一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，适用于管道内壁的清污工作。包括由前连接盘和后连接盘组成的行星齿轮传动支架、行星齿轮传动支架上设有包含行星齿轮传动机构的清洗转盘，相应匹配尺寸的向心轴承和向心推力轴承、可沿清洗转盘上的套筒滑槽径向滑动的柱塞、复位减震弹簧、柱塞端盖；根据污垢软硬顽固程度以及管壁清洗端头的磨损情况进行更换的两种管壁清洗端头；太阳轮轴、行星齿轮以及包含内齿圈的清洗转盘配合各自的深沟球轴承和滚子轴承安装在由前连接盘和后连接盘组成的行星轮系支架上；实现了长距离工业管道以及变径管道的清洗的，减小清洗成本以及相应的安全隐患，提高清洗质量和效率。提高清洗质量和效率。提高清洗质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置


[0001]本专利技术涉及一种管道内壁自适应机器人清污装置，尤其适用于煤矿、化工、天然气、城市排水等长距离、变径工业管道清洁使用的一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，属于机器人领域。

技术介绍

[0002]管道运输是国际上众多的货物交通运输工具中的一种,它拥有运量较大、费用相对较低、能够进行连续工作、且不会被地面条件的限制所影响等诸多优点。随着石油、天然气等能源消费以及工业管道需求的增长，管道运输已广泛应用到现代工业、农业及人类的日常生活之中，其发展也正变得越来越快。然而伴随着工业管道的普遍使用，管道内壁不可避免的会出现残留污垢等各种问题。尤其对于中小直径以及长距离的管道，工作人员无法进入管道展开长时间的检测以及管壁的清洗维护作业。所以要想有效地防止和降低管道中的泄漏、阻塞等安全事故发生,提高整个管道的使用寿命,保障整个管道的正常运行和安全性,就必须要对整个管道内部进行有效的安全检测和清理维护。所以管道作业机器人作为快捷安全的一种检测以及清理维护装置，已经越来越多地被应用在管道的检测与清理维护方面。
[0003]然而针对管道内壁的清污，目前市面上现有的管道机器人大多采用拖带水枪冲洗或者使用简易毛刷的方法，水枪冲洗耗水量大，容易造成水资源浪费并且排出的清理污水不易处理，而其他使用毛刷等机械清洗方法的管道机器人大多存在着适应性不强、清洗污垢效果不好的问题，尤其是对于长距离的以及变径管道，因此针对使用管道机器人进行管道内壁清污的方法，亟需研发出一款适应能力强、清洗效果好并且安全可靠的管道内壁清污装置。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足之处，提供一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置能够解决工业管道清洗中对长距离、变径管道进行人工清洗的困难以及其他清洗方法效果不佳的问题，减小相应的安全隐患，提高清洗质量和效率。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术的一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，它包括用以在长距离、变径的管道内移动的管道机器人行走主体，管道机器人行走主体为三足压壁式履带机器人，能够在移动过程中始终保持位于管道内的中轴线处；管道机器人行走主体前端设有用以清洁管道内壁的清洗装置，清洗装置的前端设有用以观测管道内径的大小的摄像头模组；所述清洗装置包括旋转刷头和伺服电机，伺服电机的输出轴通过联轴器与旋转刷头连接并驱动旋转刷头旋转；其中旋转刷头包括清洗转盘，清洗转盘外侧等间距设有放射性设置的多个弹性清洁臂，弹性清洁臂端部设有管壁清洗端头，清洗装置根据观测到的变化的管道内径数据实时调整清洗转盘的转速，保证管壁清洗端头和管道内壁之间径向接触力符合预设要求，从而实现管道内存在硬质结垢的刮洗或刷洗，从而
达到需要的清洗效果。
[0006]进一步，所述弹性清洁臂包括设置在清洗转盘外侧沿周向等夹角设置的多个套筒，套筒内部设置有导向滑槽，导向滑槽内装有复位减震弹簧，复位减震弹簧上方通过柱塞端盖在套筒的导向滑槽上设有可沿清洗转盘上的套筒滑槽径向滑动的柱塞，塞端盖通过螺钉与所述清洗转盘上的套筒连接固定，其内孔面对所述活动柱塞起导向以及径向支承的作用；所述柱塞端盖的内侧面对复位减震弹簧起支撑作用并通过挂钩与所述弹簧的一端相连，管壁清洗端头设置在柱塞的端部。
