一种自移式运煤敞车车厢清扫装置及其工作方法
阅读说明：本技术 一种自移式运煤敞车车厢清扫装置及其工作方法 (Self-moving type coal-transporting gondola car carriage cleaning device and working method thereof ) 是由 谢苗 刘怡 张鸿宇 刘治翔 毛君 王铁雷 卢进南 李玉岐 董珏峰 吴霞 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自移式运煤敞车车厢清扫装置及其工作方法,其中,一种自移式运煤敞车车厢清扫装置,包括,机架、行走机构、机械臂组件、清扫机构、收集机构和控制机构；通过行走机构,使整体装置可以移动；清扫机构设置于运煤敞车车厢相配合的清扫滚筒,做到同时清扫运煤敞车车厢的各内壁；利用收集机构造成负压,将清扫机构清除的物料及时收集,避免其二次冻结以及造成二次污染；控制机构使用自动识别、图像识别以及传感器实现自动采集控制参数,工作的工程中,无需人工干预,解决运煤敞车车厢内清理难的问题,节省人工消耗,同时清理效果好,使用安全性好,能提高煤炭运输行业的自动化水平。(The invention discloses a self-moving type coal transporting gondola car carriage cleaning device and a working method thereof, wherein the self-moving type coal transporting gondola car carriage cleaning device comprises a rack, a travelling mechanism, a mechanical arm assembly, a cleaning mechanism, a collecting mechanism and a control mechanism; the whole device can move through the travelling mechanism; the cleaning mechanism is arranged on a cleaning roller matched with the carriage of the coal gondola car, so that the inner walls of the carriage of the coal gondola car can be cleaned simultaneously; the collecting mechanism is used for generating negative pressure, so that the materials removed by the cleaning mechanism are collected in time, and secondary freezing and secondary pollution are avoided; the control mechanism uses automatic identification, image identification and a sensor to realize automatic acquisition of control parameters, manual intervention is not needed in the working engineering, the problem that the compartment of the coal-transporting gondola car is difficult to clean is solved, the manual consumption is saved, meanwhile, the cleaning effect is good, the use safety is good, and the automation level of the coal transportation industry can be improved.)
技术领域
本发明属于煤炭运输设备的
技术领域
，特别涉及一种自移式运煤敞车车厢清扫装置及其工作方法。背景技术
