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密闭空间:清洁技术和基于机器人的表面清洁-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-08-01 15:51:29 * 浏览: 2
这篇论文仅限于科学研究期刊:清洁技术和基于机器人的表面清洁。中国科学期刊工程技术与科学电子邮件:tooice@tooice.net摘要技术提供现有的概述技术和解决方案,以清洁大型密闭空间。特别注意清洁密闭空间的内表面。主要用于储存散装物料或液体,如筒仓。清洁外壳技术依赖于几种环境条件,例如积聚材料,表面材料和表面材料。本文介绍了几种清洁技术。与机器人相关的机制和机器人研究的问题从它们清洁内表面的能力的角度进行了调查和评估。大多数现有的清洁设备用于清洁整个体积的相应密闭空间(筒仓),但不用于清洁内表面。关键词:密闭空间,筒仓,表面清洁,清洁技术,清洁机器人,干洗,干冰清洁1.引言在密闭空间清洁表面的工作条件往往要求极高,工人需要整体紧身衣,头盔,面罩,耳罩和呼吸器保护。工作环境肮脏,嘈杂,视力不佳,重负荷高。事故风险很明显。关于工作环境的法律不允许这种工作花费超过30年,但事实上,这项规定并未引起太多关注。植物和设备基本上没有清洁和有效消毒。这项工作的原因也是低效的,并且在该危险空间中用于清洁工作的机器人或机器人的其他质量控制实施不依赖于受限空间的尺寸和材料,存储的材料类型以及清洁技术的类型。在狭窄空间内开发清洁机器人应该能够承受几个挑战:表面粗糙,大空间的移动性,内部安全性和可靠性以及高效的表面清洁。本文将分析大型密闭空间的工作条件的清洁和评估,例如第2节,第3节,审查和分析应用技术及其各自的应用清洁设备。第4部分介绍了基于机器人的技术,以清理大型密闭空间。第5节显示了某些设计方面如何导致大型食品筒仓的高度复杂的清洁机器人。最后,第6节介绍了结论。 2.限制空间组织在执行某些清洁,维护或维修操作时定义危险环境和安全规则,工人应严格遵守这些规则。密闭空间被定义为部分或完全封闭的空间,并具有以下特征:8226,工人可以进入的足够宽的内部区域,但不能用作工作场所。 8226,进入或离开空间的难度取决于孔的大小和位置。 8226,正常大气压。 8226,大气和物理危害。根据上述定义,诸如罐,管,筒仓,容器,容器,锅炉或隧道之类的结构被认为是有限空间。密闭空间中的危险:可能存在与先前存储的物质类型相关的危险。在封闭空间中,工作活动可能会产生额外的危险。危害可分为几类:8226,危险环境:由于有毒气体排放,密闭空间的大气危害增加,附近环境的污染,易燃或爆炸性气体,灰尘或蒸汽,8226,不安全的氧气水平:缺氧或氧气 - 富人是一个危险的环境。空气中的氧气量应为19.5%至23.5%。氧气不足会导致疲劳和脉率增加等症状,受影响的人可能难以撤离,可能有窒息风险。富氧会导致火灾或爆炸。 8226,沉积:一些储存的物质可以在狭窄的空间中形成桥梁或地壳,当工人走在它上面时会坍塌。 8226,其他危害:生物,机械,电气或环境危害。因此,始终建议在密闭空间外工作,以避免在这些危险区域中的工作风险。我们应该通过隔离污染,清洁和清洁来检测这个风险密闭空间氧气和有毒气体的大气,通风和选择适当的保护和安全设备[3]。筒仓是最受欢迎的密闭空间,筒仓可以存储来自各种材料,谷物,食品,矿石以及非常昂贵的制造物品的原材料。作为化合物和药物。经常使用三个筒仓:袋子,沙坑和塔筒仓。