一种隧道电气系统清扫装置的制作方法

专利名称：一种隧道电气系统清扫装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道清扫设备及其控制系统，尤其涉及地铁及高铁隧道内电气系统的自动化清洁设备。
背景技术：
城市轨道地铁在运行一段时间后，隧道内的各种设施，尤其是电气设备表面会积聚大量的粉尘、污泥，并可能最终引发一系列电气故障。因此，隧道内部环境受污染严重时会直接影响到地铁及高铁的安全、快捷运营。目前常用的隧道清洁方法有两种1、定期地由工人手持清扫工具在隧道内人工完成清洁工作，这种方式的缺点在于产生环境二次污染和工作效率的低下，还存在着安全隐患，也不能最终解决污染的问题，各类粉尘还会滞留在隧道内，治标不治本；2、在隧道电气设备停电的条件下，利用清洁车携带高压水泵，人工用高压水枪来冲洗隧道内的电气设备。这种方式有下列不利影响一是影响隧道线路上车辆的正常运行； 二是残留在电气设备内的水分容易引起电气设备发生短路等一系列的事故；三是会导致隧道内的排水系统不畅，从而引发其它的次生事故。综上可以看出，目前隧道内电气设备的清扫工作较难。不但操作不方便，而且还会影响隧道内车辆的正常运行，同时清扫工作本身还带有一定的危险性。因此，目前迫切需要一种专门对电气设备进行清扫的设备来避免事故的发生。

发明内容
本发明旨在提供一种操作简便、清扫工作安全且不影响隧道内车辆正常运行的隧道电气系统清扫装置，以解决现有隧道电气设备清扫比较困难的技术问题。本发明的发明目的是通过下述技术方案来实现的一种隧道电气系统清扫装置，包括其上安装有控制室的底架，所述底架的下部安装有轮子；高负压吸尘系统，包括金属吸嘴、吸气管、用于夹紧金属吸嘴的机械臂、高速工业摄像头、无缝钢管、吸尘风机、除尘装置和出风管路，所述机械臂包括执行机构、驱动机构和控制机构，所述执行机构包括手部、支座、臂部以及连接手部与臂部的腕部，所述手部与腕部之间安装有步进电机以使手部可以围绕腕部转动，所述吸气管的一端通过无缝钢管与吸尘风机管道连接，所述吸气管的另一端接有金属吸嘴，所述高速工业摄像头设置于所述金属吸嘴的上方，所述除尘装置同吸尘风机管道连接从而使带有灰尘、杂质的空气被送入除尘装置，并经过过滤后经除尘装置的出口排入空气中；高压四氯化碳(CCl4)清洁系统，所述高压四氯化碳(CCl4)清洁系统包括喷嘴、喷射管、吸气管、高速工业摄像头和机械臂，所述喷嘴通过所述喷射管连接有四氯化碳(CCl4) 回收泵，所述吸气管的直径比喷射管大，所述喷射管嵌套于所述吸气管的内部，所述高速工业摄像头设置于所述喷嘴的上方；四氯化碳(CCl4)过滤循环系统，所述四氯化碳(CCl4)过滤循环系包括四氯化碳(CCl4)过滤罐、四氯化碳(CCl4)储存罐和四氯化碳(CCl4)废气清理罐，所述四氯化碳 (CCl4)过滤罐与所述四氯化碳(CCl4)回收泵管道连接从而将回收的四氯化碳(CCl4)气体液体混合体吸入四氯化碳(CCl4)过滤罐，所述四氯化碳(CCl4)过滤罐的顶部安装有四氯化碳(CCl4)气体回收泵以实现把气体四氯化碳(CCl4)吸入废气清理罐；包括柴油机与发电机的动力设备，所述动力设备安装在所述控制室侧面、轨道底架的上面，以及控制系统，包括可编程控制器PLC，监控系统，吸尘风机控制系统，四氯化碳(CCl4) 清洁控制系统，四氯化碳(CCl4)回收控制系统，其中，所述高负压吸尘系统，高压四氯化碳(CCl4)清洁系统，四氯化碳(CCl4)过滤循环系统，动力设备及控制系统固定安装于所述底架上。优选地，吸嘴外形为圆锥形，前端较细，这样可以在吸头处产生较大的吸力。吸气管在吸气口处呈喇叭状，以提高回收的效率。所述四氯化碳(CCl4)过滤罐内设有不锈钢过滤网，下部设有灰尘杂质储存器。本发明的有益效果操作简便；由于采用四氯化碳(CCl4)作为清扫介质，清扫工作安全；同时由于本发明所述清扫装置能在隧道轨道上运行，从而不影响隧道内车辆正常运行。


