RU221616U1 - Манипулятор для выполнения торкретирования промышленного оборудования - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области технических средств для производства работ по ремонту и техническому обслуживанию промышленного оборудования, в частности для роботизированного нанесения торкрет-масс на поверхности литейных емкостей. Манипулятор имеет не менее четырех степеней свободы и содержит основание, фланец с креплением для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы и закрепленный на манипуляторе датчик технического зрения. При этом на манипуляторе дополнительно закреплен датчик для измерения теплового излучения. Использование полезной модели позволяет расширить технологические возможности манипулятора и повысить качество наносимого слоя футеровки. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Техническое решение относится к области оборудования для производства работ по ремонту и техническому обслуживанию промышленного оборудования, а именно для роботизированного нанесения торкрет-масс на поверхности литейных емкостей, в частности, промежуточных ковшей, для расплавленного металла.

Оборудование металлургических предприятий подвержено большому износу в процессе эксплуатации и постоянно нуждается в восстановительном ремонте. Рабочий слой футеровки может быть использован для 1-2 циклов плавки и постоянно должен обновляться для выполнения своих функций. В зависимости от технологических особенностей для разных типов оборудования и производства торкретирование рабочего слоя футеровки выполняется при температуре арматурного слоя от 0°С до 200°С. Очевидно, что при высоких температурах торкретирование вручную затруднено или вообще невозможно. Рабочие подвергаются воздействию высоких температур и повышенной влажности. Нанесение торкрет-массы происходит неравномерно, возможен её перерасход. Охлаждение оборудования до температуры, допускающей ручные работы по торкретированию, требует дополнительного времени, что увеличивает общий срок проведения ремонта. Но торкрет-масса, нанесённая на арматурный слой с недостаточно высокой температурой, дольше сохнет. Или толщина слоя может быть недостаточной и наносят дополнительный. Что увеличивает время на проведение ремонта и снижает качество наносимой футеровки. Для устранения этих проблем применяют торкретирование с помощью роботизированных комплексов.

В качестве ближайшего аналога выбрано устройство по патенту RU213533 «Манипулятор для осуществления футеровки тепловых агрегатов», опубликован 15.09.2022, МПК B25J 13/08, B25J 11/00. Известный манипулятор может быть использован при повышенных температурах, его основание может быть закреплено или вращаться и перемещаться по платформе, на которой он установлен, а на его фланец посредством разъёмного соединения может быть установлен рабочий инструмент. На известном манипуляторе также закреплён хотя бы один датчик технического зрения для контроля поверхности, на которую наносят футеровку.

Известный манипулятор не содержит средств для контроля температуры поверхности, на которую наносят торкрет-массу. Если температура поверхности арматурного слоя оборудования, на который наносят торкрет-массу, недостаточно высокая, то рабочий слой дольше сохнет. Слишком толстый слой может при этом растрескиваться. Но при повышении температуры поверхности для торкретирования возникает другая проблема. Торкрет-масса представляет собой смесь неформованных порошкообразных огнеупорных материалов с водой. При температуре арматурной футеровки 60-90°С на границе раздела торкрет-слой - арматурный слой пары воды формируют мощный газовый слой. Контакт торкрет-массы с арматурным слоем ухудшается и не происходит достаточного сцепления. Если же температура арматурного слоя близка к 200°С, то при высокой концентрации влаги в смеси нанести и сохранить устойчивость торкрет-слоя невозможно. Возможны отрыв и оползание его фрагментов. При ещё более высокой температуре арматурного слоя возможно спекание его с наносимой торкрет-массой. Это осложняет удаление отработавшего рабочего слоя при последующих ремонтах.

В отличии от известного решения заявленный манипулятор содержит датчик для измерения теплового излучения поверхности теплового агрегата.

Задачами, на решение которых направлено заявленное техническое решение, является создание манипулятора для торкретирования при высоких температурах, при которых торкретирование вручную затруднено или невозможно, использование которого позволяет сократить время проведения ремонта и возврата оборудования в технологический цикл предприятия, сократить время простоя оборудования, а также повысить качество наносимого рабочего слоя футеровки, а именно, без наложений и волнистости, исключение оползания и потеков или отрыва торкрет-массы при нанесении, спекания торкрет-массы с арматурным слоем. Торкретирование при высоких температура также снижает или полностью исключает риск повреждения арматурного слоя теплового агрегата, вызванного деформацией вследствие остывания, увеличивает срок службы оборудования и повышает скорость его ротации между эксплуатацией и ремонтом.