最后一种是最常用的,从几千公斤到几千吨,从几厘米到几十米高。木头或砖是建筑塔的基本材料。筒仓,具有隔离和吸湿性。今天的钢铁,聚合物和混凝土是最常见的建筑材料。与任何结构一样,必须妥善维护筒仓以获得最长的使用寿命。维护工作可分为三大任务:检查,清洁和维修。业主应仔细检查内部和外部表面是否有任何腐蚀,开裂,腐蚀或变质迹象。应在修复表面之前进行清洁,从修复涂漆表面到更换劣化区域。这种内部维护是通过在筒仓顶部和底部不少于两个位置的检查孔完成的,这些检查孔通常小到足以让工人进入空间。清洁是延长密闭空间寿命的重要过程。储存的材料及其残留物具有通过侵蚀受限空间的结构或污染新的有害物质而对新鲜材料产生不利影响的材料。对于密闭空间,可以区分两种类型的清洁:8226,批次清洁:连接多个工件,例如去除材料堵塞,污泥或任何其他过程,以确保存储材料和整个过程空间的连续流动。 8226,表面清洁:主要去除沉积物,污染物和污染表面,并确保卫生。 3.密闭空间的清洁技术清洁技术涉及在密闭空间内使用解决方案,以增加从旧材料到新材料的效率风险。清洁表面的方法可分为水清洗,干冰清洗,机械清洗和化学清洗。 3.1高压水清洗图1:喷水技术,工人使用高压枪清洁石油钻机支架(左)的密闭空间内的粘土罐,通过降低水箱中的喷口(右)进行水箱清洁这种技术,水或任何其他液体溶剂用于在有限的空间内清洁表面。最流行的技术是水爆。水射流:一种高压水驱动过程,通过专门设计的喷嘴将速度投射到表面上。喷水用于从积聚的材料,残留物,油漆,铁锈到混凝土去除的应用。水压和清洁过程的速度,所有这些都可以调节 - 以控制清洁质量。使用此方法作为表面处理的最后一步。其主要限制是废水的收集和处理以及湿度。必须立即清除过程中的碎屑,以防止它们凝固,清洁后表面长时间保持湿润。该技术有几个优点,被认为是绿色技术,没有灰尘和有限的噪音水平,没有机械振动强制结构,它是一种快速的技术。 3.2干洗在干洗中,有几种清洁密闭空间的技术,释放加压气体清洁,喷砂,加压喷射和机械清洁。释放加压气体:该技术主要用于去除堵塞。最常见的过程是:8226,Cardox [4]:CARDOX管(图。如图2(a))所示,用液态二氧化碳填充并涂上少量电荷以激发CARDOX管,将液态二氧化碳转化为气体。排放喷嘴释放膨胀的二氧化碳并产生强大的推力以达到高达3000巴的压力,并且爆炸可以排出大量的堵塞物。 8226,空气炮[5]:空气炮或空气炮是一种散装物料清除装置,由两部分组成:一个储存加压空气的压力容器和一个释放高压加速压缩空气的触发机构。在筒仓,垃圾箱和墙上的料斗(图。图2(b))。他们被使用在粉末材料中,以防止粘连,桥接,拉伸,拱形,并允许最大的存储容量。 aCardox tube b空中加农炮[5]图2:发布的加压气体技术,声学清洁器[6]:声学清洁通常用于清理干燥材料和颗粒的积聚,并确保储存在筒仓中的材料的最大连续流动。声学清洁取决于用于松开存储材料本身的颗粒与容器的材料和容器表面之间的粘合颗粒的共振现象。声学清洁器由具有强大基础声波的波发生器和钟形部分的频率组成,该钟形部分将基波声波传输到60-420Hz之间的所选基波。真空吸尘器由设备的标准压缩空气以几秒的固定间隔启动。磨料喷射:在这种清洁操作中,磨料流被引导至高压以高速去除表面污染物并准备表面以进行进一步处理。有两种主要类型的研磨材料:非金属和金属,材料如碳化硅,海绵,玻璃包括珠子,碳酸氢钠(碳酸氢钠),塑料喷砂介质,沙子。非金属磨料用于精细操作,例如清洁表面上的污渍或霉菌,或清洁油或油脂机械的运动部件。