本发明涉及一种具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，属于车辆底盘技术领域，特别涉及特殊圆柱型轨道车辆作业技术范围。
背景技术：
在我国许多工业化工厂中，如炼油厂，部分裂解炉、加热炉对流段炉管是由一排排有规则且水平布置的翅片管或钉头管组成，翅片或钉头可增加炉管的外表面积，有利于热传输，提高传热效率。在运行过程中，炉内烟气中的油焦、炭粉、硫化物、矿物质等固体颗粒在与对流段炉管外壁相互碰撞时，部分颗粒在惯性力的作用下沉积在炉管外壁的翅片表面或钉头表面。同时，烟气中的二氧化硫等腐蚀介质对炉管有一定的腐蚀作用，腐蚀产物也容易粘附在炉管外壁。随着炉子运行时间的延长，炉管外壁积聚的污垢越来越多。严重时，污垢将炉管全部包裹起来，基本见不到炉管外壁的翅片或钉头，大大降低了对流段炉管的传热性能，导致对流室烟气出口温度升高，炉子传热效率下降。为了保证炉子具有良好的传热性能，因此需要周期性地对炉管外壁进行清洁。炉内翅片管或钉头管可能长达数十米，直径均在0.1米以上，其中间分布有用于支撑的管板，管板宽0.12米，高出顶层炉管0.03米，并且翅片管或钉头管多层交错布置，邻近翅片管或钉头管成三角形排布或六边形排布。
目前，炉管外壁污垢的清洁分为在线清洁和停工清洁，停工清洁是在炉子停运期间清洁炉管外壁污垢，主要手段是干冰清洁、化学喷淋清洁。由于这些清洁方法不能清洁到炉内深处底层的翅片管或钉头管，造成清洁效率低，清洁效果差。专利号为us2014/0014141al的专利通过装载有可摆动角度喷杆的履带车在炉管外壁上行走作业实现机械化替代人工完成对炉管外壁的清洁，随着喷杆的摆动可清洁多层炉管外壁，清洁效果大大提高，但这种履带车在炉管外壁上无法实现全程沿着炉管轴线行走作业，同时遇到中间管板时，无法自行越过管板障碍。
技术实现要素：
本发明的目的是要提供一种具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，解决在炉管外壁上的行走，而且能够实现沿炉管外壁的导向和越过中间管板障碍的功能，为完成对炉管外壁的清洗和检测提供作业平台。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：
具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构包括：左行走轮(1)、左导向轮(2)、左越障轮(3)、右行走轮(5)、右导向轮(6)、右越障轮(7)、动力轮轴(9)和车架(13)，左越障轮(3)和右越障轮(7)的外缘为齿形，齿高设为h，左导向轮(2)和右导向轮(6)的外缘分别为左导向锥面(4)和右导向锥面(8)，左行走轮(1)和左越障轮(3)与动力轮轴(9)同轴线固联并绕车架(13)转动，左导向轮(2)绕动力轮轴(9)同轴线转动联接，右行走轮(5)和右越障轮(7)与动力轮轴(9)同轴线固联并绕车架(13)转动，右导向轮(6)绕动力轮轴(9)同轴线转动联接，左行走轮(1)在左炉管外壁(15)上行走，右行走轮(5)在右炉管外壁(16)上行走，左行走轮(1)和右行走轮(5)的轮距为b，左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)的中心距为a，要求a＝b，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左行走轮(1)和右行走轮(5)的最大轮缘直径为d1，左导向轮(2)和右导向轮(6)的最大轮缘直径为d2，左越障轮(3)和右越障轮(7)的最大轮缘直径为d3，要求d3＞d2+2h、d2＞d1，左行走轮(1)、左导向轮(2)、左越障轮(3)、右行走轮(5)、右导向轮(6)、右越障轮(7)和动力轮轴(9)构成外导向、外越障的自驱行走单元(10)，自驱行走单元(10)关于动力轮轴(9)的轴线中点(11)对称，由自驱行走单元(10)、与自驱行走单元(10)完全相同的第二自驱行走单元(12)和车架(13)组成一个在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构；机构行走过程中：左行走轮(1)和右行走轮(5)提供行走驱动力，左越障轮(3)和右越障轮(7)空转，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，以及右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，实现具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走时的导向，当自驱行走单元(10)在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走遇到中间管板(17)需要越过中间管板(17)障碍时，自驱行走单元(10)的左越障轮(3)和右越障轮(7)不再空转，而是依靠它们的齿形外缘在动力轮轴(9)驱动和第二自驱行走单元(12)的拖动下越过中间管板(17)障碍，在越障过程中，左行走轮(1)与左炉管外壁(15)分离而空转，右行走轮(5)与右炉管外壁(16)分离而空转，同理，第二自驱行走单元(12)随后越过中间管板(17)障碍继续行走。由此，构成本发明具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构(如图1、5所示)。
上述的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构中，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的右侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的左侧相切，组成内导向、外越障的自驱行走单元(如图2所示)。
上述的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构中，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，组成外导向、内越障的自驱行走单元(如图3所示)。
