Манипулятор для осуществления футеровки тепловых агрегатов

Полезная модель относится к области огнеупорной футеровки оборудования металлургической промышленности огнеупорными материалами, в частности, к футеровке сталеразливочных ковшей, кислородных конвертеров вертикального типа, электродуговых сталеплавильных и доменных печей, агрегатов ковш-печь и иного оборудования и агрегатов, используемых непосредственно для производственных и технологических процессов, и может быть использована для установки новой огнеупорной футеровки непосредственно внутри оборудования или для замены вышедшей из строя футеровки.
В настоящее время активно развивается автоматизация и роботизация с целью замены ручного труда в сложных и тяжелых технологических процессах, в частности, механизация футеровки тепловых агрегатов, используемых в сталелитейной промышленности, начиная от автоматизации цепи подачи кирпича и заканчивая системами, облегчающими ручную работу на платформе для футеровки кирпича, в области кладки огнеупорных материалов.
Из документа EP 0226076 B1 (МПК B25J11/00; B25J15/02; B25J17/02; B25J9/04; B65G57/03; B65G61/00; C21C5/44; F27D1/16; опубликован 24-06-1987) известен рабочий робот, который устанавливают на платформе внутри конвертера и оснащают манипулятором, который перемещает кирпичи и выполняет их позиционирование на месте кладки. Манипулятор оборудован щупами и детекторами смещения для автоматического контроля и управления действием различных элементов, что позволяет точно позиционировать кирпичи. Измерения, производимые позиционирующими детекторами и щупами, также позволяют пересчитывать после каждой укладки кирпича движение для кладки следующего кирпича и/или приказать роботу с помощью управляющего компьютера выбрать другой тип кирпича, чтобы адаптировать кирпичную футеровку к кривизне и деформациям стены конвертера. Известный манипулятор можно критиковать за недостаточную адаптивность и гибкость, в частности, потому, что кирпичи удерживаются между двумя схватами захватного устройства. Это требует очень точной работы манипулятора, поскольку любая ошибка в расчетах, даже небольшая, вызывает столкновение с уже уложенными кирпичами или, если захватное устройство откроется, кирпич упадет на уже уложенные кирпичи. Огнеупорные кирпичи могут быть повреждены схватами захватного устройства, что может приводить к образованию сколов, что недопустимо. Более того, отсутствие возможности поворота кирпичей или манипулятора вокруг радиальной оси является препятствием, когда плоскость укладки не параллельна плоскости платформы, например, когда укладка происходит по спирали или когда платформа немного наклонена относительно горизонтали. Другой недостаток заключается в том, что кирпич кладут на кирпич, лежащий ниже, и на соседний кирпич, прежде чем придать ему окончательное положение по направлению к стене. Это трение о соседние и лежащие под ними кирпичи может вызвать их смещение и, кроме того, требует более высоких усилий, что увеличивает мощность и размер манипулятора.
В качестве ближайшего аналога выбран манипулятор, известный из патентного документа US5197847A (МПК B25J15/00; B25J15/06; B65G47/91; C21C5/44; F27D1/16; опубликован 30-03-1993), который содержит на конце вакуумный захват для подъема, перемещения кирпичей и позиционирования их в месте кладки и имеет 4 степени свободы: 2 линейные в горизонтальной плоскости, взаимно перпендикулярные; 1 линейная вдоль вертикальной оси; 1 радиальная, вокруг вертикальной оси. При этом по каждому направлению захват перемещается отдельно, положение захвата и приложенное усилие при позиционировании кирпича может быть сохранено в блоке управления для учёта позиции следующего кирпича. Механизмы привода и управления по каждому из направлений включают пневматические и электрические двигатели, а также датчики расстояния и пневмо-пружины (для радиального перемещения). Для позиционирования кирпича манипулятор перемещает его к предполагаемому месту установки, фиксирует руку манипулятора и осуществляет укладку путём нескольких последовательных движений, используя свои степени свободы: сначала доводит его до соприкосновения с ранее установленным кирпичом, затем сдвигает до соприкосновения со стенкой теплового агрегата и в конце опускает вниз на предыдущий ряд. В качестве недостатков известного решения можно назвать его сложную конструкцию, включающую много составных подвижных частей, сложный механизм синхронизации перекоса каретки, особенно с учётом того, что эти подвижные части находятся в самой зоне осуществления футеровки, где возможно попадание раствора, используемого при кладке, что может привести к выходу из строя всего захвата. Кроме того, при контакте с уже уложенными кирпичами возможно их смещение, такой способ позиционирования кирпича требует аккуратности и поэтому движения должны быть плавными и медленными, на 4 последовательных движения требуется значительное время. Учитывая, что для позиционирования кирпича необходимо подвести его сбоку от уже уложенного, известный манипулятор не может быть использован при укладке последнего кирпича в ряду – замкового кирпича, который должен точно соответствовать размеру оставшегося расстояния между кирпичами. Также известное решение может быть использовано только для кладки кирпичей плашмя (на постель), в то время как футеровка огнеупорными кирпичами некоторых типов тепловых агрегатов предполагает их кладку в других положениях (на ложок и на тычок), а также такое решение не может быть использовано для футеровки листовым огнеупорным материалом.
В отличие от известного решения, предлагаемый манипулятор имеет, как минимум, 6 степеней свободы, что позволяет производить захват кирпича за любую его грань и установку в любом положении, а также сократить количество движений рабочего инструмента в процессе укладки огнеупорных материалов. Кроме того, крепление рабочего инструмента выполнено разъемным, а манипулятор дополнительно снабжен механизмом смены рабочих инструментов, включающим магазин для их размещения и элемент управления разъемным соединением, что позволяет использовать один манипулятор для выполнения разных операций в процессе футеровки и сократить время выполнения этих операций. Заявляемый манипулятор также содержит силомоментный датчик, установленный на фланце, который позволяет сократить перемещения по каждой оси движения за счёт измерения усилий в нескольких степенях свободы на конце руки манипулятора.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является создание манипулятора для осуществления футеровки тепловых агрегатов, который позволял бы быстро осуществлять футеровку тепловых агрегатов огнеупорными материалами различных видов, при необходимости, осуществлять захват кирпичей за любую грань и установку их на любую грань, в зависимости от требований схемы футеровки, а также осуществлять нанесение огнеупорного раствора или засыпку огнеупорной сухой смеси в процессе кладки.
Технический результат заключается в сокращении времени осуществления футеровки тепловых агрегатов огнеупорными материалами. Такой манипулятор может быть использован для футеровки огнеупорными материалами различных видов, в зависимости от требований схемы футеровки, включая листовой огнеупорный материал, осуществлять захват кирпичей за любую грань и установку их на любую грань, установку замковых кирпичей, а также характеризуется высокой эффективностью работы.
