CN101881610B - 非开挖铺管管道孔径变形仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非开挖铺管管道孔径变形仪。非开挖铺管管道孔径变形仪，其特征在于：它包括变形架、传递杆、油缸放大机构、位移传感器、传感器仓；油缸放大机构的油缸体的左端部与变形架的连接筒的右端部固定连接，油缸放大机构的大活塞由传递杆与变形架的心轴的右端固定连接，油缸放大机构的油缸体的右端部与传感器仓的左端部固定连接；位移传感器位于传感器仓内，位移传感器由传感器托架与油缸放大机构的油缸体固定，位移传感器的触杆的左端与油缸放大机构的小活塞相接触；变形架包括前支撑体、变形爪、张开弹簧、绞座、后支撑体、回收弹簧、连接筒、心轴。本发明具有测试精度高的特点。

Description

非开挖铺管管道孔径变形仪

技术领域

本发明涉及一种非开挖铺管管道孔径变形仪。

背景技术

地下管网的建设和维护是一个庞大的产业，目前非开挖管道铺设方法以其巨大的优势逐渐代替了人工开挖铺设法，但由于其施工工艺因素的影响和隐蔽性等特点，经常会导致管道的变形，如弯曲造成的拐点形变、管道拉伸引起的形变等，施工虽然能够完成，但这些看不见摸不着的形变使得施工质量不能保障，经常导致容于其内的目标管线在进行二次穿越安装时失败。非开挖技术铺设的管道在进行通径检测时，传统方法是采用一定长度和直径的标准试棒在管道内牵引，如试棒能顺利通过则表明质量合格。传统拉棒法只能定性衡量变形程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试精度高的非开挖铺管管道孔径变形仪。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：非开挖铺管管道孔径变形仪，其特征在于：它包括变形架、传递杆、油缸放大机构、位移传感器、传感器仓；油缸放大机构的油缸体的左端部与变形架的连接筒的右端部固定连接，油缸放大机构的大活塞由传递杆与变形架的心轴的右端固定连接，油缸放大机构的油缸体的右端部与传感器仓的左端部固定连接；位移传感器位于传感器仓内，位移传感器由传感器托架与油缸放大机构的油缸体固定，位移传感器的触杆的左端与油缸放大机构的小活塞相接触；

变形架包括前支撑体、变形爪、张开弹簧、绞座、后支撑体、回收弹簧、连接筒、心轴，后支撑体内设有心轴滑动孔，心轴的右端部设有回收弹簧挡环，心轴的右部套有回收弹簧，心轴的左部穿过后支撑体的心轴滑动孔，回收弹簧的右端与回收弹簧挡环相接触，回收弹簧的左端与后支撑体相接触，心轴的左部套有张开弹簧，心轴的左端部与前支撑体固定连接，张开弹簧的右端与后支撑体相接触，张开弹簧的左端与前支撑体相接触，后支撑体的右部与连接筒的左部螺纹连接；前支撑体与后支撑体之间铰接有3-24个变形爪，后支撑体的左部设有绞座，绞座的个数与变形爪的个数相对应。

所述的变形爪包括销钉、辅助杆、主支杆、第一滑轮，辅助杆的右端部、主支杆的左端部、第一滑轮均由销钉铰接，辅助杆的左端部与前支撑体铰接，主支杆的右端部与后支撑体上的绞座铰接。

本发明的有益效果是：

该仪器在管道(或孔)内牵引行走一回次，就实现了孔径变形的高精度测试，应用相关的二次仪表就能把管道(或孔)的变形显示或绘制出来。主要技术特点为：

1、仪器设计采取了小巧的、六爪变形架，方便地实现了径向位移与轴向位移的转变；

2、采取了油缸体的位移放大原理实现了高精度的管道变形测试；

3、采用了结构简单的前扶正器，它与变形架组合，使得仪器在管道(或孔)内实现了很好的扶正对中。

4、孔径变形仪的控制操作十分便利。测试精度高，为0.01D(其中，D为管道直径)，孔径(直径D)测试范围为Φ83～Φ213mm，仪器长度为660mm。

应用领域：可广泛应用于城市地下管网的变形检测，特别是非开挖方法铺设的小口径地下塑性管道的变形检测和竣工验收；其原理可以拓展到大尺寸管道的变形检测，包括管道内部由于结垢或腐蚀引起的管道变形等，也可应用于各类垂直地下钻孔的形状和尺寸检测，其扶正方法可应用于其他钻孔仪器的扶正设计。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖视图；

