專利名稱：帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變徑，無需附加動力源的管道清洗機器人，特指一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，主要為在線石油、天然氣、水輸送管道等清洗作業(yè)，屬機械傳動技術領域。
背景技術：
管道作為油氣長距離輸送的重要載體，多年來，管內(nèi)雜質(zhì)的沉積、腐蝕重壓作用等影響了管道運行的效率及安全。管道機器人是一種可沿管道行走的，攜帶一種或多種傳感器及操作機械的裝置。目前對于管道機器人行走機構(gòu)的研究已有一些成果如高度可調(diào)的自主變位履帶式管道機器人的行走機構(gòu)(發(fā)明專利CN21744227A)；履帶式管道機器人(實用新型CN247713217Y)；單電機單驅(qū)動直進輪式小型管道機器人移動機構(gòu)(發(fā)明專利CN217717942A)；螺旋驅(qū)動式管內(nèi)機器人行走機構(gòu)(實用新型9422179132.7)等等。對于現(xiàn)有已開發(fā)的管道機器人大多基于管道里沒有介質(zhì)的情況，現(xiàn)實中大量使用的管道里是充滿介質(zhì)的，很多輸油輸氣管道由于工藝上的要求，不能隨意停輸來進行檢修，且此類管道機器人運動的動力是由自身攜帶的動力設備(如電動機)來提供，對于幾百千米的輸油輸氣管道而言，能源供給是一個相當麻煩的事情。此外，對于長輸管道，由于管道焊接施工或工藝上的原因，存在一些變徑管道，彎曲管道，焊接支管道等等，在此情況下，不能因為管道機器人作業(yè)出現(xiàn)故障而堵塞管道，基于這些原因，上述的管道機器人一直沒有被推廣運用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上缺陷，提出一種在線無需附加動力設備的可伸縮變徑的帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人。
本發(fā)明所述整個管道清洗機器人為多節(jié)組成，節(jié)數(shù)根據(jù)實際需要而定，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，各節(jié)之間采用柔性的中心彈簧連接。對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)，由支撐體、管道清洗部件和提供動力的柔性面板組成。對于支撐體，由均分在中心軸周圍的多個平行四桿機構(gòu)組成，安裝在每個平行四桿機構(gòu)前后搖桿上的滾動輪在扭簧彈力的作用下始終壓緊管道內(nèi)壁，這樣周向的多個平行四桿機構(gòu)相互制約，支撐在整個管道內(nèi)部，組成管道清洗機構(gòu)的支撐體。安裝在每個平行四桿機構(gòu)連桿上的清洗頭在彈簧的作用下緊貼管道內(nèi)壁，當柔性面板因阻礙流體運動而受力時，推動支撐體，帶動清洗頭對管內(nèi)壁進行清洗。
現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的技術方案一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧連接；對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)，由多個均分在中心軸周圍的平行四桿支撐機構(gòu)、清洗部件和柔性面板組成；所述的單個平行四桿支撐機構(gòu)由中心支撐，前搖桿部件，后搖桿部件，連桿及清洗部件組成；對于中心支撐由中心軸，前支腿，螺釘，后支腿，限位銷組成；對于前搖桿部件由滾動輪，滾動小輪及各自的軸承，軸，前搖桿，扭簧及其固定軸組成；對于后搖桿部件由滾動輪，軸承，軸，后搖桿，扭簧及其固定軸組成；對于連桿及清洗部件由螺釘銷，連桿，清洗頭，螺釘，彈簧組成。