散煤料运输主要以火车运输为主，运输到指定地点后，通过翻车机卸料，由于散煤料在低温条件下含水和粘性物质，在长距离运输过程中极易形成冻粘现象，无法通过翻车方式卸下，只能采用人工或电磁拍振的方式清除，人工清理耗时长、成本高，影响运煤速度，尤其是工人进入车厢后易发生危险。而采用电磁拍打方式清车极易损伤车厢结构，会使车厢应力集中而发生弯曲断裂，极大的影响了相关运输企业的成本和正常生产，造成了企业人力，财力的损失。
公开号为CN211973604，名为“一种车厢冻煤清扫装置”的专利申请文件中，通过挖掘机挖斗形式配合加热机构将冻煤融化，从而对冻煤进行挖掘清理。在以上专利文件中，所述的蓄热机构在短时间内无法大面积融化冻煤；且所述装置固定在底座上无法自由移动，因此，此种清扫装置清理效果不好。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种自移式运煤敞车车厢清扫装置及其工作方法，其清扫机构和负压收集机构配合，可同时清理排出车厢底面和侧面的冻结散料，配合行走机构达到自动清扫功能，在提高工作效率的同时减少了作业人员劳动强度。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种自移式运煤敞车车厢清扫装置，进一步的，包括机架、行走机构、机械臂组件、清扫机构、收集机构和控制机构，其中，
行走机构，安装在所述机架底部；所述行走机构沿预先铺设在运煤敞车两侧的轨道做往复运动；
机械臂组件，一端安装在所述机架上部，另一端连接所述清扫机构；所述机械臂组件带动所述清扫机构进入运煤敞车车厢，并完成清扫机构的线性移动和角度变化；
清扫机构，包括支架、清扫滚筒和电机，其中，所述支架与所述机械臂组件连接；所述清扫滚筒安装在所述支架上并与运煤敞车车厢内壁相配合；所述电机驱动所述清扫滚筒在运煤敞车车厢内壁上旋转运动；
收集机构，安装在所述机架上部；包括吸料通道、集料器和风机；其中，所述吸料通道的进料口位于所述清扫滚筒的后侧，所述吸料通道的出料口连接所述集料器；所述风机与所述集料器连通，所述风机抽吸所述集料器与所述吸料通道内的空气；
控制机构，包括控制单元和与控制单元连接的识别单元，其中，所述控制单元分别与所述行走机构、所述机械臂组件、所述清扫机构和所述收集机构的风机连接；所述识别单元，包括高度测量器、车厢内采集系统、车厢外编号识别系统和清扫识别系统；所述高度测量器包括雷达物位计，安装在所述机架上部，测量车厢内存余料高度；所述车厢内采集系统，包括工业相机和图像处理器，安装在所述机架上部，获取车厢内存余料实时存量；所述车厢外侧编号识别系统，包括图像采集器和图像处理器，安装在车厢有编号一侧的机架上，对车型号进行识别，将信息传输给控制单元来读取提前输入的车厢参数；所述清扫识别系统，包括压力传感器和位置传感器，其安装所述清扫机构的支架上，采集清扫过程中所述清扫机构的位置和受到的压力。
进一步的，所述清扫滚筒，包括第一清扫滚筒和第二清扫滚筒；其中，所述第一清扫滚筒沿竖直方向安装在所述支架的左、右两侧面上；所述第二清扫滚筒水平安装在所述支架的底部。
进一步的，所述第一清扫滚筒的外筒壁上均匀分布有软性刷；所述第二清扫滚筒的外筒壁上沿其轴线设置有硬质螺旋叶片；所述硬质螺旋叶片上设置有凸出其表面的辅助刀片。
进一步的，所述机械臂组件，包括多个机械臂本体、连接所述机械臂本体的枢转轴和驱动机构；其中，机械臂本体，包括，第一机械臂、第二机械臂和伸缩臂；其中，所述第一机械臂底端通过一安装板与所述机架上部连接，顶端与所述第二机械臂底端铰接；所述第二机械臂顶端与所述伸缩臂一端铰接；所述伸缩臂另一端连接所述清扫机构的支架铰接；所述驱动机构，包括，第一直线伸缩单元和第二直线伸缩单元；所述第一直线伸缩单元一端连接安装板，另一端连接第一机械臂，驱动第一机械臂完成俯仰运动；所述第二直线伸缩单元一端连接所述第一机械臂，另一端连接第二机械臂，驱动第二机械臂完成俯仰运动。
进一步的，所述清扫机构，还包括多个辅助铲刀，安装在所述支架的左、右两侧面和底面上；多个所述辅助铲刀分别平行于所述第一清扫滚筒和所述第二清扫滚筒设置。
进一步的，所述第一清扫滚筒，其在所述支架的左、右两侧面均平行设置两个；所述第二清扫滚筒，其在所述支架的底面上平行设置两个。
进一步的，所述第一清扫滚筒两端通过推杆与所述支架铰接，同侧的铰接点分别连接一伸缩杆的两端；所述第二清扫滚筒与所述支架的底面之间设置一缓冲装置。