图1为本发明所述高负压吸尘系统机械臂的主视图；图2为本发明所述隧道电气系统清扫装置的主视图；图3为本发明所述隧道电气系统清扫装置的俯视图；图4为本发明所述四氯化碳(CCl4)过滤罐的剖视图；图5是本发明所述控制系统方框原理图；图6是本发明所述操作面板结构示意图；图7是本发明所述可编程控制器PLC，变频器，三相异步交流电机，工作指示灯，蜂鸣器，报警指示灯的接线示意图；图8是本发明所述液压系统工作原理图；图9是本发明所述机械臂电磁阀接线原理图；图10是本发明所述步进电机与步进电机驱动接线示意图；图11是本发明所述毛刷驱动电机接线示意图；图12是本发明所述排污电磁阀接线示意图。图中1、连接螺栓；2、立柱；3、步进电机I ；4、机械臂臂部；5、步进电机II ；6、机械臂腕部；7、步进电机III ；8、高速工业摄像头I ；9、金属吸嘴；10、机械臂手部；11、底架；12、吸尘风机I ；13、除尘装置；14、无缝钢管I ；15、吸尘风机II ；16、吸气管II ；17、喷嘴；18、高速工业摄像头II ；19、吸气管II ；20、喷射管；21、四氯化碳(CCl4)回收泵；22、控制室；23、四氯化碳(CCl4)循环泵；24、四氯化碳(CCl4)喷射泵；25、柴油机；26、发电机；27、四氯化碳(CCl4)过滤罐；28、四氯化碳(CCl4)废气清理罐；29、四氯化碳(CCl4)气体回收泵；30、四氯化碳(CCl4)储存罐；31、液压缸；32、灰尘杂质储存器；33、电磁阀II ；34、无缝钢管II ；35、 电磁阀I ；36、轴承支架；37、不锈钢过滤网；38、毛刷；39、轴承；40、毛刷驱动电机。
具体实施例方式以下参照附图1-12，结合具体的实施方式对本发明作进一步的说明。本发明专利的目的是这样实现的，一种隧道电气系统清扫装置，包括底架与转向架系统，高负压吸尘系统，高压四氯化碳(CCl4)清洁系统，四氯化碳(CCl4)过滤循环系统， 动力设备及控制系统。所述底架11上安装有控制室，底架11的下部安装有轮子。所述高负压吸尘系统、 高压四氯化碳清洁系统、四氯化碳过滤循环系统、动力设备及控制系统固定安装于所述底架11上。底架11为型钢焊接而成的车体钢骨架，采用典型的平车底架型式。底架长度方向呈鱼腹形变截面承载结构，有较大的强度和刚度，通过了铁道部科学研究院进行的强度及动力学性能试验，采用13B上作用式标准车钩。车钩和车底架纵向承载梁可以进行纵向牵引力或纵向冲击力的传递和缓冲。转向架采用高强度低合金材料焊接制成的新型转向架，该转向架主要由轮对轴箱装置、构架、制动梁及附属装置、金属弹簧等组成，确保该车构造速度在100km/h时，具有良好的动力学性能和运行品质。高负压吸尘系统主要由金属吸嘴9、吸气管116、机械臂、高速工业摄像头8、无缝钢管114、吸尘风机1115、除尘装置13和出风管路组成。金属吸嘴9采用不锈钢制作，强度高且不宜生锈，使用寿命长。吸嘴外形为圆锥形，前端较细，这样可以在吸头处产生较大的吸力。吸气管116选用直径为IOOmm的ALFI TS系列柔性吸气管。该吸气软管为PVC与玻璃纤维合成材料，内衬螺旋支撑钢丝，可耐酸碱。吸尘风机1115选用上海首普机电科技有限公司生产的EHSU9-939型，功率选用10Kw，吸力强劲。机械臂的结构如图1所示，它主要由执行机构、驱动机构和控制机构组成。其中执行机构又包括手部10、腕部6、臂部4及支座组成。本发明专利中的机械臂主要用于夹紧金属吸嘴9，动作简单，故采用二指外抓式，机构简单且结构可靠。腕部6是连接手部10与臂部4的部件，并可用来调节被抓金属吸嘴9的方位，以扩大机械手的动作范围，使机械手变的更灵巧，适应性更强。