，实时确定清扫需求等独特优势。 但以单纯的履带或者驱动轮为行走机构的爬行式清洁机器人无法在 倾斜角度较大的空冷器上稳定运行。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人及其 设计方法，以解决现有技术中清洗设备结构复杂、维护成本高且受环 境限制的技术问题，使得清洗设备能在倾斜角度较大的空冷器上稳定 运行，更加智能、高效、安全又无污染。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种空冷器磁吸附射流式清洁机 器人，包括主体连接板，所述主体连接板上安装有清扫机构、监测机 构、驱动机构、吸附机构和控制机构。
[0006]所述清扫机构用于对空冷器壁面进行清洁。
[0007]所述监测机构用于对空冷器壁面的积灰情况进行实时、精准地监 控。
[0008]所述驱动机构用于机器人在空冷器壁面上行走。
[0009]所述吸附机构用于增强机器人在倾斜角度较大的空冷器壁面上 行走时的稳定性。
[0010]所述控制机构用于整体协调控制机器人的工作运转，所述控制机 构包括依次设置于所述主体连接板顶端的清扫风扇驱动模块、单片机 控制板和电机驱动模块，所述监测机构、所述清扫风扇驱动模块和所 述电机驱动模块均与所述单片机控制板电性连接；所述清扫机构与所 述清扫风扇驱动模块电性连接，所述驱动机构与所述电机驱动模块电 性连接。
[0011]优选的，所述清扫机构包括对称固定安装在所述主体连接板两端 的风扇固定件，
所述风扇固定件内部固定安装有清扫风扇，所述清扫 风扇与所述清扫风扇驱动模块电性连接。
[0012]优选的，所述清扫风扇的内径为圆形，所述清扫风扇的直径为 50～90mm，所述清扫风扇的高度为76～116mm，所述清扫风扇的吹扫 力为0.1～0.4MPa，所述清扫风扇的底端至空冷器壁面的间距为30～ 50mm。
[0013]优选的，所述监测机构包括固定安装在所述主体连接板一端的摄 像头支架，所述摄像头支架末端固定安装有摄像头，所述摄像头与所 述单片机控制板电性连接。
[0014]优选的，所述驱动机构包括对称设置在所述主体连接板两侧的驱 动底盘，所述驱动底盘与所述主体连接板可拆卸连接，所述主体连接 板两侧均固定安装有驱动电机，所述驱动电机与所述驱动底盘传动配 合，所述驱动电机与所述电机驱动模块电性连接。
[0015]优选的，所述驱动电机的转轴转速为0～12转/分钟。
[0016]优选的，所述吸附机构包括磁体安装板和永磁吸附单元，所述磁 体安装板设置于所述主体连接板的下方，所述主体连接板与所述磁体 安装板之间设置有若干个安装柱，所述安装柱的两端分别与所述主体 连接板和所述磁体安装板固定连接，所述永磁吸附单元固定安装在所 述磁体安装板的下端面。
[0017]一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人的设计方法，具体如下：
[0018]1)为了保证机器人的驱动底盘能够在任意时刻都至少与空冷器 的两条基管相接触，驱动底盘的宽度应满足如下关系式
[0019]L1＞D
ꢀꢀ
(1)
[0020]机器人所使用的清扫风扇的数量、直径和风扇固定件的厚度，有 如下关系式
[0021]L＝(d+2δ)n+L1ꢀꢀ
(2)
[0022]其中，D为翅片管间距，L为机器人轮间距，L1为驱动底盘宽度， d为清扫风扇直径，δ为风扇固定件的厚度，n为清扫风扇数量；
[0023]2)为了保证清洗风扇喷射的清扫气流完全覆盖空冷器壁面，保 证清扫无死角，清扫风扇排列设计应满足如下公式
[0024][0025]其中，h1为清扫风扇距空冷器壁面高度，L2为清扫风扇间距，d 为清扫风扇直径，β为清扫风扇扩散角的一半；
[0026]3)依据机器人的整体质量、清扫风扇的推力、永磁吸附单元的 吸附力、空冷器壁面的倾角、机器人与空冷器壁面之间的摩擦系数， 判定机器人的吸附稳定性，整个运算过程由下述方程组描述：
[0027]为便于机器人受力分析，设定机器人本体的重力与负载重力和为 G，将G在坐标系oxyz内进行分解，如式(4)
[0028][0029][0030]由上式推得：
[0031][0032]当永磁吸附单元与空冷器壁面间的吸附力满足式(6)时，可保 证机器人静止吸附在空冷器壁面时，不会产生向下滑移失稳；
[0033]为防止机器人围绕下端翻转，永磁吸附单元的附着力必须克服由 上部清扫风扇产生的扭矩，如果机器人围绕下端旋转，驱动底盘最上 方触点将被提升；在下端，扭矩平衡方程为
[0034]∑M
c
＝M1+M2+M3+M4‑
M5‑