进一步的，所述控制单元为PLC控制器。
进一步的，所述收集机构的风机为多级风机。
一种自移式运煤敞车车厢清扫装置的工作方法，进一步的，具体包括以下步骤，
步骤1、预先在运煤敞车的两侧铺设轨道；自移式运煤敞车车厢清扫装置就位；
步骤2、确认所述自移式运煤敞车车厢清扫装置状态正常，将经过翻车机工序后的运煤敞车车厢牵引到指定清车位置后，检查系统工作指示灯是否正常运行，启动自移式运煤敞车车厢清扫装置；
步骤3、将所述自移式运煤敞车车厢清扫装置运行到预设位置后，车厢外编号识别系统识别车厢型号，将识别信息传输给控制单元；
步骤4、机械臂组件带动清扫机构运动，清扫识别系统的压力传感器与位置传感器识别到清扫机构运动至车厢内部后，车厢内采集系统启动，识别车厢内存余料信息；高度测量器启动；识别及测量信息传输给控制单元；
步骤5、控制单元调整清扫机构的位置，清扫识别系统的压力传感器和位置传感器识别第一清扫滚筒与车厢左、右内侧壁上的存余料接触以及第二清扫滚筒车厢底部内侧壁上的存余料接触后，控制机构同时启动清扫机构和收集机构；
步骤6、行走机构启动，自移式运煤敞车车厢清扫装置整体沿轨道往复运动，清扫机构和收集机构将运煤敞车车厢内全部存余料清除并收集至集料器内；
步骤7、车厢内采集系统识别系统确认车厢内无存余料后，行走机构停止，机械臂组件将清扫机构运动至车厢外部；
步骤8、重复步骤3-步骤7，清扫下一节车厢；
步骤9、清扫任务完成后，自移式运煤敞车车厢清扫装置复位并沿轨道回到步骤1中的位置，关闭自移式运煤敞车车厢清扫装置。
本发明的有益效果如下：
第一、本发明的自移式运煤敞车车厢清扫装置，通过行走机构，使整体装置可以移动，配合控制机构，方便操作者执行清扫任务；清扫机构设置于运煤敞车车厢相配合的清扫滚筒，同时，做到同时清扫运煤敞车车厢的内壁，利用收集机构造成负压，将清扫机构清除的物料及时收集，避免其二次冻结以及造成二次污染；控制机构使用自动识别、图像识别以及传感器实现自动采集控制参数，使用控制单元控制本发明装置的运动和工作形式，在本发明装置工作的工程中，无需人工干预，实现自动清理、自动调整，最大程度的减少的人成本，保证了操作者的安全；解决运煤敞车车厢内清理难的问题，节省人工消耗，同时清理效果好，使用安全性好，能提高煤炭运输行业的自动化水平。
第二、在清扫机构中，根据运煤敞车车厢内存余料的特性，将底部的第二清扫滚筒设置有金属螺旋式，方便破碎冻结物；增加辅助铲刀，配合清扫滚筒，更好的清除黏粘在车厢内壁的物料。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明行走机构、机架和控制机构的组装结构示意图；
图3为本发明机械臂组件的结构示意图；
图4为本发明清扫机构的立体结构俯视示意图；
图5为本发明清扫机构的立体结构仰视示意图；
图6为本发明收集机构结构示意图；
符号说明：
1.行走机构、1-1.行走轮、1-2.减速器、1-3.电机、1-4支撑座、2.机架、2-1.基础立柱、2-2.横拉加强梁、2-3.安装平台、3.机械臂组件、3-1.安装板、3-2.第一机械臂、3-3.第二机械臂、3-4.第一直线伸缩单元、3-5.第二直线伸缩单元、3-6.伸缩臂、4.控制机构、4-1.高度测量器、4-2.车厢内采集系统、4-3.车厢外编号识别系统、5.清扫机构、5-1.支架、5-2.伸缩杆、5-3.第一缓冲器、5-4.第一清扫滚筒、5-4-1.软性刷、5-5.第二清扫滚筒、5-5-1.螺旋叶片、5-5-2.截齿、5-6.辅助铲刀、5-7.上推杆、5-8.下推杆、5-9.第二缓冲器、6.收集机构、6-1.集料器、6-2.多级风机、7-液压泵站。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式限制。
如图1-6所示，一种自移式运煤敞车车厢清扫装置，包括，机架2、行走机构1、机械臂组件3、清扫机构5、收集机构6和控制机构4；其中，机架2为本发明装置的支撑框架，其包括基础立柱2-1、横拉加强梁2-2和安装平台2-3，其中，四根基础立柱2-1竖直设置，横拉加强梁2-2位于同侧两根基础立柱中间，并通过螺栓固定，安装平台2-3位于基础立柱2-1上端，安装平台2-3下方固定设置有四个支脚，安装平台2-3通过四个支脚使用螺栓与基础立柱2-1上端连接。