金属研磨材料包括钢丸和砾石,锌丝,镍渣,铜渣或碳丝。金属磨料用于清洁金属表面和硬表面,如混凝土和石材,也可用于粗糙,光滑的表面。 8226,干冰喷射:干冰颗粒是固体形式的二氧化碳。干冰喷射是使用传统微生物方法在食品工业清洁过程中去除设备表面微生物污染的有效方法。用干冰清洗的过程很快,因此在筒仓清洗中使用得更多。优点是它不会带来任何污染,它适应环境的需要,不会破坏一点表面。 8226,抛丸:这种抛光方法用于金属和混凝土表面清洁和清洁准备表面,用于进一步加工,如涂层,涂漆和焊接。最终结果根据磨料颗粒的物理性质(质量,形状,尺寸,硬度),冲击速度以及冲程的覆盖率和密度来清洁表面。使用了两种技术:喷砂和喷砂。轮式喷砂被认为是一种环保方法,因为不使用有毒物质且没有浪费。在喷射中,主要缺点是在工作环境中产生的废物和灰尘。干冰图3:使用高压空气喷射的筒仓潜水员高压空气喷射:该过程使用压缩空气,通常不建议在大型食物筒仓中进行湿式清洁。气枪喷嘴将压缩空气引导到喷嘴的上表面,以确定负责吹送积聚材料的推力。压缩空气用于去除不同类型的建筑材料,例如面粉,糖,谷物,煤和飞灰。普通容器或筒仓的清洁过程减少了污染并确保了最大的物料流动以便储存。设施中的空气源(6-10巴)通常足以满足大多数清洁要求。一些难以清洁的工艺需要更强大的推力,因此提供高容量的移动式压缩机,最常见的清洁方法是减少内部人员。一个容器(图。 3)使用加压空气清洁容器的内表面。工人应该穿戴个人防护装备来保护自己的身体。在一些工具中,清洁空气喷嘴通过现有孔插入容器中,并且仅适用于清洁工具。那时的操作远离容器外部。该技术安全且完全干燥,但其主要缺点是筒仓中产生的强烈粉尘。 3.3机械清洁由于没有添加其他材料,机械清洁操作产生的危险废物量很少。机械清洁通过使用手动或自动工具提供各种清洁和表面处理选项:8226,刷子:使用不同类型的刷子s(钢丝刷或塑料刷)清洁表面上的灰尘,油脂,污垢或积聚物。电线表面已准备好进行进一步处理,例如焊接。 8226,研磨:可以通知两种类型的研磨:通过使用旋转研磨剂强力研磨石头或圆盘,从表面除去最困难和最困难的堆积材料。抛光(软磨),使用织物或纤维布用抛光膏清洁表面上的污垢,油脂,腐蚀,变色等。 8226,振动器:用于去除散装物料,它们易于安装在密闭空间内,但可能会造成结构性损坏。 8226,冲击工具:使用手动装置(例如灌木锤,凿子和针枪)有效去除表面污染(图4)。自动冲击工具使用液压或气动激活电源到清洁工具,命令将来自受限空间外。例如,在用于筒仓清洁的专利设备[7]中,该设备通过撞击筒仓来清洁筒仓中的剩余材料以限制空间并将设备悬挂在顶部并由滚筒驱动。图4:工人使用冲击工具清理仓库。 3.4化学清洗化学清洗过程主要用于清洁设备表面,管道,容器和水壶上不需要的表面和有机污染物。有几个因素决定了化学清洁的选择。过程:污染的性质,要去除的氧化类型,清洁程度,环境限制以及使用各种化学品的成本。酸洗被认为是最常用的化学清洗工艺,用于去除金属表面的氧化物和铁污染物。酸洗后必须用干净的自来水和酸性污染的废水彻底冲洗,这样必须收集并中和溶解的重金属(铁,铬,镍)。一般来说,清洁化学品是一种易于清洁的工艺,具有非常好的清洁度,其主要缺点是残留物。在对使用过的清洁技术进行概述之后,选择这些技术中的一种取决于三种技术应明确定义的方面,受限空间的表面类型,存储的材料类型以及清洁的目的。 4.控制密闭空间风险的干冰清洁机器人的基本要素是在不进入空间的情况下工作,因此发明了许多机器人和机器人来完成这个工人的工作。