[0007]进一步，所述复位减震弹簧处于由活动柱塞外圆柱面、套筒的内圆柱面以及柱塞端盖的内侧面三者围成的封闭空间中；复位减震弹簧一端支撑于所述柱塞端盖的内侧面并通过挂钩相连，另一端支撑活动柱塞的导向凸台面上并通过挂钩相连，当清洗装置在低转速下以及不工作时控制柱塞复位，避免下端的柱塞端头在重力作用下下沉导致机器人在行进过程中刮伤管壁；在工作时活动柱塞在离心力作用下沿径向向外伸展，活动柱塞向外的离心力是复位减震弹簧被压缩，使所述柱塞沿其轴向所受的弹簧压力与部分离心力相平衡，避免了管壁清洗端头对管道内壁的过度挤压导致管道内壁被划伤；具体的弹簧压缩量及柱塞伸长量由伺服电机的转速以及管道的内径决定，转速越大，柱塞离心力越大，外伸量越大，从而弹簧压缩量越大；当管壁清洗端头抵达管道内壁开始清污时，弹簧的压缩量和柱塞外伸的长度基本固定，从而达到对管壁的自适应清污效果；同时因为管道内壁污垢表面的不规则性，管壁清洗端头在清污过程中会受到一定幅度的冲击和振动，此时弹簧对冲击和振动进行缓冲减震吸能的作用，进一步减小清污过程中对管道内壁的伤害。
[0008]进一步，所述的管壁清洗端头包括清洗刮刀和清洗毛刷，相邻的弹性清洁臂端部交替设置清洗刮刀和清洗毛刷；所述活动柱塞顶端通过螺纹与管壁清洗端头连接，所述活动柱塞设置在套筒内的末端为导向滑块，与套筒内壁的导向槽相配合使得所述活动柱塞在工作时能够沿自身轴向滑动并使其周向固定。
[0009]进一步，清洗转盘上的套筒通过焊接设置有六个，每个套筒在沿所述清洗转盘的轴向焊接有筋板，套筒之间沿所述清洗转盘的周向也通过筋板焊接相连以提高清洗转盘的刚度。
[0010]进一步，清洗转盘的前后分别设有前连接盘和后连接盘，前连接盘和后连接盘通过定位块以及连接螺栓的紧固连接组成了行星轮系支架，清洗转盘中心与联轴器连接处设有同轴的阳轮轴，清洗转盘内侧设有内齿圈，内齿圈与阳轮轴之间设有多个匹配的行星齿轮，清洗转盘内齿圈与行星齿轮配合以获得工作时的运动和动力；所述太阳轮轴、行星齿轮以及清洗转盘构成的轴承通过连接盘和后连接盘承载，清洗转盘两端与轴承配合内侧面设置有密封槽以提高装置的密封性，连接盘前端密封设有前端盖，连接盘法兰上设有用以与机器人行走主体前端内连接的法兰螺栓孔。
[0011]进一步，所述清洗刮刀设置有前刀角和后刀角，前刀角为正角，能轻松有效地清除管道内壁的顽固污垢，后刀角的存在避免了所述清洗刮刀与清洗后管道内壁的多余摩擦以减小甚至避免对管道内壁的刮伤；所述清洗毛刷与所述清洗刮刀沿周向交替布置，工作时在所述清洗刮刀刮洗后的位置所述清洗毛刷立即跟着刷洗以清除吸附或粘附在管壁上的残余细碎污垢，提高清洗效果；实际工作时可以根据管道内污垢的软硬顽固程度以及具体的工况对清洗刮刀和清洗毛刷的数量和布局进行适当的调整布置以获得更好的清洗效果。
[0012]进一步，所述太阳轮轴通过弹性联轴器与伺服电机相连以传递扭矩；所述行星齿轮各有三个，呈120
°
安装在由前连接盘和所述后连接盘组成的行星支架上，并与所述太阳齿轮轴和所述清洗转盘的内齿圈相啮合，组成行星齿轮传动机构。
[0013]进一步，所述行星齿轮传动机构行星架固定，动力及功率通过所述太阳轮轴分流给三个与之啮合的行星齿轮，最后传递给与行星齿轮啮合的清洗转盘，该传动方式传动比大，结构紧凑，提高了齿轮的承载能力、传动平衡性以及装置抗冲击振动的能力。
[0014]进一步，所述伺服电机采用三菱J4系列伺服电机HG
‑
SR502BJ，通过力矩控制可以精确控制清洗时管壁清洗端头对污垢的周向切削力以达到良好的清洁能力，同时降低对管壁的损坏。
[0015]有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，其特征在于：它包括用以在长距离、变径的管道(4)内移动的管道机器人行走主体(3)，管道机器人行走主体(3)为三足压壁式履带机器人，能够在移动过程中始终保持位于管道内的中轴线处；管道机器人行走主体(3)前端设有用以清洁管道(4)内壁的清洗装置(1)，清洗装置(1)的前端设有用以观测管道内径的大小的摄像头模组(2)；所述清洗装置(1)包括旋转刷头和伺服电机(1
‑
4)，伺服电机(1
‑
4)的输出轴通过联轴器(1
‑
