一种充填竖管清理机器人及其使用方法与流程

本发明涉及矿山充填技术领域，具体是一种充填竖管清理机器人及其使用方法。

背景技术：

随着国家对环境保护的日益重视，绿色矿山建设近年来得到快速发展，充填工艺技术作为绿色建设矿山的重要载体，在越来越多的矿山得到了推广及应用。充填竖管作为充填系统的重要组成部分，在充填料浆自流输送系统中更是发挥着不可替代的作用。

矿山生产实践表明，充填管道堵塞是料浆输送过程中后果比较严重的事故。由于充填材料配比变化、料浆浓度波动、机械故障、人物操作失误等原因将造成充填竖管的堵塞，将严重影响整套充填系统的正常运行，对矿山的正常生产作业造成严重影响，同时可能会造成巨大的损失。

为提高充填体强度，充填材料中一般含有水泥、粉煤灰或其他胶凝材料，当发生堵管事故时，若处理不及时将造成胶凝材料凝结于管壁，致使管径变小，会引发再次堵管的风险。因此，及时对凝结于管壁的料浆进行清除十分重要。

由于充填竖管一般是自地表充填站通向井下待充填中段，其垂深动辄长达数百米，不能像水平管道那样可自由拆卸。传统的竖管管壁料浆清理方式一般为用水自竖管顶部冲刷管道、矿用炸药爆破崩落管壁凝结料浆等方式，但均存在费时费力与盲目性、作业安全性低、清理成本高等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有竖管清理手段的缺陷和不足，提出了一种结构简单、操作轻便、效率高和操作灵活的充填竖管清理机器人及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种充填竖管清理机器人及其使用方法，包括机架、张紧机构和控制箱，机架与控制箱连接，张紧机构设于机架的底部；机架上设有高清摄像头和高压水喷头，张紧机构包括电机驱动的至少两个张紧轮，控制箱内设有显示屏，显示屏与高清摄像头连接。

进一步，所述控制箱内还设有电源模块、高压喷头开关和张紧轮张紧的控制器，电源模块为动力源，高压喷头开关用于控制高压水喷头的启闭和旋转活动，张紧轮张紧的控制器用于控制张紧轮的活动。

进一步，所述显示屏用于控制高清摄像头的活动和对视频进行存储，显示屏上设有usb接口，高清摄像头为广角高清摄像头。

进一步，所述高压水喷头受小型电机的驱动360°旋转，高压水喷头与水管可拆卸连接。

进一步，所述张紧轮设于活动轴的一端，活动轴与机架活动连接，活动轴等间距分布，活动轴受张紧轮驱动装置的驱动。

进一步，所述张紧轮的数量为三个；所述张紧轮驱动装置设于机架的底部。

进一步，所述机架上设有牵引绳，牵引绳与牵引装置连接，牵引装置设于控制箱内用于控制机架的升降；所述牵引绳为钢丝绳。

进一步，所述高压水喷头包括喷头、伸缩杆、旋转管、高压水喷头管和轴套，喷头设于伸缩杆的一端，旋转管与伸缩杆的另一端活动连接，旋转管通过轴套与水管旋转活动连接，轴套套设于高压水喷头管的一端，高压水喷头管的另一端设有高压水管接头，高压水管接头与水管连接。

进一步，所述高清摄像头与显示屏通过线缆连接，或无线连接。

进一步，所述机架上设有防护罩，防护罩上设有照明灯。

一种充填竖管清理机器人及其使用方法，包括以下步骤：

（a）首先将控制箱安放好，再根据竖管管径的大小调整高压水喷头伸缩杆的长度；

（b）然后通过钢丝绳将充填竖管清理机器人下方至工作部位；

（c）再然后通过高清摄像头将充填竖管管壁图像实时传输至控制箱，了解竖管内充填凝结体的情况，将张紧轮打开，将充填竖管清理机器人进行定位；

（d）最后将高压水喷头旋转至待清理区域，开启高压水进行冲洗；

（e）完成清理作业后关闭水管开关，并通过控制箱关闭高清摄像头和电机电源，张紧轮松开后，通过钢丝绳将清理机器人拉出竖管。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、根据清理的需要，将机器人放入竖管中，通过高清摄像头了解竖管内的凝结充填体的分布情况，同时通过高压水喷头对竖管管壁上的凝结充填体进行高压冲洗，通过机器人在竖管内进行清洗作业，解决了对竖管内凝结充填体的清洁不便的问题，提高了对凝结充填体的清理效率，降低了竖管输送填充料浆的堵塞风险，提高了竖管的输送效率。

