CN110097985A - 弧面清理执行器试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弧面清理执行器试验装置，适于测试清理执行器在弧面上的清理效果，其包括移动平台、驱动机构、控制中心和用于模拟待清理环境的弧面模拟体；所述控制中心与所述移动平台、驱动机构电性连接；所述驱动机构一端与所述移动平台铰接，另一端与待测试的清理执行器连接；所述控制中心控制所述移动平台移动，以使所述清理执行器在所述弧面模拟体上移动，所述控制中心控制所述驱动机构运动以驱使所述清理执行器贴于所述弧面模拟体的待清理面。本发明弧面清理执行器试验装置能够模拟待清理环境并单独测试清理执行器清理效果和可靠性，灵活性高。

Description

弧面清理执行器试验装置

技术领域

本发明涉及核电工程清污技术领域，尤其涉及一种弧面清理执行器试验装置。

背景技术

近几年来，随着对能源的需求量越来越多，新能源的探索在不断进行中。其中，核电作为一种主要的新能源类型，得到了越来越多的重视。在核电的发电过程中，需要通过大型隧洞将海水引进。由于海水中掺杂着海洋浮游、污损生物及生活垃圾等，它们会附着在隧洞内壁表面，长久以往，会形成一层较厚叫坚硬的污垢，不仅影响海水的引进，而且会对隧洞内壁产生破坏。因此需要对隧洞内壁表面定期进行清扫，保持内壁表面的清洁。

为了清理隧洞表面坚硬的污垢，我们往往使用专门的清理执行器对隧洞的内壁进行清洗。但由于隧洞的环境特殊，我们往往无法进行实地试验来了解清理执行器的清理效果，假设遇到连接于清理执行器的移动载体未制作完成等特殊情况，清理执行器无法单独测试就会造成清理执行器在投入使用或者大量生产之前无法经过试验来调整和改良，甚至会影响整体测试工程的进度。

因此，急需要一种能够模拟待清理环境并单独测试清理执行器清理效果的弧面清理执行器试验装置来克服上述的缺陷。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种能够模拟待清理环境并单独测试清理执行器清理效果的弧面清理执行器试验装置。

本发明提供一种弧面清理执行器试验装置，适于测试清理执行器在弧面上的清理效果，包括移动平台、驱动机构、控制中心和用于模拟待清理环境的弧面模拟体；所述控制中心与所述移动平台、驱动机构电性连接；所述驱动机构一端与所述移动平台铰接，另一端与待测试的清理执行器连接；所述控制中心控制所述移动平台移动，以使所述清理执行器在所述弧面模拟体上移动，所述控制中心控制所述驱动机构运动以驱使所述清理执行器贴于所述弧面模拟体的待清理面。

优选地，所述移动平台包括X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、基架、第一支架及第二支架，所述Y向移动机构设置于所述基架上，所述第一支架连接于所述Y向移动机构的输出端，所述X向移动机构设置于所述第一支架上，所述第二支架连接于所述X向移动机构的输出端，所述Z向移动机构设置于所述第二支架上，所述Z向移动机构的输出端与所述驱动机构铰接。

优选地，所述X向移动机构包括第一电机和固定于所述第一支架的X方向上的齿条，所述第一电机固定于所述第二支架上且输出轴上设有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，以驱动所述第二支架在X方向移动。

优选地，所述Y向移动机构包括第二电机，以及对称地设置于所述基架两侧的减速器、第一滑动丝杆、第一导轨和第一滑块，所述第一滑块固定于所述第一支架，所述第一滑块与所述第一导轨滑动配合并与所述第一滑动丝杆连接，所述第二电机通过减速器连接并驱动所述第一滑动丝杆转动，以使所述第一支架在Y方向上移动。

优选地，所述Z向移动机构包括设置于所述第二支架上的第三电机、第二滑动丝杆、第二导轨和第二滑块，所述第二滑块与所述第二导轨滑动配合并与所述第二滑动丝杆连接，所述第三电机驱动所述第二滑动丝杆转动，以使所述第三滑块在Z方向上移动。

