CN102442607B

CN102442607B - 一种自适应抱管装置

Info

Publication number: CN102442607B
Application number: CN 201110325263
Authority: CN
Inventors: 王立权; 袁金如; 宫含洋; 邢晓冬; 彭琳; 郭钽; 王智鹏; 于贵芙; 葛汝博; 谭磊
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: CN102442607A

Abstract

本发明提供的是一种自适应抱管装置。包括提升机械手和一个开闭式抱管机构；所述抱管机构包含一个半封闭式的框架，框架左右两侧分别安装竖直辊子，框架下部铰接V形底托，V形底托由执行器实现相对于框架的开闭运动，V形底托上通过销轴铰接两个辊子支架，每个辊子支架均可绕其销轴相对于底托做侧倾转动，每个辊子支架的两侧通过销轴各铰接一个侧板，侧板均可绕其销轴相对于辊子支架做俯仰转动，侧板上通过销轴铰接布置若干辊子，每个辊子均可绕自身销轴旋转，两个辊子支架上的辊子构成V形辊组。本发明结构简单，安全可靠，可以自适应管道晃动，始终与管道保持两侧贴合，同时弹性吸震垫片可以有效吸收管道受到的冲击，锁死机构进一步增强作业可靠性。

Description

一种自适应抱管装置

技术领域

本发明涉及的是一种用于提升和支撑管道等细长柔性圆管件的装置。具体地说是一种抱管装置，适用于长线管道的连续移动施工。

背景技术

管道由于具有集成高效安全等诸多优点，被广泛应用于包括水利、能源、通讯等诸多领域。在管道的施工过程中，特别是在管道维修时，需要将管道提升和支撑起来，以进行相关作业。

目前，常用的方法有机械手抓取管道，然后直接提升和移动管道；或机械手抓取管道之后利用可转动辊组支撑，再进行管道提升和移动作业；这些作业方法简单方便，但有以下缺点：1.不能保证辊组中的所有辊子与管道完全贴合，接触点减少，致使辊子与管道接触力较大，容易毁坏管道；2.辊组除橡胶包层外没有其余吸震措施，无法有效减小管道受到各类冲击；3.辊组工作时除执行器闭合外没有其余机械锁紧功能，长时间工作时不可靠，无法实现长线管道的连续移动施工要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够安全快速连续地实现管道提升和支撑作业，尤其适用于长线管道的连续移动维护施工的自适应抱管装置。

本发明的目的是这样实现的：

主要包括提升机械手和铰接在提升机械手上的一个开闭式抱管机构；所述抱管机构包含一个半封闭式的框架，框架左右两侧分别安装竖直辊子，框架下部铰接V形底托，V形底托由执行器实现相对于框架的开闭运动，V形底托上通过销轴铰接两个辊子支架，每个辊子支架均可绕其销轴相对于底托做侧倾转动，每个辊子支架的两侧通过销轴各铰接一个侧板，侧板均可绕其销轴相对于辊子支架做俯仰转动，侧板上通过销轴铰接布置若干辊子，每个辊子均可绕自身销轴旋转，两个辊子支架上的辊子构成V形辊组。

本发明还可以包括：

1、辊子外层套有弹性材料，V形底托与每个辊子支架铰接轴的两侧各布置有一个弹性吸震垫片。

2、V形底托为中空结构，在V形底托的中空腔的近末端安装有一个锁死机构，所述锁死机构包括铰接在V形底托中空腔的液压缸、与液压缸的活塞杆连接的锁紧块、与锁紧块连接的导向杆、套在导向杆上的受压弹簧。

3、每个辊子支架上包含两个或两个以上的成线性排列的辊子，辊子之间的距离大于管道焊接或阳极保护接口宽度，侧板上上开有齿槽，辊子与侧板铰接的销轴的一端为圆棒状、另一端为齿条状。

4、所述弹性吸震垫片为波浪形，由水平端、大半圆凸起端及上翘端组成，水平端贴合V形底托上表面，上翘端与水平端间隔一定距离。

5、所述提升机械手由手爪、手爪开合执行器、升降杆及滑道、升降执行器、摆动执行器及连接框架与机械手的连接桥组成，抱管机构安装在连接桥上。

本发明的技术效果在于：

本发明公开的一种具有减震及锁死保护功能的自适应抱管装置，结构简单，安全可靠，适用于提升和支撑管道作业。本发明中的V形辊组可以相对底托做侧倾和俯仰转动自适应管道晃动，始终与管道保持两侧贴合，有效减少管道所受的最大接触力，减少管道磨损，同时弹性吸震垫片可以有效吸收提升和支撑管道过程中管道受到的冲击，锁死机构位于底托腔内，免受外界干扰，提供底托开合执行器闭合动作失效时的安全保护功能，能实现长线管道的连续移动施工。