本發(fā)明的優(yōu)點是具有高的管道通過性能及高的可靠度，可在一定曲率彎頭，變徑管道，閥門，甚至是扁平的矩形管道內(nèi)進行清洗作業(yè)。當此管道清洗機器人遇到障礙物堵塞時，機器人支撐體能向管道中心收縮，利于越過障礙物，增強其實用化能力。此管道清洗機器人行走不需附加提供動力，可自動適應各種管徑，且清洗頭在磨損的情況下也能緊貼管壁增強清洗效果。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(兩節(jié)為例)圖2本發(fā)明平行四桿支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1、滾動輪 2、軸承 3、軸 4、前搖桿 5、扭簧 6、軸 7、前支腿 8、螺釘 9、滾動小輪 10、軸 11、軸承 l2、螺釘銷 13、連桿 14、清洗頭 15、螺釘 16、彈簧 17、螺釘銷 18、后搖桿 19、柔性面板 20、限位銷 21、后支腿 22、螺釘 23、中心軸 24、中心彈簧圖3圖2的A-A視4前支腿側(cè)面5連桿府視6前搖桿左視圖
具體實施例方式現(xiàn)詳細說明本發(fā)明的
具體實施例方式一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧(24)連接；對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)，由多個均分在中心軸(23)周圍的平行四桿支撐機構(gòu)、清洗部件和柔性面板(19)組成；所述的單個平行四桿支撐機構(gòu)由中心支撐，前搖桿部件，后搖桿部件，連桿部件組成；對于中心支撐由中心軸(23)，前支腿(7)，螺釘(8)，后支腿(21)，螺釘(22)，限位銷(20)組成；對于前搖桿部件由滾動輪(1)，軸承(2)，軸(3)，前搖桿(4)，扭簧(5)，軸(6)，滾動小輪(9)，軸(10)，軸承(11)組成；對于后搖桿部件由滾動輪(1)，軸承(2)，軸(3)，后搖桿(18)，扭簧(5)，軸(6)組成；對于連桿及清洗部件，由螺釘銷(12)，連桿(13)，清洗頭(14)，螺釘(15)，彈簧(16)，螺釘銷(17)組成。
中心軸(23)一端通過螺釘(8)安裝有前支腿(7)，另一端通過螺釘(22)安裝有后支腿(21)。在后支腿(21)上安裝有限位銷(20)，用于對后搖桿(18)的轉(zhuǎn)動限位。
前搖桿(4)的上端安裝有軸(3)，軸(3)上安裝有軸承(2)，軸承(2)上安裝有滾動輪(1)，在正常運動時，由于軸承(2)的摩擦系數(shù)小，滾動輪(1)滾動阻力較??；在管道變徑情況下，支撐機構(gòu)與管壁間靠滾動輪(1)接觸，摩擦力變化較??；前搖桿(4)的中部安裝有軸(10)，軸(10)上安裝有軸承(11)，軸承(11)上安裝有滾動小輪(9)，當管道清洗支撐體前面遇到障礙時，如果前搖桿(4)與障礙物接觸，通過滾動小輪(9)過渡，可使支撐體迅速越過障礙，提高支撐體運動的越障礙能力；前搖桿(4)的下端叉在前支腿(7)上，通過軸(6)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅，扭簧(5)套在軸(6)上且在前支腿(7)凹槽內(nèi)，扭簧(5)的一端固定在前支腿(7)上，另一端固定在前搖桿(4)上。扭簧(5)的彈力使安裝在前支腿(7)上的多個前搖桿(4)徑向張開，裝在前搖桿(4)上的滾動輪(1)貼緊管道內(nèi)壁。
后搖桿(18)的上端安裝有軸(3)，軸(3)上安裝有軸承(2)，軸承(2)上安裝有滾動輪(1)，功用同前搖桿；后搖桿(18)的下端叉在后支腿(21)上，通過軸(6)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅，扭簧(5)套在軸(6)上，且在后支腿(21)凹槽內(nèi)，扭簧(5)的一端固定在后支腿(21)上，另一端固定在后搖桿(18)上。扭簧(5)的彈力使安裝在后支腿(21)上的多個后搖桿(18)徑向張開，裝在后搖桿(18)上的滾動輪(1)貼緊管道內(nèi)壁。
連桿(13)的一端通過螺釘銷(12)與前搖桿(4)構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅，另一端通過螺釘銷(17)與后搖桿(18)構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅。安裝時保持連桿(13)與中心軸(23)平行，前搖桿(4)與后搖桿(18)平行。