下面我们将介绍其中的一些机制:4.1暂停机制支持干冰清洗机制的常用机制图5:悬挂机构悬浮式干冰清理机构被认为是采取高空筒仓的最佳解决方案。在该清洁装置中,通过绳索[8]或梁[9]在有限空间外完成控制命令,并且所有绳索悬挂在受限空间中。有两种类型的设备专利用于清洁或移除密闭空间表面的材料。在这些装置中使用不同的清洁技术。在专利[10,11]中使用加压空气喷嘴来清洁表面。 [12]采用了声学清洁技术。湿法清洁技术用于[13,14]。专利[15,16]使用机械清洁技术。大多数这些设备易于控制,它们需要一个或两个人员组成的团队来处理它们,并且用于消除堵塞的机制非常有效。虽然用于大型筒仓表面清洁的设备的主要缺点是清洁原因不准确,但是没有关于表面清洁质量的反馈,另一方面,在垂直移动和清洁过程中没有机制来稳定机构。 。液压或气动通用机构:该机构广泛应用于工业领域的清洁公司(图。图5(a))。它具有很好的去除鼠洞堵塞的效果,并且很容易附着在筒仓顶部的人孔中。它可以由操作员操纵,通过从筒仓外部的简单控制来操纵清洁头,伸缩臂延伸到筒仓中,引导软管并保持鞭头,并且旋转的柔性鞭子连接到筒仓上。清洁头部积聚的松散材料具有切割作用,可以使其掉落而不会使用破坏si的墙壁罗。通过向上或向下移动吊杆,鞭子可以清洁大厅空间,鞭子可以清洁高达60米,直径18米的筒仓。液压或气动钻头:该机构与鞭状机构配合使用,也用于消除桥梁堵塞(图5(b))。该机构很容易连接到筒仓顶部的人孔或地面,螺旋钻从筒仓底部的检查大厅进入。 Silo-RoboFox [17]:是一种用于饲料筒仓的移动式干冰清洁机器人。 RoboFox驱动一个由铝制成的垂直导杆,其上下一个牢固地卡在料仓的中心,带绞盘的绞盘减速电机用于调节机器人的高度。机器人清洁工具还有一个围绕其自身轴旋转的运动,以确保到达筒仓中的每个点。它可以调整到不同的筒仓直径(图7)。清洁程序由第一个带有热水和洗涤剂的软路线组成。第二项操作包括在高压下施加水的主要清洁工作(高达170巴,2500升水)。在第三操作中,可以通过添加消毒剂对筒仓进行消毒。干燥的食物筒仓用热空气形成干净的工作。 RoboFox用于食品筒仓,其中玉米或玉米组分容器充满爆炸性材料。所有垂直静止的容器,最小直径为1.8米,最大长度为5米,最大高度为9米,可以通过RoboFox进行清洁(图6)。图6:RoboFox [17] 4.2远程机械手图7:长距离干冰清洁系统概述使用刚性和柔性臂操纵器,它们主要用于核电站去除核废料]用于加工任务或检查。该解决方案设计用于最大高度可达10米的安装,以及在密闭空间外的宽阔空间,这在大多数情况下是不可用的。 ReTRIEVR:改进的转塔绕组电缆增量链路扩展真空机器人是一种远程机器人水箱或筒仓废物回收,获得专利。 ReTRIEVR机器人系统由六个连杆段(总长18米)和一个连接在末端桅杆上的六自由度机器人机器人组成。 (图7)。主动铰接段由液压驱动器驱动。臂可以保持和引导真空喷嘴或可能需要的任何其他清洁工具以帮助废物再循环。 4.3机器人在过去的几十年中,机器人系统迅速发展,特别是在危险和危险的环境中,因此我们可以在许多行业中找到机器人:建筑和民用基础设施,石化发电厂,核电站和造船。这些机器人的主要任务是检查和测试,维护和清洁。一代技术干冰清洗机器人b技术第二代干冰清洗机器人图8:移动机器人移动机器人:在狭小空间内使用合适的工具,实现市场上广泛使用的移动机器人作为完成风险任务的便捷解决方案。