CN102357491A - 一种擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机 - Google Patents

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耿文忠
王鹏
杨凯
韩树亮
芦加喜
孟祥伟
郭向洪
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Abstract

本发明公开了一种擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机，包括驱动装置、擦拭装置、支撑装置、控制装置，驱动装置包括驱动缸体及其中沿轴向伸缩运动的驱动活塞杆，所述擦拭装置包括刷柄及其上沿径向活动设置的刷头、沿径向驱动或释放刷头以撑紧或松开管道壁的刷头气/液压缸，所述支撑装置包括基座及其上沿径向活动设置的支腿、沿径向驱动或释放支腿以撑紧或松开管道壁的支撑气/液压缸，所述驱动缸体和驱动活塞杆的其中一个与擦拭装置的刷柄固连、另一个与支撑装置的基座固连；本发明的擦拭机采用可轴向高速伸缩动作的气动/液压执行元件——驱动装置来联动可径向撑紧或松开管道的支撑装置、擦拭装置，可以实现高频轴向擦拭和由管道导向的行进动作。

Description

一种擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机
 
 技术领域
本发明涉及对军用火炮炮管或石油、化工等工业管道内壁进行清洁、清洗、维护、保养工作的装置，具体是一种主要应用于各种火炮发射后炮管内表面挂铜的擦拭机。
背景技术
目前，野战部队的火炮炮管内表面的清洁、清洗、维护、保养工作仍然以人工为主，这样会费时、费力且达不到清洁的效果，更重要的是不能满足和适应部队现代化高科技的作战需要。国际、国内使用的擦炮机存在的问题如：擦拭效果仅停留在理论分析阶段；自动化程度低，不能实现自动喷油；结构复杂，出现故障的概率偏高，工作可靠性差；不便于携带、拆装、维修，野外操作性差；外形尺寸大，定位装置偏大，且必须两头固定，野外作业时不适用；使用成本高，适用性差。现有技术如中国专利公开号CN101158562A的专利文献公开了一种步进式擦炮机器人，主要由步进式行走机构及其上安装的由电机驱动旋转的清洗头构成，其步进式行走机构采用沿炮管轴向依次设置的两套由电磁铁驱动的摆臂构成的离合器的动作而与炮管按时序（先后）离合，并使用与炮管压紧配合的一个离合器的支撑下的由步进电机驱动的丝杠螺母机构在轴向上推动或拉动与炮管分离的另一个离合器实现步进式行走，该机器人的行走机构使用电机、电磁铁驱动，机械传动结构复杂并且步进动作配合协同性要求较高，易出现故障且维修困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、工作可靠的擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机。