M6＝0
ꢀꢀ
(7)
[0035][0036]M2＝(G
·
cosα)l1ꢀꢀ
(9)
[0037]M3＝Gh
·
sinα
ꢀꢀ
(10)
[0038]M4＝F1·
l2ꢀꢀ
(11)
[0039]M5＝F2·
l3ꢀꢀ
(12)
[0040]M6＝N1·
l
ꢀꢀ
(13)
[0041]如果机器人绕下端翻转，那么
[0042][0043][0044]如果机器人没有翻转，驱动底盘能够附着在空冷器壁面上，那么
[0045]N1＞0
ꢀꢀ
(16)
[0046]根据上式可得
[0047][0048]永磁吸附单元的吸附力应满足上式，以便机器人在操作过程中不 会从空冷器壁面上翻倒；
[0049]其中，G
y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，包括主体连接板，其特征在于：所述主体连接板上安装有清扫机构、监测机构、驱动机构、吸附机构和控制机构；所述清扫机构用于对空冷器壁面进行清洁；所述监测机构用于对空冷器壁面的积灰情况进行实时、精准地监控；所述驱动机构用于机器人在空冷器壁面上行走；所述吸附机构用于增强机器人在倾斜角度较大的空冷器壁面上行走时的稳定性；所述控制机构用于整体协调控制机器人的工作运转，所述控制机构包括依次设置于所述主体连接板顶端的清扫风扇驱动模块、单片机控制板和电机驱动模块，所述监测机构、所述清扫风扇驱动模块和所述电机驱动模块均与所述单片机控制板电性连接；所述清扫机构与所述清扫风扇驱动模块电性连接，所述驱动机构与所述电机驱动模块电性连接。2.根据权利要求1所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述清扫机构包括对称固定安装在所述主体连接板两端的风扇固定件，所述风扇固定件内部固定安装有清扫风扇，所述清扫风扇与所述清扫风扇驱动模块电性连接。3.根据权利要求2所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述清扫风扇的内径为圆形，所述清扫风扇的直径为50～90mm，所述清扫风扇的高度为76～116mm，所述清扫风扇的吹扫力为0.1～0.4Mpa，所述清扫风扇的底端至空冷器壁面的间距为30～50mm。4.根据权利要求1所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述监测机构包括固定安装在所述主体连接板一端的摄像头支架，所述摄像头支架末端固定安装有摄像头，所述摄像头与所述单片机控制板电性连接。5.根据权利要求1所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述驱动机构包括对称设置在所述主体连接板两侧的驱动底盘，所述驱动底盘与所述主体连接板可拆卸连接，所述主体连接板两侧均固定安装有驱动电机，所述驱动电机与所述驱动底盘传动配合，所述驱动电机与所述电机驱动模块电性连接。6.根据权利要求5所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述驱动电机的转轴转速为0～12转/分钟。7.根据权利要求1所述的一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人，其特征在于：所述吸附机构包括磁体安装板和永磁吸附单元，所述磁体安装板设置于所述主体连接板的下方，所述主体连接板与所述磁体安装板之间设置有若干个安装柱，所述安装柱的两端分别与所述主体连接板和所述磁体安装板固定连接，所述永磁吸附单元固定安装在所述磁体安装板的下端面。8.一种空冷器磁吸附射流式清洁机器人的设计方法，其特征在于：该设计方法具体如下：1)为了保证机器人的驱动底盘能够在任意时刻都至少与空冷器的两条基管相接触，驱动底盘的宽度应满足如下关系式L1＞D
ꢀꢀꢀꢀ
(1)机器人所使用的清扫风扇的数量、直径和风扇固定件的厚度，有如下关系式L＝(d+2δ)n+L1ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，D为翅片管间距，L为机器人轮间距，L1为驱动底盘宽度，d为清扫风扇直径，δ为风
扇固定件的厚度，n为清扫风扇数量；2)为了保证清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，辛伟桐，吕昌旗，王明皓，薛瑞，曹生现，王恭，孙天一，范思远，沙浩，唐振浩，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：