图3是图1的左视图；

图4是本发明变形架的结构示意图；

图5是本发明扶正器的结构示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明油缸放大机构的结构示意图；

图8是本发明位移传感器的结构示意图；

图9是本发明原理的简图；

图10是本发明变形架的结构原理图。

图中：1-前支撑体，2-销钉，3-辅助杆，4-主支杆，5-张开弹簧，6-绞座，7-后支撑体，8-回收弹簧，9-连接筒，10-心轴，11-大活塞，12-机油，13-油缸体，14-小活塞，15-传感器仓，16-传感器托架，17-扶正器连接螺母，18-顶母，19-压缩弹簧，20-滑动顶母，21-第一滑轮(滚轮)，22-外压帽，23-扶正器本体，24-位移传感器，25-触杆，26-传递杆，27-油堵头，28-扶正杆，29-第二滑轮(滚轮)，30-安装孔，31-加油孔，32-回收弹簧挡环，33-检测探头，34-扶正杆摆动孔，35-变形架，36-扶正器。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图7、图8、图9所示，非开挖铺管管道孔径变形仪，它包括变形架35、传递杆26、油缸放大机构、位移传感器、传感器仓15、扶正器36；油缸放大机构的油缸体13的左端部与变形架的连接筒9的右端部固定连接(如螺纹连接或焊接，图2中的左边为左，右边为右)，油缸放大机构的大活塞11由传递杆26与变形架的心轴10的右端固定连接(如螺纹连接或焊接)，油缸放大机构的油缸体13的右端部与传感器仓15的左端部固定连接(如螺纹连接或焊接)；位移传感器24位于传感器仓15内，位移传感器24由传感器托架16与油缸放大机构的油缸体13固定(也可采用与传感器仓15固定)，位移传感器的触杆25的左端与油缸放大机构的小活塞14相接触；

如图1、图2、图3、图4、图10所示，变形架包括前支撑体1、变形爪、张开弹簧5、绞座6、后支撑体7、回收弹簧8、连接筒9、心轴10，后支撑体7内设有心轴滑动孔，心轴10的右端部设有回收弹簧挡环32，心轴10的右端与传递杆26的左端固定连接(如螺纹连接或焊接)，心轴10的右部套有回收弹簧8，心轴10的左部穿过后支撑体7的心轴滑动孔(心轴在心轴滑动孔内能滑动)，回收弹簧8的右端与回收弹簧挡环32相接触，回收弹簧8的左端与后支撑体7相接触，心轴10的左部套有张开弹簧5，心轴10的左端部与前支撑体1固定连接(如螺纹连接或焊接)，张开弹簧5的右端与后支撑体7相接触，张开弹簧5的左端与前支撑体1相接触，后支撑体7的右部与连接筒9的左部螺纹连接(连接筒9上设有安装孔30)；前支撑体1与后支撑体7之间铰接有3-24个变形爪(本实施例采用6个，均布；具体个数根据需要确定)，后支撑体7的左部设有绞座6，绞座6的个数与变形爪的个数相对应。

所述的变形爪包括销钉2、辅助杆3、主支杆4、第一滑轮21，辅助杆3的右端部、主支杆4的左端部、第一滑轮21均由销钉2铰接，辅助杆3的左端部与前支撑体1铰接，主支杆4的右端部与后支撑体7上的绞座6铰接。

变形架：先将变形器内张开弹簧5调整到处于微压缩状态，压缩的开弹簧5作用于前支撑体1，这时变形架辅助杆滑轮由于受径向力而紧贴管道内壁，当管道发生变形时，迫使辅助杆带动前支撑体及中心轴发生轴向变形位移，如果管道孔径变小，则前支撑体及中心轴受径向力向内发生轴向变形位移，并将轴向力及变形位移量传递给大活塞体。如果管道孔径恢复或变大，则处于压缩状态的张开弹簧便推动中心轴及前支撑体带动辅助杆，迫使滑轮紧贴管道内壁。