本发明的技术方案是：一种擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机，包括驱动装置、擦拭装置、支撑装置、控制装置，驱动装置为沿轴向输出往复直线动作的气动/液压执行元件，驱动装置包括驱动缸体及其中沿轴向伸缩运动的驱动活塞杆，所述擦拭装置包括刷柄及其上沿径向活动设置的刷头、沿径向驱动或释放刷头以撑紧或松开管道壁的刷头气/液压缸，所述刷头上设有在刷头与管道壁松、紧配合状态下始终与管道壁接触的弹性或柔性擦拭物；所述支撑装置包括基座及其上沿径向活动设置的支腿、沿径向驱动或释放支腿以撑紧或松开管道壁的支撑气/液压缸，所述驱动缸体和驱动活塞杆的其中一个与擦拭装置的刷柄固连、另一个与支撑装置的基座固连；所述控制装置包括在接入气/液压源时经管路连接以控制驱动缸体与驱动活塞杆的相对伸缩动作、控制刷头气/液压缸径向动作、控制支撑气/液压缸径向动作的换向阀，在所述换向阀控制下擦拭机进行如下的擦拭动作和行进动作：擦拭动作时，支撑气/液压缸驱动支腿撑紧管道壁，刷头气/液压缸释放刷头松开管道壁，驱动缸体与驱动活塞杆的相对往复伸缩运动并带动刷头擦拭管道壁；行进动作时，在驱动活塞杆相对于驱动缸体做出一伸或一缩动作之前，刷头和支腿的其中一个被相应的缸驱动伸出撑紧管道壁、另一个被相应的缸释放而松开管道壁，刷头和支腿交替撑紧、松开管道壁的动作协同驱动活塞杆相对于驱动缸体的伸、缩动作而带动擦拭机在管道内行进。
所述刷头气/液压缸包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的刷头活塞，缸体沿径向由内向外贯通至刷柄外周表面的对应开口，所述刷头有多个并沿圆周均布在刷柄外周，各刷头包括与刷头气/液压缸的活塞传动连接的用于固连所述弹性或柔性擦拭物刷的刷毛座，各刷毛座的一端通过连杆与刷头活塞固连、另一端处于刷柄外周之上并呈瓦形扣配在刷柄周围。
所述支撑气/液压缸包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的支撑活塞，缸体沿径向由内向外贯通至基座外周表面的对应开口，所述支腿有多个并沿圆周均布在基座外周，支腿包括与所述支撑活塞通过连杆传动连接的并呈瓦片形扣配在基座周围的支座和支座外周固连的摩擦片。
所述驱动装置为双向作用缸，所述驱动缸体中沿轴向双向移动密封装配有与所述驱动活塞杆固连的驱动活塞，驱动缸体上设有分别从驱动活塞两侧供气的两个气口，所述刷头气/液压缸和支撑气/液压缸均为单向作用缸，所述刷柄中设有与刷头气/液压缸相通的刷柄气道，所述基座中设有与支撑气/液压缸相通的基座气道；所述换向阀为第一、二换向阀，两换向阀均为电控两位五通换向阀，第一换向阀的正、反工作口通过管道分别与驱动装置的驱动缸体的两个气口连通，第二换向阀的正、反工作口通过管道及相应装置中的气道分别与刷头气/液压缸和支撑气/液压缸连通，所述控制装置还包括用于与气/液压源连接以向第一、二换向阀的进口提供压力工作介质的管道以及控制第一、二换向阀的控制电路，控制电路为主控器为PLC控制器的智能控制电路
所述擦拭装置的刷柄前端还固连有喷头，喷头包括内设储液腔的喷壶及喷壶前端设置的喷嘴，喷嘴通过单向阀及管道与擦拭装置中的刷柄气道连通。
所述驱动装置的驱动缸体后端与支撑装置的基座通过螺栓固连，所述驱动装置的驱动活塞杆与擦拭装置的刷柄通过螺栓固连，所述支撑装置的基座后端还固定有安装板，所述安装板上安装有气/液压源入口接头及所述控制装置。
本发明的擦拭机采用可轴向高速伸缩动作的气动/液压执行元件——驱动装置来联动可径向撑紧或松开管道的支撑装置、擦拭装置，从而可以在擦拭动作过程中由支撑装置锁定管道防打滑的同时由驱动装置驱动擦拭装置实现高频轴向擦拭，而且支撑装置、擦拭装置的动作部件也均由便于控制和动作灵敏的气动/液压执行元件驱动，由换向阀控制可以很方便的将支撑装置和擦拭装置的撑紧、松开管道的动作与驱动装置的轴向伸缩动作协同配合，在管道中实现由管道导向的行进动作。