5)与旋转刷头连接并驱动旋转刷头旋转；其中旋转刷头包括清洗转盘(1
‑
8)，清洗转盘(1
‑
8)外侧等间距设有放射性设置的多个弹性清洁臂，弹性清洁臂端部设有管壁清洗端头，清洗装置(1)根据观测到的变化的管道内径数据实时调整清洗转盘(1
‑
8)的转速，保证管壁清洗端头和管道内壁之间径向接触力符合预设要求，从而实现管道内存在硬质结垢的刮洗或刷洗，从而达到需要的清洗效果。2.根据权利要求1所述的基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，其特征在于：所述弹性清洁臂包括设置在清洗转盘(1
‑
8)外侧沿周向等夹角设置的多个套筒，套筒内部设置有导向滑槽，导向滑槽内装有复位减震弹簧(1
‑
10)，复位减震弹簧(1
‑
10)上方通过柱塞端盖(1
‑
11)在套筒的导向滑槽上设有可沿清洗转盘上的套筒滑槽径向滑动的柱塞(1
‑
9)，塞端盖(1
‑
11)通过螺钉与所述清洗转盘(1
‑
8)上的套筒连接固定，其内孔面对所述活动柱塞(1
‑
9)起导向以及径向支承的作用；所述柱塞端盖(1
‑
11)的内侧面对复位减震弹簧(1
‑
10)起支撑作用并通过挂钩与所述弹簧(1
‑
10)的一端相连，管壁清洗端头设置在柱塞(1
‑
9)的端部。3.根据权利要求2所述的基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，其特征在于：所述复位减震弹簧(1
‑
10)处于由活动柱塞(1
‑
9)外圆柱面、套筒的内圆柱面以及柱塞端盖(1
‑
11)的内侧面三者围成的封闭空间中；复位减震弹簧(1
‑
10)一端支撑于所述柱塞端盖(1
‑
11)的内侧面并通过挂钩相连，另一端支撑活动柱塞(1
‑
9)的导向凸台面上并通过挂钩相连，当清洗装置(1)在低转速下以及不工作时控制柱塞(1
‑
9)复位，避免下端的柱塞端头在重力作用下下沉导致机器人在行进过程中刮伤管壁；在工作时活动柱塞(1
‑
9)在离心力作用下沿径向向外伸展，活动柱塞(1
‑
9)向外的离心力是复位减震弹簧(1
‑
10)被压缩，使所述柱塞(1
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9)沿其轴向所受的弹簧压力与部分离心力相平衡，避免了管壁清洗端头对管道内壁的过度挤压导致管道内壁被划伤；具体的弹簧(1
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10)压缩量及柱塞(1
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9)伸长量由伺服电机(1
‑
4)的转速以及管道的内径决定，转速越大，柱塞(1
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9)离心力越大，外伸量越大，从而弹簧(1
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10)压缩量越大；当管壁清洗端头抵达管道内壁开始清污时，弹簧(1
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10)的压缩量和柱塞(1
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9)外伸的长度基本固定，从而达到对管壁的自适应清污效果；同时因为管道内壁污垢表面的不规则性，管壁清洗端头在清污过程中会受到一定幅度的冲击和振动，此时弹簧(1
‑
10)对冲击和振动进行缓冲减震吸能的作用，进一步减小清污过程中对管道内壁的伤害。4.根据权利要求2所述的基于离心力原理的管道内壁自适应机器人清污装置，其特征在于：所述的管壁清洗端头包括清洗刮刀(1
‑
12)和清洗毛刷(1
‑
13)，相邻的弹性清洁臂端部交替设置清洗刮刀(1
‑
12)和清洗毛刷(1
‑
13)；所述活动柱塞(1
‑
9)顶端通过螺纹与管壁清洗端头连接，所述活动柱塞(1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：胡而已，孙跃宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：