CN108612959B - 一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，包括底座、滚轮架、弹性支撑单元、测速滚轮单元；所述底座一端与滚轮架下端活动连接，另一端与弹性支撑单元下端活动连接，所述弹性支撑单元上端活动连接在滚轮架的中间部分，所述滚轮架上设有板筋，所述板筋设有通孔；所述滚轮架通过销轴Ⅳ活动连接在滚轮架上端，所述传感器通过六角薄螺母固定安装在板筋的通孔内，并且传感器正对齿盘的外圆周面。本发明的有益效果是：(1)该装置采用高刚度压缩弹簧和低刚度压缩弹簧组合使用，具有良好的支撑性，管道机器人皮碗磨损较小；(2)测速滚轮单元具有可浮动性，使用该装置的管道机器人在管道内运行时，遇到焊疤滚轮可以自适应。
Description
技术领域
本发明属于油气管道清管与检测领域，尤其涉及一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置。
背景技术
管道已成为输送石油、天然气等能源的重要运输方式。管道在役工作一段时间后，会不可避免地出现裂纹、漏孔和管道内杂质淤积等现象，会降低管道运输效率、导致油气泄露，甚至引发灾难性事故。为提高管道使用寿命和使用安全性，需要对管道进行定期检修维护。管道机器人作为一种高效准确故障诊断、缺陷检测、管道维修载体正被广泛应用于管道运行前期的管道清理、焊缝检测及运行过程中的缺陷检测、维修、清管等。
目前，天然气管道机器人主要依靠管道内输送介质在管道机器人前后形成的压差形成的推力实现驱动。管道机器人在管道内前进并测得管道缺陷信息，为了得到缺陷位置及管道长度需进行里程测量。传统的管道机器人装置采用皮碗支撑式结构，不仅管道机器人装置通过性差，容易发生卡堵，并且长距离检测皮碗磨损严重，同时造成管道涂层磨损，且易丧失管道机器人前后压差，无法推动管道机器人运行。皮碗支撑式结构的管道机器人受自身重力影响与管道壁摩擦，导致皮碗磨损分布不均，造成管道机器人装置在管道内运行不平稳，里程测量和定位不准确。支撑轮式管道机器人通过在机器人周向安装若干组支撑机构，使机器人支撑在管壁上，沿管内轴向行走。由于支撑机构对称分布，其中心轴线能够自动适应与管道中心轴线基本保持一致，所以支撑轮式管道机器人驱动能力强、运行平稳等特点正成为国内外相关领域研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述现有皮碗式支撑结构的管道机器人存在的一些缺陷，提供一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，包括底座、滚轮架、弹性支撑单元、测速滚轮单元；
所述底座一端与滚轮架下端活动连接，另一端与弹性支撑单元下端活动连接，所述弹性支撑单元上端活动连接在滚轮架的中间部分，所述滚轮架上设有板筋，所述板筋设有通孔；
所述测速滚轮单元包括滚轮、销轴Ⅳ、齿盘、永磁体块、深沟球轴承Ⅰ、深沟球轴承Ⅱ、左凹球面套、右凹球面套、左凸球面套、右凸球面套、传感器、六角薄螺母；
所述齿盘外圆周面上设有若干个凸起的齿，每个齿的顶面中心开设盲孔，所述永磁体块安装在盲孔内，所述齿盘安装在滚轮侧面上，所述滚轮的轴向上具有阶梯孔，所述阶梯孔包括左孔段、内孔段、右孔段，所述左孔段、右孔段的直径相同并大于内孔段的直径，所述深沟球轴承Ⅰ安装在阶梯孔的左孔段内并与内孔段左端面紧配合，所述深沟球轴承Ⅱ安装在阶梯孔的右孔段内并与内孔段的右端面紧配合，所述左凸球面套安装在深沟球轴承Ⅰ内，所述右凸球面套安装在深沟球轴承Ⅱ内；
所述销轴Ⅳ安装在左凸球面套、右凸球面套内，所述左凹球面套套装在销轴Ⅳ左端并与左凸球面套配合形成球面副，所述右凹球面套套装在销轴Ⅳ右端并与右凸球面套配合形成球面副；
所述滚轮通过销轴Ⅳ活动连接在滚轮架上端，所述传感器通过六角薄螺母固定安装在板筋的通孔内，并且传感器正对齿盘的外圆周面。
进一步的是，所述弹性支撑单元包括上铰链座、六角螺母、高刚度压缩弹簧、低刚度压缩弹簧、螺杆、不锈钢大罩壳、不锈钢小罩壳、支撑筒、圆螺母Ⅰ、圆螺母Ⅱ、下铰链座；
所述不锈钢大罩壳安装在上铰链座上，所述上铰链座下端设有内螺纹孔，所述螺杆下端具有连接圆端，所述支撑筒具有内螺纹阶梯孔，所述内螺纹阶梯孔包括大径段、小径段，上端外壁设有台阶，所述小径段的直径小于连接圆端，所述支撑筒竖直安装在不锈钢小罩壳内壁上；
所述螺杆下端安装在支撑筒的内螺纹阶梯孔内，所述连接圆端与内螺纹阶梯孔的大径段内，所述六角螺母螺纹连接在螺杆的中间部分，所述圆螺母Ⅰ、圆螺母Ⅱ依次螺纹连接在支撑筒下端外壁上，所述低刚度压缩弹簧下端套装在支撑筒的台阶上，所述螺杆、六角螺母均位于低刚度压缩弹簧内，所述高刚度压缩弹簧套装在支撑筒外壁上并位于圆螺母Ⅰ上；