本发明专利在手部10与腕部6之间加装了步进电机3，使手部10 可以围绕腕部6实现转动。手部10与腕部6之间的步进电机3选用三洋103H7122-0740， 步距角为1.8°，保持转矩为1.78Nm，可以使吸气管116在水平面内实现360度旋转。臂部 4是机械臂的重要握持部件，它的作用是支持腕部6和手部10 (包括吸气管116、高速工业摄像头8和夹具)，并带动它们做空间运动。臂部4的运动通过液压缸31和传动装置来实现。臂部4与腕部6之间加装步进电机2，步进电机2选用三洋103H7822-0740，步距角为 1.8°，保持转矩为2. INm，通过步进电机驱动可以实现腕部6在垂直方向的转动。安装在底架上的立柱2起着固定手部10、腕部6、臂部4的作用，立柱2与底架之间通过4个螺栓1 连接。立柱2与臂部4之间加装步进电机13，步进电机13可选用三洋103H8212-5041，步距角为1. 8°，保持转矩为4. 9Nm，可以实现手部10、腕部6与臂部4在水平面的旋转运动。高速工业摄像头18的作用是把实时拍摄到的画面传送到控制室22中的显示器中，以便调节金属吸嘴9的位置，达到最佳的清洁效果。摄像头18选用的是microvision公司的MV-VD 035SC/SM工业数字摄像头。它是专门针对需要卓越图像质量、高速图像输出和合理的价格的应用领域设计的。MV-VD035SC/SM工业数字摄像头提供全帧快门，不需机械快门即可抓拍运动图像，且图像不会变形。它同时具有AOI功能，在不需要很高的分辨率的场合，帧频可以在原来的基础上大幅提高，完全可以满足我们的需要。无缝钢管114选用的材料为40Cr直径为300mm的无缝钢管，钢管耐腐蚀且密封性好。钢管114的主要作用是降低携带灰尘的空气进入除尘装置13时的速度，以提高灰尘过滤的效率。吸尘风机1115的作用是使管道内形成负压，将带有灰尘杂质的空气送入除尘装置13。除尘装置13将对空气实现分离过滤，它由多个袋式滤尘器组成。这种滤尘装置结构紧凑，安装及操作简单且过滤精度高，单位面积的处理流量较大，过滤阻力较小，经过滤的洁净空气将从除尘装置13出口处经吸尘风机112排入空气中。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统的作用是补充清洁高负压吸尘系统无法清洁的电气系统和对特殊部位进行清洁。该系统主要由喷嘴17、喷射管20、吸气管1119、高速工业摄像头II18和机械臂组成。传统的清扫设备采用的是喷射高压水的方法进行清洁，存在极大的安全隐患。四氯化碳(CCl4)不易导电且耐高电压，是常用的灭火材料，它易溶于有机溶剂，废气回收方便，是理想的电气设备清洁剂。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统的喷嘴17选用精细雾化喷嘴，喷洒均勻，清洁效率高。喷射管20选用耐溶剂胶管，它有极好的耐溶剂腐蚀性能，专耐苯类、酮类、脂类、DMF等很强的腐蚀性的溶剂，可有效防止四氯化碳(CCl4)对管道的腐蚀， 并且弯曲性能好，耐高压。喷射管20的作用是连接四氯化碳(CCl4)回收泵21与喷嘴17。 四氯化碳(CCl4)价格相对较高，为了降低清洁成本，必须对四氯化碳(CCl4)进行有效的回收。回收主要是通过吸气管1119完成，它的直径比喷射管20大，且在吸气口处呈喇叭状， 以提高回收的效率。吸气管Π19与四氯化碳(CCl4)回收泵21相连接。喷射管20嵌套于吸气管Π19的内部，喷射管20喷射时，由于四氯化碳(CCl4)回收泵21使吸气管1119内形成高负压，向四周飞溅的四氯化碳(CCl4)便被吸入吸气管1119中，得到有效的回收利用。