进一步的，本发明采用模块化设计，擦拭装置、驱动装置、支撑装置、控制装置可分模块独立并存，适用于部队野外现场组。
进一步的，本发明的擦拭装置、支撑装置均采用集成式单作用气缸，使整体结构更紧凑、外形尺寸更小、重量更小、管路更少。
进一步的，本发明可利用火炮自身的压力气源和电源作为驱动擦拭机的气动动力源和控制电源。
进一步的，本发明的换向阀通过PLC为可编程控制，PLC为可编程控制具有很好的柔性；PLC具有体积小、重量轻的特点，易于实现机、电、气一体化的控制装置；PLC控制具有较高的可靠性，适应各种恶劣的环境。操作方便。
进一步的，本发明的擦拭机在擦拭过程中，喷头能够自动控制向管道喷射雾化洁净剂和防锈涂油。
附图说明
图1是本发明的一种实施例：擦炮机的气路原理图； 
图2是图1中的擦炮机的结构示意图；
图3是图1中擦炮机的剖视图。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明的擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机的一种具体实施例：擦炮机。将该擦炮机沿着待擦拭炮管的轴向延伸的方向定义为擦炮机的轴向，该擦炮机的主要是由沿其轴向由前向后依次连接的擦拭装置1、驱动装置2、支撑装置3、控制装置4构成。
擦拭装置1包括刷柄11及其上沿径向活动设置的刷头12及驱动刷头12沿径向向刷柄11周围伸出的刷头气缸112，刷柄11为空心且呈柱状，刷柄11内部设有与刷柄11上的进气接头9连通的刷柄气道111，刷头气缸112包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的刷头活塞113，刷头气缸112的缸体沿径向由内向外贯通至刷柄11外周表面的对应开口并与刷柄气道111连通，有多个刷头12沿圆周均布在刷柄外周，刷头12包括与所述刷头活塞113传动连接的刷毛座121和刷毛座121上固连的刷毛122，各刷毛座121的一端通过连杆与刷头活塞固连、另一端处于刷柄11外周之上并呈瓦形扣配在刷柄11周围，刷毛122具有弹性而可以被压缩，无论刷头与管道壁松配合还是紧配合始终能与管道壁接触，当然刷毛也可以是其他弹性或柔性的擦拭物，如海绵、塑料、橡胶等。
驱动装置2包括驱动缸体21和其中沿轴向双向移动密封装配的与所述刷柄11传动连接的驱动活塞22，驱动缸体21上设有分别从驱动活塞22两侧供气的两个气口，驱动活塞22通过其前端固连的穿出驱动缸体21的、与刷柄11固连的驱动缸体活塞杆23实现与刷柄11的传动连接。驱动活塞杆23前端通过螺栓与刷柄11的后端固定连接。
支撑装置3包括与驱动装置2的驱动缸体21固连的基座31及其上沿径向活动设置的支腿32及驱动支腿32沿径向朝基座31周围伸出的支撑气缸312，基座31前端通过螺栓与驱动缸体21固连，基座31中设有基座气道311，支撑气缸312包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的支撑活塞313，支撑气缸312的缸体沿径向由内向外贯通至刷柄11外周表面的对应开口并与基座气道311连通，有多个支腿32沿圆周均布在基座31外周，支腿32包括与所述支撑活塞313通过连杆传动连接的并呈瓦片形扣配在基座31周围的支座321和支座321外周固连的摩擦片322。
