一种铁路隧道智能除冰机器人 |
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| 申请号 | CN202210635636.8 | 申请日 | 2022-06-06 | 公开(公告)号 | CN115125898B | 公开(公告)日 | 2023-10-10 |
| 申请人 | 南京工业大学; 江苏应泰智能建设机械研究院有限公司; | 发明人 | 张广明; 邵敏; 寇相杰; 杨淑宝; 刘祥; 吕筱东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 铁 路隧道智能除 冰 机器人 ，包括行走装置、第一 除冰 装置、第二除冰装置和碎冰收集装置，其中行走装置，包括行驶于轨道本体上的轨道作业车和设置于所述轨道作业车车尾部的升降平台；第一除冰装置，包括所述轨道作业车车体上能够拆卸并位于 电网 线下方的 支架 、安装于所述支架平面上的移动机构。该铁路隧道智能除冰机器人，能够通过行走装置的行驶，让第一除冰装置对隧道的内壁进行一个刮除，能够对轨道内壁内侧顶端的冰锥进行清除，并可通过第二除冰装置进行一个辅助性的 热能 激光远程灼烧，实现有效的除冰，而所除的冰能够落入到碎冰收集装置进行收集融化再导出，非常方便。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铁路隧道智能除冰机器人，其特征在于：包括， |
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| 说明书全文 | 一种铁路隧道智能除冰机器人技术领域背景技术[0002] 铁路隧道是专供火车运输行驶的通道，其目的是为缩短距离或者避免大坡道从而从山岭或丘陵下穿越，某些偏远地区铁路隧道因年久失修导致隧道内出现裂纹，出于环境因素和地表因素的影响，如隧道穿越含水层，最终导致隧道内壁发生滴水现象，在冬季隧道内温度极低，滴水易结冰变为冰锥，冰锥长度一旦过长就会触碰到隧道内的电路设备，极易引起跳闸断线，引起故障，当下，铁路隧道的除冰工作已成为隧道管理的重中之重。 [0003] 为解决铁路隧道内滴水结冰现象，经过现场调研，传统的除冰方式为人工除冰，借助铁路轨道车进入隧道内寻冰、除冰，利用轨道车尾部的升降平台将工人抬升至合适的高度，然后工人手持除冰工具进行打冰，除冰时要遵循“无人则安、少人则安”的理念，隧道内部环境复杂且深度较长，隧道上方布置有接触网、承力索、高压线路等设备；同时还要时刻注意下一趟列车到来的时间，做到及时躲闪；综上，工人在进行除冰时要时刻注意周围的环境，同时又要保护自身的人身安全，如此一来，除冰时除冰效率低，且易发生危险事故，铁路隧道除冰不仅要及时有效的除冰，同时要杜绝隐患发生。 [0004] 现有技术中，大多数铁路隧道除冰机器人只是针对铁路隧道的内壁是在光滑的情况下进行除冰，即隧道内部没有任何电路设备，其适用性低，没有考虑实际情况，因此需要使用到本除冰机器人能够合理的对冰面进行除冰，并对碎冰进行回收。 发明内容[0005] 本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。 [0006] 鉴于上述现有铁路隧道智能除冰机器人存在的问题，提出了本发明。 [0007] 因此，本发明目的是提供一种铁路隧道智能除冰机器人，其目的在于：可以较好的是实现铁路隧道内壁冰锥的清除，除冰效率快，适用范围广。 [0008] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括行走装置、第一除冰装置、第二除冰装置和碎冰收集装置，其中行走装置，包括行驶于轨道本体上的轨道作业车和设置于所述轨道作业车车尾部的升降平台；第一除冰装置，包括所述轨道作业车车体上能够拆卸并位于电网线下方的支架、安装于所述支架平面上的移动机构、配合于所述移动机构能够移动的提升机构和配合于所述提升机构能够升降的驱动机构，以及设置于所述驱动机构驱动端能够旋转的除冰弓。 [0009] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：所述移动机构包括驱动电机、丝杆、支撑座和固定底板；所述驱动电机安装于所述支架的外侧壁，且其能够驱动所述丝杆旋转与所述支撑座相配合，所述支撑座设置于所述固定底板的外表面。 [0012] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：所述驱动机构包括搭载平台、第一驱动机和第二驱动机；所述搭载平台安装于所述支撑框架的一端，且其能被所述支撑框架带动升降，所述第一驱动机安装于所述搭载平台的平台上，且其驱动端连接所述第二驱动机。 [0013] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：所述第一驱动机能够带动所述第二驱动机调节角度，且所述第二驱动机能够带动其输出端安装的所述除冰弓控制旋转。 [0014] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：所述除冰弓呈弧形状，且其设置有加强筋通过弓底延伸至弓腰处，并其有绝缘材料制作而成。 [0015] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：还包括第二除冰装置，其包括固定于所述升降平台台面上的多轴机械臂，所述多轴机械臂的其中一段机械臂设置有激光发射器的底座，且所述激光发射器的发射端固定于所述多轴机械臂的其中一段机械臂。 [0016] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：还包括碎冰收集装置，其包括方形框架、收集器、加热器和导水管；所述方形框架设置于所述轨道作业车车体上，且其顶端设置的所述收集器位于所述第二除冰装置和第一除冰装置的下方，所述收集器的内侧壁设置有所述加热器，该所述加热器用于融化碎冰并配合于设置在所述收集器出水口处的所述导水管外接水管进行导水。 [0017] 作为本发明所述铁路隧道智能除冰机器人的一种优选方案，其中：所述收集器呈漏斗状。 [0018] 本除冰机器人的有益效果：能够通过行走装置的行驶，让第一除冰装置对隧道的内壁进行一个刮除，能够对轨道内壁内侧顶端的冰锥进行清除，并可通过第二除冰装置进行一个辅助性的热能激光远程灼烧，实现有效的除冰，而所除的冰能够落入到碎冰收集装置进行收集融化再导出，非常方便。 [0019] 鉴于上述所说，出于环境因素和地表因素的影响，如隧道穿越含水层，最终导致隧道内壁发生滴水现象，在冬季隧道内温度极低，滴水易结冰变为冰锥，但同时也容易出现冰层，该冰层由于面积较大，沿着隧道内侧壁的弧度结冰，不易直接清除。 [0020] 为解决上述技术问题，本发明的除冰弓还设置有另一种实施例方案：所述除冰弓包括弓身主体、设置于所述弓身主体上的支撑架和尖点碎冰机构。 [0021] 作为本发明所述除冰弓的另一种优选方案，其中：所述尖点碎冰机构包括限位槽、顶压弹簧和尖刀；所述限位槽等角度呈多个均匀开设于所述弓身主体的外侧壁，且其内侧壁设置的所述顶压弹簧连接所述尖刀，并且该所述尖刀延伸至所述弓身主体的外表面。 [0022] 作为本发明所述除冰弓的另一种优选方案，其中：所述尖点碎冰机构还包括开设于所述尖刀内部的腔室、填于所述腔室内腔的非牛顿液体，以及设置于所述限位槽内侧壁并延伸至所述腔室内与非牛顿液体相配合的顶杆。 [0023] 作为本发明所述除冰弓的另一种优选方案，其中：所述尖点碎冰机构还包括传动齿轮、大顶锥和小顶针；所述传动齿轮安装于所述弓身主体内部所设有腔室中并与所述大顶锥相配合，所述大顶锥延伸至所述弓身主体外侧与所述小顶针相连。 [0024] 作为本发明所述除冰弓的另一种优选方案，其中：所述大顶锥与所述小顶针的斜面相吻合，且其和所述尖刀均通过外侧设有的齿牙与所述传动齿轮啮合连接，并且其和所述尖刀均能够在所述弓身主体中滑动。 [0025] 本除冰弓的有益效果：当在撞击冰层时，首先是尖刀与冰层相接触，从而使得瞬间产生的冲击力会让圆弧的尖刀产生向下滑动的驱使，但由于顶杆对非牛顿液体产生的瞬间冲击力导致尖刀无法下降，从而让尖刀劈砍冰层，直至缓和后，尖刀下滑与传动齿轮啮合，让传动齿轮旋转顶起大顶锥，让小顶针刺入尖刀劈砍的裂缝再通过大顶锥将冰层挤压破开，实现高效除冰，防止冰层过硬的作用。附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中： [0027] 图1为本发明铁路隧道智能除冰机器人的整体运作场景结构示意图。 [0028] 图2为本发明铁路隧道智能除冰机器人的整体结构示意图。 [0029] 图3为本发明铁路隧道智能除冰机器人的第一除冰装置结构示意图。 [0030] 图4为本发明铁路隧道智能除冰机器人的移动机构结构示意图。 [0031] 图5为本发明铁路隧道智能除冰机器人的第一除冰装置另一实施例正剖视结构示意图。 [0032] 图6为本发明铁路隧道智能除冰机器人的除冰弓另一实施例正剖视结构示意图。 [0033] 图7为本发明铁路隧道智能除冰机器人的图6中205c放大结构示意图。 [0034] 图8为本发明铁路隧道智能除冰机器人的弓身另一实施例侧剖视结构示意图。 [0035] 图9为本发明铁路隧道智能除冰机器人的尖刀与腔室侧剖视结构示意图。 [0036] 图10为本发明铁路隧道智能除冰机器人的第二除冰装置结构示意图。 [0037] 图11为本发明铁路隧道智能除冰机器人的碎冰收集装置结构示意图。 具体实施方式[0038] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0039] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0040] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。 [0041] 再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 [0042] 实施例1 [0043] 参照图1～2，为本发明第一个实施例，提供了一种铁路隧道智能除冰机器人，此装置包括行走装置100、第一除冰装置200、第二除冰装置300和碎冰收集装置400。 [0044] 其中行走装置100，包括行驶于轨道本体A上的轨道作业车101和设置于轨道作业车101车尾部的升降平台102；第一除冰装置200，包括轨道作业车101车体上能够拆卸并位于电网线B下方的支架201、安装于支架201平面上的移动机构202、配合于移动机构202能够移动的提升机构203和配合于提升机构203能够升降的驱动机构204，以及设置于驱动机构204驱动端能够旋转的除冰弓205。 [0045] 使用过程中，通过轨道作业车101在轨道本体A上行驶，由于铁路轨道为双行道，可以对各侧的铁路隧道内壁通过使用第一除冰装置200进行除冰，方便通过移动机构202、提升机构203和驱动机构204来改变除冰弓205的位置、高度和旋转方向，从而可以将隧道内侧壁的冰锥进行刮除。 [0046] 实施例2 [0047] 参照图1～4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：移动机构202包括驱动电机202a、丝杆202b、支撑座202c和固定底板202d；驱动电机202a安装于支架201的外侧壁，且其能够驱动丝杆202b旋转与支撑座202c相配合，支撑座202c设置于固定底板202d的外表面，移动机构202还包括滑块202e和导轨202f；滑块202e对称设置在固定底板202d的外表面，且其与固定于支架201平面上的导轨202f相配合滑动，提升机构203包括设置于固定底板202d板面上的提升气缸203a和配合于提升气缸203a并支撑于固定底板202d板面上的支撑框架203b，驱动机构204包括搭载平台204a、第一驱动机204b和第二驱动机204c；搭载平台204a安装于支撑框架203b的一端，且其能被支撑框架203b带动升降，第一驱动机204b安装于搭载平台204a的平台上，且其驱动端连接第二驱动机204c，第一驱动机 204b能够带动第二驱动机204c调节角度，且第二驱动机204c能够带动其输出端安装的除冰弓205控制旋转，除冰弓205呈弧形状，且其设置有加强筋通过弓底延伸至弓腰处，并其有绝缘材料制作而成。 [0048] 相较于实施例1，进一步的，通过固定底板202d下方中轴线的支撑座202c，在驱动电机202a驱动滚珠丝杆202b旋转时，同轴心的滚珠丝杆202b能够与滚珠支撑座202c螺纹连接，让支撑座202c通过滑块202e和导轨202f能够带动固定底板202d进行平移，控制固定底板202d的位置，而同时可通过启动提升气缸203a，使得提升气缸203a头部的执行原件通过鱼眼、换锁等方式提起的支撑框架203b上的搭载平台204a，调整整体的高度。 [0049] 更进一步的，可驱动被绝缘子、支撑法兰等工具固定在搭载平台204a上的第一驱动机204b，该第一驱动机204b可采用电机，来使得第一驱动机204b驱动通过另一侧支撑法兰固定的第二驱动机204c旋转，让第二驱动机204c带动除冰弓205同方向旋转，而让第二驱动机204c也同样可采用电机方式来驱动除冰弓205同轴旋转，使得除冰弓205能够通过自身的加强筋击打和刮除冰锥，达到除冰效果。 [0050] 其余结构与实施例1的结构相同。 [0051] 实施例3 [0052] 参照图1，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：除冰弓205包括弓身主体205a、设置于弓身主体205a上的支撑架205b和尖点碎冰机构205c，尖点碎冰机构205c包括限位槽205c‑1、顶压弹簧205c‑2和尖刀205c‑3；限位槽205c‑1等角度呈多个均匀开设于弓身主体205a的外侧壁，且其内侧壁设置的顶压弹簧205c‑2连接尖刀205c‑ 3，并且该尖刀205c‑3延伸至弓身主体205a的外表面，尖点碎冰机构205c还包括开设于尖刀 205c‑3内部的腔室D、填于腔室D内腔的非牛顿液体205c‑4，以及设置于限位槽205c‑1内侧壁并延伸至腔室D内与非牛顿液体205c‑4相配合的顶杆205c‑5，尖点碎冰机构205c还包括传动齿轮205c‑6、大顶锥205c‑7和小顶针205c‑8；传动齿轮205c‑6安装于弓身主体205a内部所设有腔室中并与大顶锥205c‑7相配合，大顶锥205c‑7延伸至弓身主体205a外侧与小顶针205c‑8相连大顶锥205c‑7与小顶针205c‑8的斜面相吻合，且其和尖刀205c‑3均通过外侧设有的齿牙与传动齿轮205c‑6啮合连接，并且其和尖刀205c‑3均能够在弓身主体205a中滑动。 [0053] 相较于实施例2，进一步的，当在撞击冰层过程中，冰层首先与尖刀205c‑3相接触，从而使得尖刀205c‑3猛然受到压力，但由于重力作用下，腔室D内装有的现有技术如淀粉和水制作的非牛顿液体205c‑4持续与顶杆205c‑5相接触，此时顶杆205c‑5猛然受到冲击力对非牛顿液体205c‑4产生顶压，从而非牛顿液体205c‑4瞬间产生硬化无法让尖刀205c‑3向下滑动，并在顶压弹簧205c‑2的作用下对冰层进行劈砍，从而冰层则会被劈中产生裂纹缝隙，此时持续的挤压，非牛顿液体205c‑4则稍微缓和，从而顶杆205c‑5能够穿过非牛顿液体205c‑4，让尖刀205c‑3向下压缩顶压弹簧205c‑2充能。 [0054] 更进一步的，尖刀205c‑3向下滑动也会与传动齿轮205c‑6啮合，让传动齿轮205c‑6旋转与大顶锥205c‑7啮合，让大顶锥205c‑7能够顶起小顶针205c‑8，让小顶针205c‑8率先刺入到原先尖刀205c‑3劈砍在冰层上产生的裂缝中，通过小顶针205c‑8的斜面对裂缝内侧壁挤压，再通过大顶锥205c‑7持续的对裂缝的挤压，使得冰层裂缝扩张，从而让冰层碎裂，当尖刀205c‑3不再受到挤压力时，充能的顶压弹簧205c‑2又持续推回尖刀205c‑3复位，方便下一次劈砍。 [0055] 其余结构与实施例2的结构相同。 [0056] 实施例4 [0057] 参照图1～2和图10，为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例的是：第二除冰装置300，其包括固定于升降平台102台面上的多轴机械臂301，多轴机械臂301的其中一段机械臂设置有激光发射器302的底座，且激光发射器302的发射端固定于多轴机械臂301的其中一段机械臂。 [0058] 相较于实施例3，进一步的，多轴机械臂301可采用现有技术中常见的六轴机械臂，需要给六轴机械臂的第四段机械臂安装有激光发射器302底座，激光发射器302底座相隔一定距离进行布置，激光发射器302底座用于固定激光发射器302，通过激光发射器302向聚焦点发射激光，实现激光远程灼烧，完成冰锥的清除工作。 [0059] 其余结构与实施例3的结构相同。 [0060] 实施例5 [0061] 参照图1～2和图10，为本发明的第五个实施例，该实施例不同于第四个实施例的是：多轴机械臂301还安装有绝缘杆、除冰锤和视觉装置。 [0062] 相较于实施例4，进一步的，通过视觉装置用于获取铁路隧道内壁的实时图像，对获取到的视觉图像进行识别，检测图像中的冰锥，并得到实时图像中冰锥的位置，即可控制多轴机械臂301上的激光发射器302对识别的冰锥进行清除，同时多轴机械臂301的末端安装有绝缘杆的末端安装有除冰锤，除冰锤载体为气缸，气缸通过气缸座与绝缘杆偶合为一体，除冰锤安装在气缸的执行元件上，除冰锤通过气缸执行元件的快速伸缩实现对冰锥的清除。 [0063] 其余结构与实施例4的结构相同。 [0064] 实施例6 [0065] 参照图1～2和图11，为本发明的第六个实施例，该实施例不同于第五个实施例的是：碎冰收集装置400，其包括方形框架401、收集器402、加热器403和导水管404；方形框架401设置于轨道作业车101车体上，且其顶端设置的收集器402位于第二除冰装置300和第一除冰装置200的下方，收集器402的内侧壁设置有加热器403，该加热器403用于融化碎冰并配合于设置在收集器402出水口处的导水管404外接水管进行导水，收集器402呈漏斗状。 [0066] 相较于实施例5，进一步的，通过漏斗状的收集器402，使得收集器402对打落的冰锥等进行收集，此时通过加热器403对内部收集的冰锥进行融化，再通过收集器402底部开设的圆孔流入导水管404，导水管404可外接传输管，方便进行回收，可以传递于水箱中储存起来。 [0067] 其余结构与实施例5的结构相同。 [0068] 结合附图1～11所示，首先控制行走装置100在轨道本体A中行驶，通过行走装置100的行驶，再通过升降平台102可以进行升降，此时的第二除冰装置300中多轴机械臂301可以控制激光发射器302的角度高度，方便激光发射器302进行发射激光进行除冰。 [0069] 同时第一除冰装置的200，首先通过驱动电机202a驱动丝杆202b来与支撑座202c配合，让支撑座202c上的固定底板202d能够通过滑块202e在导轨202f上自由移动，从而控制支架201上的移动机构202带动提升机构203移动位置，此时的提升机构203能够通过提升气缸203a来配合支撑框架203b对驱动机构204的高度调节，此时的驱动机构204则可通过第一驱动机204b控制第二驱动机204c和除冰弓205在某一方向进行旋转，再通过第二驱动机204c来控制除冰弓205在另一方向进行旋转，从而通过除冰弓205对隧道内壁的冰锥等进行清除，且由于除冰弓205为弧形，能够很好的跨过电网线B对内壁冰锥清除，不会触碰到电网线B，有效的防止电网线B损坏。 [0070] 而第一除冰装置的200和第二除冰装置300所除冰的冰块均会掉落至碎冰收集装置400，通过方形框架401所支撑的收集器402对冰锥承载，再通过加热器403加热融化，从导水管404排出，通过外接的水管回收至水箱进行回收再利用，非常方便。 |
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