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统机械臂的结构与作用与高负压吸尘系统机械臂的结构与作用相同，都是使喷嘴能达到理想的喷射位置。高速工业摄像头Π18选用的是 microvision公司的MV-VD 035SC/SM工业数字摄像头，其作用是实现把实时画面传送到控制室22中的显示器中，以便调节喷嘴17的位置。摄像头安装在喷嘴17的上方，可以跟随喷嘴17的转动而转动，以实现实时监控的目的。四氯化碳(CCl4)过滤循环系统的作用是实现四氯化碳(CCl4)的循环利用。它主要由四氯化碳(CCl4)过滤罐27，四氯化碳(CCl4)储存罐30和四氯化碳(CCl4)废气清理罐 28组成。四氯化碳(CCl4)过滤罐27的作用是把回收的四氯化碳(CCl4)进行过滤清理，以便进行循环利用，它的结构如图4所示，当含有灰尘杂质的四氯化碳(CCl4)进入过滤罐后， 首先通过不锈钢过滤网37进行过滤，灰尘杂质被过滤在不锈钢过滤网上。毛刷38安装在中心轴上，轴的直径为50mm，两端由深沟球轴承62210固定。下方的轴承安装于轴承支架 36上，轴承支架36由三根不锈钢钢管焊接而成，强度高，耐腐蚀。毛刷38在毛刷驱动电机 40的带动下不断清扫留在不锈钢过滤网37上的灰尘，使其进入下面圆筒状的不锈钢过滤网中。不锈钢过滤网的孔眼密度为100目，可以有效的对灰尘杂质进行过滤。毛刷驱动电机40选用地澳YE-22系列单相交流低速电机，额定功率0. 4Kw,额定转速60r/min。圆筒状过滤网底部为无缝钢管1134，沉淀下来的灰尘杂质暂时储存在无缝钢管1134中。无缝钢管 1134上部、下部分别安装一个电磁阀，电磁阀分别控制一个闸门。四氯化碳(CCl4)过滤罐运行一段时间之后，通过控制室22中的控制单元关闭无缝钢管34上部的阀门，打开无缝钢管34下部的阀门便可以将钢管中沉淀的灰尘杂质排放到灰尘杂质储存器32中。四氯化碳 (CCl4)回收泵21把回收的四氯化碳(CCl4)气体液体混合体吸入过滤罐27中，经过滤的四氯化碳(CCl4)液体通过四氯化碳(CCl4)循环泵23进入四氯化碳(CCl4)储存罐30，供循环使用。进入过滤罐中的四氯化碳(CCl4)气体一部分液化后进入下一次循环，剩余的部分不能排入大气，必须进行相应的处理。在四氯化碳(CCl4)过滤罐27顶部安装了四氯化碳 (CCl4)气体回收泵四，以实现把气体四氯化碳(CCl4)吸入废气清理罐观。因为四氯化碳 (CCl4)可以与苯等有机溶剂实现任意比例的混合，我们把气体四氯化碳(CCl4)通入四氯化碳(CCl4)废气清理罐观中的苯中，实现四氯化碳(CCl4)气体的零排放。动力设备是隧道清洁车上所有设备的动力来源。它安装在控制室22侧面、轨道底架的上面，它的控制部分安装在控制室22内。发电设备由大功率柴油机25与发电机沈组成，以保证整个电气系统清扫装置中用电设备的需要。我国的高铁及地铁隧道的直径在5. 2M-6. 2M之间，电气系统通常分两侧安装，高压电缆与照明线路多在隧道一侧的中上部呈直线安装，且每间隔一段距离安装电气设备箱以备线路检修或改装。由于黑色的电缆与灰白色的隧道内壁形成了色彩上的反差，安装在高负压吸尘系统上的高速工业摄像头能够捕捉到外部的图像信号并通过通讯线路返回到控制室22。控制室22中的微型计算机在安装的软件通过图像处理分析出电缆的位置并且控制高负压吸尘系统的机械臂使金属吸嘴9靠近电缆时吸尘，这样可以达到最佳的清洁效果。机械臂的立柱2与臂部4通过液压控制，可以实现臂部4的升降，臂部4与腕部6之间的液压装置可以实现臂部4的伸缩，并且立柱2与臂部4，臂部4与腕部6，腕部6与手部10 均安装有步进电机，可以灵活的实现扭转与弯曲。前进过程中吸尘风机Π15使吸气管116 内产生较大的负压以增加金属吸嘴9处的吸力。