Поставленная задача решается тем, что манипулятор для торкретирования промышленного оборудования выполняют обладающим четырьмя степенями свободы, содержащим основание и фланец с креплением для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы, на манипуляторе закрепляют датчик технического зрения и датчик для измерения теплового излучения. Указанный датчик для измерения теплового излучения может быть выполнен в виде тепловизионной камеры, инфракрасного бесконтактного пирометра или контактного термометра. Датчик для измерения теплового излучения может быть закреплён, в частности, на фланце манипулятора, или в одном корпусе с датчиком технического зрения, а также на корпусе датчика технического зрения. Основание манипулятора может быть закреплено на платформе с возможностью перемещения с помощью механизма перемещения. Крепление для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы может быть выполнено в виде разъемного соединения.

Технический результат заключается в возможности выполнения автоматизированного торкретирования с контролем температурного режима, что позволяет:

сократить время проведения ремонта оборудования;

сократить время простоя оборудования на ремонте;

снизить или исключить риски повреждения арматурного слоя, вызванные температурной деформацией вследствие остывания;

повысить срок службы оборудования;

уменьшить количество тепловых агрегатов в производственной цепочке, вследствие увеличения скорости их ротации между эксплуатацией и ремонтом.

В целях понимания заявленного технического решения приняты следующие определения.

Арматурный слой футеровки - элемент футеровки, обеспечивающий тепловую изоляцию для создания стабильных условий разливки, а также дополнительную защиту корпуса (кожуха) оборудования, сделанного из металла, в случае разрушения рабочего слоя, выполняется, как правило, с использованием огнеупорных растворов, по химсоставу соответствующих марке используемого огнеупорного кирпича, толщина арматурного слоя, как правило, зависит от вместимости оборудования. В зависимости от вида оборудования, подлежащего футеровки, арматурный слой могут называть контрольным.

Датчик для измерения теплового излучения - устройство, предназначенное для измерения теплового излучения от объекта по его электромагнитному излучению в диапазоне инфракрасного спектра. По результатам этого измерения получают данные о температуре поверхности объекта, на основе которых может быть построена температурная карта распределения температуры поверхности. Измерения могут быть выполнены контактным и бесконтактным способами, в качестве датчика для измерения теплового излучения могут быть использованы, в частности, тепловизор (тепловизионная камера), бесконтактный пирометр, контактный термощуп и т.п.

Датчик технического зрения - устройство, формирующее двумерное или трехмерное изображение окружающего пространства, в частности, лидары (лазерные радары), сонары (ультразвуковые радары), видеокамеры.

Манипулятор - устройство для выполнения операций, связанных с изменением положения огнеупорных материалов в пространстве, причем такое перемещение и изменение ориентации регулируется с помощью устройств, находящихся на расстоянии от рабочего инструмента манипулятора.

Огнеупорный кирпич - элемент футеровки внутренней поверхности оборудования, предназначенный для защиты внутренней поверхности корпуса (кожуха) теплового агрегата, сделанного, как правило, из металла, от износа в процессе технологической и производственной эксплуатации оборудования.

Огнеупорный раствор для кладки - раствор огнеупорных марок, предназначенный для использования с огнеупорными кирпичами в процессе кладки/футеровки, наносится на поверхность огнеупорного кирпича различной толщиной, а также может использоваться для выравнивания неровностей корпуса теплового агрегата и для корректировки кирпичей в процессе кладки/футеровки.

Платформа - возвышенная площадка, помост в каких-либо устройствах, сооружениях, конструкция которой включает пространство для нахождения людей и размещения грузов и/или оборудования, включая размещение манипулятора, огнеупорных материалов.

Рабочий слой футеровки - элемент футеровки, который находится в непосредственном контакте с расплавом и подвержен быстрому износу. Рабочий слой выполняется процессом торкретирования с послойным нанесение огнеупорных торкрет-масс.

Тепловой агрегат - оборудование металлургической промышленности, используемое непосредственно для производственных и технологических процессов, в частности, сталеразливочные ковши, конверторы вертикального типа, сталеплавильные и доменные печи, промежуточные ковши для машин непрерывного лития заготовок, снабженное огнеупорной футеровкой.

Торкретирование - нанесение на поверхность теплового агрегата, в том числе уложенную футеровку, под давлением слоя огнеупорной торкрет-массы.

Торкрет-масса - огнеупорная масса (неформованные порошкообразные огнеупорные материалы) с температурой применения до 1850°С, предназначенная для ремонта тепловых агрегатов и наносимая с установленного расстояния механизированным способом. В зависимости от технологии нанесения влажность наносимой торкрет-массы составляет от 3-5% до 30%.