清洗頭(14)通過螺釘(15)安裝在連桿(13)上，螺釘(15)上套有彈簧(16)，彈簧(16)把清洗頭(14)壓緊在管道內(nèi)壁上。螺釘(15)對清洗頭(14)起固定和導向作用。在彈簧(16)彈力作用下，清洗頭(14)在磨損一定厚度后也能可始終貼緊在管道內(nèi)壁，提高長距離清洗作業(yè)效果。清洗頭(14)靠近前搖桿(4)處采用斜角過渡，斜角點即前斜面與下底面的交界點在彈簧(16)頂緊的情況下不能高出滾動輪(1)的外邊沿，即尺寸S不能為負數(shù)，這樣保證管道清洗機器人在遇到障礙物時，清洗頭能順利通過。
為使管道清洗機器人能在無外加動力的情況下在線作業(yè)，均布在中心軸(23)上的多個后搖桿(18)上安裝有一塊傘形的柔性面板(19)，柔性面板(19)采用小螺釘擰緊在周向均部的后搖桿(18)上，使柔性面板(19)和后搖桿(18)牢固連接，且柔性面板(19)可隨后搖桿(18)的擺動自由伸縮，實現(xiàn)變徑。柔性面板的功用是阻擋管內(nèi)流體運動，對管道清洗機構(gòu)支撐體產(chǎn)生推力，帶動行走機構(gòu)在管道內(nèi)平穩(wěn)移動。
對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)清洗管道時，在環(huán)向兩清洗頭之間的管道內(nèi)壁上的污垢無法清除，為提高管道清洗效果，根據(jù)需要，采用多節(jié)管道清洗機構(gòu)組成多節(jié)管道清洗機器人。對于多節(jié)連接時，各節(jié)之間以中心軸為軸心轉(zhuǎn)動一定角度，各節(jié)上清洗頭在管內(nèi)壁上的移動母線不完全重合，保證高效的清洗效果。
在正常工作情況下，本發(fā)明進入含有污垢的管道中，前后搖桿上的滾動輪(1)在扭簧(5)的作用下，滾動輪(1)始終貼緊管道內(nèi)壁上，支撐整個管道清洗機構(gòu)。連桿上安裝的清洗頭(14)壓緊在管道內(nèi)壁上。當管道內(nèi)有介質(zhì)流動時，管內(nèi)流體推動柔性面板(19)，滾動輪(1)沿管內(nèi)壁向前滾動，整個管道清洗機構(gòu)支撐體受力前移。安裝在連桿(13)上的清洗頭(14)緊貼管壁前移，從而擦除管道內(nèi)壁污垢。由多節(jié)管道清洗機構(gòu)聯(lián)合作用，便可達到全部管道內(nèi)壁的清洗作業(yè)。
當此管道清洗機器人通過三通或支線管網(wǎng)接口時，前搖桿(4)上滾動輪(1)越過管道連接處的邊緣，后搖桿(18)上的滾動輪支撐此節(jié)，由于前搖桿(4)、后搖桿(18)、連桿(13)和中心支撐組成的是平行四桿機構(gòu)，前后搖桿相互協(xié)調(diào)、制約，加上此管道清洗機器人又由多節(jié)組成，各節(jié)之間采用具有一定剛度的中心彈簧連接，因此管道清洗機器人可以實現(xiàn)平穩(wěn)越障過渡。
當此管道清洗機器人通過變徑管道，閥門，凸凹階梯時，滾動輪(1)在臺階處會被卡住，管道清洗機器人不能移動，由于管內(nèi)流體流動，柔性面板所受推力加大，克服扭簧(5)的彈力，前后搖桿向管道中心靠攏，整個平行四桿支撐機構(gòu)收縮，滾動輪(1)越過臺階，進入新管道段，隨后在扭簧(5)作用下，滾動輪(1)迅速壓緊在新的管道內(nèi)壁上，建立新的管道清洗機構(gòu)支撐平衡狀態(tài)。
當此管道清洗機器人通過彎曲管段時，由于它采用多節(jié)組成，且節(jié)與節(jié)之間采用中心彈簧(24)聯(lián)接，具有很好的柔性。對于單節(jié)的管道清洗機器人，在受力的情況下，支撐體可以自動往管道中心處收縮，減小其徑向直徑，提高通過彎曲管道的能力。
權(quán)利要求