吸尘风机1115将带有灰尘的空气送入除尘装置13，除尘装置13将带有杂质的空气实现分离清洁，杂质在除尘装置13中沉淀下来， 而洁净的空气将通过吸尘风机112排入大气。隧道内的某些电气设备(如电气设备箱)仅靠高负压吸尘系统难以达到清洁的目的，此时必须依靠高压四氯化碳(CCl4)清洁系统。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统以四氯化碳(CCl4)为清洁介质，经四氯化碳OXl4)喷射泵M加压后进入喷射管20，喷射管20与喷嘴17相连，高压四氯化碳(CCl4)被喷射到电气设备表面进行有效的清洁。为了降低清洁的成本，在喷射管20外面加装了吸气管1119，吸气管1119可以将喷射时飞溅的四氯化碳 (CCl4)进行有效的回收。四氯化碳(CCl4)喷射系统的喷嘴17也是通过机械臂来控制，我们可以通过两种方式实现对喷嘴17的控制一种是在控制室22内通过安装在喷嘴17上方的高速工业摄像头1118传回图像进行人工控制，另一种是通过实现采集到的电气控制箱的位置实现自动控制。因为电器控制箱在安装隧道时都有精确的安装位置，我们将其变换成坐标位置输入位于控制室22内的微型计算机，便可以实现电气控制箱的自动清扫。回收的四氯化碳(CCl4)将通过吸气管1119进入四氯化碳(CCl4)循环系统，在四氯化碳(CCl4)过滤罐27内进行有效的过滤，杂质将通过清理装置排出过滤罐。经过滤沉淀后洁净的四氯化碳(CCl4)将通过四氯化碳(CCl4)循环泵23进入四氯化碳(CCl4)储存罐四进行循环利用，未液化的四氯化碳(CCl4)气体将进入四氯化碳(CCl4)废气清理罐观中被有机溶剂吸收，避免造成四氯化碳OXl4)的挥发扩散。隧道电气系统清洁车的控制系统主要由可编程控制器PLC，监控系统，吸尘风机控制系统，四氯化碳(CCl4)清洁控制系统，四氯化碳(CCl4)回收控制系统等构成。控制面板由系统控制区，负压吸尘系统控制区，四氯化碳(CCl4)清洁控制区，四氯化碳(CCl4)回收控制区组成。监控系统由摄像头，显示屏以及软件组成。报警系统由报警指示灯和报警蜂鸣器组成。吸尘风机控制系统由变频器，电位器，交流接触器等组成，高压吸尘机械臂控制系统由液压控制系统，步进电机控制系统组成。四氯化碳(CCl4)清洁控制系统由四氯化碳 (CCl4)泵控制系统，四氯化碳(CCl4)机械臂控制系统组成。液压系统由液压缸，液压泵以及换向阀组成。四氯化碳(CCl4)回收控制系统由四氯化碳(CCl4)回收泵控制系统，清扫毛刷控制系统，排污控制系统组成。各种开关，按钮与可编程控制器PLC的输入端相连，驱动电机，变频器，指示灯通过各种驱动器与可编程控制器PLC的输出端相连接。隧道电气系统清洁车的控制系统以PLC为中心，通过各种开关和按钮向PLC发出控制信号从而控制各部分的动作。在工作过程中，主要使用负压吸尘设备本设备进行除尘工作，配电箱，电气开关等重要设备先采用负压吸尘设备对其灰尘进行清理，再用高压四氯化碳(CCl4)清洁系统进行清理，达到理想的除尘效果。本设备中所采用的各种电子器件均采用环氧树脂封装。控制系统的方框原理图如图5所示。操作台上设有控制面板，控制面板上分布各部分的控制按钮和工作指示灯，如图5 所示，系统控制区由启动按钮，停止按钮，照明开关按钮，急停按钮以及系统工作指示灯组成。吸尘风机控制区由工频-变频转换开关，工频启动按钮，工频停止按钮，变频启动按钮， 变频停止按钮，电位器以及吸尘风机工频工作指示灯，变频工作指示灯组成。负压吸尘系统机械臂控制区由启动按钮，上升按钮，下降按钮，左移按钮，右移按钮，升降停止按钮，移动停止按钮，臂部的正转、反转、停止按钮，腕部的正转、反转、停止按钮，手部的正转、反转、停止按钮。工作指示灯组成。