支撑装置3的基座31后端还固定有安装板10，安装板10上安装有气源入口接头以及对擦拭装置1、驱动装置2和支撑装置3的相应气缸的进排气进行控制的控制装置4，控制装置4主要由通过气路与相应气缸连通的第一、二电控换向阀51、52及控制换向阀换向的控制电路构成，具体的气路连接以及工作原理如图1所示，在图1中，气源经控制装置4上的二通接头9、主软管10、过滤器8、截止阀7至支路软管6后被分成两路，一路接入第一换向阀51的进气口，另一路接入第二换向阀52的进气口，第一、二换向阀51、52均为常规的电控两位五通换向阀，控制电路采用常规的与对应电控换向阀控制端电连的PLC，实现对各电控换向阀的换向控制。电控两位五通换向阀有进气口、正向工作口、正向排气口、反向工作口、反向排气口，其阀芯由电磁力驱动而具有正、反两个工位，正向工位时，进气口与正向工作口连通，反向工作口与反向排气口连通；反向工位时，进气口与反向工作口连通，正向工作口与正向排气口连通。第一换向阀51的正、反工作口通过管道分别与驱动装置2的驱动缸体21的两个气口连通，通过对第一换向阀51的工位转换控制使得气源可从两侧对驱动活塞22的提供双向交替的气压驱动力。第二换向阀52的正、反工作口通过管道及相应装置中的气道分别与支撑装置3的支撑气缸312、擦拭装置1的刷头气缸112连通，通过对第二换向阀52工位的转换控制，使气源可分别对支撑气缸312、刷头气缸112提供单向气压驱动力。当然，在本发明的其他实施例中，上述的各电控两位五通换向阀也可以采用仅有一个排气口的两位四通换向阀；另外第二换向阀52也可以用换成两个分别对支撑气缸312、刷头气缸112进行单独控制的两位三通换向阀，并通过电路控制实现交替供气，甚至第一换向阀51也可以用两个两位三通换向阀代替并通过电路控制实现交替供、排气。
另外，在擦拭装置1的刷柄11前端还固连有喷头8，喷头8包括内设储液腔的喷壶81及喷壶前端设置的喷嘴82，喷嘴82通过单向阀13及管道与擦拭装置1中的刷柄气道111连通。喷嘴82可在第二换向阀52经擦拭装置1的刷柄气道111对刷头气缸112供气的同时获得气压而喷出洁净剂和防锈油。
上述擦炮机的实施例在使用时，将擦炮机整体推入炮管100中，并将控制装置4上的各换向阀通和控制电路分别通过相应的气管、电线与火炮自身的气源、电源相连，其工作过程中包含为擦拭动作过程和行进动作过程。
在擦拭动作过程中，首先通过控制第二换向阀52的使支撑装置3中的支撑气缸312驱动支腿32张开撑紧在炮管壁上，使的支撑装置3的基体31在炮管中保持不动，同时使得与基体31固连的驱动缸体21在炮管中保持不动，此时刷头气缸112没有气压作用，刷头12不能与炮管压紧固定，由于刷头12上刷毛122本身的弹性而仍会接触到炮管壁实现活动擦拭。然后控制第一换向阀51使驱动缸体21中的活塞交替双向运动并进一步带动擦拭装置1的刷柄11往复运动，使得刷柄11上的刷毛122来回擦拭炮管壁。
在行进动作过程中，如果向前行进，首先在驱动活塞杆23从驱动缸体21中伸出的状态下控制第二换向阀52使刷头气缸122驱动刷头12压紧固定在炮管壁上，此时擦拭装置1以及与刷柄11固连的驱动活塞杆23在炮管中保持不动，然后控制第一换向阀51使驱动缸体21向前运动同时驱动活塞杆23相对移动缩回到驱动缸体21中，然后控制第二换向阀52使刷头12不再受气压作用、而使支腿32伸出撑紧在炮管壁上，此时支撑装置3及驱动缸体21在炮管中保持不动，然后控制第一换向阀51使驱动活塞杆23向前伸出，完成一次向前行进的循环动作。向后运动时的循环动作与向前行进的原理相同，只是需要在驱动活塞杆23相对于驱动缸体21作缩回动作的时候的支撑装置3的支腿32是伸出撑紧在炮管壁上、擦拭装置1的刷头12不受气压作用，而在驱动活塞杆23相对驱动缸体21作伸出动作的时候的擦拭装置1的刷头12是伸出撑紧在炮管壁上、支撑装置3的支腿32不受气压作用。