Поставленная задача решается и заявленный технический результат достигается тем, что манипулятор для осуществления футеровки тепловых агрегатов, который включает основание, фланец с установленным на нём рабочим инструментом в виде захвата с секцией присосок, оборудование для создания отрицательного давления в секции присосок и датчик технического зрения, обладает шестью степенями свободы, дополнительно содержит силомоментный датчик, установленный на фланце, и механизм смены рабочих инструментов, включающий магазин для их размещения и элемент управления разъемным соединением, а рабочий инструмент закреплен на фланце посредством разъемного соединения. Силомоментный датчик и рабочий инструмент могут быть установлены на фланце манипулятора через монтажную плиту, при этом монтажная плита может содержать посадочные места для двух рабочих инструментов. Магазин рабочих инструментов может содержать рабочий инструмент, выполненный в виде насадки для нанесения огнеупорного раствора, насадки для засыпки сухой огнеупорной смеси или захвата для выполнения сварки. Захват с секцией присосок может быть выполнен с дополнительной секцией присосок, с возможностью независимого создания отрицательного давления на ней. Крепление рабочего инструмента с разъемным соединением может быть выполнено неподвижно относительно фланца. Основание может быть выполнено с возможностью закрепления к платформе для подъёма, поворота, горизонтального и вертикального перемещения, а также крепления к тепловому агрегату.
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.
Блок управления - устройство, осуществляющее управление роботизированным комплексом и процессом кладки/футеровки оборудования, содержит контроллеры, микропрограммные автоматы, электрические схемы, выполнено в виде программно-аппаратного комплекса, как правило, на базе промышленного компьютера, содержащего программное обеспечение, программные коды, алгоритмы и нейронную сеть.
Горячий ремонт – вид ремонта теплового агрегата, когда частично удаляется старая футеровка рабочего слоя и устанавливается на её место новая.
Датчик технического зрения - устройство, формирующее двумерное или трехмерное изображение окружающего пространства, в частности, лидары (лазерные радары), сонары (ультразвуковые радары), видеокамеры.
Капитальный ремонт – вид ремонта теплового агрегата, когда полностью удаляется старая футеровка и устанавливается новая, включая теплоизоляционный, арматурный и рабочий слои. В процессе капитального ремонта также могут осуществлять замену части корпуса оборудования на новый.
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.
Огнеупорная сухая смесь - самоспекающаяся сухая смесь огнеупорных марок, используется в качестве набивки дна оборудования, и/или заполнения швов кладки, и/или заполнения зазоров между арматурным и/или рабочим слоями.
Платформа - площадка (колесного, гусеничного, рельсового и подвесного типа), предназначенная для установки на ней необходимого оборудования и по крайней мере одного манипулятора для осуществления футеровки с возможностью горизонтального и вертикального перемещения, может быть выполнена поворотной или содержать треки для перемещения манипулятора с целью обеспечения досягаемости манипулятора для установки огнеупорного материала в любую точку выполняемого цикла футеровки.
Присоска - элемент, предназначенный для прикрепления к твердым поверхностям за счёт разности давления, может быть выполнен в виде чаши, упругого вогнутого диска и т.п., как правило, снабжен средством для создания вакуума или отрицательного давления.
Рабочий слой футеровки – элемент футеровки, который находится в непосредственном контакте с расплавом и подвержен быстрому износу, определяя общую стойкость оборудования, при определении необходимых параметров рабочего слоя учитывают топографию его износа по высоте и периметру оборудования, который часто происходит неравномерно, в частности, повышенный износ огнеупоров наблюдается в районе шлакового пояса и при попадании струи выпускаемого металла на стенки стальковша. В верхней части теплового агрегата рабочий слой изнашивается, как правило, в два раза быстрее, чем в нижней. Это связано с более продолжительным воздействием расплава и шлака на верхние участки футеровки и большим гидростатическим давлением, повышающим пропитку огнеупоров шлаком. Поэтому для удлинения срока службы оборудования и снижения удельного расхода огнеупоров, футеровку по высоте стальковша осуществляют, увеличивая толщину пропорционально ее износу, а также усиливают ее «боевую» часть.
Секция присосок – совокупность присосок, подключенных к одному средству для создания вакуума или отрицательного давления, может включать одну или несколько присосок.
Тепловой агрегат – оборудование металлургической промышленности, используемое непосредственно для производственных и технологических процессов, в частности, сталеразливочные ковши, конверторы вертикального типа, сталеплавильные и доменные печи, снабженное огнеупорной футеровкой.
Теплоизоляционный слой футеровки – элемент футеровки, прилегающий к корпусу (кожуху) теплового агрегата и служащий для сохранения тепла и защиты металлического корпуса (кожуха) от перегрева.
Цикл футеровки - процесс кладки огнеупорных кирпичей и огнеупорных материалов на определенном участке.
Фланец – соединительная часть манипулятора, расположенная на одном из его концов и содержащая элементы для закрепления рабочих инструментов или монтажной плиты.
Футеровка – слой, облицовка внутренней поверхности тепловых агрегатов, выполненная из огнеупорных, химически стойких, а также теплоизоляционных материалов (огнеупорные кирпичи, мертели, смеси, растворы, набивные массы, маты и прочие) для защиты этих поверхностей от возможных механических, термических, физических и химических повреждений, а также процесс осуществления такой облицовки.
Холодный ремонт – вид ремонта теплового агрегата, когда полностью удаляется старая футеровка рабочего слоя и частично арматурного, и устанавливается новая, включая частичный ремонт арматурного слоя и полностью рабочий слой.
За счёт того, что манипулятор для осуществления футеровки обладает, как минимум, шестью степенями свободы и снабжен рабочим инструментом в виде захвата с секцией присосок, возможно выполнять захват и установку кирпичей и других огнеупорных материалов не только при горизонтальном положении захвата. Захват может поворачиваться в любую сторону, а наличие нескольких секций присосок позволяет создавать зоны отрицательного давления на одной или нескольких из них, в зависимости от требуемой площади захвата. Это позволяет одним манипулятором выполнять футеровку не только рабочего слоя, но и арматурного, и теплоизоляционного, различными видами огнеупорным материалов. Следовательно, не требуется смены оборудования для футеровки разных слоёв или для разных видов огнеупорных материалов, что сокращает время осуществления процесса футеровки. Также возможно изменение траектории заведения отдельных кирпичей, преимущественно замковых, для того чтобы подвинуть и запереть ряд уложенных кирпичей, когда оставшееся место под замковый огнеупор меньше, чем стандартный типоразмер огнеупорного кирпича. Это позволяет исключить необходимость устанавливать замковый кирпич вручную или другим устройством. Кроме того, выполнение манипулятора с разъемным креплением рабочего инструмента и использование механизма смены рабочих инструментов позволяет устанавливать другие рабочие инструменты, например, в виде насадки для нанесения огнеупорного раствора и/или насадки для засыпки сухой огнеупорной смеси, что позволяет одним манипулятором выполнять и кладку материалов, и нанесение раствора или засыпку смеси, что исключает необходимость размещения на платформе ещё одного манипулятора для этих целей или предварительное нанесение раствора, что может помещать захвату кирпича с помощью присосок и увеличивает время осуществления футеровки.
Как силомоментный датчик, так и рабочие инструменты могут быть установлены на фланце манипулятора через монтажную плиту. Механизм для смены рабочих инструментов, содержащий магазин для их размещения, позволяет располагать в зоне проведения работ различные рабочие инструменты, например, насадки для нанесения огнеупорного раствора или для засыпки сухой огнеупорной смеси, захват для выполнения сварки и т.п., производить их быструю замену в зависимости от этапа выполняемых работ и вида ремонта (капитальный, холодный и горячий), а также использовать рабочие инструменты различных производителей, адаптируя их крепление на манипуляторе с помощью монтажной плиты. Таким образом, не требуется использование другого манипулятора для разных инструментов, не требуется смена рабочего инструмента вручную, что сокращает время на смену рабочего инструмента.
Рабочие инструменты не имеют подвижных частей вообще или их количество сведено к минимуму, что исключает выход из строя этих инструментов из-за случайного столкновения со стенками корпуса теплового агрегата, уже уложенными кирпичами, паллетой с огнеупорными кирпичами или другими предметами, присутствующими в зоне проведения работ, а также в случае попадания на рабочий инструмент раствора для кладки. Рабочие инструменты на заявленном манипуляторе, как правило, не имеют подвижного соединения с остальными частями манипулятора, что позволяет быстрее производить их смену, так как не требует сложного и длительного отсоединения и присоединения.
Так как при выполнении футеровки движение производят не отдельными элементами захвата, а всей рукой манипулятора, сокращается количество движений, необходимых для достижения требуемого места кладки огнеупорного кирпича, возможна передача усилия всего манипулятора, что может быть важно в тех операциях, когда необходимо приложение усилия, например, при установке замкового кирпича.
Использование силомоментного датчика, преимущественно шестиосевого, который устанавливается на фланец манипулятора, сокращает время выполнения операций за счёт того, что измерение усилий в нескольких степенях свободы на датчике на конце руки манипулятора позволяет сократить перемещения по каждой оси движения.
Основание манипулятора может быть выполнено с возможностью закрепления к платформе, снабженной механизмами, обеспечивающими её подъём и вертикальное перемещение по всей высоте теплового агрегата, а также её крепление к тепловому агрегату для исключения раскачивания, кручения и опрокидывания. Такое размещение манипулятора позволяет осуществлять одновременную загрузку и перемещение как самого манипулятора, так и огнеупорных материалов, раствора для кладки, без необходимости подавать их отдельно, поднимать и закреплять каждый манипулятор, что сокращает время на подготовительные этапы футеровки и сам процесс, когда при завершении очередного цикла футеровки требуется вертикальное перемещение манипулятора и всех используемых материалов или вспомогательных устройств.
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 осуществления футеровки с установленным на нём рабочим инструментом в виде захвата с присосками.
Фиг. 2 – представляет увеличенное изображение манипулятора для осуществления футеровки со стороны фланца с установленным рабочим инструментом.
Фиг. 3 – представляет схематичное изображение футеровочного блока внутри теплового агрегата, с платформой, на которой установлены заявляемые манипуляторы для осуществления футеровки.
Фиг. 4 – представляет схематичное изображение футеровочного блока с платформой, выполненной с отверстием для подачи огнеупорных материалов снизу, на которой установлены манипуляторы для осуществления футеровки.
Фиг. 5 – представляет функциональную схему блока управления.
Цифрами на фигурах обозначены: 1 – манипулятор, 2 – фланец манипулятора, 3 – монтажная плита, 4 - силомоментный датчик, 5 – рабочий инструмент, 6, 7 – датчики технического зрения, 8 – основание манипулятора, 9 – платформа, 10 – паллета с огнеупорным материалом, 11 – тепловой агрегат, 12 – отверстие в платформе для подачи огнеупорных материалов снизу, 100 – блок управления, 101 – прикладное ядро блока управления, 102 – модуль алгоритмов, 103 – модуль расчёта траекторий, 104 – база данных блока управления, 105 – исполнительный модуль манипулятора для осуществления футеровки, 106 – исполнительный модуль датчиков технического зрения, 107 - исполнительный модуль силомоментного датчика, 108 – исполнительный модуль механизма смены инструментов, 109 – средства аналитики блока управления, 110 – автоматизированное рабочее место оператора.
Далее со ссылками на фигуры описано осуществление заявленного технического решения, поясняющее работу робото-технологического комплекса, в состав которого входит заявляемый манипулятор, а также его отдельных частей и узлов.
Конструкция манипулятора 1 может быть различной, основным требованием к ней является наличие не менее шести степеней свободы и достаточной грузоподъемности, которую рассчитывают и определяют для обеспечения требуемой скорости перемещения манипулятора 1 с учётом веса максимального огнеупорного материала, используемого для футеровки и размещённых на манипуляторе 1 рабочих инструментов 5. Манипулятор 1 может иметь антропоморфное или портальное исполнение, состоять из линейных и/или поворотных осей. Например, манипулятор 1 может быть выполнен в виде рабочей руки, имеющей шарнирные и суставные узловые соединения, установленной основанием 8 с возможностью вращения на платформе 9. Другой конец рабочей руки является фланцем 2 манипулятора 1, который содержит крепление для установки рабочих инструментов 5.
Рабочий инструмент 5 устанавливают на манипуляторе 1 с помощью крепления преимущественно неподвижно, что означает исключение движения (смещение, вращение и т.п.) рабочего инструмента 5 относительно фланца 2 манипулятора 1 в процессе работы. При этом крепление для установки рабочего инструмента 5 выполнено в виде разъемного соединения, например, байонетного, с помощью защелок, в виде кольцевых фикаторов (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 отсоединять рабочий инструмент 5 в соответствии с алгоритмом работы без использования дополнительных инструментов. Рабочий инструмент 5 установлен на фланец 2 манипулятора 1 с использованием силомоментного датчика, непосредственно либо через монтажную плиту 3. Указанная монтажная плита 3 может быть универсальной для разных инструментов или отличатся по конструкции для разных рабочих инструментов 5, например, для рабочих инструментов 5 разных производителей. В этом случае монтажная плита 3 служит, в том числе, для целей адаптации крепления рабочего инструмента 5 к креплению фланца 2 манипулятора 1. Кроме того, монтажная плита 3 может содержать посадочные места (крепления) для разных рабочих инструментов 5, например, для захвата с секцией присосок и для, как минимум, одной насадки для нанесения огнеупорного раствора или для засыпки сухой огнеупорной смеси. Такое исполнение позволяет сократить время на смену рабочего инструмента 5, выполняющего операцию в зоне футеровки, путём поворота фланца 2 манипулятора 1 с монтажной плитой 3 с рабочими инструментами 5. Требуемые рабочие инструменты 5 могут быть установлены как одновременно, так и попеременно, в последнем случае используется механизм смены инструментов. Возможна также комбинация данных способов, когда некоторые рабочие инструменты 5 установлены постоянно и не подлежат замене в процессе работы манипулятора, а некоторые устанавливают попеременно через механизм смены инструментов.
Манипулятор 1 дополнительно снабжен механизмом смены инструментов (на фигурах не показан), включающим магазин для их размещения и элемент управления разъемным соединением. Такой магазин может располагаться как на одном из фрагментов рабочей руки, так и на платформе 9 или основании 8 манипулятора. Данный магазин может быть как общим, для нескольких или всех манипуляторов 1, так и отдельным для каждого из них, а также смешанного типа. Секции магазина инструментов могут быть оснащены датчиками наличия инструмента. Магазин инструментов может быть в открытом или защищенном от внешних воздействий исполнении. Привод механизма смены инструментов может быть пневматический или электромеханический.
Рабочий инструмент 5 в виде захвата с секцией присосок может содержать одну или несколько присосок, подключенных к средству для создания отрицательного давления (на фигурах не показано, но предусмотрено). Захват с секцией присосок может захватывать один или более огнеупоров одновременно. Он может быть изготовлен под заранее определенный огнеупорный материал (кирпич, листовой материал), или может быть спроектирован под ряд таких огнеупорных материалов или под определенный диапазон параметров огнеупорных материалов, таких как тип материал (например, теплоизоляционный и/или огнеупорный кирпич), вес, габариты, шероховатость и другие. Присоска может быть выполнена в виде чаши, упругого вогнутого диска и т.п., выполненной из эластичного монолитного или пористого материала целиком или только на кромочной части, круглой, овальной или произвольной формы, которая прикрепляется к поверхности огнеупорного материала в результате создания отрицательного давления путём удаления, например, откачки воздуха из области между внутренней поверхностью присоски и поверхностью огнеупорного материала, может иметь компенсаторы по высоте и/или по углу схвата, оснащаться вакуумными фильтрами и клапанами. Количество секций может быть более одной, что позволяет включать их независимо друг от друга для управления площадью захвата, а также выбирать определенную секцию для захвата огнеупорного кирпича за определенную грань и его свободной ориентации при установке. Захват с секцией присосок может быть отдельный для каждого вида огнеупорного материала и/или слоя футеровки, а может быть универсальным, например, для арматурного и рабочего слоя. Вне зависимости от вида захвата и количества присосок, манипулятор 1 содержит различное оборудование, обеспечивающее захват огнеупорного материала путём создания отрицательного давления, например, эжектор, систему управления эжектором (генератор вакуума, подача вакуума), вакуумметр для контроля износа чаши и т.п. Эжектор может быть интегрирован в присоску (вакуумную чашу). Оборудование, обеспечивающее захват огнеупорного материала путём создания отрицательного давления, включает также вспомогательное оборудование, в частности, пневмо распределители (с различным типами управления: механическим, электрическим, пневматическим, ручным), дроссели, клапаны, вакуумные эжекторы, датчики давления, датчики вакуума, манометры, вакуумметры, фитинги, пневматические шланги (трубки). Данное оборудование может быть установлено как непосредственно на захвате, так и в конструкции манипулятора 1, например, на запястье и/или локте рабочей руки.
Рабочий инструмент 5 насадка для нанесения огнеупорного раствора может быть выполнен в виде патрубка с соплом или механизмом смены сопел. Патрубок соединяют с нагнетающим насосом и бункером, например, при помощи армированного шланга. В зависимости от объема бункера, патрубок и насос могут находиться как на манипуляторе 1, так и на платформе 9, на которой манипулятор 1 установлен, или вне платформы 9 в технологическом блоке.
Для засыпки огнеупорной смеси может быть использован механизм подачи сыпучих сред, включающий подающую и принимающую части. При этом рабочий инструмент 5 насадка для засыпки огнеупорной смеси является принимающей частью данного механизма и содержит выходное сопло. Данная насадка преимущественно содержит промежуточный бункер, который может быть снабжён вибро-мотором для ссыпания смеси к выходу из бункера, шнековый транспортер для подачи смеси к выходному соплу, которое может быть фиксированным или сменным. Шнековый транспортер на выходном конце может также включать уплотняющий винт изменяемой геометрии или отдельный уплотняющий шнек. Подающая часть механизма может быть установлена как на платформе 9 с манипулятором 1, или в технологическом блоке. Подача сыпучей смеси от подающей части к принимающей может осуществляться по гибкому рукаву (армированному шлангу большого диаметра), или гибким шнеком, или жестким шнеком, имеющим подвижные поворотные части на концах.
В случае, когда схема футеровки, например, при выполнении капитального ремонта, одновременно с футеровкой предусматривает и сварочные работы для замены фрагментов изношенного корпуса теплового агрегата на новые, манипулятор 1 может быть также снабжен рабочим инструментом в виде захвата для выполнения сварки. Захват для выполнения сварки выполняют в виде сварочной горелки, которая может осуществлять одну из следующих технологий сварки: дуговая сварка, TIG сварка, MAG сварка, лазерная сварка (LBW), дуговая сварка порошковой проволокой, дуговая сварка под флюсом (FCAW), MIG сварка, газовая сварка. Горелка может быть оснащена емкостными, лазерными и/или электромеханическими, электрическими датчиками и/или датчиками зрения в видимом, инфракрасном и/или ультрафиолетовом диапазоне для определения положения и поиска стыков свариваемых деталей (сварного шва).
Контроллеры рабочих инструментов 5 могут быть расположены как в технологическом блоке, так и непосредственно на манипуляторе 1 и самих рабочих инструментах 5.