Фланец - соединительная часть манипулятора, расположенная на одном из его концов и содержащая крепление для установки рабочего инструмента. Рабочий инструмент может быть установлен непосредственно в крепление или с помощью монтажной плиты. К фланцу манипулятора могут быть также закреплены другие элементы, в частности, датчик технического зрения, датчик для измерения теплового излучения, силомоментный датчик и т.п.

Футеровка - слой, облицовка внутренней поверхности тепловых агрегатов, выполненная из огнеупорных, химически стойких материалов (огнеупорные кирпичи, мертели, смеси, растворы, набивные массы, торкрет-массы и прочие) для защиты этих поверхностей от возможных механических, термических, физических и химических повреждений, а также процесс осуществления такой облицовки.

Перед проведением торкретирования поверхность промышленного оборудования, подлежащую ремонту, исследуют. Для этого манипулятор перемещают по запрограммированной траектории по платформе над тепловым агрегатом. Датчик технического зрения, закреплённый на манипуляторе, сканирует внутренний профиль оборудования и передаёт данные в блок управления. Блок управления формирует фактический профиль (карту) арматурного слоя футеровки до нанесения торкрет-слоя. Такое сканирование выполняют один раз в начале нового нанесения торкрет-слоя футеровки, а затем всегда после удаления рабочего слоя и износа после каждой серии плавок. Датчик для измерения теплового излучения, закреплённый на манипуляторе, позволяет получать параметры температуры в каждой или в некоторых контрольных точках поверхности и строить карту температурного распределения одновременно со сканированием поверхности для оценки её состояния. Это позволяет сократить время подготовки к проведению торкретирования, а также установить, связаны ли локальные отклонения температуры с дефектами арматурного слоя. Такие локализации дефектов и/или температурные отклонения учитывают при программировании движений манипулятора по нанесению торкрет-массы с учетом схемы футеровки и требуемой толщины наносимого торкрет-слоя для конкретной (участка) зоны оборудования, что сокращает время проведения ремонта. Измерение температуры позволяет также принять решение о готовности оборудования к ремонту с учётом требований температурного режима торкретирования, установленного для данного оборудования и/или производителем торкрет-массы для торкретирования.

Манипулятор для выполнения торкретирования промышленного оборудования, обладающий как минимум четырьмя степенями свободы, позволяет наносить торкрет-массу как на горизонтальные, так и на вертикальные поверхности, без смены рабочего инструмента или дополнительных операции по изменению направления нанесения. Это сокращает время проведения работ, позволяет выполнять торкретирования при температурах, при которых использование ручного труда невозможно или сильно затруднено.

Фланец с креплением для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы, которое преимущественно выполняют разъёмным, позволяет быстро присоединить или сменить рабочий инструмент, в зависимости от используемой схемы футеровки, температуры оборудования, характеристик используемой торкрет-массы и других особенностей технологического процесса. Если для разных температур выполнения работ или параметров торкрет-массы требуются разные рабочие инструменты, разъёмное соединение обеспечивает сокращение времени замены рабочего инструмента, так как не требуются специальные приспособления и действия.

Техническое решение поясняется с помощью фигур, на которых условно представлены возможные варианты исполнения манипулятора. Следует при этом понимать, что представленные варианты приведены исключительно в качестве примеров. Фигуры необязательно приведены в масштабе, и некоторые признаки могут быть увеличены или уменьшены с целью изображения деталей конкретных элементов. Конкретные конструкционные и функциональные особенности, изложенные в настоящем описании, не могут быть истолкованы как ограничивающие, и приведены лишь в качестве наглядного примера для понимания специалистом в данной области техники вариантов возможного осуществления раскрытой сущности технического решения.

Фиг. 1 - представляет схематичное изображение манипулятора для выполнения торкретирования с установленными на его фланце рабочим инструментом для нанесения торкрет-массы в виде торкрет-пистолета (торкрет-пушки).

Фиг. 2 - представляет схематичное изображение манипулятора для выполнения торкретирования, установленного на платформе, с рабочим инструментом для нанесения торкрет-массы в виде торкрет-пистолета (торкрет-пушки).

Фиг. 3 - представляет схематичное изображение рабочего инструмента, установленного на фланце манипулятора для выполнения торкретирования, с датчиками технического зрения и датчиком для измерения теплового излучения, который закреплён на корпусе датчика технического зрения.

Цифрами на фигурах обозначены: 1 - манипулятор, 2 - фланец манипулятора, 3 - монтажная плита, 4 - рабочий инструмент, 5 - датчик технического зрения, 6 - основание манипулятора, 7 - платформа, 8 - тепловой агрегат, 9 - датчик для измерения теплового излучения, 10 - механизм перемещения по платформе.