优选地，所述驱动机构包括第一伸缩器和枢接于所述移动平台的输出端的摆臂，所述第一伸缩器两端分别与所述移动平台的输出端及摆臂枢接以驱动所述摆臂摆动。

优选地，所述第一伸缩器内设有用于检测压力的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述控制中心电性连接。

优选地，所述驱动机构还包括第二伸缩器，所述第二伸缩器连接于所述摆臂以驱动所述清理执行器贴于所述弧面模拟体。

优选地，所述第二伸缩器内和/或外设有弹性件且所述弹性件提供顶推所述第二伸缩器伸长的弹性力，以使所述清理执行器自适应地贴合于所述弧面模拟体的待清理面。

优选地，所述第二伸缩器外设有支撑所述清理执行器的伸缩导杆。

优选地，所述驱动机构还包括用于驱动所述清理执行器旋转的旋转机构，所述旋转机构设置于所述第二伸缩器的输出端。

优选地，所述旋转机构内设有角度传感器，所述角度传感器与所述控制中心电性连接。

优选地，所述第一伸缩器和/或摆臂上设置有用于定位的液压锁，以固定所述摆臂的位置并防止降落。

优选地，所述弧面清理执行器试验装置还包括用于观测所述隧洞模拟体清理情况的观测平台。

优选地，所述弧面清理执行器试验装置还包括用于记录所述隧洞模拟体清理情况的摄像机，所述摄像机与所述控制中心电性连接并将采集到的数据反馈到所述控制中心。

优选地，所述清理执行器为圆盘式清理执行器或滚筒式清理执行器。

本发明的有益效果为：本发明提供的弧面清理执行器试验装置，由于设置有移动平台、驱动机构、控制中心和弧面模拟体，利用控制中心控制移动平台移动，以及控制驱动机构运动，以协同地使连接于驱动机构的待测试的清理执行器靠近并紧贴于弧面模拟体的待清理弧面，使清理执行器运行并清理弧面，移动平台和驱动机构可在清理执行器清理时运动，以改变清理执行器的清理位置并使其始终紧贴于被清理的弧面，因此，整个试验装置能够模拟出清理场景，最后只需要通过观察弧面模拟体表面的清理效果和损伤程度即可评估清理执行器的清理能力和可靠性。另外，利用驱动机构和移动平台的复合运动，能够使清理执行器到达空间中的任意位置，适用于不同的测试实验；而且，测试者可根据需要任意更换待测试的清理执行器并进行单独检测，适用性强；弧面模拟体可以根据实际需要进行修改或者直接更换以模拟各种弧面，无需到达隧洞等危险现场进行试验即可满足测试者的需求；综上，本发明的弧面清理执行器试验装置能够模拟待清理的场景并单独测试清理执行器的清理效果，灵活性高，适用性强。

附图说明

图1为本发明弧面清理执行器试验装置的立体结构示意图。

图2为图1的A的局部放大图。

图3为本发明弧面清理执行器试验装置的移动平台和控制中心的立体结构示意图。

图4为本发明弧面清理执行器试验装置的驱动机构的立体结构示意图。

图5为图4的B-B处的剖面图。

图6为本发明弧面清理执行器试验装置的待安装的圆盘式清理执行器。

图7为本发明弧面清理执行器试验装置的待安装的滚筒式清理执行器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1-3，展示了本发明的弧面清理执行器试验装置，其包括移动平台1、驱动机构2、控制中心3和用于模拟待清理环境的弧面模拟体4，控制中心3分别与移动平台1、驱动机构2电性连接，驱动机构2一端与移动平台1的输出端铰接，另一端与待测试的清理执行器5连接，控制中心3控制移动平台1移动，以使清理执行器5在弧面模拟体4上移动，控制中心3控制驱动机构2运动以驱使清理执行器5贴于弧面模拟体4的待清理面。控制中心3控制清理执行器5运行并清理弧面，通过移动平台1和驱动机构2的复合运动即可改变清理执行器5的清理位置并使清理执行器5始终贴合于弧面模拟体4的待清理面，观察清理效果即可评估清理执行器5的清理能力和可靠性。更为具体地，如下：