Манипулятор 1 снабжён также хотя бы одним датчиком (6, 7) технического зрения, предназначенным для сканирования внутренней поверхности теплового агрегата или отдельного участка, подлежащего футеровке, а также для сканирования места позиционирования и установки огнеупорного материала и контроля расстояния между огнеупорным материалом и поверхностью, на которой выполняют футеровку, с целью его позиционирования и установки на место, определённое блоком управления. Данный датчик (6, 7) может быть использован также для контроля высоты подъема манипулятора 1 и исключения столкновения с верхней точкой теплового агрегата 11 (верхней частью корпуса) и/или с размещенным вверху технологическим оборудованием, обеспечивающим работу теплового агрегата 11. Как правило, на манипуляторе 1 устанавливают более одного датчика (6, 7), например, со стороны рабочего инструмента 5, на монтажной плите 3, на рабочей руке манипулятора 1 и на платформе 9 или основании 8 манипулятора 1. Датчики (6, 7) могут быть установлены на фланце 2 манипулятора 1, между фланцем 2 и монтажной плитой 3, между фланцем 2 и рабочим инструментом 5 или механизмом смены инструментов, на монтажной плите 3 или на рабочем инструменте 5 манипулятора 1. В качестве указанных датчиков (6, 7) могут быть использованы любые известные устройства, позволяющие сформировать двумерное или трехмерное изображение окружающего пространства, в частности, лидары (лазерные радары), сонары (ультразвуковые радары), видеокамеры и т.п. Датчики (6, 7) технического зрения могут оснащаться активной инфракрасной подсветкой или подсветкой в видимом диапазоне, в виде прожектора, проектора, одного или группы светодиодов. Контроллеры датчиков (6, 7) технического зрения могут быть расположены как в технологическом блоке, так и непосредственно на манипуляторе 1 и самих датчиках (6, 7), например, совмещенными с ними в единый конструктивный элемент. Совокупность всех датчиков (6, 7) образует систему датчиков технического зрения, управляемую исполнительным модулем 106 датчиков технического зрения блока управления.
Манипулятор 1 снабжен хотя бы одним силомоментным датчиком 4, преимущественно шестиосевым, позволяющим измерять с помощью чувствительных элементов векторы сил и моментов, действующих на объект манипулирования по разным направлениям (свободам движения). Контроллер силомоментного датчика 4 может быть расположен как в технологическом блоке, так и непосредственно на манипуляторе 1.
Помимо рабочих инструментов 5 на манипуляторе 1 могут быть также закреплены различные сенсорные устройства (на фигурах не показаны), в частности, датчики касания (электромеханические, электрические, емкостные), датчики расстояния (инфракрасные, ультразвуковые, лазерные).
Помимо оборудования, предназначенного непосредственно для осуществления футеровки, манипулятор 1 может быть снабжен защитным кожухом/чехлом, обеспечивающий защиту его и установленного оборудования от пыли и/или низких температур, ограничения по которым могут быть установлены производителями манипулятора 1 и оборудования, входящих в состав комплекса.
Заявленный манипулятор входит в состав робототехнологического комплекса, который включает, как минимум, футеровочный блок, технологический блок и блок управления.
Футеровочный блок в процессе проведения цикла футеровки располагается внутри теплового агрегата и состоит из различного исполнительного оборудования, обеспечивающего и осуществляющего установку/кладку огнеупорных материалов в зависимости от вида ремонта и типа теплового агрегата. В зависимости от типа теплового агрегата 11, схемы футеровки и типа осуществляемого ремонта, футеровочный блок может включать более одного манипулятора 1, преимущественно до восьми, которые расположены на одной или нескольких платформах 9. Манипуляторы 1 могут перемещаться по окружности на заданном уровне (продольного сечения) теплового агрегата 11, например, посредством размещения их на поворотной платформе 9 или на тележках, двигающихся по трекам, в частности, по криволинейным направляющим, рельсам, или монорельсам, размещенным по окружности. Механизм перемещения манипуляторов 1 может быть единым для всех или отдельным для каждого манипулятора 1.
Футеровочный блок включает платформу 9 с установленными на ней одним или несколькими манипуляторами 1 для осуществления футеровки, которая может быть выполнена поворотной или содержать треки для перемещения манипулятора 1. Если платформа 9 имеет поворотную базу, то она может вращаться на 360 градусов с целью обеспечения досягаемости манипулятора 1 для установки огнеупорного материала в любую точку выполняемого цикла футеровки. Выполнение платформы 9 поворотной может быть осуществлено, в частности, с помощью механизма опорно-поворотного устройства с внутренней или внешней зубчатой передачей на внутреннем или наружном кольце, и двигателем на закрепленной или поворотной части (на фигурах не показан). Кроме того, поворот платформы 9 может быть реализован на механизме вращения роликовых опор или колес, с мягкой или жесткой шиной или без таковой, двигающихся по плоскому основанию, рельсу или металлическому профилю, с фиксацией поворотной части за вращающийся центр или с опорой по внешнему периметру. Ролики или колеса могут быть как на фиксированной, так и на подвижной части платформы 9. Платформа 9 может приводиться в движение одним или несколькими приводными колесами, которые могут как располагаться под платформой 9 в вертикальном положении и нести её нагрузку, так и по периметру платформы в горизонтальном положении и передавать только вращательное движение на платформу 9. В случае использования тележек, перемещающихся по рельсам, в каждой тележке минимум одно колесо является приводным. Приводные колеса или ролики могут приводится в движение двигателями электрического (щеточными, асинхронными, крановыми, шаговыми или серво) или пневматического типа, которые могут передавать вращение на колесо напрямую, через редуктор или каскад редукторов различного типа.
Футеровочный блок содержит также механизмы (устройства), обеспечивающие подъём и вертикальное перемещение платформы по всей высоте теплового агрегата, а также её крепление к тепловому агрегату для исключения раскачивания, кручения и опрокидывания платформы под действием сил инерции, нагрузок, давления и т.п., создаваемых манипулятором 1 в движении и/или в процессе установки огнеупорных материалов. Платформа 9 при этом выполнена с возможностью крепления к указанным механизмам, что означает, что она снабжена элементами крепления (на фигурах не показаны) в виде петель, крюков, зажимов, захватов, проушин и т.п. или конструктивно выполнена таким образом, чтобы обеспечить возможность крепления к указанным механизмам (устройствам). В качестве механизмов (устройств) для подъёма и перемещения платформы 9 могут использоваться:
- стационарные столы, путём их установки друг на друга и фиксации к внутренней поверхности теплового агрегата и/или к уже установленной огнеупорной футеровке, количество столов, на которых располагается и крепится платформа 9, зависит от высоты теплового агрегата 11, каждый стол крепится к предыдущему и распирается выдвижными распорками, например, с пневматическим, гидравлическим, или винтовым механизмом выдвижения ;
- гидравлический подъемник, на котором устанавливается и закрепляется платформа 9 или стол с платформой 9, и который, в свою очередь, крепится и распирается выдвижными распорками, например, с пневматическим, гидравлическим, или винтовым механизмом выдвижения к внутренней поверхности теплового агрегата 11 и/или к уже установленной огнеупорной футеровке;
- подвесное грузоподъёмное устройство, например, тельфер, предпочтительно не менее четырёх для обеспечения равномерного и ровного подъёма платформы 9, которая по мере её движения распирается выдвижными распорками, например, с пневматическим, гидравлическим, или винтовым механизмом выдвижения к внутренней поверхности теплового агрегата 11 и/или к уже установленной огнеупорной футеровке. Платформа 9 в этом случае снабжена датчиками наклона и акселерометрами, а управление работой и синхронизацией всех грузоподъёмных устройств осуществляют с помощью блока управления 100;
- винтовой подъемник, на котором устанавливается и закрепляется платформа 9, и который, в свою очередь, крепится и распирается выдвижными распорками, например, с пневматическим, гидравлическим, или винтовым механизмом выдвижения к внутренней поверхности теплового агрегата 11 и/или к уже установленной огнеупорной футеровке.