行走机构1，包括行走轮1-1、减速器1-2、电机1-3和支撑座1-4；所述行走轮1-1与支撑座1-4通过轮轴连接，电机1-3通过螺栓安装在支撑座1-4上方，支撑座1-4与机架2的四个基础立柱2-1的下端连接；电机1-3的输出轴通过联轴器与减速器1-2连接，减速器1-2输出轴与轮轴通过联轴器连接，电机1-3驱动行走轮1-1从而带动本方明装置沿预先铺设在运煤敞车两侧的轨道做往复运动。
机械臂组件3，其控制清扫机构5进入运煤敞车车厢，并完成清扫机构5的线性移动和角度变化；包括，安装板3-1、第一机械臂3-2、第二机械臂3-3、第一直线伸缩单元3-4、第二直线伸缩单元3-5和伸缩臂3-6；其中，安装板3-1通过螺栓安装在安装平台2-3上部，第一机械臂3-2的底端与安装板3-1通过枢转轴铰接；第一机械臂3-2的顶端与第二机械臂3-3底端通过枢转轴铰接；第二机械臂3-2顶端与伸缩臂3-6一端铰接，伸缩臂3-6另一端连接清扫机构5的支架铰接，利用其伸缩特性，实现清扫机构的线性运动；第一直线伸缩单元3-4一端连接安装板3-1，另一端连接第一机械臂3-2，驱动第一机械臂3-2完成俯仰运动；第二直线伸缩单元3-5一端连接第一机械臂3-2，另一端连接第二机械臂3-3，驱动第二机械臂3-3完成俯仰运动，优选的，第一直线伸缩单元3-4、第二直线伸缩单元3-5和伸缩臂3-6均使用液压杆，通过液压泵站7控制，液压泵站7安装在安装平台2-3上；使清扫机构5可以灵活调整。
清扫机构5，为本发明装置完成清扫工作的执行机构；包括，支架5-1、第一清扫滚筒5-4、第二清扫滚筒5-5和辅助铲刀5-6和电机；其中，支架5-1与伸缩臂3-6连接；第一清扫滚筒5-4竖直安装在支架5-1的左、右两侧面上，与运煤敞车车厢左、右内壁相配合，优选的，其在支架5-1的左、右两侧面均平行设置两个；第一清扫滚筒5-4顶端通过上推杆5-7与支架5-1铰接，同侧的铰接点分别连接一伸缩杆5-2的两端，实现在工作时，同侧的两个第一清扫滚筒5-4之间的距离根据需要增加或减小；在两个上推杆5-7之间设置有第一缓冲器5-3；第一清扫滚筒5-4底端通过下推杆5-8与支架5-1铰接；第一清扫滚筒5-4的外筒壁上均匀分布有软性刷5-4-1，优选的，软性刷5-4-1为毛刷；增加其清扫能力；第二清扫滚筒5-5水平安装在支架5-1的底部，与运煤敞车车厢底部内壁相配合；第二清扫滚筒5-5的外筒壁上沿其轴线设置有硬质螺旋叶片5-5-1，优选的，螺旋叶片5-5-1为金属材质，其上均匀分布凸出设置的截齿5-5-2，方便破碎冻结物；电机驱动第一清扫滚筒5-4和第二清扫滚筒5-5运煤敞车车厢内侧壁上旋转运动；第二清扫滚筒5-5在支架5-1的底面上平行设置两个；在第二清扫滚筒5-5于支架5-1的底面之间设置有第二缓冲装置5-9；用于缓冲工作时的冲击力。
辅助铲刀5-6，其设置有多个，分别安装在支架5-1的左、右两侧面和底面上；多个辅助铲刀5-6分别平行于第一清扫滚筒5-4和第二清扫滚筒5-5设置，优选的，辅助铲刀5-6分别安装在，同侧设置的两个第一清扫滚筒5-4和两个第二清扫滚筒5-5之间；配合清扫滚筒，更好的清除粘黏于车厢内壁的物料。
收集机构6，包括，吸料通道、集料器6-1和风机6-2；其中，吸料通道的进料口位于第二清扫滚筒5-5的后侧，吸料通道的出料口连接集料器6-1，优选的，吸料通道与集料器6-1为一体结构；集料器6-1安装在安装平台2-3上；风机6-2固定在集料器6-1的两侧，并与集料器6-1连通，风机6-2抽吸集料器6-1与吸料通道内的空气，优选的，风机6-2为多级风机，根据车厢内采集系统识别车厢内含有存余料的多少，PLC控制器调整多级风机的工作功率，在进料口出造成负压环境，将清扫机构5清除的物料及时收集，避免其二次冻结以及造成二次污染。