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统控制区的控制按钮布局与吸尘风机控制区按钮布局相同，高压四氯化碳(CCl4)清洁系统机械臂控制区的控制按钮与负压吸尘系统机械臂控制区按钮相同，高压四氯化碳回收系统控制区由高压四氯化碳(CCl4)回收泵启动、停止按钮，毛刷驱动电机启动、停止按钮组成。系统控制，启动按钮和可编程控制器PLC的输入端XO相连，关闭按钮和可编程控制器PLC的输入端Xl相连，急停按钮和可编程控制器PLC的输入端X2相连，通过PLC的输出端YO控制交流接触器KMl和工作指示灯，通过交流接触器KMl来控制总线路通断。当设备开始工作时，按下启动按钮整个系统进入待工作状态，为各设备供电的电源均准备就绪， 准备接受操作人员的控制，同时系统工作指示灯点亮。当设备工作完成，按下停止按钮，整个系统断电，停止工作。照明按钮，控制隧道电气系统清洁车上照明灯的开启，为隧道电气系统清洁车在隧道内的运行、观测隧道电气系统清洁状况提供照明需求，同时供控制室内操作人员观测设备运行状况提供照明，方便合理控制各设备的运行。急停按钮的作用是在发生了紧急意外情况时，可以按下急停按钮将整个设备断电，从而保护人身和设备的安全。吸尘风机控制，吸尘风机有两种工作方式，一种是工频工作方式，一种是变频工作方式。控制隧道电气系统清洁车上的吸尘风机是由三相异步电机控制，通过变频器控制电机的转速，可以达到控制吸尘风机风速的目的，在吸尘风机的控制中加入变频器的原因是为了可以根据需求随时调节吸尘风机的转速，避免一直在工频下工作造成的能源浪费。操作人员通过调节控制面板上的电位器，可以方便的完成吸尘风机的调速，来适应清扫过程中环境的变化对风速的要求。变频器和吸尘风机电机的接线图如图7所示，工变频切换开关SA2，SA2的与PLC的输入端X3，X4，相连接，通过按钮SFl和STl控制工频下吸尘风机电机的启动和停止，按钮SFl和PLC的输入端)(5相连接，按钮STl和PLC的输入端相连接，按钮SF2和ST2控制变频下吸尘风机电机的启动和停止，按钮SF2和PLC的输入端X7 相连接，按钮ST2和PLC的输入端XlO相连接，在电机上装有过载保护KR，避免过载时损坏电机，KR与PLC的输入端X12相连接。PLC的输出端Y1，Y2控制交流接触器ΚΜ2，ΚΜ3线圈， 从而控制变频器电源的通断，PLC的输出端W控制中间继电器KA的线圈，通过中间继电器 KA的常开触点控制变频器的运行，PLC的输出端TO控制交流接触器KMl的通断电，从而控制工频下电机的启动停止，在交流接触器和中间继电器的线圈两端都并有一电阻和电容的串联组合，这样可以利用阻容吸收线圈在通断瞬间产生反电动势，从而保护接触器的线圈， 防止高电压把线圈烧坏了，起到过压保护作用，另外还可以起到抗干扰作用。PLC的输出端 Y5与蜂鸣器相连接，PLC的输出端和报警指示灯相连接，当变频器故障时，蜂鸣器和报警指示灯会发出报警，变频器停止变频，延时20秒后，切换到工频上运行。按钮SB与PLC的输入端Xll相连接，输出端Y7与变频器的复位端RESET相连接，当按下按钮SB时，通过PLC 的输入端Xll控制输出端Y7，实现变频器的复位操作。在工作隧道电气设备清洁车工作过程中，操作员根据具体情况选择使吸尘风机工作在工频状态，还是在变频状态下。