附图说明

图1是本发明三维示意图；

图2是本发明之抱管机构主视图；

图3是本发明之桥形框架三维示意图；

图4是本发明之V形辊组三维示意图；

图5是本发明之V形辊组主视图；

图6是本发明之V形辊组A-A截面图；

图7是本发明之辊子距离调节示意图；

图8是本发明之锁死机构示意图；

图9.1-图9.4是本发明之工作过程示意图；

图10是本发明之底托锁死局部图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做进一步的详述。

图中各标号的含义为：1.桥形框架(11外部接口，1.2轴孔，1.3伸出端，1.4轴承座，1.5轴孔，1.6轴孔，1.7限位挡板，1.8方形槽)，2.竖直辊子，3.辊子，4.底托(4.1轴承座)，5.销轴，6.辊子支架，7.侧板，8.底托开合执行器，9.机械手爪，10.手爪开合执行器，11.升降杆，12.连接桥，13.机械手升降执行器，14.机械手升降滑道，15.机械手摆动执行器，16.垫片，17.锁死液压缸活塞杆(17.1光杆，17.2导向杆，17.3锁紧块)，18.液压缸，19.弹簧，20.管道，21.管道接口，22.销轴，23.销轴。

如图1、图3所示，本发明主要由抱管机构和机械手组成。抱管机构通过外部接口1.1与外部设备连接，机械手通过连接桥12铰接在抱管机构上。

如图1、图2、图4、图6所示，抱管机构包括一个半封闭式的桥形框架1，框架1左右两侧分别安装竖直辊子2，能绕其各自轴心旋转，可有效防止管道与框架1竖壁内侧碰撞。框架1下部铰接底托4，底托4由执行器实现相对于框架的开闭运动。底托4上通过销轴23铰接两个辊子支架6，可实现辊子支架6绕销轴23的侧倾旋转；每个辊子支架6通过销轴22铰接侧板7，可实现侧板7绕销轴22的俯仰转动；侧板7上通过销轴5和销轴22铰接若干辊子3，共同构成V形辊组；通过以上V形辊组的侧倾及俯仰转动动作，可以实现V形辊组与管道的自适应贴合，有效增加辊组与管道的接触点，减小接触力。底托4与每个辊子支架6的铰接轴23的两侧各布置有一个弹性吸震垫片16，能有效吸收管道受到的冲击。底托4内腔近末端安装有一个带受压弹簧19的锁死机构保证抱管作业可靠。机械手由手爪9、手爪开合执行器10、升降杆11及滑道14、升降执行器13、摆动执行器15及连接框架1与滑道14的连接桥12组成。

如图2、图4、图6、图7所示，底托4为V形中空结构，V形斜面上对称布置两处轴孔座4.1，其通过销轴23铰接V形辊组，V形辊组包含两个(或两个以上)辊子3，其成线性排列，每个辊子3均可绕各自的销轴5或销轴22旋转，辊子3之间的距离大于管道焊接或阳极保护接口21宽度，其通过销轴5与侧板7的齿形啮合配对确定，这样可以防止接口21承受全部负载而被破坏。销轴5一端为圆棒状，另一端为矩形齿条状，且齿厚与齿槽宽度相同，侧板7两端有矩齿槽，且齿厚与齿槽宽度相同，其与销轴5矩形齿形成啮合。在轴孔座4.1的两侧布置有弹性吸震垫片16，其为波浪形，由水平端、大半圆凸起端及上翘端组成，水平端贴合底托上表面，上翘端与水平端间隔一定距离，其大小由垫片16抗弯刚度及管道20负载决定，垫片16由弹性材料制成，可有效吸收管道受到的冲击。