控制机构4，包括控制单元和与控制单元连接的识别单元；优选的，控制单元为PLC控制器，型号为西门子PLC-S7-1200；PLC控制器根据识别单元采集的数据，通过预先编写输入的控制程序，控制行走机构1、机械臂组件3的驱动机构、清扫机构5的电机和收集机构6的风机6-2；识别单元，包括高度测量器4-1、车厢内采集系统4-2、车厢外编号识别系统4-3和清扫识别系统；其中，高度测量器4-1包括雷达物位计，型号为MZ-RD-700，安装在机架2的安装平台2-3上部，测量车厢内存余料高度；车厢内采集系统4-2，包括工业相机和图像处理器，其中，工业相机的型号为VB-H730F MKⅡ，安装在机架2的安装平台2-3上部，获取车厢内存余料实时存量；车厢外侧编号识别系统4-3，包括图像采集器和图像处理器，优选的，图像采集器为一种工业相机，型号为VB-H730F MKⅡ；安装在车厢有编号一侧的机架2上，对车型号进行识别，将信息传输给控制单元来读取提前输入的车厢参数；清扫识别系统，包括压力传感器和位置传感器；安装清扫机构5的支架5-1上，其将清扫机构5的清扫过程的位置和受到的压力实时反馈给PLC控制器，优选的，清扫识别系统，还包括限位开关，其安装支架边缘，既可以与压力传感器和位置传感器配合识别清扫机构5的运动状态，同时用于防止清扫滚筒与车厢内侧壁距离小于清扫滚筒的安全工作距离而损坏清扫滚筒。
一种自移式运煤敞车车厢清扫装置的工作方法，具体包括以下步骤：
步骤1、预先在运煤敞车的两侧铺设轨道；自移式运煤敞车车厢清扫装置就位。
步骤2、确认自移式运煤敞车车厢清扫装置状态正常，将经过翻车机工序后的运煤敞车车厢由牵引车牵引到指定清车位置后，检查系统工作指示灯是否正常运行，启动自移式运煤敞车车厢清扫装置。
步骤3、将自移式运煤敞车车厢清扫装置运行到预设位置后，车厢外编号识别系统4-3识别车厢型号，将识别信息传输给PLC控制器。
步骤4、液压泵站启动工作，第一直线伸缩单元3-4、第二直线伸缩单元3-5和伸缩臂3-6开始伸展，将清扫装置5缓慢放入车厢内部，清扫识别系统的压力传感器与位置传感器识别到清扫机构运动至车厢内部后，车厢内采集系统4-2启动，识别车厢内是否含有存余料及车厢内存余料含量信息；高度测量器4-1启动；将信息传输给PLC控制器，根据高度测量器4-1测量到的数值与车厢底面的高度进行运算，得到车厢内存余料实时厚度；PLC控制器根据采集到的数据，调用已编写好的控制程序。
步骤5、控制单元调整清扫机构的位置，当清扫识别系统的压力传感器和位置传感器识别第一清扫滚筒与车厢左、右内侧壁上的存余料接触；第二清扫滚筒车厢底部内侧壁上的存余料接触后，控制机构同时启动清扫机构和收集机构；具体包括以下步骤；
步骤5-1、清扫识别系统的压力传感器和位置传感器识别第一清扫滚筒5-4与车厢左、右侧壁存余料的距离和接触情况，以及第二清扫滚筒5-5与车厢底部内壁的存余料距离和接触情况，调整至第一清扫滚筒5-4的轴线与车厢左、右侧壁内侧平行；第二清扫滚筒5-5轴线与第二清扫滚筒轴线平行；第一清扫滚筒和第二清扫滚筒放置于车厢内存余料上方；
步骤5-2、伸缩杆5-2开始伸长，同侧设置的两个第一清扫滚筒5-4之间的距离开始增大；伸缩臂3-6开始工作，使清扫机构5向下运动的同时并保持水平；
步骤5-3、控制机构同时启动清扫机构和收集机构；辅助清扫铲刀506也开始辅助清理；
步骤5-4、收集机构6的多级风机6-2，根据车厢内采集系统识别到车厢内含有存余料的数量启动相应级数风力。
步骤6、行走机构1启动，自移式运煤敞车车厢清扫装置整体沿轨道往复运动，清扫机构5和收集机构6将运煤敞车车厢内全部存余料清除并收集至集料器内，具体包括以下步骤；
步骤6-1、第二清扫滚筒5-5清理深度达到预设值之后，行走机构1开始沿轨道向前移动；
步骤6-2、第一清扫滚筒5-4和第二清扫滚筒5-5持续工作，收集机构6将清除的存余料吸入到集料器6-1中；
步骤6-3、利用车厢内采集系统4-2对车厢内存余料清理情况进行检查，如车厢内存余料经一次清理没有到达预设值，则行走机构1反向前进，到达指定位置后对运煤敞车车厢进行二次清扫。
步骤7、车厢内采集系统系统4-2确认车厢内无存余料后，行走机构1停止，第一直线伸缩单元3-4、第二直线伸缩单元3-5、伸缩臂3-6和伸缩杆5-2复位，机械臂组件3将清扫机构运动至车厢外部。
步骤8、重复步骤3-步骤7，清扫下一节车厢。
步骤9、清扫任务完成后，自移式运煤敞车车厢清扫装置复位并沿轨道回到步骤1中的位置，关闭自移式运煤敞车车厢清扫装置。
上述实施例仅说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明,任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变；因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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