轻型移动机器人的模块化设计引入了混凝土表面上金属表面的液压去除和清洁。机器人由履带式车辆和带有各种清洁工具的机械臂组成。模块化和较小的机器人重量使其易于运输,在正常的施工条件下操作,并在非常狭小的空间内操作(图8a)。储油罐污泥清洗机器人系统(图8b)配备铲斗淤泥和用于清洁废水的干冰喷嘴,通过抽吸软管收集并固定在机器人上。清洁过程由连接在机器人顶部的摄像头完全监控。当系统在燃料箱中进行测试时,它显示出高效率,高安全性和环境友好性。这种移动机器人的主要优点是可以灵活地安装不同类型的清洁工具和高负载。虽然在有限的空间内使用移动机器人的主要缺点是它仅用于水平或垂直表面上的小高度。爬升机器人:由于每项工作都被归类为危险,因此攀爬垂直表面的兴趣正在增加,并可能影响操作员的健康或安全。攀岩机器人:运动,粘附和应用。设计攀爬机器人的两个主要方面是它们的运动和附着力。环境和给定的任务是主要因素确定最佳运动的类型。一般来说,四种类型的运动可以是:8226,利用肢体运动使机器人具有很大的灵活性,以避免环境中的障碍。机器人可以有两条腿,八条腿和四条腿,以提供更安全和更高的负载能力。这些优点将使控制系统复杂化,增加机器人的尺寸和重量,并降低移动速度。每个脚设置有粘合组件,例如吸盘,夹具或磁性组装装置,其能够牢固且稳定地粘附到表面上。 8226,链条和车轮驱动的运动:车轮或轨道最有利的运动是快速连续运动和更简单的机械结构和控制元件。通过两个驱动轮,吸盘和真空发生器使系统独立于表面材料运行。磁轨在铁磁表面上移动进行无损检测,大型油轮外表面和浮动生产储存和卸载图9:腿和轮驱动运动干冰清洁机器人8226,滑动框架运动:这些系统两个系统提供简单的机械结构,其可以以线性或旋转方式彼此移动。通常,每个框架配备有一组附接点,例如吸盘或磁铁,并且机器人被保持在墙壁上,并且第二框架被提升并沿期望的方向移动。这使得易于控制机器人的运动与安全附着力相结合,因为系统可以在提升第二框架之前测试其基点。与轮式或履带式车辆相比,该原理的缺点仍然是低速,这是由于杆 - 移动杆 - 移动循环的不连续运动,相当大的尺寸以及穿过裂缝和障碍物的难度。检查核电站中使用吸力附着的圆柱形储罐。在此,引入了用于在造船厂对船体进行喷砂的无人监督机器人,其使用机器人来附接磁力。 8226,轨道和缆索驱动的运动:在轨道系统中,机器人的运动由轨道的位置决定。在有线系统中,机器人中没有实现驱动机构,但是它可以根据其重量(重力)移动安装在建筑物屋顶上的手推车的提升力。这些运动原理的主要优点是系统安全且不会下降。铁托(图。图10(b))是用于建筑物外墙的清洁机器人,其使用两根电缆上下移动并通过使用推进力保持附着在地面上。图10:滑动框架和导轨运动当需要清洁墙壁时,要解决的主要问题是如何使清洁工作可靠地将设备粘在垂直表面上。攀爬机器人的附着力可分为五类:吸力,磁力,机械力,静电力和仿生力。后两者的粘附力需要进一步改善以承受有效载荷。在狭窄的工作环境中,由于其强大的附着力和对大载荷的支撑,因此使用吸力,磁力和机械附着力。 8226,吸力:使用负压粘接是最常用的粘接方法。可以区分三种不同类型:被动吸盘,主动吸气室和推力系统。无论使用何种材料,吸力都可以牢固地粘附在玻璃,金属和水泥等表面上。主要缺点是密封件中的任何间隙都会导致粘附力的损失,并且使用几个吸盘可以克服这个问题。因此,这种类型的粘合通常用于相对光滑,无孔,无裂缝的表面。 8226,磁性:永磁体或电磁致动器的使用可产生高粘附力,可承受大负荷。主要缺点是它只能应用于铁磁表面。锅炉水冷管道修复机器人(图。 