2、高压水喷头的设置，在使用时可以将喷头手动拉伸至机架边缘，以适应不同管径的填充竖管，通过小型电机的驱动将喷头旋转至所需清理的区域，便于对凝结充填体的冲洗，同时能减少高压冲洗时的水雾弄湿机架，提高对电器元件的保护，提高机器人的使用寿命。

3、张紧轮的设置，通过张紧轮驱动装置将张紧轮张开呈三脚架，使张紧轮与竖管管壁接触对机架起到支撑和稳定作用，便于机器人对竖管内的凝结充填体的清洗，降低了清理成本。

4、本发明结构简单，摄像头的设置，能够将竖管内的凝结充填体的情况实时传输至显示屏，便于快速掌握竖管内凝结充填体的分布情况，便于对凝结充填体进行清洗。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1—为实施例1中充填竖管清理机器人的结构示意图；

图2—为图1中高压水喷头的结构示意图；

图3—为实施例2中充填竖管清理机器人的结构示意图；

1—控制箱，2—牵引装置，3—牵引绳，4—小型电机，5—高压水管接头，6—机架，7—张紧机构，8—张紧轮驱动装置，9—高压水喷头，10—高清摄像头，11—防护罩，12—显示屏，13—喷头，14—伸缩杆，15—旋转管，16—轴套。

具体实施方式

实施例1

如图1—2所示：一种充填竖管清理机器人，包括机架6、张紧机构7和控制箱1，机架6与控制箱1连接，张紧机构7设于机架6的底部；机架6上设有高清摄像头10和高压水喷头9，张紧机构7包括电机驱动的至少两个张紧轮，控制箱1内设有显示屏12，显示屏12与高清摄像头10连接。

控制箱1内还设有电源模块、高压喷头13开关和张紧轮张紧的控制器，电源模块为动力源，高压喷头13开关用于控制高压水喷头9的启闭和旋转活动，张紧轮张紧的控制器用于控制张紧轮的活动。

显示屏12用于控制高清摄像头10的活动和对视频进行存储，显示屏12上设有usb接口，高清摄像头10为广角高清摄像头10，使观察的视角更广，便于观察竖管内部凝结充填体的分布情况。

高压水喷头9受小型电机4的驱动360°旋转，高压水喷头9与水管可拆卸连接。

张紧轮设于活动轴的一端，活动轴与机架6活动连接，活动轴等间距分布，活动轴受张紧轮驱动装置8的驱动，当清理机器人在竖管内下降时，观察到需要清理的区域，将机器人停止下降，同时驱动活动轴，使活动轴向竖管管壁延伸或张开，使张紧轮与竖管内壁接触并支撑清理机器人，起到固定和平衡作用，开启高压水喷头9开始对待清理区域进行冲洗清理。

张紧轮驱动装置8设于机架6的内，优选的设于机架6的中部，增加机架6的重量，使张紧轮驱动装置8与机架6的重心在同一直线上，使机架6在移动过程中更加稳定，防止机架6的重心产生偏移，提高机架6的平稳性，进一步的降低机架6在竖管内移动时受竖管内凝结充填体的碰撞而产生重心的大偏移，降低了机架6受撞击掉落的风险，同时提高了机架6的使用寿命。

机架6上设有牵引绳3，牵引绳3与牵引装置2连接，牵引装置2设于控制箱1内用于控制机架6的升降；所述牵引绳3为钢丝绳，采用牵引装置2来控制机架6的升降便于机架6在竖管内进行清理作业，能有效的提高清理效率。

高压水喷头9包括喷头13、伸缩杆14、旋转管15、高压水喷头管和轴套16，喷头13设于伸缩杆14的一端，旋转管15与伸缩杆14的另一端活动连接，旋转管15通过轴套16与水管旋转活动连接，轴套16套设于高压水喷头管的一端，高压水喷头管的另一端设有高压水管接头5，高压水管接头5与水管连接。

高清摄像头10与显示屏12通过线缆连接，还有可以通过网络无线连接，本实施例采用的是数据无线连接。

在使用充填竖管清理机器人时，首先将控制箱1安放好，再根据竖管管径的大小调整高压水喷头伸缩杆14的长度；然后通过钢丝绳3将充填竖管清理机器人下方至工作部位；再然后通过高清摄像头10将充填竖管管壁图像实时传输至控制箱1，了解竖管内充填凝结体的情况，将张紧轮打开，将充填竖管清理机器人进行定位；最后将高压水喷头9旋转至待清理区域，开启高压水进行冲洗；完成清理作业后关闭水管开关，并通过控制箱1关闭高清摄像头10和电机电源，张紧轮松开后，通过钢丝绳3将清理机器人拉出竖管。