负压吸尘系统机械臂控制，负压吸尘系统机械臂由四部分组成，立柱，臂部，腕部， 手部组成，机械臂的立柱可以上下运动，臂部可以左右运动，并且臂部，腕部和手部均可以旋转，负压吸尘系统机械臂的直线运动通过液压机构实现，液压系统的工作原理图如图8 所示，电磁阀的接线图如图9所示，旋转运动通过步进电机实现。机械臂的控制采用两套控制系统，一套是自动控制系统，一套是手动控制系统。我国的高铁及地铁隧道的直径多在 5. 2M-6. 2M之间，电气系统通常分两侧安装，高压电缆与照明线路多安装在隧道的中上部呈直线安装，且每间隔一段距离安装电气设备箱以备线路检修或改装。由于黑色的电缆与灰白色的隧道内壁形成了色彩上的反差，自动控制系统通过安装在高压吸尘系统上的高速工业摄像头能够捕捉到外部的信号并通过通讯线路返回到控制室。控制室中的微型计算机安装的软件通过图像处理分析出电缆的位置并且控制高压吸尘系统的机械臂使金属吸嘴靠近电缆时吸尘，这样可以达到最佳的吸尘效果。手动控制系统的工作方式如下，按下启动按钮，负压吸尘系统机械臂的各部分进入待工作状态，通过上升，下降，左移，右移按钮可以控制负压吸尘系统机械臂来完成电气设备的清洁工作。机械臂的上升，下降，左移，右移是由液压缸驱动的，液压缸是由相应的电磁阀控制，电磁阀采用三位四通电磁阀。按下上升按钮，电磁阀3左位接通时，液压油通过电磁阀的左位进入液压缸1，推动液压杆1上升，从而带动机械臂上升，当电磁阀3的右位接通时，液压油通过电磁阀的右位进入液压缸1，推动液压杆1下降，从而带动机械臂下降，按下升降停止按钮时，电磁阀3断电时，电磁阀3处于中位，液压管路截止，液压缸锁死，机械臂同时锁死。在机械臂的上下端设有霍尔式位置传感器，当机械臂向上或向下运动到霍尔位置传感器设定的位置时，机械臂自动停止运动，并锁死。通过电磁阀4控制机械臂的左右移动，当按下左移按钮时，电磁阀4左位接通时，液压油通过电磁阀的左位进入液压缸2，在活塞的带动下机械臂向左移动，在需要停止的位置按下移动停止按钮，电磁阀4断电，电磁阀4处于中位，液压缸2锁死，机械臂同时锁死，当按下右移按钮时，电磁阀4右位接通时，液压油通过电磁阀的右位进入液压缸2，在活塞的带动下机械臂向右移动，若在机械臂左右移动的最大行程内没有按下移动停止按钮，机械臂会在液压缸的带动下一直移动，直到霍尔式位置开关设定的位置，通过霍尔式位置传感器向PLC发出信号，控制电磁阀4断电，使液压缸停止运动并锁死。通过面板上的正反转控制按钮，可以控制机械臂旋转，当按下臂部的正转按钮时，通过PLC控制步进电机正转，带动臂部正转，按下停止按钮，臂部步进电机停转，按下反转按钮时，臂部反向转动，控制时必须按照正转-停止-反转或反转-停止-正转的顺序操作，减少对步进电机的冲击。控制腕部和机械臂手部的步进电机通过它们各自的控制按钮按照相同的原理进行控制。机械臂的手部与腕部步进电机的型号为sanyo 1(Χ3Η7123-0740，机械手腕部与臂部步进电机选用的型号为sanyo 103H7823-0740，臂部与立柱步进电机选用的型号为sanyo 103H8222-5041，三个步进电机选用同一种步进电机驱动器，步进电机的驱动器的型号为Q2HB44MA，Q2HB44MA 为等角恒力矩细分型驱动器，驱动电压为DC12-40V，适合于6或8出线，电流在4A以下，外径42-86mm以下的二相混合式步进电机，步进电机和驱动器的接线示意图如图10所示。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统控制，高压四氯化碳(CCl4)清洁系统的控制包括两部分，一部分是高压四氯化碳(CCl4)喷扫系统带的控制，另一部分是四氯化碳(CCl4)回收再利用系统的控制，高压四氯化碳(CCl4)喷扫系统经过四氯化碳(CCl4)喷射泵加压，把高压四氯化碳(CCL4)由喷嘴喷出，达到清除电气设备上灰尘的目的，四氯化碳(CCl4)喷射泵采用三相鼠笼式异步电机带动，交流电机通过变频器与PLC相连接，操作人员根据隧道内电气设备的具体情况，通过电位器调节电机的转速，改变四氯化碳(CCl4)喷射泵的压力， 避免清扫过程中均采用同一压力造成的节约能源浪费，同时还可以避免对电气设备造成损害。四氯化碳(CCl4)回收泵和四氯化碳(CCl4)喷射泵采用同步控制，可以保证回收时，喷扫系统和回收系统的同步性和协调性。