如图2、图6、图8所示，锁死机构由活塞杆17、液压缸18、两根受压弹簧19、底托4与框架1共同构成。液压缸18在自由状态时，在受压弹簧19作用下，锁紧块17.3始终处于伸长状态，其中活塞杆17由中间光杆17.1、两侧导向杆17.2及锁紧块17.3组成，锁紧块17.3末端有楔形凸台，两根受压弹簧19分别套在两侧导向杆17.2上，液压缸18通过销轴铰接在底托上。

如图3、图6所示，半封闭式框架1为桥式结构，其上部两侧有与外部机构连接的接口1.1以及与开合执行器连接的轴孔1.2，中间有与机械手连接的伸出端1.3，前面左右两侧有安装辊子的轴承座1.4，后面有与摆动执行器连接的轴孔1.5，下部一侧有与底托衔接的轴孔1.6，另一侧末端有限位挡板1.7，限位挡板1.7下方有一与锁死机构的锁紧块17.3楔形凸台嵌合的方形槽1.8。

本发明工作原理如下：总体工作过程如图9.1-9.4所示。图9.1为抓管阶段，首先利用机械手升降执行器13下降机械手，当到达指定位置时，利用摆动执行器15调整机械手与待抱管道的相对位置，完毕后，驱动机械手爪9，完成管道抓取动作。图9.2为管道提升阶段，提升管道直至管道完全进入半封闭框架1的内部指定位置。图9.3为底托4闭合阶段，启动锁死机构液压缸18，回收锁紧块17.3，启动底托开合执行器8，闭合底托4，则管道在框架1与底托4构成的封闭框内。图9.4为底托4锁死阶段。底托4碰到限位挡板1.7后完成闭合动作，然后操作锁紧液压缸18，复位锁紧块17.3，使其伸长插入方形槽1.8内，完成锁死动作，图10为底托锁死局部图，锁紧块17.3的末端楔形凸台与方槽1.8的下端形成嵌合，有效锁死。至此，完成管道提升或支撑移动的全部准备工作。在提升或支撑管道移动过程中，V形辊组可以相对底托4做侧倾和俯仰转动自适应管道晃动，始终与管道保持两侧贴合，有效减少管道所受的最大接触力，减少管道磨损，同时弹性吸震垫片16可以有效吸收提升和支撑管道过程中管道受到的冲击，锁死机构位于底托4内部空腔内，免受外界干扰，提供底托开合执行器闭合动作失效时的安全保护功能，能实现长线管道的连续移动施工。

Claims

1.一种自适应抱管装置，主要包括提升机械手和铰接在提升机械手上的一个开闭式抱管机构；其特征是：所述抱管机构包含一个半封闭式的框架，框架左右两侧分别安装竖直辊子，框架下部铰接V形底托，V形底托由执行器实现相对于框架的开闭运动，V形底托上通过销轴铰接两个辊子支架，每个辊子支架均可绕其销轴相对于底托做侧倾转动，每个辊子支架的两侧通过销轴各铰接一个侧板，侧板均可绕其销轴相对于辊子支架做俯仰转动，侧板上通过销轴铰接布置若干辊子，每个辊子均可绕自身销轴旋转，两个辊子支架上的辊子构成V形辊组；V形底托为中空结构，在V形底托的中空腔的近末端安装有一个锁死机构，所述锁死机构包括铰接在V形底托中空腔的液压缸、与液压缸的活塞杆连接的锁紧块、与锁紧块连接的导向杆、套在导向杆上的受压弹簧。

2.根据权利要求1所述的自适应抱管装置，其特征是：辊子外层套有弹性材料，V形底托与每个辊子支架铰接轴的两侧各布置有一个弹性吸震垫片。

3.根据权利要求2所述的自适应抱管装置，其特征是：所述弹性吸震垫片为波浪形，由水平端、大半圆凸起端及上翘端组成，水平端贴合V形底托上表面，上翘端与水平端间隔一定距离。

4.根据权利要求1、2或3所述的自适应抱管装置，其特征是：每个辊子支架上包含两个或两个以上的成线性排列的辊子，辊子之间的距离大于管道焊接或阳极保护接口宽度，侧板上开有齿槽，辊子与侧板铰接的销轴的一端为圆棒状、另一端为齿条状。

5.根据权利要求1、2或3所述的自适应抱管装置，其特征是：所述提升机械手设置有连接桥，抱管机构安装在连接桥上。

6.根据权利要求4所述的自适应抱管装置，其特征是：所述提升机械手设置有连接桥，抱管机构安装在连接桥上。