上述的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构中，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的右侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的左侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，组成内导向、内越障的自驱行走单元(如图4所示)。
上述的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构中，增加与自驱行走单元(10)完全相同的第三自驱行走单元(14)和第二车架(18)，第二车架(18)上设置有第二自驱行走单元(12)和第三自驱行走单元(14)，车架(13)上设置有自驱行走单元(10)和第二自驱行走单元(12)，车架(13)和第二车架(18)共用第二自驱行走单元(12)，由此组成一个在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走的三轴式具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，三轴式行走机构具有更高承载能力。
本发明的有益效果在于，所提出的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，可以实现在炉管外壁上行走、导向和越障，可用于特殊圆柱型轨道车辆作业，另外通过在机构上装载不同的机械装置可用于加热炉、裂解炉对流段炉管外壁的机械化清洗、除尘、焊接、管道外壁的检测以及维修等。
附图说明
图1为具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构原理图；
图2为内导向、外越障的自驱行走单元原理图；
图3为外导向、内越障的自驱行走单元原理图；
图4为内导向、内越障的自驱行走单元原理图；
图5为具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构俯视原理图；
图6为三轴式具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构原理图；
图7为具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构越障原理图；
图8为越障轮外缘齿形图；
图中，(1)：左行走轮；(2)：左导向轮；(3)：左越障轮；(4)：左导向锥面；(5)：右行走轮；(6)：右导向轮；(7)：右越障轮；(8)：右导向锥面；(9)：动力轮轴；(10)：自驱行走单元；(11)：轴线中点；(12)：第二自驱行走单元；(13)：车架；(14)：第三自驱行走单元；(15)：左炉管外壁；(16)：右炉管外壁；(17)：中间管板；(18)：第二车架。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构原理图，包括：左行走轮(1)、左导向轮(2)、左越障轮(3)、右行走轮(5)、右导向轮(6)、右越障轮(7)、动力轮轴(9)和车架(13)，左越障轮(3)和右越障轮(7)的外缘为齿形，齿高设为h，其中h＝6mm(如图8所示)，且两齿之间的最小间距f与中间管板(17)上的棱边圆角c之间满足f≥c+2mm，这样可以有效地减少越障轮在翻越中间管板(17)障碍时出现打滑，提升机构的自行越障性能，左导向轮(2)和右导向轮(6)的外缘分别为左导向锥面(4)和右导向锥面(8)，左导向轮(2)和右导向轮(6)的锥角θ＝45°，左导向锥面(4)和右导向锥面(8)表面光滑，可减小在运动过程中与炉管外壁之间的摩擦同时减少对导向轮导向锥面的磨损，提高导向轮的导向功能，左行走轮(1)和左越障轮(3)与动力轮轴(9)同轴线固联并绕车架(13)转动，左导向轮(2)绕动力轮轴(9)同轴线转动联接，右行走轮(5)和右越障轮(7)与动力轮轴(9)同轴线固联并绕车架(13)转动，右导向轮(6)绕动力轮轴(9)同轴线转动联接，左行走轮(1)在左炉管外壁(15)上行走，右行走轮(5)在右炉管外壁(16)上行走，左行走轮(1)和右行走轮(5)胎面摩擦系数高，运动过程中可增大与炉管外壁之间的摩擦，有利于机构在炉管外壁上行走，左行走轮(1)和右行走轮(5)的轮距为b，左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)的中心距为a，要求a＝b＝199.2mm，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，这样可以保证机构沿炉管轴线运动即实现导向功能，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左行走轮(1)和右行走轮(5)的最大轮缘直径为d1，左导向轮(2)和右导向轮(6)的最大轮缘直径为d2，左越障轮(3)和右越障轮(7)的最大轮缘直径为d3，要求d3＞d2+2h、d2＞d1，其中行走轮的最大轮缘直径d1＝100mm，导向轮的最大轮缘直径d2＝160mm，越障轮的最大轮缘直径d3＝180mm，另外要求d1≥2e+20mm，其中e＝31mm为中间管板(17)上表面高出左炉管外壁(15)、右炉管外壁(16)的最小间距，左行走轮(1)、左导向轮(2)、左越障轮(3)、右行走轮(5)、右导向轮(6)、右越障轮(7)和动力轮轴(9)构成外导向、外越障的自驱行走单元(10)，自驱行走单元(10)关于动力轮轴(9)的轴线中点(11)对称，由自驱行走单元(10)、与自驱行走单元(10)完全相同的第二自驱行走单元(12)和车架(13)按照给定轴距l＝300mm且具有同一中央对称平面组成一个在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，该机构可以实现在炉管外壁上行走、导向和自行越障。