请参阅图1-3，移动平台1包括X向移动机构11、Y向移动机构12、Z向移动机构13、基架14、第一支架15及第二支架16，Y向移动机构12设置于基架14上，第一支架15连接于Y向移动机构12的输出端，X向移动机构11设置于第一支架15上，第二支架16连接于X向移动机构11的输出端，Z向移动机构13设置于第二支架16上，Z向移动机构13的输出端与驱动机构2铰接。具体地，基架14为固定架、地面等，但不以此为限，第一支架15可在基架14的Y方向上移动，第二支架16可在第一支架15的X方向上移动；X向移动机构11包括第一电机111和齿条112，齿条112固定于第一支架15的X方向上，第一电机111固定于第二支架16上且输出轴上设有齿轮113，齿轮113与齿条112啮合，以驱动第二支架16在X方向移动；Y向移动机构12包括第二电机121，以及对称地设置于基架14两侧的减速器122、第一滑动丝杆123、第一导轨124和第一滑块125，第二电机121、减速器122和第一导轨124分别固定连接于基架14，第一滑动丝杆123设于基架14上，第一滑块125固定于第一支架15，第一滑块125与第一导轨124滑动配合并与第一滑动丝杆123连接，第二电机121通过减速器122连接并驱动第一滑动丝杆123转动，以使第一支架15在Y方向上移动，较优的是，第二电机121的数量为1个，减速器122、第一滑动丝杆123、第一导轨124和第一滑块125的数量为2个，两个第一滑动丝杆123通过同一电机作为动力源驱动，并经过两台完全相同的减速机的同步控制，保证第一支架15在Y方向往复移动的过程中无卡滞；Z向移动机构13包括设置于第二支架16上的第三电机131、第二滑动丝杆132、第二导轨133和第二滑块134，第三电机131和第二导轨133分别与第二支架16固定连接，第二滑动丝杆132设置于第二支架16上，第二滑块134与第二导轨133滑动配合并与第二滑动丝杆132连接，第三电机131驱动第二滑动丝杆132转动，以使第二滑块134在Z方向上移动；进一步地，控制中心3通过编码器控制移动平台1上的各电机的运转，再经过减速器122和滑动丝杆等部件驱动驱动机构2在X、Y和Z三个方向上移动，这种传动方式对电机的输出扭矩要求少且控制精度高。