由上可知，擦炮机的向前或向后的行进动作过程，均是在第一换向阀51的控制下，驱动活塞杆23相对于驱动缸体21的做出一伸或一缩的动作的同时，由第二换向阀52配合控制刷头12或支腿32的撑紧炮管壁的动作而实现一步一步的行进的，因此可以在行进动作过程中的每一步之后开始擦拭动作，并通过计数来使最后一次擦拭动作成为下一次行进动作的起始动作，从而在行进过程中完成擦拭动作。比如向前行并擦拭时，对擦拭动作过程时的驱动活塞杆23的每一次伸出进行计数，当计数值为所需要的擦拭次数加一次的时候，驱动活塞杆23不再缩回，此时将进入行进动作过程，在第二控制阀52控制下，支腿不再紧贴炮管，喷嘴81喷一次清洁剂刷头12撑紧炮管，然后在第一控制阀51控制下，驱动活塞杆23缩进驱动缸体21，接着在第二控制阀52控制下，支腿撑紧炮管，此为一个行进过程，接下来可以重复擦拭动作过程和行进动作过程。而在向后行进并擦拭时，是对擦拭动作过程中的驱动活塞杆23的每一次缩回进行计数，当计数值为需要的擦拭次数加一次的时候，驱动活塞杆23不再伸出，进入向后的行进动作过程。
上述实施例中的擦炮机仅是本发明擦拭机的一种实施例，本发明的擦拭机的其他实施例可适用于火炮之外的其他管道。
上述实施例中的擦炮机是采用气压传动驱动的，在本发明的其他实施例中，当使用于其他火炮或工业管道的擦拭的场合的擦拭机，如果更适合用液压传动进行驱动，那么在本发明的其他实施例中也可以采用液压管道、液压控制阀以及液压执行部件对上述实施例中的相应部件进行替换，当使用液压传动驱动时，由于液压油不能直接排放，需考虑回油问题而需将相应换向阀的回油口（对应气动换向阀的排气口）通过管道接回油箱，其中的电控换向阀也可以采用两位四通换向阀。
而且，由于本发明中用于控制各气/液压缸的换向阀仅需在按一定顺序控制对应气/液压缸内活塞的伸缩动作即可实现擦炮机的擦拭动作和行进动作，因此在本发明的其他实施例中，也可以采用现有技术中本领域技术人员惯用的换向阀来实现对应气/液压缸的动作控制，比如采用机械阀、液控先导阀由人工操作或半自动操作也同样可以实现与上述实施例中使用PLC的智能控制电路同样的擦拭动作和行进动作，或者采用由多个功能简单的换向阀通过组合连接实现复杂阀组的控制，比如可以用两个两位三通阀代替两位五通阀，或者采用功能比上述实施例更为复杂的多位多通阀门来实现多个或全部气/液压缸的控制，以上变化都应属于本发明构思之下的本领域技术人员可以理解并实现各种具体实施方式的技术方案，都应落入本发明专利的保护范围。
另外，上述实施例中的驱动缸体21、驱动活塞22、驱动活塞杆23构成双作用气缸，而刷头气缸112、支撑气缸312均为单作用气缸，当然在本发明的其他实施例中，刷头气缸112、支撑气缸312也可以采用双作用气/液压缸，此时需要单独的换向阀分别进行控制，而驱动缸体21也可改为采用靠弹簧复位的单作用气/液压缸（如柱塞缸）也是可行的，此时仅需一个两位三通阀的充排气控制即可完成驱动活塞杆的伸缩动作。
另外，上述实施例中的驱动缸体21与支撑装置3的基座31固连，驱动活塞杆23与擦拭装置1的刷柄11固连，控制装置4固连在基座31的后端，由于活塞杆较轻这样的连接方式使得双作用气缸的擦拭动作较为省力，但并不排除在本发明的其他实施例中，驱动活塞杆23与支撑装置3固连，驱动缸体21与擦拭装置1固连的情况。

Claims (6)