在使用过程中，将机架6从竖管的顶部缓慢下放，同时观察竖管内部凝结的充填体分布情况，并对充填体进行清洗，从上而下，在清洗的过程中，上部的清洗物同水一同下落，进一步的对竖管下部内壁上凝结充填体起到了清洗的作用，有效的提高了清洗效率，有效的降低了水资源的浪费。

实施例2

如图3所述，一种充填竖管清理机器人，包括机架6、张紧机构7和控制箱1，机架6与控制箱1连接，张紧机构7设于机架6的底部；机架6上设有高清摄像头10和高压水喷头9，张紧机构7包括电机驱动的至少两个张紧轮，控制箱1内设有显示屏12，显示屏12与高清摄像头10连接。

控制箱1内还设有电源模块、高压喷头13开关和张紧轮张紧的控制器，电源模块为动力源，高压喷头13开关用于控制高压水喷头9的启闭和旋转活动，张紧轮张紧的控制器用于控制张紧轮的活动。

显示屏12用于控制高清摄像头10的活动和对视频进行存储，显示屏12上设有usb接口，高清摄像头10为360°广角高清摄像头，还可以在机架6的底部设置高清摄像头10，便于360°无死角的观察竖管管内的情况，便于了解竖管内凝结充填体的分布情况。

高压水喷头9受小型电机4的驱动360°旋转，高压水喷头9与水管可拆卸连接。高压水喷头9包括喷头13、伸缩杆14、旋转管15、高压水喷头管和轴套16，喷头13设于伸缩杆14的一端，旋转管15与伸缩杆14的另一端活动连接，旋转管15通过轴套16与水管旋转活动连接，轴套16套设于高压水喷头管的一端，高压水喷头管的另一端设有高压水管接头5，高压水管接头5与水管连接。

张紧轮设于活动轴的一端，活动轴与机架6活动连接，活动轴等间距分布，活动轴受张紧轮驱动装置8的驱动。

张紧轮驱动装置8设于机架6的中部，机架6上设有牵引绳3，牵引绳3与牵引装置2连接，牵引装置2设于控制箱1内用于控制机架6的升降；所述牵引绳3为钢丝绳。

高清摄像头10与显示屏12通过线缆连接，还可以通过网络无线连接，本实施例采用的网络无线连接，降低了对数据传送线的损伤，降低了对设备维修成本，提高了工作效率。

机架6上设有防护罩11，防护罩11上设有照明灯，防护罩11用于对高压水喷头9和高清摄像头10的保护，防止机架6在竖管内升降时凝结填充体的掉落对机架6、高压水喷头9和高清摄像头10造成损坏，照明灯的设置提高高清摄像头10对凝结充填体的分布情况进行采集提供光照亮度，便于通过显示屏12观察凝结充填体的分布。

在使用充填竖管清理机器人时，首先将控制箱1安放好，再根据竖管管径的大小调整高压水喷头伸缩杆14的长度；然后通过钢丝绳3将充填竖管清理机器人下方至工作部位；再然后通过高清摄像头10将充填竖管管壁图像实时传输至控制箱1，了解竖管内充填凝结体的情况，将张紧轮打开，将充填竖管清理机器人进行定位；最后将高压水喷头9旋转至待清理区域，开启高压水进行冲洗；完成清理作业后关闭水管开关，并通过控制箱1关闭高清摄像头10和电机电源，张紧轮松开后，通过钢丝绳3将清理机器人拉出竖管。

本发明的工作原理和使用方法是：首先根据竖管管径的大小来调整高压水喷头9处伸缩杆14的长度，然后通过钢丝绳将该充填竖管清理机器人下放至工作部位，在机器人由钢丝绳下放的过程中，通过高清摄像头10将充填竖管管壁图像实时传输到控制箱1的显示屏12上，根据显示屏12信息定位工作部位。充填竖管清理机器人在工作时，通控制箱1控制电机伸出张紧轮，并与管壁处于静摩擦状态。此时，通过高压水喷头9旋转电机，根据高清摄像头10实时显示信息，将高压水喷头9朝向定位于工作区域，开启高压水，通过水管将水导入高压水喷头9开始冲洗凝结于竖管管壁的充填料浆，直至管壁上的充填料浆被高压水冲洗干净后停止作业，或继续下放至其他待工作区域。

待竖管的充填料浆清理结束后，关闭水管开关，并通过控制箱1关闭高清摄像头10和电机电源，张紧轮松开后，通过钢丝绳将清理机器人拉出竖管，至此完成了竖管的清理工作。

以上详细描述了本发明的优选实施方案，但显然本发明并不仅限于上述实施方案。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等效变型，这些等效变型均属于本发明的保护范围。另外，需要说明的是，在上述的具体实施方案中所描述的各个技术特征可以另行独立进行组合，只要其在本发明的技术构思范围内即可。