Кроме того, при использовании подъемников или тельферов на тепловом агрегате 11 могут закрепляться профильные металлоконструкции, выполняющие роль направляющих для платформы 9, исключающие поперечные смещения платформы 9 в тепловом агрегате 11.
Огнеупорные материалы, используемые для футеровки, могут быть размещены на самой платформе 9, для чего она содержит площадку для размещения паллеты 10 с огнеупорными материалами, или подаваться отдельно, например, снизу через отверстие 12 в центральной части платформы 9, для обеспечения досягаемости манипулятором 1 в процессе осуществления футеровки. При подаче снизу платформа 9 снабжена, например, подъемником с люлькой в центре платформы 9 или с некоторым смещением от центра. Для перемещения паллет 10 из люльки на платформу 9 и обратно платформа 9 и люлька оснащены рольгангом или цепным конвейером (на фигурах не показаны). Рольганг в люльке может размещаться на поворотном столе, чтобы поворачиваться на угол до 90 градусов вокруг своей оси. Кроме того, огнеупорные материалы могут подаваться сверху и сбоку, например, при подаче сверху, паллеты 10 опускают на платформу 9 краном, который может иметь консольное или козловое исполнение, быть жестко закрепленным или перемещаться по крановым рельсам соответственно, а при подаче сбоку паллеты 10 с огнеупорами подаются вилочным погрузчиком, или на тележке рохле, при этом платформу 9 футеровочного блока спускают из теплового агрегата 11 на уровень цехового пола.
Преимущественно, футеровочный блок может нести на поворотной платформе 9 от одной до четырех паллет 10 с материалами (огнеупорные кирпичи, теплоизоляционные прокладки и др.), которые могут располагать как в общей зоне для всех манипуляторов 1, установленных на платформе 9, в общей зоне для нескольких манипуляторов 1 (от 2 до 4 штук), так и индивидуально для каждого манипулятора 1 в зависимости от размеров футеровочного блока и количества установленных манипуляторов 1 для футеровки.
Технологический блок комплекса преимущественно размещается за пределами (вне) теплового агрегата 11 и электрически соединен с элементами футеровочного блока и блока управления 100, чтобы обеспечивать их взаимодействие между собой и содержит различное технологическое оборудование, обеспечивающее работу футеровочного блока. В частности, такое оборудование включает электрический шкаф, шкаф управления, пневматический шкаф, контроллер манипулятора 1, контроллер силомоментного датчика 4, компрессор, электрические провода и кабели, контроллер и оборудование для подачи огнеупорного раствора, контроллер и оборудование для подачи огнеупорной сухой смеси, контроллер датчиков 6, 7 технического зрения, контроллер оборудования для сварки, контроллер захвата для сварки, автоматизированное рабочее место 110 (АРМ) оператора, оборудованное мебелью, экранами и органами управления комплекса, маршрутизаторы, промышленный компьютер. Технологический блок может содержать также приемные бункера, шнековый насос и/или шнековый транспортер для подачи жидких или сыпучих огнеупорных материалов в футеровочный блок. Бункера и механизмы транспортировки материалов преимущественно размещаются снаружи технологического блока. Дополнительно комплекс может быть оснащён транспортной системой, для подачи огнеупоров к футеровочному блоку, которая может быть выполнена в виде одно или двухуровневый рольганга, или цепного конвейера для передачи паллет 10 от места погрузки огнеупоров к подъемнику платформы 9 в зоне под ней. В случае использования двухуровневой подачи подъемник платформы 9 может делать остановку на обоих уровнях: на одном принимая паллеты 10 с огнеупорами, а на другом, возвращая их. Управляющий контроллер, электроника и электрика транспортной системы находятся также в технологическом блоке.
Технологический блок может представлять собой металлический контейнер, например, в качестве него может использоваться морской грузовой контейнер на 20, 40, или 45 футов, в зависимости от комплектации, который включает одно или несколько помещений, разделенных между собой, включая, в частности, технический отсек. Технический отсек, как правило, имеет изолированную воздушную и климатическую среду, цеховой воздух, поступающий в технический отсек, проходит очистку от пыли. В технологическом блоке поддерживают оптимальную температура для электроники и электрики в диапазоне от +5 до +35 градусов, и влажность в диапазоне от 10 до 50%. Для этого технологический блок может быть оснащён обогревателями и осушителями воздуха, которые могут быть жидко топливного, электрического (тэнового или конвертерного) типа.
Блок управления 100 выполнен, как правило, на базе промышленного компьютера, содержащего программное обеспечение, программные коды, алгоритмы и нейронную сеть, а также включает контроллеры, микропрограммные автоматы, электрические схемы и т.п.
Блок 100 управления включает прикладное ядро 101, которое является связующим звеном всех блоков робототехнологического комплекса, осуществляющим управление комплексом в процессе кладки/футеровки оборудования. С помощью прикладного ядра 101 на основе результатов сканирования и распознавания с помощью датчиков (6, 7) технического зрения, установленных, в частности, на манипуляторе 1 и платформе 9, и рассчитанной схемы футеровки с помощью алгоритмов футеровки формируют траектории, последовательность, скорость и точность движений исполнительного оборудования футеровочного блока, передают команды на исполнительное оборудование для выполнения этих движений, контролируют движения, а также получают информацию о текущем состоянии процесса футеровки, 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.
Модуль 102 алгоритмов блока 100 управления использует схему футеровки для расчета и определения с помощью программного обеспечения с самообучаемой нейронной сетью, марки, типоразмера и вида огнеупорного материала, расположение каждого огнеупорного материала, плана футеровки конкретного теплового агрегата по «отснятой/отсканированной» карте теплового агрегата 11 с помощью датчиков (6, 7) технического зрения. Под планом футеровки понимают порядок выкладки огнеупорных материалов, их последовательность и конкретные координаты их установки. В процессе выполнения футеровки теплового агрегата 11 в данный модуль 102 поступают данные о каждом конкретном уложенном огнеупорном материале, в какой реальной позиции (координаты) он был установлен. На основе этих данных модуль 102 в автоматическом режиме корректирует план футеровки в режиме реального времени. Нейронная сеть служит как для самообучения для улучшения и повышения качества его работы, так и для определения и контроля наличия дефектов (сколы, трещины, несоответствие размерам) в огнеупорных материалах.