Далее со ссылками на фигуры описано осуществление заявленного технического решения, поясняющее работу манипулятора.

Как показано на фиг. 1-3, конструкция манипулятора 1 может быть различной, основным требованием к ней является наличие не менее четырёх, преимущественно от 4 до 6, степеней свободы и достаточной грузоподъемности, которую рассчитывают и определяют для обеспечения требуемой скорости и точности перемещения манипулятора 1 с учётом веса размещённых на манипуляторе 1 рабочих инструментов, включая шланги, через которые поступает торкрет-масса к рабочему инструменту. Манипулятор 1 может быть выполнен в виде рабочей руки, имеющей шарнирные и суставные узловые соединения, установленной основанием 6 на платформе 7. Установку основания 6 манипулятора 1 выполняют с возможностью вращения и/или перемещения на платформе 7 с помощью механизма перемещения 10. Другой конец рабочей руки является фланцем 2 манипулятора 1, который содержит крепление для установки рабочего инструмента.

Фланец 2 манипулятора 1 может содержать также крепление для дополнительного манипулятора или дополнительной оси и рабочий инструмент 4 в этом случае могут устанавливать на дополнительный манипулятор или дополнительную ось соответственно. Если сканирование поверхности оборудования для сбора данных о фактическом состоянии арматурного слоя и построения температурной карты, а также торкретирование производят в зоне досягаемости манипулятора, с учётом его перемещения по платформе, то датчик 5 технического зрения, датчик 9 для измерения теплового излучения и рабочий инструмент 4 для нанесения торкрет-массы закрепляют на фланце манипулятора. Если досягаемости манипулятора не хватает для нанесения торкрет-массы в крепление на фланец манипулятора 1 могут быть закреплены дополнительный манипулятор или дополнительная ось, на которые в свою очередь закрепляют датчики 5, 9 и рабочий инструмент 4. Это позволяет увеличить зону досягаемости манипулятора 1 и производить подготовку и ремонт одним манипулятором.

Рабочий инструмент 4 устанавливают на манипуляторе 1 с помощью крепления неподвижно, что означает исключение движения (смещение, вращение и т.п.) рабочего инструмента 4 относительно фланца 2 манипулятора 1 в процессе работы. Изменение направления подачи торкрет-массы через рабочий инструмент 4 выполняют перемещением или вращением самого манипулятора 1 или его части, например, присоединительного фланца. При этом крепление для установки рабочего инструмента 4 может быть выполнено в виде разъемного соединения, например, байонетного, с помощью защелок, в виде кольцевых фиксаторов (зажимов), в виде пальцевых захватов с прямолинейным или радиальным движением двух и более пальцев и т.п., которое позволяет сохранять неподвижность соединения в процессе работы, но быстро отсоединять рабочий инструмент 4 в соответствии с алгоритмом работы без использования дополнительных инструментов. Рабочий инструмент 4 может быть установлен на фланец 2 манипулятора 1 непосредственно либо через монтажную плиту 3. Указанная монтажная плита 3 может быть универсальной для разных инструментов или отличаться по конструкции для разных рабочих инструментов, например, для рабочих инструментов разных производителей. В этом случае монтажная плита 3 служит, в том числе, для целей адаптации крепления рабочего инструмента 4 к креплению фланца 2 манипулятора 1. Такое исполнение позволяет производить быструю смену рабочего инструмента 4, выполняющего торкретирование, например, путём поворота фланца 2 манипулятора 1 с монтажной плитой 3 с рабочими инструментами 4.

Рабочий инструмент 4 представляет собой насадку для нанесения торкрет-массы, которая может быть выполнена в виде патрубка с соплом или механизмом смены сопел. Патрубок соединяют с нагнетающим насосом и бункером торкрет-машины, например, при помощи армированного шланга.

Манипулятор 1 снабжён датчиком 5 технического зрения, предназначенным для сканирования и исследования внутренней поверхности теплового агрегата или отдельного участка, подлежащего торкретированию, а также для контроля расстояния с поверхностью, на которую наносят торкрет-массу, установленного блоком управления. В качестве указанных датчиков 5 могут быть использованы любые известные устройства, позволяющие сформировать двумерное или трехмерное изображение окружающего пространства, в частности, лидары (лазерные радары), лазерные дальномеры, сонары (ультразвуковые радары), видеокамеры, дальностные камеры (камеры глубины) и т.п. Датчики 5 технического зрения могут оснащаться активной инфракрасной подсветкой или подсветкой в видимом диапазоне, в виде прожектора, проектора, одного или группы светодиодов, ламп, или проекторов. Предпочтительно, датчик 5 технического зрения имеет конструктивное исполнение со встроенной системой воздушного и/или водяного охлаждения, обеспечивающее защиту от агрессивных воздействий во время эксплуатации, в частности, высоких температур в процессе торкретирования.