变形架的结构原理图如图10所示(单位为mm)，变形架主支杆和辅助杆为连动杆件，径向位移的变化和轴向位移的变化是相互联系和制约的，两者的变化量满足式中的函数关系。

$y=\frac{\sqrt{(l+k+m)(l+k-m)(m+l-k)(m+k-l)}}{2m}-\frac{\sqrt{(l+k+m-x)(l+k+x-m)(l+m-x-k)(m+k-x-l)}}{2m}$

$-\frac{\sqrt{(l+k+m-x)(l+m-x-k)(l+k+x-m)(k+m-x-l)}x}{2m(m-x)}$

上式中l为变形器主支杆长度，k为变形器辅助杆长度，m为横轴初始点的值，x为横向变化量，y为相对应的纵向变化量。

所述的油缸放大机构包括大活塞11、油缸体13、小活塞14、油堵头27，油缸体13内设有大活塞腔、小活塞腔，大活塞腔与小活塞腔相连通，大活塞腔位于小活塞腔的左侧，油缸体13上设有加油孔31、加油孔31与大活塞腔相连通，加油孔31上设有油堵头27；大活塞11位于大活塞腔内，小活塞14位于小活塞腔内，大活塞11与小活塞14之间的空腔内注有机油12。

油缸放大机构：如果所检测的孔径变形较小，轴向位移量很小时，采用油缸体的大小活塞液压放大机构进行轴向位移量放大。由变形架中心轴传递的轴向力和轴向位移量作用于大活塞的前部，推动大活塞向右运动，根据πR²L_D＝πr²L_d，推动小活塞向右移动，轴向位移量放大为L_d，该轴向位移量传递给传感器。

位移传感器：采用了如图8所示的直线位移传感器。该传感器把轴向移量转换成电信号。

所述的传感器仓15的右端部螺纹连接一扶正器。扶正器结构简单，起到扶正的作用，同时又能防止仪器在孔内被卡死。

如图1、图2、图3、图5、图6所示，所述的扶正器包括扶正器连接螺母17、顶母18、压缩弹簧19、滑动顶母20、外压帽22、扶正器本体23、扶正杆28、第二滑轮29，扶正器本体23内为通孔，扶正器本体23沿圆周设有3-12个扶正杆摆动孔34(本实施例中采用4个，均布)，扶正杆摆动孔34与扶正器本体23的通孔相通，扶正杆28的个数与扶正杆摆动孔34的个数相对应，扶正杆28的一端部插入扶正杆摆动孔34中，且插入扶正杆摆动孔34中的扶正杆的一端部相互铰接，扶正杆28的另一端位于扶正器本体23外，扶正杆28的另一端铰接有第二滑轮29；扶正器本体23的右部设有外螺纹，扶正器本体23的右部外螺纹连接有外压帽22(外压帽22与扶正器本体23的右部螺纹连接，旋转外压帽22，外压帽22左右移动)，外压帽22位于扶正杆28的右侧；扶正器本体23的通孔内设有顶母18、压缩弹簧19、滑动顶母20，滑动顶母20位于扶正杆28的左侧(滑动顶母可在通孔内滑动)，压缩弹簧19的左端与顶母18相接触，压缩弹簧19的右端与滑动顶母20相接触，顶母18与扶正器本体23螺纹连接；扶正器本体23的左端部由连接螺母17与传感器仓15的右端部螺纹连接。

扶正器：扶正器被设计为四爪，能确保一定重量的仪器在孔内保持扶正状态，当把非开挖铺管管道孔径变形仪放入被检测管道之前，先通过扶正器外压帽来限定扶正杆28的初始位置，扶正器中的压缩弹簧处于压缩状态，在弹簧和滑动顶母的共同作用下，扶正器滑轮始终紧贴管道内壁。而当被检测管道孔径发生变化时，扶正器滑轮压缩弹簧，仪器无阻力通过，不会导致仪器被孔卡死。

工作原理：本发明把变形架的径向位移(管道变形)被动转变为轴向位移，再通过液压油缸的位移放大原理来高精度测试管道的形变(油缸放大机构把微小的形变进行机械式的位移放大)，轴向形变位移通过位移传感器把位移信号转变成电信号。孔径仪能自动调整扶正状态，管径形变数据可在计算机等终端中记录并显示出来。