11(b))具有多任务操作装置,包括灰清洁,结渣,厚度测量和符号标记。该运动通过永磁体块通过双轨道和附着力固定到轨道上,并且设计成适合管的形状。大型有效载荷能力和通道障碍是轮式攀爬机器人的主要特征。它用于焊接和检查一些大型设备ipment。 8226,机械力:附着力基于爪,旋转或夹紧装置。机器人使用表面粗糙度为脊柱提供良好的吸引点,并使用突出的元素或结构来抓住它们。主要优势在于复杂的旅行环境和安全。另一方面,这种系统不是非常快并且可操作性有限。图11:攀爬机器人的不同附着力5.讨论大型食物筒仓清洁机器人的设计问题清洁表面的机器人非常有趣的区域是清洁大型食物筒仓的任务。典型的食物筒仓是圆柱形的,高20至30米,直径4至8米,具有水泥表面。至少一个圆形(80厘米直径)或矩形(80×80厘米)检查孔放置在筒仓顶部,通常不放置在筒仓的中心垂直轴上。到目前为止,这些垂直结构的清洁工作已经完成。通过检查洞来降低一名叫做“筒仓潜水员”的工人。技术开发了一种机器人,可以在满足以下设计要求的同时取代人。 8226,机器人的形状应紧凑/可折叠,以便它可以通过小孔进入筒仓。 8226,机器人必须能够在筒仓内移动以从上到下扫描整个高度,允许机器人从上到下扫描整个高度。工具到达内表面的每个点,8226,机器人在清洁过程中应保持位置,机器人应经受反应清洗过程,8226,可携带相应的清洁工具和辅助设备,8226,内部的感知筒仓环境更具体地说,表面清洁过程对其进行质量评估。表1总结了清洁技术和有用的清洁机制类型的组合,以清洁大型食物筒仓。可以说悬架机构需要非常复杂的指令系统来清洁整个大表面。远程操纵器通常不适合超过15米的远程处理任务。在水泥和粗糙表面上无法使用的爬升机器人的主要限制因素是如何在清洁时保持机器人粘在表面上。可以总结一下,就是清洁大型食物筒仓,干冰清洁机器人应该能够承受几个挑战:大空间内表面粗糙度的流动性,内表面附着力的安全性和可靠性,以及高效率。清洁。表1:不同清洁技术和机制对大型食品筒仓清洁任务的适用性。我们提出了图12所示的筒仓清洁机器人的概念,它似乎满足所有这些要求。可折叠机器人的形状允许它从小沙井进入。由于极差的粘附条件,唯一可行的方法是将机器人与清洁工具一起悬挂在离墙壁一定距离处。通过改变悬挂电缆的长度,可以垂直改变机器人的位置。除了机器人的垂直运动之外,清洁工具围绕筒仓轴线的旋转运动允许清洁机器人的整个表面。强烈需要在清洁过程中稳定机器人以避免物理损坏。工具与墙壁之间的相互作用可能会损坏工具。这可以通过使用至少三个支撑墙壁接触的臂来实现(图图12(b))。此外,这些手臂爬行和爬行/爬行。图12:筒仓中的干冰清洁。 VI。结论在本文中,对已经应用的具有高潜力的密闭空间中的清洁技术的研究导致了大型封闭空间,例如筒仓和大型储罐。讨论了两种主要的清洁技术,高压水清洁和干冰清洁。清洁技术取决于沉积在空间中的材料类型和封闭的表面材料的类型。机器人和机构解决方案,用于清洁和检查大型密闭空间,检查。大多数机器人用于有效载荷太小的检查和维护任务。此外,介绍了机器人运动和垂直结构吸引的不同原理。最现有的清洁机器人用于小型和金属密闭空间。作为结论,可以说清洁密闭空间的区域和我前表面形成现有商业产品无法满足的特定数量的要求。到目前为止,它仍然是降低一个空间中员工的最常用技术,并且对于限于特定设置或特定环境的原型,仅存在一些针对机器人的特殊解决方案。因此,在未来的研究中,可以设计专用机器人用于大型密闭空间的清洁和卫生。为您创造干冰清洁解决方案的技术。官方网站: