ES2717140T3 - Aparato manipulador de boquilla de cañón de agua a alta presión - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato manipulador de boquilla de cañón de agua a alta presión

Antecedentes de la divulgación

La presente divulgación se refiere en general a manipuladores de boquillas de fluido. En particular, se refiere a un aparato para sujetar y maniobrar de manera remota una boquilla rotativa de alta presión alrededor de un objeto que se va a limpiar y en el que la boquilla está fijada a una fuente de agua a muy alta presión.

Estado de la técnica

Las boquillas de cañones de agua típicamente están conectadas a un extremo de una lanceta rígida que, a su vez, está conectada a una manguera de fluido a alta presión. La lanceta se sujeta de forma manual en su extremo proximal por parte de un usuario/operador con su extremo distal en varias posiciones para limpiar una superficie de un objeto. Dichas lancetas típicamente tienen una longitud de al menos 1,2192 m (4 pies) y pueden tener una longitud de hasta 4,572+ m (15+ pies) para su uso en algunas aplicaciones de tanque. La lanceta permite que el usuario se mantenga a una distancia segura del chorro de agua a presión y de las salpicaduras que provoca el chorro de la superficie que se está limpiando. Sin embargo, cuando se opera a presiones en el orden de 34,473785 - 137,89514 MPa (5-20 kpsi), es difícil sujetar manualmente dichas lancetas. Esto es porque la fuerza de empuje de reacción sobre la lanceta debido a la pulverización de la boquilla a alta presión que debe contrarrestar el usuario es significativa. Un operador puede tener unas dificultades significativas para gestionar y posicionar con precisión la boquilla al mismo tiempo que contrarresta la fuerza de reacción ejercida por la boquilla en el extremo distal de la lanceta. Para operaciones de lanceta manuales, típicamente las fuerzas de reacción están limitadas a no más de 1/3 del peso del operador, y pueden ser incluso menores en condiciones deslizantes. Además, hay muchas situaciones y espacios confinados en los que dicha varilla o lanceta alargada no puede utilizarse. El documento US 2002/0179123 A1 proporciona un aparato y método para la limpieza o escarificación de una superficie mediante un fluido donde el aparato comprende un carro móvil para montar un conjunto que transporta un fluido de tratamiento a presión ajustable, preferiblemente agua, que contacta con la superficie tratada. Por tanto, existe una necesidad de un aparato que pueda transportar y manipular dicha boquilla en espacios confinados y que al mismo tiempo mantenga una plataforma de posicionamiento de boquilla estable que contrarreste las fuerzas de reacción de la boquilla. La presente divulgación resuelve esta necesidad.

Compendio de la divulgación

En la reivindicación 1 se describe un aparato para soportar y manipular una boquilla de limpieza a alta presión de acuerdo con la presente divulgación.

Un ejemplo de realización de un aparato manipulador de boquilla a alta presión de acuerdo con la presente divulgación incluye un chasis con ruedas que tiene una pluralidad de barras fijadas de manera móvil al chasis con ruedas, un par de raíles de elevador de manipulador paralelos soportados por un rotador de raíl de elevador fijado al chasis, un raíl de brazo extensible horizontal dispuesto entre, y transportado por, los raíles de elevador de manipulador, un actuador de muñeca rotativa fijado a un extremo distal del raíl de brazo extensible horizontal, un actuador lineal fijado entre el actuador rotativo y un soporte de boquilla articulado. Una porción del soporte está configurada para sujetar una boquilla de limpieza a alta presión en la misma. El actuador lineal está configurado para hacer rotar la boquilla y el soporte articulado a través de arco ortogonal a un plano de rotación del actuador de muñeca rotativa.

El rotador de raíl elevador está configurado para hacer rotar los raíles del elevador a través de un arco de aproximadamente 180 grados alrededor de un eje de rotador de raíl de elevador, típicamente paralelo al raíl de brazo extensible horizontal. El actuador de muñeca rotativa está configurado para hacer rotar el soporte de boquilla articulada alrededor de un arco de 270 grados en un plano ortogonal a un eje horizontal a través del raíl de brazo extensible. Un conjunto de carro con forma de L está fijado de manera móvil a una porción distal de los raíles del elevador y puede ser trasladado a lo largo de los raíles del elevador entre los extremos distal y proximal de los raíles de elevador. El conjunto de carro soporta el raíl de brazo extensible horizontal para extender el raíl de brazo entre los raíles de elevador. Un actuador de aire está fijado al conjunto de carro para el movimiento del carro a lo largo de los raíles de elevador. Similarmente, otro actuador de aire está fijado al conjunto de carro para el traslado del raíl de brazo extensible horizontal para extender y retraer el actuador de muñeca rotativa fijado al extremo distal del raíl de brazo extensible horizontal.

Un panel de control remoto que contiene una válvula de control de tres posiciones para cada uno de los actuadores está preferiblemente situado fuera de la zona de chorro de agua alrededor de un objeto que se va a limpiar. Unas mangueras neumáticas adecuadas están conectadas entre el panel de control y cada uno de los actuadores del aparato. Este panel de control preferiblemente incluye cinco válvulas de control cargadas por muelle para controlar el movimiento del raíl del brazo extensible, la rotación de los raíles de elevador, la elevación del raíl de brazo extensible, la rotación de la muñeca, y ajustar el ángulo del soporte de boquilla fijado a la muñeca.

Breve descripción de los dibujos

La descripción se comprenderá mejor y sus objetos, diferentes de los establecidos anteriormente, serán evidentes al considerar la siguiente descripción detallada. Dicha descripción hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva del aparato manipulador de una realización ilustrativa que incorpora elementos de la presente divulgación desplegados en una configuración de soporte sobre un suelo u otra superficie de soporte generalmente plana.

La Fig. 2 es una vista lateral del aparato manipulador mostrado en la Fig. 1.

La Fig. 3 es una vista en perspectiva del aparato manipulador mostrado en la Fig. 1 en una configuración de transporte plegada con sus patas de soporte de barra plegadas hacia arriba para el transporte.

La Fig. 4 es una vista lateral del aparato manipulador con las patas de soporte de barra plegadas hacia arriba para el transporte, como se muestra en la Fig. 3.

Descripción detallada

En la siguiente descripción, se describen numerosos detalles específicos para proporcionar una divulgación más detallada. Será evidente, sin embargo, que un experto medio en la materia que lo descrito puede llevarse a la práctica sin dichos detalles específicos. En algunos casos, elementos bien conocidos pueden no haberse descrito con detalle para una mayor claridad de los elementos descritos.

Un ejemplo de realización 100 de un aparato manipulador se muestra en una vista en perspectiva en la Fig. 1 y en una vista lateral en la Fig. 2. Esta realización del aparato 100 manipulador se muestra desplegada en una posición de operación en las Figs. 1 y 2. Este mismo aparato 100 se muestra en una posición de transporte en las Figs. 3 y 4.

El aparato 100 manipulador está soportado de manera móvil en un chasis 102 con ruedas por un par de ruedas 104 sobre un árbol 106 común que soporta el chasis 102. El chasis 102 en esta realización incluye un marco 102 cuadrado generalmente rectangular fijado al árbol 106. Un extremo del marco rectangular soporta una pata 110 de soporte delantera central que se extiende hacia abajo desde el marco hasta la superficie 112 de soporte sobre la cual puede rodar el aparato 100. Esta pata 100 de soporte está preferiblemente dimensionada para soportar, en conjunto con las ruedas 104, el marco 108 en un plano generalmente paralelo a, y separado por encima de, la superficie 112 de soporte cuando el aparato 100 está siendo desplazado sobre la superficie 112 hasta una posición de uso. Alternativamente, puede disponerse un par de patas 110 de soporte separadas (no mostradas) de modo que se extienden de cada esquina delantera del marco 108 en lugar de la única pata 110 de soporte central para un soporte lateral adicional.

Fijado a cada una de las cuatro esquinas del marco 108 rectangular hay una barra 114 articulada que tiene un pie 116 elástico absorbente de la vibración en su extremo distal y una articulación de pivote en su extremo proximal. En las Figs. 1 y 2, el aparato 100 manipulador se muestra con las barras 114 articuladas en una configuración de soporte desplegada donde cada barra 114 se extiende generalmente en paralelo a, y por encima de, la superficie de soporte 112. En la posición desplegada mostrada en las Figs. 1 y 2, estas barras 114 proporcionan una postura de soporte estable para el aparato 100. Estas barras 114 pueden hacerse rotar en sus extremos proximales hasta una orientación vertical para el transporte del aparato 100, como se ilustra en las Figs. 3 y 4.

Cada una de las barras 114 tiene en su extremo distal un pie 116 de altura ajustable. Los pies 116 de altura ajustable se utilizan para compensar la irregularidad en la superficie 112 de soporte generalmente horizontal. Cada pie 116 puede incluir una parte inferior circular en forma de disco que transporta un panel elástico y un vástago roscado que se extiende hacia arriba desde la parte inferior en forma de disco hasta un orificio transversal vertical roscado complementario a través del extremo distal de la barra 114. El ajuste del pie 116 puede llevarse a cabo atornillando el pie 116 hacia dentro o fuera de la barra 114. Alternativamente, para el uso del aparato 100 sobre una superficie 112 de soporte tal como tierra, rocas, o suelo irregular, los pies 116 pueden sustituirse por garras o clavos para clavarse en la superficie 112 de soporte. Los extremos de la barra 114 podrían opcionalmente estar dotados de dispositivos de agarre en lugar de pies 116 para sujetarse a una rejilla u otras estructuras.

Fijado al chasis 108 hay un conjunto 118 de engranajes de rotador de raíl elevador. Este conjunto 118 de engranajes de rotador está fijado rígidamente al chasis 108 y su árbol de salida hace girar un bloque 120 de soporte del raíl elevador alrededor de un eje horizontal a través del bloque 120 de soporte del elevador. La unidad 118 de engranajes de rotador incluye un motor 124 de aire conectado a través de una caja 126 de cambios de accionamiento de tornillo sinfín al bloque 118 de soporte de raíl elevador. Este conjunto 118 de engranajes de rotado del raíl elevador podría concebiblemente hacer rotar el bloque 120 de soporte del raíl elevador 360° completos. Sin embargo, como se muestra en las Figs., dicha rotación en la realización ilustrada está limitada por la presencia de la superficie 112 de soporte a un arco de alrededor de 180°. Si el aparato 100 se fuera a montar sobre una superficie o estructura diferente, sin embargo, la unidad 118 de engranajes podría configurarse para rotar a través de un arco adecuado para esa estructura particular.

El bloque 120 de soporte de raíl elevador tiene una forma de bloque generalmente rectangular con lados paralelos. Fijados a lados opuestos del bloque 120 de soporte están unos extremos proximales de dos raíles 128 y 130 de elevador paralelos. Cada uno de los raíles 128 y 130 de elevador es preferiblemente una extrusión de raíl de caja de aluminio alargado que tiene una forma cuadrada en sección transversal con costillas 132 que se extienden axialmente en cada esquina. Al menos una superficie exterior de cada uno de los raíles 128 y 130 tiene una serie longitudinalmente separada de muescas 134 de escalera. Cada una de las muescas tiene una forma complementaria con una correspondiente rueda dentada recta de accionamiento (no mostrada), como se explica a continuación con mayor detalle.

Los raíles 128 y 130 de elevador están fijados rígidamente de acuerdo con una separación paralela en sus extremos proximales al bloque 120 de soporte de raíl elevador. Separado de los extremos proximales y por encima del chasis 102 hay un carro 136 de plataforma con forma de L. Un bloque de tope de raíl (no mostrado) está fijado entre, y de manera cruzada, los extremos distales de los raíles 128 y 130 para mantener los raíles 128 y 130 en paralelo.

El carro 136 tiene una porción 138 de placa vertical generalmente rectangular y una porción 140 horizontal generalmente rectangular fijada rígidamente a la porción 138 de placa vertical. El carro 136 es capturado de manera móvil en cada uno de los raíles 128 y 130 de elevador por una pluralidad de ruedas 142 de guía fijadas de manera rotativa a un lado inferior de la porción 138 de placa vertical. Cada una de estas ruedas 142 de guía se acopla a una de las costillas 132 de los raíles 128 o 130.

Fijada a una superficie superior de la porción 138 de placa vertical hay una caja de cambios 144 de accionamiento vertical que transporta un motor 146 de aire de accionamiento vertical. La caja de cambios 144 de accionamiento vertical tiene una rueda dentada recta de accionamiento (no mostrada) que se acopla a las muescas 134 de escalera en el raíl 128 derecho, como se muestra en la Fig. 1. La configuración mostrada en las Figs. 1-4 es únicamente ejemplar. Alternativamente, la caja de cambios 144 de accionamiento vertical podría montarse en el lado opuesto de la porción 138 de placa vertical, de modo que la caja de cambios 144 de accionamiento vertical está alineada sobre las muescas 134 de escalera en el raíl 130 en lugar del raíl 128.