将非开挖铺管管道孔径变形仪放入孔内，非开挖铺管管道孔径变形仪将自动扶正。当仪器通过管道变形处时，变形架受压变形，径向的受压变形通过变形架转变为中心轴的轴向移动，轴向位移通过油缸体的放大和传感器的测试获得孔径变形的尺寸。该装置接入计算机终端，那么，仅需在管道内牵引一个回次，从起始点到终点的管径形变数据便在计算机终端记录显示出来。

Claims (1)

1.非开挖铺管管道孔径变形仪，其特征在于：它包括变形架、传递杆(26)、油缸放大机构、位移传感器、传感器仓(15)；油缸放大机构的油缸体(13)的左端部与变形架的连接筒(9)的右端部固定连接，油缸放大机构的大活塞(11)由传递杆(26)与变形架的心轴(10)的右端固定连接，油缸放大机构的油缸体(13)的右端部与传感器仓(15)的左端部固定连接；位移传感器(24)位于传感器仓(15)内，位移传感器(24)由传感器托架(16)与油缸放大机构的油缸体(13)固定，位移传感器的触杆(25)的左端与油缸放大机构的小活塞(14)相接触；

变形架包括前支撑体(1)、变形爪、张开弹簧(5)、绞座(6)、后支撑体(7)、回收弹簧(8)、连接筒(9)、心轴(10)，后支撑体(7)内设有心轴滑动孔，心轴(10)的右端部设有回收弹簧挡环(32)，心轴(10)的右部套有回收弹簧(8)，心轴(10)的左部穿过后支撑体(7)的心轴滑动孔，回收弹簧(8)的右端与回收弹簧挡环(32)相接触，回收弹簧(8)的左端与后支撑体(7)相接触，心轴(10)的左部套有张开弹簧(5)，心轴(10)的左端部与前支撑体(1)固定连接，张开弹簧(5)的右端与后支撑体(7)相接触，张开弹簧(5)的左端与前支撑体(1)相接触，后支撑体(7)的右部与连接筒(9)的左部螺纹连接；前支撑体(1)与后支撑体(7)之间铰接有3-24个变形爪，后支撑体(7)的左部设有绞座(6)，绞座(6)的个数与变形爪的个数相对应；

所述的变形爪包括销钉(2)、辅助杆(3)、主支杆(4)、第一滑轮(21)，辅助杆(3)的右端部、主支杆(4)的左端部、第一滑轮(21)均由销钉(2)铰接，辅助杆(3)的左端部与前支撑体(1)铰接，主支杆(4)的右端部与后支撑体(7)上的绞座(6)铰接；

所述的传感器仓(15)的右端部螺纹连接一扶正器；

所述的扶正器包括扶正器连接螺母(17)、顶母(18)、压缩弹簧(19)、滑动顶母(20)、外压帽(22)、扶正器本体(23)、扶正杆(28)、第二滑轮(29)，扶正器本体(23)内为通孔，扶正器本体(23)沿圆周设有3-12个扶正杆摆动孔(34)，扶正杆摆动孔(34)与扶正器本体(23)的通孔相通，扶正杆(28)的个数与扶正杆摆动孔(34)的个数相对应，扶正杆(28)的一端部插入扶正杆摆动孔(34)中，且插入扶正杆摆动孔(34)中的扶正杆的一端部相互铰接，扶正杆(28)的另一端位于扶正器本体(23)外，扶正杆(28)的另一端铰接有第二滑轮(29)；扶正器本体(23)的右部设有外螺纹，扶正器本体(23)的右部外螺纹连接有外压帽(22)，外压帽(22)位于扶正杆(28)的右侧；扶正器本体(23)的通孔内设有顶母(18)、压缩弹簧(19)、滑动顶母(20)，滑动顶母(20)位于扶正杆(28)的左侧，压缩弹簧(19)的左端与顶母(18)相接触，压缩弹簧(19)的右端与滑动顶母(20)相接触，顶母(18)与扶正器本体(23)螺纹连接；扶正器本体(23)的左端部由连接螺母(17)与传感器仓(15)的右端部螺纹连接。

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