Модуль 103 расчёта траекторий движения манипулятора 1 получает от прикладного ядра 101 траектории манипулятора 1 и силомоментного датчика 4, на основе которых рассчитывает траектории всех осей манипулятора 1, выполняет проверку на взаимные столкновения, а также столкновения с окружающим пространством на основании данных, полученных с датчиков (6, 7) технического зрения. Возвращает прикладному ядру 101 осевые траектории, которые также сохраняются в базе 104 данных и передаются в контроллер манипулятора 1 на исполнение.
База 104 данных блока 100 управления хранит данные, необходимые для осуществления футеровки (схемы футеровки и данные об огнеупорных материалах, используемые для футеровки конкретного типа теплового агрегата 11 и вида ремонта) и накапливает данные о фактически произведенной работе (выполненные футеровки, фактические установленные огнеупорные материалы, использованные замковые огнеупорные кирпичи), вычисленные и выполненные траектории, рассчитанные последовательности футеровки, планируемые и актуальные позиции огнеупоров.
Исполнительный модуль 105 манипулятора 1 для осуществления футеровки работает в режиме реального времени, принимает команды (управляющие сигналы) на перемещение (осевые траектории) и переключение от прикладного ядра 101, сообщает в ответ результаты выполнения команд на установку огнеупорных материалов. При исполнении траекторий на установку огнеупорного материала также получает данные из контроллера силомоментного датчика 4, содержащего свое исполнительное программное обеспечение.
Исполнительный модуль 106 датчиков технического зрения работает на контроллере датчиков (6, 7) технического зрения и отвечает за реализацию их функционала.
Исполнительный модуль 107 силомоментного датчика 4 работает на контроллере силомоментного датчика 4 и отвечает за реализацию его функционала.
Исполнительный модуль 108 механизма сменных инструментов работает на контроллере механизма сменных инструментов и отвечает за реализацию его функционала.
Средства аналитики 109 обеспечивают построение отчётов по работе комплекса и отображения приборных панелей (dashboard), отражающих ход выполнения работ и процесса футеровки, данные при этом выбирают из базы данных 104. Имеют собственный веб интерфейс для работы.
Клиентская сторона пользовательского интерфейса (frontend) и программно-аппаратная часть блока управления (backend) реализуют серверную и клиентскую части, предоставляющие оператору контроль над робото-технологическим комплексом через АРМ 110 оператора. В АРМ 110 оператора выносятся только функции для оперативного управления (отображение хода футеровки, позиций огнеупоров, данные с датчиков технического зрения, коррекция параметров футеровки, а также средства ввода заданий (задания схемы футеровки и конфигураций огнеупоров).
Далее описан процесс выполнения футеровки с использованием заявленного технического решения.
Манипулятор 1 согласно заявленному решению может быть использован в составе футеровочного блока робототехнологического комплекса для установки новой огнеупорной футеровки непосредственно внутри оборудования или для замены вышедшей из строя огнеупорной футеровки различного оборудования металлургической промышленности, в частности, сталеразливочных ковшей, конвертеров вертикального типа, электродуговых сталеплавильных и доменных печей, агрегатов ковш-печь и иного оборудования и агрегатов, используемых непосредственно для производственных и технологических процессов.
Следует отметить, что в качестве огнеупорных материалов могут быть использованы не только огнеупорные кирпичи, но и листовой материал, например, маты для футеровки теплоизоляционного слоя. Перемещение такого огнеупорного материала производят по аналогии с перемещением огнеупорных кирпичей, как описано далее.
Нанесение огнеупорного раствора для кладки или огнеупорной самоспекающейся смеси используется, в том числе для заполнения швов кладки и/или заполнения зазоров между арматурным и рабочим слоями. Необходимость данного заполнения обусловлена областью применения заявленного технического решения, так как огнеупорная футеровка подвергается значительному температурному воздействию перепадов температур. При этом арматурный и рабочий слои имеют разные коэффициенты температурного расширения, и эта самоспекающаяся смесь является компенсатором тепловых расширений футеровки в радиальном направлении, исключающим её повреждение в процессе эксплуатации. Кроме того, она служит и для снижения потерь тепла, а также дополнительным защитным слоем от воздействия металла, например, в ситуации, когда рабочий слой в определенной зоне износился полностью, а самоспекающаяся сухая смесь выступает в данной ситуации буфером, предотвращающий аварийную ситуацию. Как правило, рабочий слой и самоспекающаяся сухая смесь сделаны из одного и того же сырья в отличие от арматурного слоя, который обладает низким коэффициентом теплопотери и имеет ограничения по рабочей температуре.
Огнеупорный раствор для кладки и/или самоспекающаяся смесь могут быть использованы и для компенсации неровностей огнеупорных материалов и/или поверхности кожуха (корпуса) теплового агрегата 11 или уже уложенного слоя футеровки.
Процесс осуществления футеровки огнеупорными кирпичами включает следующие этапы:
1. Ввод или загрузка схемы футеровки в блок 100 управления комплекса через АРМ 110 оператора, содержащей:
- размеры теплового агрегата 11, подлежащего футеровке;
- типоразмеры и марки огнеупорных материалов и их раскладку внутри теплового агрегата 11 с привязкой к теплоизоляционному, арматурному и рабочему слою,
- способ кладки,
- тип и марку раствора для кладки и/или сухого самоспекающегося материала, его количества и зон, где раствор для кладки или иной материал будет использоваться.
2. Выбор в АРМ 110 оператора схемы футеровки, которая будет использоваться для футеровки данного типа теплового агрегата 11 и вида ремонта.
3. Установка оборудования комплекса в рабочие позиции, в частности, размещение футеровочного блока c одним или несколькими манипуляторами в зоне первого цикла футеровки.
4. Подача оператором футеровки через АРМ 110 оператора команды на запуск футеровочного блока в работу.
5. Сканирование с помощью датчиков (6, 7) технического зрения, расположенных на платформе 9 и/или манипуляторе 1 поверхности первого участка (пояса) теплового агрегата, подлежащего футеровке. Полученную объемную карту внутренней поверхности теплового агрегата 11 обрабатывают блоком 100 управления, который с помощью прикладного ядра 101 и модуля 102 алгоритмов, строит 3D-модель футеровки данного участка, рассчитывает последовательность футеровки, определяет координаты установки каждой единицы огнеупорного материала, его марку и размер.
Сканирование внутренней поверхности футеруемого участка выполняют для оценки фактического состояния внутренней поверхности, так как за время эксплуатации корпус оборудования деформируется под воздействием различных технологических факторов, так и арматурный слой футеровки изнашивается, если футеровку планируют выполнять только рабочего слоя или его части. Например, при деформации корпуса оборудования отношение огнеупорных кирпичей в каждом кольце/ряде может отличаться от проектной, в большую или меньшую степень по количеству одного типоразмера по отношению ко второму типоразмеру. Кроме того, при деформации корпуса оборудования в местах, где используется раствор для кладки, например в зонах расположения сварных швов или для корректировки положения огнеупорного кирпича, чтобы сохранить радиальное положение кольца/ряда, каждый огнеупорный кирпич дает незначительное отклонение в кольце/ряде, поэтому, когда остается положить последние 3-4 кирпича, чтобы "закрыть/замкнуть" кольцо/ряд, как правило, типоразмеры не подходят по толщине, чтобы заполнить оставшуюся зону в кольце/ряде. Для этих целей могут использоваться замковые (клиновидные) огнеупорные кирпичи, которые отличаются от стандартных типоразмеров в большей и меньшей степени.