1.一种擦拭炮管或其他管道内壁的擦拭机，其特征在于：包括驱动装置、擦拭装置、支撑装置、控制装置，驱动装置为沿轴向输出往复直线动作的气动/液压执行元件，驱动装置包括驱动缸体及其中沿轴向伸缩运动的驱动活塞杆，所述擦拭装置包括刷柄及其上沿径向活动设置的刷头、沿径向驱动或释放刷头以撑紧或松开管道壁的刷头气/液压缸，所述刷头上设有在刷头与管道壁松、紧配合状态下始终与管道壁接触的弹性或柔性擦拭物；所述支撑装置包括基座及其上沿径向活动设置的支腿、沿径向驱动或释放支腿以撑紧或松开管道壁的支撑气/液压缸，所述驱动缸体和驱动活塞杆的其中一个与擦拭装置的刷柄固连、另一个与支撑装置的基座固连；所述控制装置包括在接入气/液压源时经管路连接以控制驱动缸体与驱动活塞杆的相对伸缩动作、控制刷头气/液压缸径向动作、控制支撑气/液压缸径向动作的换向阀，在所述换向阀控制下擦拭机进行如下的擦拭动作和行进动作：擦拭动作时，支撑气/液压缸驱动支腿撑紧管道壁，刷头气/液压缸释放刷头松开管道壁，驱动缸体与驱动活塞杆的相对往复伸缩运动并带动刷头擦拭管道壁；行进动作时，在驱动活塞杆相对于驱动缸体做出一伸或一缩动作之前，刷头和支腿的其中一个被相应的缸驱动伸出撑紧管道壁、另一个被相应的缸释放而松开管道壁，刷头和支腿交替撑紧、松开管道壁的动作协同驱动活塞杆相对于驱动缸体的伸、缩动作而带动擦拭机在管道内行进。
2.根据权利要求1所述的擦拭机，其特征在于：所述刷头气/液压缸包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的刷头活塞，缸体沿径向由内向外贯通至刷柄外周表面的对应开口，所述刷头有多个并沿圆周均布在刷柄外周，各刷头包括与刷头气/液压缸的活塞传动连接的用于固连所述弹性或柔性擦拭物刷的刷毛座，各刷毛座的一端通过连杆与刷头活塞固连、另一端处于刷柄外周之上并呈瓦形扣配在刷柄周围。
3.根据权利要求1所述的擦拭机，其特征在于：所述支撑气/液压缸包括缸体及缸体内沿径向密封活动装配的支撑活塞，缸体沿径向由内向外贯通至基座外周表面的对应开口，所述支腿有多个并沿圆周均布在基座外周，支腿包括与所述支撑活塞通过连杆传动连接的并呈瓦片形扣配在基座周围的支座和支座外周固连的摩擦片。
4.根据权利要求1或2或3所述的擦拭机，其特征在于：所述驱动装置为双向作用缸，所述驱动缸体中沿轴向双向移动密封装配有与所述驱动活塞杆固连的驱动活塞，驱动缸体上设有分别从驱动活塞两侧供气的两个气口，所述刷头气/液压缸和支撑气/液压缸均为单向作用缸，所述刷柄中设有与刷头气/液压缸相通的刷柄气道，所述基座中设有与支撑气/液压缸相通的基座气道；所述换向阀为第一、二换向阀，两换向阀均为电控两位五通换向阀，第一换向阀的正、反工作口通过管道分别与驱动装置的驱动缸体的两个气口连通，第二换向阀的正、反工作口通过管道及相应装置中的气道分别与刷头气/液压缸和支撑气/液压缸连通，所述控制装置还包括用于与气/液压源连接以向第一、二换向阀的进口提供压力工作介质的管道以及控制第一、二换向阀的控制电路，控制电路为主控器为PLC控制器的智能控制电路。
5.根据权利要求4所述的擦拭机，其特征在于：所述擦拭装置的刷柄前端还固连有喷头，喷头包括内设储液腔的喷壶及喷壶前端设置的喷嘴，喷嘴通过单向阀及管道与擦拭装置中的刷柄气道连通。
6.根据权利要求4所述的擦拭机，其特征在于：所述驱动装置的驱动缸体后端与支撑装置的基座通过螺栓固连，所述驱动装置的驱动活塞杆与擦拭装置的刷柄通过螺栓固连，所述支撑装置的基座后端还固定有安装板，所述安装板上安装有气/液压源入口接头及所述控制装置。
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