图2所示的内导向、外越障的自驱行走单元原理图，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的右侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的左侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，该内导向、外越障的自驱行走单元导向轮布置在两炉管之间，有利于提高机构的导向功能。
图3所示的外导向、内越障的自驱行走单元原理图，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，该外导向、内越障的自驱行走单元越障轮布置在两炉管之间，有利于提升机构的自行越障性能。
图4所示的内导向、内越障的自驱行走单元原理图，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的右侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的左侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的右侧和右炉管外壁(16)的左侧，该内导向、内越障的自驱行走单元导向轮和越障轮同时布置在两炉管之间，有利于提高机构的导向和自行越障功能。
图5所示的具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构俯视原理图，左导向轮(2)和右导向轮(6)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，左越障轮(3)和右越障轮(7)分别布置在左炉管外壁(15)的左侧和右炉管外壁(16)的右侧，机构行走过程中：左行走轮(1)和右行走轮(5)提供行走驱动力，左越障轮(3)和右越障轮(7)空转，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，以及右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，实现具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走时的导向，当自驱行走单元(10)在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走遇到中间管板(17)需要越过中间管板(17)障碍时，自驱行走单元(10)的左越障轮(3)和右越障轮(7)不再空转，而是依靠它们的齿形外缘在动力轮轴(9)驱动和第二自驱行走单元(12)的拖动下越过中间管板(17)障碍，在越障过程中，左行走轮(1)与左炉管外壁(15)分离而空转，右行走轮(5)与右炉管外壁(16)分离而空转，左导向轮(2)的左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)分离不相切，右导向轮(6)的右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)分离不相切，由第二自驱行走单元(12)的左行走轮和右行走轮提供行走驱动力，驱动机构前进(如图7所示)；当自驱行走单元(10)越过中间管板(17)障碍后，左行走轮(1)和右行走轮(5)提供行走驱动力，左越障轮(3)和右越障轮(7)空转，左导向锥面(4)与左炉管外壁(15)的左侧相切，以及右导向锥面(8)与右炉管外壁(16)的右侧相切，实现具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走时的导向，当第二自驱行走单元(12)在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走遇到中间管板(17)需要越过中间管板(17)障碍时，第二自驱行走单元(12)的左越障轮和右越障轮不再空转，而是依靠它们的齿形外缘在动力轮轴驱动和自驱行走单元(10)的拖动下越过中间管板(17)障碍，在越障过程中，第二自驱行走单元(12)的左行走轮与左炉管外壁(15)分离而空转，右行走轮与右炉管外壁(16)分离而空转，左导向轮的左导向锥面与左炉管外壁(15)分离不相切，右导向轮的右导向锥面与右炉管外壁(16)分离不相切，由自驱行走单元(10)的左行走轮(1)和右行走轮(2)提供行走驱动力，驱动机构前进，由此机构实现自行越过中间管板障碍。
图6所示的三轴式具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构原理图，增加与自驱行走单元(10)完全相同的第三自驱行走单元(14)和第二车架(18)，第二车架(18)上设置有第二自驱行走单元(12)和第三自驱行走单元(14)，车架(13)上设置有自驱行走单元(10)和第二自驱行走单元(12)，车架(13)和第二车架(18)共用第二自驱行走单元(12)，由自驱行走单元(10)、第二自驱行走单元(12)和第三自驱行走单元(14)通过车架(13)和第二车架(18)串联铰接组成一个在左炉管外壁(15)和右炉管外壁(16)上行走的三轴式具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构；机构行走过程中：六个行走轮提供行走驱动力，六个导向轮实现机构在炉管外壁上行走时的导向，当遇到中间管板(17)障碍时，四个行走轮提供行走驱动力，四个导向轮实现机构在炉管外壁上行走时的导向，因此三轴式行走机构具有更高承载能力，且具有更好的导向功能。
具有导向和越障功能的炉管外壁行走机构，实现了左、右车轮相对车架中央平面对称运动，通过两侧导向轮可以使机构在炉管外壁上沿着炉管轴线行走，从而不脱离特殊圆柱型轨道，可以很大程度上满足特殊环境下炉管外壁上的行走、导向和越障要求，可实现特殊圆柱型轨道车辆作业，以及通过在机构上装载不同的机械装置可以实现对加热炉、裂解炉对流段炉管外表面的机械化清洗、除尘、焊接、管道外壁的检测以及维修等。