请参阅图1及图4-5，驱动机构2包括第一伸缩器21、摆臂22、第二伸缩器23和旋转机构26，摆臂22与移动平台1的输出端枢接，具体地，摆臂22是与第二滑块134枢接，第一伸缩器21的一端与第二滑块134枢接，另一端与摆臂22枢接，第一伸缩器21伸缩地作用于移动平台1和摆臂22之间，从而驱动摆臂22摆动。第一伸缩器21内设有用于检测压力的第一压力传感器(图未示)，第一压力传感器和第一伸缩器21分别与控制中心3电性连接，控制中心3根据第一压力传感器的反馈数据控制第一伸缩器21伸缩，第一伸缩器21的四周围绕有可伸缩的导杆(图未示)，导杆为直线导杆，直线导杆的设置可承受摆臂22较大的弯矩，从而使摆臂22能够承受清理执行器5等较大的外部负载，较优的是，第一伸缩器21为可伸缩的液压缸，气缸等，但不以此为限。第二伸缩器23与摆臂22连接，第二伸缩器23内设有第二压力传感器(图未示)，第二伸缩器23和第二压力传感器分别与控制中心3电性连接，控制中心3根据第二压力传感器的反馈数据控制第二伸缩器23伸缩，以驱动清理执行器5贴于弧面模拟体4并调整整体长度，较优的是，第二伸缩器23为双作用液压缸、双作用气缸等，但不以此为限。旋转机构26用于驱动清理执行器5旋转，旋转机构26连接于第二伸缩器23的输出端，旋转机构26内设有角度传感器(图未示)，角度传感器与控制中心3电性连接，通过角度传感器的数据反馈，实时调节清理执行器5的姿态，保证清理工作有效进行，较优的是，旋转机构26控制清理执行器5在-20°～20°的范围内旋转，旋转机构26为旋转液压缸和旋转气缸等，但不以此限。第二伸缩器23外设有支撑清理执行器5的伸缩导杆25，伸缩导杆25的可伸缩地抵压于摆臂22和旋转机构26之间，伸缩导杆25的数量设置有多个且围绕第二伸缩器23的伸缩端均匀地分布于第二伸缩器23外，摆臂22末端上的负载对摆臂22产生的弯矩可转移到伸缩导杆25上，保证第二伸缩器23不会出现杆弯杆断或者油缸内部缸筒拉伤等现象，提高第二伸缩器23的负载能力并延长整体装置的使用寿命，较优的是，伸缩导杆25的数量为4个。第二伸缩器23内和外设有弹性件24，或，第二伸缩器23内设有弹性件24，又或，第二伸缩器23外设有弹性件24，弹性件24提供顶推第二伸缩器23伸长的弹性力，以使清理执行器5自适应地贴合于弧面模拟体4的待清理面，较优的是，弹性件24设于第二伸缩器23外且套接于伸缩导杆25外，弹性件24提供顶推伸缩导杆25伸长的弹性力，从而间接地顶推第二伸缩器23伸长并间接使清理执行器5自适应地贴合于待清理面，弹性件24的数量设置有多个且围绕第二伸缩器23的伸缩端均匀分布，弹性件24的数量为4个。利用弹性件24的自适应调节特性可使驱动机构2根据工作的实际情况进行调节，灵活性高。第一伸缩器21和摆臂22上设置有用于定位的液压锁(图未示)，或，第一伸缩器21上设置有用于定位的液压锁，又或，摆臂22上设置有用于定位的液压锁，以固定摆臂22的位置并防止意外降落，液压锁的设置能够保证摆臂22在悬停时不会缓慢降落，也可防止摆臂22因油管漏油等特殊情况而快速降落的现象，从而有效避免安全事故的发生；进一步地，驱动机构2利用多个液压缸进行驱动，液压驱动比电机驱动的结构更为简单且控制方便，而且液压的输出能力强，功率体积比大；利用摆臂22的长度可模拟直径长达7米的隧洞，且摆臂22相对其他结构强度更高，能携带较重的清理执行器5，承受较强的扭矩和弯矩；利用第二伸缩器23和弹性件24的结合，既可主动调节驱动机构2的整体长度，同时在进行清理工作时，可使驱动机构2自动变换所需长度，在达到使用要求的同时不额外增加控制元件。

请参阅图1，驱动机构2和清理执行器5通过法兰7连接，驱动机构2的法兰接口与清理执行器5的接口相匹配，以实现两者快速的对接和拆装，因此，清理执行器5可为如图6所示的圆盘式清理执行器51或如图7所示的滚筒式清理执行器52，但不以此为限。