6. Цикл футеровки:
6.1. Прикладное ядро 101 определяет какой рабочий инструмент 5 будет использован для данной марки огнеупорного материала и через исполнительный модуль 105 передает команду контроллеру манипулятора 1 на смену/установку инструмента на манипуляторе 1.
6.2. Производят подачу требуемых огнеупорных материалов в футеровочный блок с помощью одного из способов подачи, описанных ранее, соответствующие данные поступают на экран АРМ 110 оператора. Если схема футеровки предусматривает огнеупорный раствор или засыпную смесь, то их подают в соответствующий приемный бункер в технологическом блоке. Если используется транспортная система для подачи огнеупоров, то паллеты 10 с огнеупорами подают в приемный отсек транспортной системы.
6.3. На контроллер манипулятора 1 через исполнительный модуль 105 подают команду установки очередного огнеупора, которая содержит параметры огнеупора (габариты, вес, захватываемая грань) и координаты места его установки.
6.4. С помощью датчиков (6, 7) технического зрения, установленных на платформе 9 футеровочного блока или манипуляторе 1, на паллете 10 производят поиск и распознавание требуемого огнеупорного кирпича, определение его координат и ориентации. Если в процессе распознания будут выявлены дефекты в огнеупорном материале, то данный огнеупорный материал переносится манипулятором 1 в место брака, расположенное на платформе 9.
6.5. Манипулятор 1 захватывает огнеупорный кирпич за требуемую грань, используя необходимое количество секций присосок рабочего инструмента 5.
6.6. Производят расчёт траектории манипулятора 1 с захваченным огнеупорным кирпичом к месту установки с учетом расположения окружающих предметов (паллет 10 с кирпичами, других манипуляторов 1, магазинов инструментов, уже выполненной футеровки и т.п.), которые могу послужить препятствием и столкновение с которыми не допустимо. Манипулятор 1 с огнеупорным кирпичом следует по рассчитанной траектории к месту установки.
6.7. Когда манипулятор 1 приближается к запланированному месту установки производят сканирование места будущей установки огнеупорного кирпича. По полученному 3D изображению проводят сопоставление расчётного ожидаемого и фактически имеющегося места установки.
6.8. Блок 100 управления через исполнительный модуль 107 силомоментного датчика активирует силомоментный датчик 4, манипулятор 1 устанавливает огнеупорный кирпич одним движением на грань, определенную схемой футеровки. При этом в режиме реального времени происходит коррекция манипулятором 1 положения огнеупорного кирпича с учётом данных, поступающих от силомоментного датчика 4, так чтобы он минимум по двум граням для первого огнеупорного кирпича в ряду, по трём граням для каждого последующего и по четырём для замкового примыкал к существующей футеровке и/или к кожуху теплового агрегата 11.
6.9. После установки кирпича в требуемую позицию передают команду на отключение к оборудованию для создания отрицательного давления, присоски отсоединяются от установленного кирпича. После этого производят повторное сканирование места установки с уже установленным огнеупорным кирпичом. Полученное фактическое положение установленного огнеупорного кирпича из полученного 3D изображения и положение, полученное манипулятором 1 до установки, передаются контроллером манипулятора 1 в блок 100 управления комплекса, для коррекции плана и последовательности футеровки.
6.10. В случае, когда в текущем ряду футеровки остаётся место для 3-4 кирпичей, производят сканирование всего пустого места в ряду. Из полученных данных рассчитывают размеры замкового огнеупорного кирпича, если ряд не может быть замкнут стандартными кирпичами. Команда на подготовку замкового кирпича требуемых размеров поступает на АРМ 110 оператора. После подготовки замкового кирпича и передачи его в футеровочный блок, оператор через АРМ 110 подает команду на его установку.
6.11. Манипулятор 1 устанавливает полученный замковый кирпич также, как описано выше для стандартных кирпичей.
6.12. Если позиция установки очередного огнеупорного кирпича выходит за пределы досягаемости манипулятора 1, то поворачивают поворотную платформу 9 футеровочного блока или перемещают манипулятор 1 на платформе 9, так чтобы максимально охватить зоной досягаемости манипулятора 1 участок, на котором ещё не выложена футеровка. Данное перемещение рассчитывают, исходя из текущей позиции и схемы футеровки, а также от числа установленных на платформе 9 манипуляторов 1.
6.13. В случае, если после укладки очередного ряда огнеупорных кирпичей требуется нанесение огнеупорного раствора или засыпка огнеупорной смеси, то производят смену инструментов у всех или отдельных манипуляторов 1, для чего на механизм смены инструментов через исполнительный модуль 108 механизма смены инструментов поступает команда на закрепление соответствующего рабочего инструмента 5.
6.14. Для нанесения огнеупорного раствора манипуляторы 1 переносят подающее сопло насадки для нанесения раствора над рядом огнеупорных кирпичей по центру ряда, запускают подачу раствора и, как только раствор начинает поступать из сопла, поворотная платформа 9 выполняет равномерный поворот на необходимый угол, или манипуляторы 1 передвигаются по платформе 9, чтобы каждый манипулятор 1 мог нанести раствор на отведенный ему сектор. Далее сопло подачи раствора отводится каждым манипулятором 1 от футеровки, а платформа 9 или манипуляторы 1 возвращаются в исходное положение.
6.15. Для засыпки огнеупорной смеси в пустоты, образованные огнеупорными кирпичами, выполняют аналогичные действия.
7. В случае если футеровка текущего цикла закончена, то платформу 9 футеровочного блока перемещают вверх по тепловому агрегату 11 на высоту нового цикла футеровки любым из описанных ранее способов, для чего на АРМ 110 оператора поступает сообщение о необходимости перемещения платформы 9.
Специалисту в данной области техники очевидно, что приведённые примеры исполнения манипулятора, а также комплекса, в составе которого он используется, 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 установки новой огнеупорной футеровки непосредственно внутри оборудования или для замены вышедшей из строя футеровки и характеризуется повышенной надежностью, ремонтопригодностью и эффективностью. Манипулятор для осуществления футеровки позволяет сократить время выполнения автоматизированной футеровки тепловых агрегатов огнеупорными материалами различных видов, при необходимости, осуществлять захват кирпичей за любую грань и установку их на любую грань, установку замковых кирпичей, а также листового огнеупорного материала, в зависимости от требований схемы футеровки.