Как правило, на манипуляторе 1 закреплено более одного датчика 5 технического зрения, например, со стороны рабочего инструмента 4, на монтажной плите 3, на рабочей руке манипулятора 1 и на платформе 7 или основании 6 манипулятора 1, на фланце дополнительного манипулятора или на дополнительной оси. Датчики 5 могут быть установлены на фланце 2 манипулятора 1, между фланцем 2 и монтажной плитой 3, между фланцем 2 и рабочим инструментом 4 или механизмом смены инструментов, на монтажной плите 3 или на рабочем инструменте 4 манипулятора 1. В рамках описания заявленного технического решения под закреплением датчика 5 на манипуляторе 1 следует понимать соединение любым известным способом датчика 5 непосредственно с конструктивными элементами самого манипулятора 1 (рабочая рука, шарнирные и суставные узловые соединения, фланец, секция, колонна и т.д.) или с различными узлами, закреплёнными к манипулятору 1, такими как монтажная плита 3, рабочий инструмент 4 и т.п. Кроме того, датчик 5 может быть встроен в корпус или выполнен в едином корпусе с самим манипулятором 1, его конструктивными элементами или различными узлами, закреплёнными к манипулятору 1.

Контроллеры датчиков 5 технического зрения могут быть расположены как в блоке управления, так и непосредственно на манипуляторе 1 и самих датчиках 5, например, совмещенными с ними в единый конструктивный элемент. Совокупность всех датчиков 5 образует систему технического зрения, управляемую исполнительным модулем датчиков 5 технического зрения блока управления. С помощью датчиков 5 технического зрения контролируют состояние зоны футеровки, толщину и качество нанесенного слоя торкрет-массы, что позволяет сократить время на выполнение операций и повысить точность их выполнения.

Предпочтительно, на фланце 2 манипулятора 1 закрепляют не менее двух датчиков 5 технического зрения. Например, как показано на фиг.3, первый датчик 5 закрепляют на фланце 2 манипулятора 1 рядом с рабочим инструментом 4 (торкрет-пистолетом) таким образом, чтобы в процессе торкретирования и движения вдоль поверхности теплового агрегата 8 датчик был расположен впереди (по ходу движения) рабочего инструмента 4. Это позволяет в режиме реального времени получать данные о фактическом состоянии арматурного слоя и в автоматическом режиме корректировать движения манипулятора 1 по нанесению торкрет-массы с учетом схемы футеровки и требуемой толщины наносимого торкрет-слоя для конкретной (участка) зоны оборудования. Второй датчик 5 технического зрения закрепляют также на фланце 2 рядом с рабочим инструментом 4 таким образом, чтобы в процессе торкретирования и движения вдоль корпуса теплового агрегата 8 датчик 5 был расположен позади рабочего инструмента 4. Это позволяет в режиме реального времени получать данные о фактической толщине нанесенного торкрет-слоя и контролировать качество нанесения торкрет-массы. В случае отклонения от заданных параметров нанесения блок управления может отправить сигнал для последующей регулировки работы торкрет-установки. При таком размещении датчиков 5 технического зрения возможно определять изменения в постоянном (рабочем) слое футеровки, которые могут быть восстановлены дополнительным слоем торкрет-массы, а также определять профиль рабочего слоя футеровки после торкретирования. Это улучшает окончательный контроль качества и работает как инструмент диагностики профилактического ремонта, увеличивая срок службы арматурного слоя футеровки. Кроме того, контроль качества нанесения в режиме реального времени сокращает общее время проведения ремонта, так как в текущем цикле торкретирования можно исправить дефекты нанесения торкрет-массы или нанести дополнительный слой для корректировки дефектов арматурного слоя.

Манипулятор 1 дополнительно снабжен датчиком 9 для измерения теплового излучения. В качестве указанного датчика 9 может быть использовано любое известное устройство, предназначенное для измерения теплового излучения от объекта по его электромагнитному излучению в диапазоне инфракрасного спектра и построения карты распределения температуры поверхности, в частности, тепловизор, пирометр, термощуп. Любое из этих устройств позволяет измерить температуру поверхности на участке или в отдельной точке и по результатам измерений построить карту распределения температур по исследуемой поверхности. Такая карта может быть представлена в виде цветного изображения, где разным температурам соответствуют разные цвета, графика температур и т.п. Выбор конкретного типа датчика 9 осуществляют, исходя из технологических условий торкретирования конкретного оборудования. В частности, если для ремонта оборудования необходима подробная температурная карта, используют тепловизор. Если необходимо только контролировать среднюю температуру поверхности теплового агрегата 8, достаточно пирометра или термощупа.

Датчик 9 для измерения теплового излучения может быть закреплён на фланце 2 манипулятора 1, на монтажной плите 3, между фланцем 2 и монтажной плитой 3, между фланцем 2 и рабочим инструментом 4, на рабочей руке манипулятора 1, на фланце дополнительного манипулятора или на дополнительной оси. Под закреплением датчика 9 на манипуляторе 1 следует понимать соединение любым известным способом датчика 9 непосредственно с конструктивными элементами самого манипулятора 1 (рабочая рука, шарнирные и суставные узловые соединения, фланец, секция, колонна и т.д.) или с различными узлами, закреплёнными к манипулятору 1, такими как монтажная плита 3, рабочий инструмент 4 и т.п. Кроме того, датчик 9 может быть встроен в корпус или выполнен в едином корпусе с самим манипулятором 1, его конструктивными элементами или различными узлами, закреплёнными к манипулятору 1. В частности, датчик 9 для измерения теплового излучения может быть выполнен в одном корпусе с датчиком 5 технического зрения или закреплён на корпусе датчика 5, например, как показано на фиг. 3.

Закрепление датчика 9 для измерения теплового излучения на манипуляторе 1, как правило, в непосредственной близости к одному или нескольким датчикам 5 технического зрения, позволяет контролировать температурный режим автоматизированного выполнения торкретирования, сократить время подготовки к проведению торкретирования. Такое расположение датчика 9 позволяет производить одновременное сканирование поверхности теплового агрегата для оценки фактического состояния ремонтируемой поверхности и построение температурной карты, необходимость которой обусловлена технологическими требованиями к процессу нанесения рабочего слоя футеровки, чтобы обеспечить наилучшее «прилипание» торкрет-слоя к поверхности, в частности, к арматурному слою. Одновременное сканирования позволяет совместить места дефектов арматурного слоя и отклонения температуры для повышения качества и сокращения времени анализа. Контроль температуры арматурного слоя позволяет также снизить или исключить риски повреждения арматурного слоя, вызванные температурной деформацией вследствие остывания.

Помимо оборудования, предназначенного непосредственно для осуществления торкретирования, манипулятор 1 может быть снабжен защитным кожухом/чехлом, обеспечивающий защиту его и установленного оборудования от пыли и/или высоких температур, ограничения по которым могут быть установлены производителями манипулятора 1 и оборудования, входящих в состав комплекса.

Для выполнения торкретирования основание 6 манипулятора 1 могут устанавливать на платформу 7, как показано на фиг.2. Платформу 7 располагают рядом со стендом для ремонта и футеровки теплового агрегата 8. Платформа 7 с установленными на ней одним или несколькими манипуляторами 1 для осуществления торкретирования, может быть выполнена стационарной или содержать механизмы подъема платформы на высоту расположения теплового агрегата 8 и содержать механизмы для перемещения манипулятора 1. Основание 6 манипулятора 1 закрепляют на платформе 7 или выполняют с возможностью перемещения. В качестве механизмов 10 для перемещения манипулятора 1 могут выступать рельсовый путь, продольный паз, каретка на линейных направляющих и другие механизмы, обеспечивающие возможность перемещения вдоль платформы 7 и/или вращения. Благодаря этому обеспечивают расширение зоны досягаемости манипулятора 1, а также сокращают время выполнения работ. Если размещать манипулятор 1 стационарно, в одном месте, не вся поверхность теплового агрегата может быть досягаема и нужно будет менять место установки манипулятора. А при перемещении и/или вращении манипулятора 1 по платформе 7 не требуется дополнительное время для снятия и закрепления манипулятора на новом месте. Платформа 7 может иметь подъемный механизм, например, гидравлический лифт, винтовую пару трения-скольжения, винтовую или реечную передачу, домкрат и пр., что ускоряет подготовку к проведению работ и позволяет одновременно разместить и поднять к месту выполнения торкретирования манипулятор 1, огнеупорные материалы и исполнительное оборудование.