请参阅图1，弧面清理执行器试验装置还包括用于观测弧面模拟体4清理情况的观测平台6，弧面模拟体4和观测平台6分别设置于基架14的两侧，观测平台6用膨胀螺栓固定在地面上，弧面模拟体4为混凝土试块并通过支架用膨胀螺栓固定在地面上，上面涂布20mm厚度的淤泥等异物，面向弧面模拟体4的上方和左边侧面一定距离内不涂布异物。观察和评估清理情况时观测平台6也可替换为用于记录弧面模拟体4清理情况的摄像机(图未示)，摄像机与控制中心3电性连接并将采集到的数据反馈到控制中心3。控制中心3包括电控箱(图未示)和液压站(图未示)，弧面清理执行器试验装置采用液压伺服系统控制，液压系统中控制元件例如伺服阀和比例阀等安装在电控箱及液压站上。液压伺服系统对装置各处传感器的反馈的信号进行处理，并控制电控箱和液压站协同工作，以使各液压缸准确快速的动作，将摆臂22调整到实验所需的位置，且防止各液压缸低压和过压现象，能够有效地保护各部件；液压站内的油箱(图未示)设置有温度传感器(图未示)，温度传感器与控制中心3电性连接，控制中心3根据反馈的温度数据控制冷却器制冷以调节油箱温度，防止油液温度过高而造成液压系统内泵、伺服阀、液压缸等元件的损坏；控制中心3还可设置用于补偿液压缸压力的压力补偿装置(图未示)，加快整个液压伺服系统的响应时间。

结合图1到图7所示，对本发明弧面清理执行器试验装置的测试前的准备工作和测试时的工作过程做一详细说明：

完成弧面清理执行器试验装置各部分结构安装调试后，将待测试的清理执行器5通过法兰7连接于摆臂22，模拟隧洞的环境在弧面模拟体4上涂布好淤泥等异物，控制中心3控制移动平台1恢复到初始位置，测试时，实验装置中的各传感器将数据实时反馈到控制中心3，控制中心3处理数据并通过液压伺服系统控制移动平台1在X、Y和Z方向上移动并使摆臂22与移动平台1的铰接点处于弧面模拟体4的径向圆心附近，控制中心3控制第一伸缩器21伸缩地作用于摆臂22，摆臂22通过摆动升高到所需高度，第一伸缩器21保持压力使摆臂22悬停在空中的指定位置并通过液压锁锁死，通过第二伸缩器伸出以及旋转机构旋转调整清理执行器5的位置并使其紧贴于弧面模拟体4的待清理面，此时弹性件24处于压缩状态，液压伺服系统控制摆臂22的第二伸缩器23泄压，弹性件24泄压后的弹性恢复使清理执行器5自适应地紧贴于待清理面并使其与待清理面保持一定的接触力，此时弹性件24仍然处于压缩状态，然后清理执行器5开始旋转并清理，清理时，控制中心3控制第二支架16相对基架14沿着X方向移动，同时小范围地调整第一支架15在Y方向的位置，驱动机构2能实时通过第二伸缩器23的伸缩改变长度，且清理执行器5能保证紧密拟合弧面模拟体4的待清理面旋转，清理结束后，摆臂22缩回，清理执行器5停止运转，在观测平台6上观测弧面模拟体4上的异物清理效果，并观察清理执行器5是否在旋转过程中对弧面模拟体4表面构成了损伤痕迹，以评估清理执行器5的清理能力和可靠性。

由于设置有移动平台1、驱动机构2、控制中心3和弧面模拟体4，利用控制中心3控制移动平台1移动，以及控制驱动机构2运动，以协同地使连接于驱动机构2的待测试的清理执行器5靠近并紧贴于弧面模拟体4的待清理弧面，使清理执行器5运行并清理弧面，移动平台1和驱动机构2可在清理执行器5清理时运动，以改变清理执行器5的清理位置并使其始终紧贴于被清理的弧面，因此，整个试验装置能够模拟出清理场景，最后只需要通过观察弧面模拟体4表面的清理效果和损伤程度即可评估清理执行器5的清理能力和可靠性。另外，利用驱动机构2和移动平台1的复合运动，能够使清理执行器5到达空间中的任意位置，适用于不同的测试实验；而且，测试者可根据需要任意更换待测试的清理执行器5并进行单独检测，适用性强；弧面模拟体4可以根据实际需要进行修改或者直接更换以模拟各种弧面，无需到达隧洞等危险现场进行试验即可满足测试者的需求；综上，本发明的弧面清理执行器试验装置能够模拟待清理的场景并单独测试清理执行器的清理效果，灵活性高，适用性强。