带动四氯化碳(CCl4)泵的电机，四氯化碳(CCl4)回收泵的电机的接线图和吸尘风机电机的接线图相同，如图7所示。在四氯化碳OXl4)回收系统中设有一过滤系统，四氯化碳(CCl4)回收系统工作过程中会在过滤网上沉积大量的灰尘，这就需要对过滤网进行清扫，清扫毛刷由单向交流低速电机YE-带动，通过PLC控制，接线图如图11所示，在过滤排出灰尘是通过两个电磁阀控制的，在正常工作是电磁阀1是开启的，电磁阀2关闭，排污时电磁阀1先关闭，电磁阀2打开，排出灰尘，然后控制电磁阀1 关闭电磁阀2打开，接线图如图12所示。高压四氯化碳(CCl4)清洁系统机械臂的控制，高压四氯化碳(CCl4)清洁系统机械臂控制方式和负压吸尘系统机械臂控制方式相同，可采用自动控制和手动控制两种方式。 控制高压清洁系统机械臂上选用的步进电机型号和负压吸尘系统机械臂所选用的完全相同。当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。
权利要求
1.一种隧道电气系统清扫装置，包括其上安装有控制室的底架，所述底架的下部安装有轮子；高负压吸尘系统，包括金属吸嘴、吸气管、用于夹紧金属吸嘴的机械臂、高速工业摄像头、无缝钢管、吸尘风机、除尘装置和出风管路，所述机械臂包括执行机构、驱动机构和控制机构，所述执行机构包括手部、支座、臂部以及连接手部与臂部的腕部，所述手部与腕部之间安装有步进电机以使手部可以围绕腕部转动，所述吸气管的一端通过无缝钢管与吸尘风机管道连接，所述吸气管的另一端接有金属吸嘴，所述高速工业摄像头设置于所述金属吸嘴的上方，所述除尘装置同吸尘风机管道连接从而使带有灰尘、杂质的空气被送入除尘装置，并经过过滤后经除尘装置的出口排入空气中；高压四氯化碳清洁系统，所述高压四氯化碳清洁系统包括喷嘴、喷射管、吸气管、高速工业摄像头和机械臂，所述喷嘴通过所述喷射管连接有四氯化碳回收泵，所述吸气管的直径比喷射管大，所述喷射管嵌套于所述吸气管的内部，所述高速工业摄像头设置于所述喷嘴的上方；四氯化碳过滤循环系统，所述四氯化碳过滤循环系包括四氯化碳过滤罐、四氯化碳储存罐和四氯化碳废气清理罐，所述四氯化碳过滤罐与所述四氯化碳回收泵管道连接从而将回收的四氯化碳气体液体混合体吸入四氯化碳过滤罐，所述四氯化碳过滤罐的顶部安装有四氯化碳气体回收泵以实现把气体四氯化碳吸入废气清理罐；包括柴油机与发电机的动力设备，所述动力设备安装在所述控制室侧面，以及控制系统，包括可编程控制器PLC，监控系统，吸尘风机控制系统，四氯化碳清洁控制系统，四氯化碳回收控制系统，其中，所述高负压吸尘系统、高压四氯化碳清洁系统、四氯化碳过滤循环系统、动力设备及控制系统固定安装于所述底架上。
2.如权利要求1中所述的隧道电气系统清扫装置，其特征在于所述吸嘴外形为圆锥形，前端较细。
3.如权利要求1中所述的隧道电气系统清扫装置，其特征在于所述吸气管在吸气口处呈喇叭状以提高回收的效率。
4.如权利要求1中所述的隧道电气系统清扫装置，其特征在于所述四氯化碳过滤罐内设有不锈钢过滤网，下部设有灰尘杂质储存器。
全文摘要
本发明公开了一种隧道电气系统清扫装置，包括底架、高负压吸尘系统、高压四氯化碳清洁系统、四氯化碳过滤循环系统、包动力设备以及控制系统，所述高负压吸尘系统、高压四氯化碳清洁系统、四氯化碳过滤循环系统、动力设备及控制系统固定安装于所述底架上。本发明的有益效果是吊具在各轨道间直接循环运输，形成一个垂直空间面上的循环线路，节省了水平平面上的空间，解决了占用较大平面空间的问题。
文档编号B08B3/02GK102151674SQ20101056186
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者姜宜宽, 陈茂荣 申请人:江苏紫光吉地达环境科技股份有限公司