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管道清淤机器人应用与实践

  随着我国城市化进程的加速推进,城市排水管网建设逐步扩大规模。近年来城市生活垃圾、工厂废物以及建筑工地泥浆不断增加,而传统城市管网系统缺乏管养,导致排水管道淤堵问题突出、污水外溢,化工类管道出现内部损伤等安全隐患。排水系统被形象地比作城市命脉,保证排水系统的正常运转,对于保护城市环境、控制污染、提高人民生活品质、维护市容市貌有着重要意义。因此,为保证排水系统的正常运转,就必须对排水管道进行定期疏通、清理。


  目前,国内普遍采用绞车清淤法和水力清淤法进行排水管道清淤工作。绞车清淤法需要人工穿缆,而管道环境恶劣,沼充斥气,易燃易中毒,严重影响作业工人的生命健康。直径较小的管道多采用水力清淤法,但采用高压水清淤存在设备昂贵、用水量大的成本问题。




  由此,排水管道机器人应运而生。管道机器人是一种可沿管道内外壁自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械,在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下,进行一系列管道作业的机、电、仪、一体化系统。


  城市清淤应用实例—潭头渠


  潭头渠位于深圳市宝安区松岗街道,作为茅洲河一级支流沙井河的支流,从属于珠江水系,总长4.38km。潭头西路暗渠长679m,箱涵最小断面尺寸为4m x 2.5m,箱涵主体已改造为钢筋混凝土结构,局部段为浆砌石侧墙加预制钢筋混凝土顶板。由于上游水土流失及工业污水排放问题,河道暗涵内淤积严重,作为返潮河段,人工清理仅能在枯水期作业,且管内伴有毒气,施工难度较大。


  采用了履带式清淤机器人、污泥深度脱水固化车、抓斗清淤车等设备协作清淤。该机器人由排水、排泥装置、泥水分离系统、监控系统和控制系统组成,通过地面控制人员无线控制实现箱涵内的清淤、行走。该机器人可在水下作业,无需中断箱涵正常排水,在快速、安全、高效的完成清淤工作的同时,最大化保障了作业人员的安全,且减少了对周边居民环境的生活、交通影响。数据显示该自动化清淤法速度较传统清淤法提升2-3倍以上,无二次污染。


  然而,自动化清淤成本较高,前期需要单独进行暗涵内管线探测复核,若出现受影响管线,还需要人工配合保护,部分箱涵跌水处或箱涵半径较小的曲线段清淤存在死角,不能实现完全清淤。设备体型仍需减小,以逐步增强其适用性。


  机器人检测、清淤的研究与应用提高了城市排水管网的清淤效率和自动化水平,从根本上解决了传统清淤的安全隐患问题。该项目为未来暗涵清理的发展方向提供了借鉴。


  技术难点与展望


  我国排水管相较于欧美国家管径较小,且缺乏定期管养,存在大量杂物堆积。现有排水管道机器人普遍体型较大,或行走方式的灵活度偏低,无法在该类管道中正常行走。腿足式管道机器人及仿生管道机器人可以很好地解决此类问题,但各国目前仍在研发阶段,距离市场应用还有一段距离。此外,现有排水管道机器人主要为遥控型机器人,不具备自主行走检测、清淤能力,需要地面控制人员的全程操控,未来全自动智能管道机器人将会是研究重点。


  目前机器人的通信方式多采用线缆式结构,无缆排水管道机器人不需要电缆绞盘模块,具备控制单元灵活性高、方便携带等优点,但无线传输仍存在高损耗、受金属管道屏蔽影响等难点。


  管道机器人以电能驱动为主,普遍采用携带蓄电池或是拖缆供电的方式,存在供电时间较短、负载过重、不适宜长距离复杂构造管道内行进等难点。持久的供电方式,如携带大容量轻型蓄电池、太阳能发电、流体自发电系统将会是管道机器人能量供给的发展趋势。


  未来管道机器人可在行走技术、控制系统、无线通信技术、智能图像处理技术等板块进行深耕,实现高度智能,提高检测、清淤的效率和质量,为实现城市排水管网自动化管理提供助力


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