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【关键词】清罐机器人 自动清洗 制糖 蒸发
1 前言
制糖、化工等行业广泛使用列管式加热
器进行热交换蒸发，蒸发过程产生的积垢会严
重影响换热效率，必需定期清洗。国内制糖行
业常采用人工手持高压水枪利用高压水射流清
除加热管内表面的坚硬积垢和锈斑等污物，存
在以下问题：
（1）人工清洗劳动强度大，生产效率低。
（2）人工清洗有漏冲，冲不到底，冲不
干净等现象，影响蒸发效率，增加能耗，增加
生产成本。
（3）罐内环境极其恶劣，人工常在约36
度的密闭高湿环境下工作，招工越来越难。
（4）常有因高压水泄漏而伤人的事件发
生，影响生产安全。
清罐机器人是专门用于制糖化工等行业
列管式加热器清垢的专用机器人，该产品的成
功开发应用，解决了人工清罐岗位招工难、清
洗质量不佳、存在严重安全生产隐患等问题，
并实现节能降耗。
2 清罐机器人的结构和工作过程
清罐机器人融合了直角坐标机器人技术、
机器视觉技术、数据库技术、数控技术、高压
清洗技术等多门学科技术，克服作业空间小、
作业环境高温高湿、清洗列管数据繁多且不规
则等不利条件，开发符合压力容器作业的36V
安全电压大功率伺服电机，通过机器视觉系统
进行列管坐标数据的采集，采用数据库技术记
录和优化清洗路径，通过上位机下达指令控制
四轴数控系统实现清罐机器人的XY 运动、旋
转换区和定位，带动高压水枪至所需清洗列管，
并准确带动高压水枪往复运动，实现对列管的
清垢作业。
其结构如图1 所示，主要由XY 运动平台、
文/张培铭 吴湘柠
本文介绍了制糖、化工行业
人工清洗加热器积垢的弊病，探
讨清罐机器人的结构、工作过程、
优点和发展方向。实践表明，清
罐机器人可更安全、高效地清洗
加热器的积垢，提高蒸发效能。
摘 要
定位块、换区顶杆和高压水枪输送装置组成，
定位块均匀安装在加热器的圆周方向，将加热
器在圆周方向划分为若干清洗区域。XY 运动
平台可绕加热器中心转动，高压水枪输送装置
和换区顶杆安装在XY 运动平台上，XY 运动
平台的两个电机可带动高压水枪输送装置在清
洗区域的X 轴方向和Y 轴方向滑动，当需要
更换清洗区域时，设备通过换区顶杆与定位块
上挡板的相互作用实现绕圆周转动，转动一定
角度后，XY 运动平台上的定位气缸插入定位
块上的定位孔，实现圆周上清洗区域的定位，
从而实现清洗系统用两个电机就能对加热器上
任意加热管的准确定位。
高压水枪输送装置包含上导枪装置，下
导枪装置和水枪输送机构，水枪输送机构如图
2 所示。压轮座上的两个压轮和主动轮上开有
凹槽，高压水枪软管放置在主动轮的凹槽上，
通过压紧机构压紧压轮座，压轮座上的两个压
轮将高压水枪软管压紧在主动轮上，在压力作
用下，高压水枪软管被挤压成梅花型，形成一
定的摩擦接触面，当驱动机构驱动主动轮转动
时，高压水枪软管上、下移动，实现自动清洗
加热器内加热管。
清罐机器人的控制系统开发遵循简单易
学的原则，将操控设备常用的若干功能键放置
在一个界面上，并能实时显示和反馈清洗状态，
如图3，操作者通过简单的培训就能入手。
3 清罐机器人的优点
清罐机器人在多家糖厂成功应用，完全
代替传统的人工清罐方式，并受到越来越多客
户的青睐和肯定，具有以下优点：
3.1 设备故障率低、维护成本低、效率高
采用图像识别技术自动采集加热管坐标
数据，下枪准确，避免设备非正常磨损，冲击；
采用模块化结构，最大程度的简化设备维护量，
减少维修时间；采用整体入罐方式，避免频繁
拆装影响设备精度；采用多层次的防水设计，
确保设备稳定运行；单机冲洗速度约1000 孔/
小时，超越了单人的人工冲洗速度（约800 孔
/ 小时）。
3.2 无漏冲，清洗质量高
采用数据库技术存储通过图像识别采集
到的精准数据，通过专用程序调整编程，坐标
数据无遗漏；采用旋转换区方式，保证全区域
清洗；针对不同的积垢研发专用高压水喷头，
清洗更彻底，清洗积垢量为人工清洗的2 ～ 4
倍，如图4，节能效果显著。
3.3 安全
设备电气电压小于36V，符合国家压力容
器安全生产标准；人员罐外操作，无需入罐直
接面对高压水射流；多层次的防水设计，全面
有效的防水处理，高品质的漏电保护器件，消
除漏电隐患。
3.4 系统操作简单，易于维护
设备简单的操作系统适合不同文化层次
人员操作；系统自带的故障提示信息便于维修
人员快速排出故障。
4 清罐机器人发展方向
（1）在现有基础上优化并研发新一代清
1.XY 运功平台；2. 换区顶杆；3. 高压水枪输
送装置；4. 定位块；5. 列管式加热器
图1：清罐机器人结构示意图
1. 高压水枪；2. 机座；3. 压轮；4. 压紧机构；
5. 驱动机构；6. 主动轮
图2: 水枪输送机构结构示意图