Огнеупорные материалы, используемые для футеровки арматурного слоя, могут быть размещены на самой платформе 7, для чего она содержит площадку для размещения паллеты с огнеупорными материалами. Огнеупорные материалы могут подаваться сверху, тогда их опускают на платформу 7 краном, который может иметь консольное или козловое исполнение, быть жестко закрепленным или перемещаться по крановым рельсам соответственно.

Для выполнения торкретирования используют также различное исполнительное оборудование, которое может быть размещено на платформе 7 или рядом с ней. Такое оборудование включает, в частности, установку для подготовки и подачи торкрет-массы с емкостью для торкрет-массы, шланги, приемные бункеры, шнековый насос и/или шнековый транспортер для подачи торкрет-массы, электрический шкаф, шкаф управления, пневматический шкаф, контроллеры манипулятора 1, дополнительного манипулятора или дополнительной оси, электрические провода и кабели, контроллер оборудования для подачи торкрет-массы, контроллер датчиков 5 технического зрения, контроллер датчиков 9 для измерения теплового излучения, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, блок управления на базе промышленного компьютера и пр.

Блок управления управляет работой манипулятора 1 и другого оборудования в процессе выполнения торкретирования и содержит программное обеспечение, программные коды и алгоритмы, а также включает контроллеры, микропрограммные автоматы, электрические схемы и т.п. Эти элементы конструктивно могут быть выполнены как единый программно-аппаратный комплекс, и как множество отдельных элементов, связанных между собой, например, посредством локальной сети.

С помощью блока управления на основе результатов сканирования и распознавания с помощью датчиков 5 технического зрения и датчика 9 для измерения теплового излучения формируют траектории, последовательность, скорость и точность движений манипулятора 1, передают команды на исполнительное оборудование для выполнения этих движений, контролируют движения, а также получают информацию о текущем состоянии процесса торкретирования и температурном режиме, сохраняют её как телеметрию в базу данных блока управления и передают в виде статусов в АРМ оператора. Здесь и далее под командой следует понимать автоматически передаваемый сигнал, вызывающий действие какой-либо системы, механизма и т.п.

Блок управления использует схему футеровки для расчета и определения с помощью программного обеспечения расположение каждого огнеупорного материала, плана торкретирования конкретного теплового агрегата 8 по «отснятой/отсканированной» объемной карте и температурной карте теплового агрегата 8 с помощью датчиков 5 технического зрения и датчика 9 для измерения теплового излучения. В процессе выполнения торкретирования теплового агрегата 8 в блок управления поступают данные о слое нанесенной торкрет-массе и температуре поверхности. На основе этих данных блок управления в автоматическом режиме корректирует план и траекторию торкретирования в режиме реального времени.

Далее описан процесс выполнения торкретирования с использование заявленного технического решения.

Манипулятор 1 согласно заявленному решению, может быть использован для торкретирования различного оборудования металлургической промышленности, в частности, сталеразливочных ковшей, конвертеров вертикального типа, электродуговых сталеплавильных и доменных печей, агрегатов ковш-печь, промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок и иного оборудования и агрегатов, используемых непосредственно для производственных и технологических процессов.

Процесс осуществления торкретирования включает следующие этапы:

1. Ввод или загрузка схемы торкретирования в блок управления через АРМ оператора, содержащей:

- размеры теплового агрегата 8, подлежащего торкретированию;

- схему футеровки, включающую температурные параметры;

- тип и марку огнеупорного материла, используемого для торкретирования, включая температурный режим использования;

- данные о расходе огнеупорного материала.

2. Выбор в АРМ оператора схемы торкретирования, включая температурный режим, которая будет использоваться для торкретирования данного типа теплового агрегата 8 и вида ремонта.

3. Установка оборудования в рабочие позиции.

4. Подача оператором через АРМ оператора команды на запуск манипулятора 1 в работу.

5. Сканирование с помощью датчиков 5 технического зрения и датчика 9 для измерения теплового излучения, расположенных манипуляторе 1 поверхности теплового агрегата 8, подлежащего торкретированию. Полученные объемную и температурные карты внутренней поверхности теплового агрегата 8 обрабатывают блоком управления, который строит 3D модель торкретирования данного участка, рассчитывает последовательность нанесения торкрет-массы, определяет толщину торкрет-массы для каждого участка, необходимость дополнительного нагрева или охлаждения теплового агрегата 8.

5.1. Если по результатам сканирования температура поверхности теплового агрегата 8 соответствует требованиям, установленным для данного оборудования и/или производителем торкрет-массы для торкретирования, то блок управления приступает к выполнению цикла торкретирования.

