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浙江省特科院成功研制国内首款球罐爬壁打磨机器人

2020-04-03 09:37:21 中国质量报

迈向特种设备检验检测的“免人工”时代

浙江省特科院成功研制国内首款球罐爬壁打磨机器人

本报讯 (张 律 记者曹吉根)成本更低、效率更高、效果更好——费时费力的球罐内部打磨工作终于有了自动化方案。历时6年攻坚,浙江省特种设备科学研究院(以下简称特科院)成功研制出国内首款球罐爬壁打磨机器人,球罐打磨不再依赖辛苦的人工作业。

据了解,该机器人具有高可靠性、免跌落等特点,可以在-20℃~65℃环境下作业,速度高于0.5米/分钟,处理结果不仅符合超声、磁粉等无损检测作业要求,打磨效果还明显优于人工作业。截至去年年底,该机器人已获授权专利12项(其中发明专利5项),目前已在浙江物产化工、浙江鸿基、浙江众立等化工、储运等公司得到应用。从先后开展的10余台球罐打磨作业结果看,其打磨效率达到了人工的2~3倍。

球罐的焊缝部位是容易发现裂纹和缺陷的薄弱环节,需按期进行质量检测,而检测过程对焊缝表面光洁度具有较高要求,打磨除锈是必不可少的前提工序。然而,球罐直径一般超过10米,5000立方米的球罐直径更是达到了21.2米。要在如此巨大的罐体内部进行长时间的人工打磨,可谓困难重重。

“最大的难题就是作业环境极度恶劣。”特科院相关工作人员介绍,在密闭空间中,即便佩戴专业口罩、眼罩,身穿防护服,也无法阻挡铁屑从呼吸道侵入人体。特别是炎炎夏日,球罐内部温度可达40℃以上,打磨工只能“日出而息、日落而作”。工作人员通过直径半米的“人孔”进入球罐,肩负安全绳攀爬在内部脚手架,在头灯下手工作业。

由于球罐多用于储存易燃易爆、有毒有害介质,打磨焊缝前需要进行置换、清洗和通风,使氧浓度达到作业条件。当球罐内残留的气相介质浓度达到爆炸极限时还可能发生爆炸。打磨过程中,角磨机还会扬起铁屑灰尘。因此,打磨工必须有丰富的经验和过硬的心理承压能力,在作业中时刻关注数据变化并采取措施。每打磨完成一个5000立方米的球罐,一名打磨工至少要在80分贝的环境声中劳作一周以上。然而目前从事打磨工作的工人平均年龄在55岁以上,劳动力紧缺。此外,人工打磨耗费时间长、成本高,需要在球罐内外部搭建脚手架,每台成本在20万元左右,前后需耗费一周,遇上打磨质量不过关的还需返工。

在此背景下,浙江省特科院2014年启动球罐打磨机器人的研究和应用,投入2900万元建设特种设备机器人智能检测技术研发中心。为了实现“不能掉、打得好”的目标,团队通过反复试验探索出特殊的磁桥和磁场布置方式,在吸附力与负载之间达到平衡,制造出了第一代原型机。

在第一代基础上,面对平面打磨头在曲面球罐中打磨效率低的难题,团队又在多次尝试后探索出独立悬挂、分段打磨的方式,通过3个镀铜铁丝刷以“品”字形排列达到立体浮动的效果,确保达到最合适的密度和柔性。这使机器人已基本能够在特殊环境下完成球罐焊缝打磨任务。

目前,最新的第三代球罐打磨机器人也已具备产业化条件。特科院同时又开始研究包括超声检测机器人和磁粉检测机器人在内的系列化机器人,探索“一条龙”的机器人解决方案,为迎接大型承压设备检验检测“机器换人”时代打下基础。

《中国质量报》

(责任编辑:小易)
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