Como se ha descrito anteriormente, la porción 140 de placa horizontal está fijada de manera rígida a la porción 138 de placa vertical. Una pluralidad de ruedas 148 de guía, preferiblemente cuatro, está fijada a la superficie del lado inferior de la porción 140 de placa horizontal. Un raíl 150 de brazo horizontal está soportado entre las ruedas 148 de guía sobre las costillas 132 de raíl del raíl 150. Este raíl 150 se extiende entre el par de raíles 128 y 130 de elevador paralelos. Estas ruedas 148 de guía por tanto suspenden el raíl 150 de brazo bajo el carro 136 y encima del chasis 102 y fijan de manera móvil el raíl 150 de brazo al carro 136. Se entenderá que esta configuración ilustrada en las Figs. 1-4 es meramente ejemplar. Por ejemplo, el carro 136 podría estar invertido, de modo que el raíl 150 de brazo horizontal se transporta por encima del carro 136 en lugar de suspendido por debajo, como se muestra.

Este raíl 150 de brazo horizontal también es una extrusión metálica alargada que tiene una sección transversal rectangular con costillas 132 que se extienden axialmente a lo largo de cada esquina de la sección transversal. Al igual que con los raíles 128 y 130 de elevador, una superficie superior del raíl 150 de brazo horizontal, en la configuración mostrada, tiene una serie de muescas 134 de escalera.

Una caja de cambios 152 de accionamiento horizontal está fijada a la superficie superior de la porción 140 de placa horizontal del carro 136. La caja de cambios 152 de accionamiento horizontal dispone internamente de otra rueda dentada recta de accionamiento (no visible) que se acopla a las muescas 134 de escalera en el raíl 150 de brazo horizontal. Un motor 154 de aire de brazo horizontal está fijado a la caja de cambios 152 y opera para hacer rotar la rueda dentada recta de accionamiento que se acopla a las muescas 134 de escalera para extender y retraer de manera independiente el raíl 150 de brazo horizontal de entre los raíles 128 y 130 de elevador.

Un conjunto 156 de soporte de boquilla articulado está fijado al extremo distal del raíl 150 de brazo horizontal. Este conjunto 156 de soporte de boquilla tiene un actuador 158 de muñeca rotativa accionado neumáticamente y un soporte 160 de boquilla articulado fijado al actuador 158 de muñeca rotativa. El actuador 158 de muñeca rotativa puede hacerse rotar completamente alrededor de 270 grados de rotación alrededor del extremo distal del raíl 150 de brazo. Un actuador 162 neumático está fijado entre el soporte 160 articulado y el actuador 158 de muñeca rotativo. El soporte 160 articulado puede rotar alrededor de su articulación a través de un arco de alrededor de 90 grados. Una agarradera 164 en el soporte 160 sujeta de manera liberable una boquilla 166.

Esta boquilla 166 está fijada mecánicamente a un extremo distal de una manguera de fluido de alta presión (no mostrada) que alimenta agua u otro fluido de limpieza a presiones muy altas, del orden de cientos de libras por pulgada cuadrada, hacia la boquilla 166. Como se ha mencionado anteriormente, la boquilla 166, en la posición mostrada en la Fig.1, puede hacerse rotar por el actuador 162 neumático a través de un arco preferiblemente de alrededor de 90° alrededor de la articulación del soporte 160. El actuador 158 de muñeca rotativa, al mismo tiempo, puede preferiblemente hacerse rotar alrededor de 270° alrededor del eje central del raíl 150 horizontal. Este límite rotacional sirve para evitar una torsión inadecuada de la manguera de alta presión fijada a la boquilla 166. Simultánea o secuencialmente, los raíles 128 y 130 del elevador, que transportan el carro 136 con el raíl 150 horizontal y el conjunto 156 de soporte de boquilla, también pueden generalmente hacerse rotar a través de un arco de alrededor de 180° en un plano vertical alrededor del eje del conjunto 118 de rotador elevador, que está alineado a lo largo del chasis 102 por encima de la superficie 112 de soporte. Sin embargo, si el aparato 100 está posicionado adecuadamente sobre una superficie de soporte diferente que no sobresale más allá del conjunto 118 de rotador, los raíles 128 y 130 de elevador que transportan el carro 136 podrían concebiblemente hacerse rotar a lo largo de un arco mucho mayor a través del conjunto 118 de rotador. Finalmente, el brazo 150 horizontal puede extenderse y retraerse toda su longitud independientemente de las rotaciones que se acaban de describir, y el carro 136 puede subir y bajar de manera independiente sobre los raíles 128 y 130 de elevador cuando lo desee el operador.