5.2. Если по результатам сканирования температура поверхности теплового агрегата 8 не соответствует установленным требованиям для торкретирования, то оборудования дополнительно прогревают, оставляют остывать или принудительно охлаждают, например, вентиляторами.

5.3. Если на температурной карте имеются локальные отклонения от средней температуры, то производят дополнительный анализ объёмной карты для выявления возможной связи дефектов арматурного слоя и температурных отклонений для учёта при построении 3D модели торкретирования данного участка, расчёте последовательности и толщину нанесения торкрет-массы.

6. Цикл торкретирования:

6.1. Производят подачу требуемых торкрет-массы к рабочему инструменту 4 с помощью одного из способов подачи, описанных ранее, соответствующие данные поступают на экран АРМ оператора.

6.2. На контроллер манипулятора 1 подают команду для торкретирования.

6.3. Блок управления производит расчёт траектории манипулятора 1.

6.4. Манипулятор 1 следует по рассчитанной траектории к месту торкретирования и с помощью рабочего инструмента 4 наносит торкрет-массу послойно. При необходимости основание 6 манипулятора 1 перемещают с помощью механизма 10 вдоль платформы 7.

6.5. С помощью датчиков 5 и 9, установленных на манипуляторе 1, производится сканирование внутренней поверхности теплового агрегата.

6.5.1. Предпочтительно, на фланце 2 манипулятора 1 закрепляют первый датчик 5 технического зрения, расположенный впереди (по ходу движения) рабочего инструмента 4. С помощью этого датчика 5 в режиме реального времени получают данные о фактическом состоянии арматурного слоя и корректируют движения манипулятора 1 по нанесению торкрет-массы с учетом схемы футеровки и требуемой толщины наносимого торкрет-слоя для конкретной (участка) зоны оборудования.

6.5.2. После прохождения рабочим инструментом участка торкретирования с помощью второго датчика 5 технического зрения, закреплённого также на фланце 2 позади (по ходу движения) рабочего инструмента 4 в режиме реального времени получают данные о фактической толщине нанесенного торкрет-слоя и контролируют качество нанесения торкрет-массы. В случае отклонения от заданных параметров нанесения блок управления может отправить сигнал для последующей регулировки работы торкрет-установки.

6.6. С помощью датчика 9 для измерения теплового излучения измеряют температуру поверхности теплового агрегата 8 после нанесения торкрет-массы и рассчитывают время, необходимое для полного высыхания торкрет-массы для введения оборудования в эксплуатацию, или определяют необходимую температуру подогрева для сушки и время сушки.

Если место торкретирования находится вне зоны досягаемости рабочего инструмента 4, закреплённого на манипуляторе 1, на фланец манипулятора 1 может быть закреплён дополнительный манипулятор или дополнительная ось, на которые, в свою очередь, могут быть закреплены рабочий инструмент 4, датчики 5 и 9.

Специалисту в данной области техники очевидно, что приведённые примеры исполнения комплекса и отдельных его элементов, узлов и блоков не ограничивают заявленное техническое решение только описанными вариантами осуществления. Конкретные варианты конструкции, этапы осуществления и описанные алгоритмы, изложенные в настоящем описании, не могут быть истолкованы как ограничивающие, и приведены лишь в качестве наглядного примера для понимания специалистом возможного осуществления раскрытой сущности технического решения.

Заявленное техническое решение может быть использовано для торкретирования металлургического оборудования с контролем температурного режима, позволяет сократить время подготовки и проведения работ по ремонту оборудования, а также характеризуется повышенной надежностью и эффективностью за счёт уменьшения риска повреждения арматурного слоя от температурной деформации и повышения срока службы оборудования.

Claims (10)

1. Манипулятор для выполнения торкретирования промышленного оборудования, имеющий не менее четырех степеней свободы, содержащий основание, фланец с креплением для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы и закрепленный на манипуляторе датчик технического зрения, отличающийся тем, что на манипуляторе дополнительно закреплен датчик для измерения теплового излучения.

2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что основание выполнено с возможностью закрепления на платформе.

3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что основание выполнено с возможностью перемещения с помощью механизма перемещения.

4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что крепление для установки рабочего инструмента для нанесения торкрет-массы выполнено в виде разъемного соединения.

5. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения выполнен в виде тепловизионной камеры.

6. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения выполнен в виде инфракрасного бесконтактного пирометра.

7. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения выполнен в виде контактного термометра.

8. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения закреплен на фланце манипулятора.

9. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения закреплен в одном корпусе с датчиком технического зрения.

10. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что датчик для измерения теплового излучения закреплен на корпусе датчика технического зрения.