理所当然的，本弧面清理执行器试验装置还可以运用在核电站中除隧洞清理执行器之外的清理执行器的测试，也可运用在其他弧面清污的技术领域中，不以核电站领域为限。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种弧面清理执行器试验装置，适于测试清理执行器在弧面上的清理效果，其特征在于：包括移动平台、驱动机构、控制中心和用于模拟待清理环境的弧面模拟体；所述控制中心与所述移动平台、驱动机构电性连接；所述驱动机构一端与所述移动平台铰接，另一端与待测试的清理执行器连接；所述控制中心控制所述移动平台移动，以使所述清理执行器在所述弧面模拟体上移动，所述控制中心控制所述驱动机构运动以驱使所述清理执行器贴于所述弧面模拟体的待清理面。

2.根据权利要求1所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述移动平台包括X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、基架、第一支架及第二支架，所述Y向移动机构设置于所述基架上，所述第一支架连接于所述Y向移动机构的输出端，所述X向移动机构设置于所述第一支架上，所述第二支架连接于所述X向移动机构的输出端，所述Z向移动机构设置于所述第二支架上，所述Z向移动机构的输出端与所述驱动机构铰接。

3.根据权利要求2所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述X向移动机构包括第一电机和固定于所述第一支架的X方向上的齿条，所述第一电机固定于所述第二支架上且输出轴上设有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，以驱动所述第二支架在X方向移动。

4.根据权利要求2所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述Y向移动机构包括第二电机，以及对称地设置于所述基架两侧的减速器、第一滑动丝杆、第一导轨和第一滑块，所述第一滑块固定于所述第一支架，所述第一滑块与所述第一导轨滑动配合并与所述第一滑动丝杆连接，所述第二电机通过减速器连接并驱动所述第一滑动丝杆转动，以使所述第一支架在Y方向上移动。

5.根据权利要求2所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述Z向移动机构包括设置于所述第二支架上的第三电机、第二滑动丝杆、第二导轨和第二滑块，所述第二滑块与所述第二导轨滑动配合并与所述第二滑动丝杆连接，所述第三电机驱动所述第二滑动丝杆转动，以使所述第三滑块在Z方向上移动。

6.根据权利要求1所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述驱动机构包括第一伸缩器和枢接于所述移动平台的输出端的摆臂，所述第一伸缩器两端分别与所述移动平台的输出端及摆臂枢接以驱动所述摆臂摆动。

7.根据权利要求6所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述第一伸缩器内设有用于检测压力的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述控制中心电性连接。

8.根据权利要求6所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述驱动机构还包括第二伸缩器，所述第二伸缩器连接于所述摆臂以驱动所述清理执行器贴于所述弧面模拟体。

9.根据权利要求8所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述第二伸缩器内和/或外设有弹性件且所述弹性件提供顶推所述第二伸缩器伸长的弹性力，以使所述清理执行器自适应地贴合于所述弧面模拟体的待清理面。

10.根据权利要求8所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述第二伸缩器外设有支撑所述清理执行器的伸缩导杆。

11.根据权利要求8所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述驱动机构还包括用于驱动所述清理执行器旋转的旋转机构，所述旋转机构设置于所述第二伸缩器的输出端。

12.根据权利要求11所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述旋转机构内设有角度传感器，所述角度传感器与所述控制中心电性连接。

13.根据权利要求6所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述第一伸缩器和/或摆臂上设置有用于定位的液压锁，以固定所述摆臂的位置并防止降落。

14.根据权利要求1所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述弧面清理执行器试验装置还包括用于观测所述隧洞模拟体清理情况的观测平台。

15.根据权利要求1所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述弧面清理执行器试验装置还包括用于记录所述隧洞模拟体清理情况的摄像机，所述摄像机与所述控制中心电性连接并将采集到的数据反馈到所述控制中心。

16.根据权利要求1所述的弧面清理执行器试验装置，其特征在于：所述清理执行器为圆盘式清理执行器或滚筒式清理执行器。