El aparato 100 está diseñado para mantenerse estable y manejar completamente las fuerzas de reacción de la boquilla 166 a lo largo del rango de presiones de operación de herramientas de cañón de agua. Este rango se extiende desde alrededor de 6,894757 MPa (1 kpsi) hasta alrededor de 275,79028 MPa (40 kpsi), con unas fuerzas de reacción en la boquilla de hasta al menos alrededor de 406,7454 J (300 pie-libras). Esta flexibilidad para maniobrar el aparato 100 manipulador de acuerdo con la presente invención también tiene el potencial de permitir que un operador que se encuentra en una posición remota con relación a la operación de limpieza en cuestión ubique con precisión una boquilla 166 de alta presión para alcanzar áreas a limpiar que hasta ahora no podían alcanzarse con seguridad.

El árbol 106 común está fijado al marco 108 del chasis a través de un vínculo 170 de elevación que permite subir o bajar el chasis 102. En una posición inferior del chasis 102, las ruedas 104 están elevadas separadas de la superficie 112 de soporte. En una posición elevada del chasis 102, como se muestra en las Figs. 3 y 4, las ruedas 104 están descendidas debajo de la posición extendida de las barras 114, de modo que las ruedas 104 soportan el aparato 100. Esto permite que las barras 114 se eleven hasta la posición mostrada en las Figs. 3 y 4. En este caso, el aparato 100 es soportado por las ruedas 104 y la pata 110 de soporte delantera.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (100) manipulador de boquilla de fluido de alta presión que comprende:

un chasis (102),

un par de raíles (128, 130) de elevador manipulador paralelos soportados por un rotador (118) de raíl elevador fijado al chasis,

un raíl (150) extensible horizontal dispuesto entre, y transportado por, los raíles (128, 130) del elevador manipulador,

un actuador (158) de muñeca rotativa fijado a un extremo distal del raíl (150) del brazo extensible horizontal, y un actuador (162) lineal fijado entre el actuador (158) de muñeca rotativa y un soporte (160) de boquilla articulado; donde una porción del soporte (160) está configurada para sujetar una boquilla (166) de limpieza a alta presión en la misma, el actuador (162) lineal está configurado para hacer rotar la boquilla (166) y el soporte (160) a través de un arco, el rotador (118) de raíl elevador está configurado para hacer rotar los raíles (128, 130) de elevador a través de un arco de al menos alrededor de 180 grados alrededor de un eje de rotador del raíl de elevador, y el actuador (158) de muñeca rotativa está configurado para hacer rotar el soporte (160) de boquilla articulado en un arco de al menos alrededor de 270 grados en un plano ortogonal a un eje horizontal a través del raíl (150) del brazo extensible; y

un conjunto (136) de carro con forma de L fijado de manera móvil a una porción distal de los raíles (128, 130) de elevador y donde el conjunto (136) de carro soporta el raíl (150) del brazo extensible horizontal para extenderse entre los raíles (128, 130) de elevador.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el chasis (102) es un chasis con ruedas y tiene un marco metálico generalmente rectangular, y donde el marco soporta un eje (106) fijado a un par de ruedas (104), el rotador (118) elevador y un motor de accionamiento de rotador elevador.

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, que además comprende una pluralidad de barras (114) fijadas de manera móvil al chasis (102) con ruedas.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, donde el rotador (118) de raíl elevador está fijado a un extremo proximal de cada uno de los raíles (128, 130) elevadores.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, donde el actuador (162) lineal está configurado para hacer rotar la porción del soporte (160) articulado que sujeta la boquilla (166) a través de un arco ortogonal a un plano de rotación del actuador (158) de muñeca rotativa fijado al extremo del raíl (150) horizontal.

6. El aparato (100) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el chasis es un chasis (102) con ruedas que tiene una pluralidad de barras (114) fijadas de manera móvil al chasis (102) con ruedas,

donde el actuador (162) lineal está configurado para hacer rotar la boquilla (166) y el soporte (166) a través de un arco ortogonal a un plano de rotación del actuador (158) de muñeca rotativa.