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全國首款球罐爬壁打磨機器人問世 “機器換人”號角吹響

關鍵詞 打磨機器人 , 球罐|2020-04-29 11:01:16|來源 浙江日報
摘要 舟山魚山島上,一座現代化綠色石化基地正在崛起。作為浙江自貿試驗區核心組成部分,這一世界上投資最大的單體產業項目,將于今年建成投產。而挑戰和考驗也隨之而來——浙江各類大型球罐將新增2...

舟山魚山島上,一座現代化綠色石化基地正在崛起。作為浙江自貿試驗區核心組成部分,這一世界上投資最大的單體產業項目,將于今年建成投產。而挑戰和考驗也隨之而來——浙江各類大型球罐將新增200余臺,總數達到600余臺。如何才能保障如此龐大數量的球罐安全?

近日,記者從浙江省市場監管局了解到,省特種設備科學研究院(以下簡稱省特科院)攻堅六年后首戰告捷:成功研制出國內首款球罐爬壁打磨機器人。而且,通過“實戰”,機器人的表現讓人驚艷,已經被不少單位“請”了過去。

一場更人性化、更高效率、更具科技感的“機器換人”變革,正在深刻地影響整個行業。

“機器換人”呼聲日漲

新增200余臺大型球罐帶來的數量上的“壓力”,只是迫切需要球罐爬壁打磨機器人的一個方面。

其實早在6年前,省特科院就開始為未來“布局”。

省特科院科研所所長凌張偉博士介紹說,球罐焊縫部位容易發生裂紋和缺陷,每三年左右就需進行質量檢測。為保證數據精準,檢測過程對焊縫表面光潔度具有較高要求,打磨除銹是必不可少的前提工序。但人工打磨,難關重重,其中最難的就是作業環境極度惡劣。來看一組數據:球罐直徑一般超過10米,像直徑21.2米的球罐能達5000立方米。而每完成一個5000立方的球罐,需要一名打磨工在80分貝的環境聲中勞作一周以上。

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在密閉空間中,即便佩戴專業口罩、眼罩、身穿防護服,也無法阻擋鐵屑從呼吸道侵入人體。而且,當球罐內殘留的氣相介質濃度達到極限時還可能引發爆炸,所以打磨工必須有豐富的經驗和過硬的心理承壓能力。而目前打磨工作者的平均年齡高于55歲,勞動力緊缺是不爭的事實。

經濟成本和時間成本也是大問題。凌張偉介紹,目前人工作業需要在球罐內外部搭建腳手架,成本約20萬元,時間長、費用高。遇上打磨質量不過關的,還需返工,延誤工期。

在這樣的背景下,企業和檢驗機構尋找機器替代品的需求日益強烈。

攻克難題拿下專利

2014年,在省市場監管局科技項目以及質量技術基礎(NQI)項目等支持下,省特科院在全國率先啟動球罐打磨機器人的研究和應用,并投入數千萬建設特種設備機器人智能檢測技術研發中心。

“一是不能掉,二是打得好?!边@是機器人研發團隊面臨的兩大技術難題。團隊最先想到的爬壁機器人最通用的吸附技術——永磁體吸附。但放在球罐打磨應用環境下,問題很快來了:不能盲目加大磁鐵,否則會增加機器人的體積和負載重量。通過反復試驗,團隊探索出特殊的磁橋和磁場布置方式,在吸附力與負載之間達到平衡,第一代原型機由此誕生。

然而在應用試驗過程中,新問題又出現了:焊縫兩側需打磨的路徑寬度約300mm,固定打磨或擺臂式打磨效率太低,球罐是曲面的,平面打磨頭如何緊貼壁面的同時又不打磨過度?團隊逐一嘗試了高壓水除銹、激光除銹等方法,但都存在打磨質量不高、易銹、成本高等缺陷。

團隊沒有放棄,又“回頭”選擇了機械打磨,并探索出獨立懸掛、分段打磨的方式。最終,三個打磨毛刷以“品”字形排列,達到立體浮動的效果。而毛刷的材質、排列也幾經修改,最終選用交叉排列的鍍銅鐵絲刷,以確保達到最合適的密度和柔性。

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第二代試驗機誕生了,機器人在特殊環境下已基本能夠完成球罐焊縫打磨任務。

來看看國內首款爬壁打磨機器人的“功夫”:能在零下20℃到65℃環境下作業,速度高于0.5米/分,質量符合超聲、磁粉等無損檢測作業要求,在國內處于領先水平。截至2019年年底,這款機器人共授權專利12項,其中發明專利5項、實用新型專利7項。

產業化應用初具成效

完美表現還需要通過“實戰”來驗證。團隊將目光投向了浙江鴻基石化股份有限公司。

作為對先進科技成果轉化為生產力高度關注的企業,公司負責人一度將信將疑:“我們一直期待有這樣一款機器人,但又覺得需要攻克的難點太多了,簡直是不可完成的任務?!?/p>

但憑借多年的信任,公司決定出人出力出設備,主動配合球罐爬壁打磨機器人的工程測試?!耙?,萬一機器人在操作過程中墜落,不僅機器人會損壞,更會砸傷球罐導致企業千萬損失。但我們都對這款凝聚6年心血的機器人充滿信心!” 凌張偉說。

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第一次工程測試開始。和以往操作人員終日在罐中不同,如今技術人員出入球罐只需兩次:一次放入機器人,一次拿出。期間,被設置好速度和力度的機器人,目標明確,馬力全開。由于機器人自帶攝像頭,球罐中的情況、機器人自身每個舉動以及每一道工序質量,都逃不過指揮人員的眼睛。測試證明:打磨效果明顯優于人工作業,且安全可靠。

“太棒了,這正是我們夢寐以求的!”當場,公司負責人就與凌張偉定下約定:一旦機器人具備應用條件,他們第一時間合作。

目前,這款機器人已經在浙江物產化工、浙江鴻基、浙江眾立等嘉興、杭州等地區的化工、儲運等公司得到應用,先后開展球罐打磨作業10余臺,打磨效率是人工的2-3倍。

最新的第三代球罐打磨機器人也已具備產業化條件。特科院同時又開始研究包括超聲檢測機器人和磁粉檢測機器人在內的系列化機器人,探索“一條龍”的機器人解決方案,為迎接大型承壓設備檢驗檢測“機器換人”時代打下基礎。

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