1.一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，其特征是為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧(24)連接；對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)，由多個均分在中心軸(23)周圍的平行四桿支撐機構(gòu)、清洗部件和柔性面板(19)組成；所述的單個平行四桿支撐機構(gòu)由中心支撐，前搖桿部件，后搖桿部件，連桿部件組成；對于中心支撐由中心軸(23)，前支腿(7)，螺釘(8)，后支腿(21)，螺釘(22)，限位銷(20)組成；對于前搖桿部件由滾動輪(1)，軸承(2)，軸(3)，前搖桿(4)，扭簧(5)，軸(6)組成；對于后搖桿部件由滾動輪(1)，軸承(2)，軸(3)，后搖桿(18)，扭簧(5)，軸(6)組成；對于連桿及清洗部件，由螺釘銷(12)，連桿(13)，清洗頭(14)，螺釘(15)，彈簧(16)，螺釘銷(17)組成；中心軸(23)一端通過螺釘(8)安裝有前支腿(7)，另一端通過螺釘(22)安裝有后支腿(21)，在后支腿(21)上安裝有限位銷(20)；前搖桿(4)的上端安裝有軸(3)，軸(3)上安裝有軸承(2)，軸承(2)上安裝有滾動輪(1)；前搖桿(4)的下端叉在前支腿(7)上，通過軸(6)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅，扭簧(5)套在軸(6)上，且位于前支腿(7)凹槽內(nèi)，扭簧(5)的一端固定在前支腿(7)上，另一端固定在前搖桿(4)上；后搖桿(18)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與前搖桿(4)相同；連桿(13)的一端通過螺釘銷(12)與前搖桿(4)構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅，另一端通過螺釘銷(17)與后搖桿(18)構(gòu)成轉(zhuǎn)動幅；清洗頭(14)通過螺釘(15)安裝在連桿(13)上，螺釘上套有彈簧(16)，彈簧(16)把清洗頭(14)壓緊在管道內(nèi)壁上；柔性面板(19)緊貼安裝在均布在圓周方向上的后搖桿(18)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，其特征是連桿(13)與中心軸(23)平行，前搖桿(4)與后搖桿(18)平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，其特征是前搖桿(4)的中部安裝有軸(10)，軸(10)上安裝有軸承(11)，軸承(11)上安裝有滾動小輪(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，其特征是對于多節(jié)連接時，各節(jié)之間以中心軸為軸心轉(zhuǎn)動一定角度，各節(jié)上清洗頭在管內(nèi)壁上的移動母線不完全重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，其特征是清洗頭(14)靠近前搖桿處采用斜角過渡。
全文摘要
一種帶平行四桿機構(gòu)的可變徑管道清洗機器人，屬機械傳動技術領域。整個管道清洗機器人由多節(jié)相同的管道清洗機構(gòu)組成，節(jié)與節(jié)之間采用柔性彈簧連接。對于單節(jié)管道清洗機構(gòu)，由支撐體，柔性面板，清洗頭組成。支撐體由多個均布在中心軸周圍的平行四桿機構(gòu)組成，在扭簧彈力作用下，平行四桿機構(gòu)自動張開，安裝在搖桿上的滾動輪緊貼在管道內(nèi)壁上，支撐整個管道清洗機構(gòu)。當遇到障礙時，平行四桿機構(gòu)克服扭簧彈力，自動收縮，提高通過性能。清洗頭安裝在平行四桿機構(gòu)的連桿上，在彈簧力的作用下緊貼管道內(nèi)壁。安裝在后搖桿上的柔性面板阻礙管內(nèi)流體流動，產(chǎn)生推力，推動管道支撐體前移，實現(xiàn)管道清洗機器人在線作業(yè)。此可變徑管道清洗機器人作業(yè)時不需附加提供動力，且可自動適應各種管徑，能順利平穩(wěn)通過變徑管道，支管連接處、閥門、彎頭等，在管道清洗作業(yè)中有廣泛的應用前景。
文檔編號B25J5/00GK1962091SQ20061009797
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者王樹立, 劉強, 朱瑩, 張元秀, 王海秀 申請人:江蘇工業(yè)學院