所述螺杆上端螺纹连接在上铰链座的内螺纹孔内，所述六角螺母紧贴在上铰链座的下端面，所述上铰链座的下端位于高刚度压缩弹簧内，所述不锈钢小罩壳上端位于不锈钢大罩壳下端内，并与不锈钢大罩壳内壁同轴线，所述下铰链座上端螺纹连接在支撑筒的内螺纹阶梯孔内，下端位于不锈钢小罩壳外；
所述上铰链座活动连接在滚轮架的中间部分，所述下铰链座与底座活动连接。
进一步的是，所述不锈钢大罩壳内壁与不锈钢小罩壳外壁为小间隙配合，配合公差为H7/g6。
进一步的是，所述上铰链座下端外壁设有环槽，所述环槽内弹性挡圈，所述弹性挡圈上端面与不锈钢大罩壳内壁紧配合，对不锈钢大罩壳进行轴向定位。
进一步的是，所述底座一端设有凸起的铰链座，另一端设有两个凸起的第二铰链座，所述铰链座通过销轴Ⅰ与滚轮架连接，所述第二铰链座通过销轴Ⅲ与下铰链座连接。
进一步的是，所述上铰链座通过销轴Ⅱ连接在滚轮架的中间部分。
进一步的是，所述底座开设有4个柱形沉头孔，中间位置开设有1个穿线通孔，用于传感器布线。
进一步的是，所述左凸球面套和右凸球面套的内孔径大于销轴Ⅳ的轴径。
进一步的是，所述滚轮外圆周面上设有若干个螺旋沟槽，并均布在外圆周面上。
进一步的是，所述齿的个数为16个，并圆周均布在齿盘上。
本发明的有益效果是：(1)该装置采用高刚度压缩弹簧和低刚度压缩弹簧组合使用，具有良好的支撑性，管道机器人皮碗磨损较小；(2)测速滚轮单元具有可浮动性，使用该装置的管道机器人在管道内运行时，遇到焊疤滚轮可以自适应，使得管道机器人运行平稳；(3)测速滚轮单元采用在齿盘的16个盲孔中安装永磁体块，电磁感应式传感器不受铁屑等金属材质的物体干扰，检测信号准确。
附图说明
图1是安装本发明支撑及里程测量装置的管道机器人结构示意图；
图2是本发明中的支撑及里程测量装置的结构示意图；
图3是本发明中的支撑及里程测量装置三维轴测图；
图4是沿图2剖切线A-A的剖视图；
图5是弹性支撑单元的结构示意图；
图6是底座三维视图；
图7是滚轮具有浮动性的结构示意图。
图中所示：1、底座；2、滚轮架；3、弹性支撑单元；301、上铰链座；302、弹性挡圈；303、六角螺母；304、高刚度压缩弹簧；305、低刚度压缩弹簧；306、螺杆；307、不锈钢大罩壳；308、不锈钢小罩壳；309、支撑筒；310、圆螺母Ⅰ；311、圆螺母Ⅱ；312、下铰链座；4、测速滚轮单元；401、滚轮；402、左凸球面套；403、销轴Ⅳ；404、左凹球面套；405、深沟球轴承Ⅰ；406、齿盘；407、右凸球面套；408、轴用弹性挡圈；409、右凹球面套；410、深沟球轴承Ⅱ；411、传感器；412、六角薄螺母；413、永磁体块；5、销轴Ⅰ；6、销轴Ⅱ；7、销轴Ⅲ。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图2-3所示，本发明的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，包括底座1、滚轮架2、弹性支撑单元3、测速滚轮单元4；
所述底座1一端与滚轮架2下端活动连接，另一端与弹性支撑单元3下端活动连接，所述弹性支撑单元3上端活动连接在滚轮架2的中间部分，所述滚轮架2上设有板筋，所述板筋设有通孔；
所述测速滚轮单元4包括滚轮401、销轴Ⅳ403、齿盘406、永磁体块413、深沟球轴承Ⅰ405、深沟球轴承Ⅱ410、左凹球面套404、右凹球面套409、左凸球面套402、右凸球面套407、传感器411、六角薄螺母412；
如图4所示，所述齿盘406外圆周面上设有若干个凸起的齿，每个齿的顶面中心开设盲孔，所述永磁体块413通过木槌压入到盲孔内，所述滚轮401具有与管道内径相等的弧度，滚轮右侧端面上开设有螺纹孔，所述齿盘406通过螺钉连接在滚轮401侧面上，所述滚轮401的轴向上具有阶梯孔，所述阶梯孔包括左孔段、内孔段、右孔段，所述左孔段、右孔段的直径相同并大于内孔段的直径，所述深沟球轴承Ⅰ405安装在阶梯孔的左孔段内并与内孔段左端面紧配合，所述深沟球轴承Ⅱ410安装在阶梯孔的右孔段内并与内孔段的右端面紧配合，所述左凸球面套402安装在深沟球轴承Ⅰ405内，所述右凸球面套407安装在深沟球轴承Ⅱ410内；
所述销轴Ⅳ403安装在左凸球面套402、右凸球面套407内，所述左凹球面套404套装在销轴Ⅳ403左端并与左凸球面套402配合形成球面副，所述右凹球面套409套装在销轴Ⅳ403右端并与右凸球面套407配合形成球面副，并在两球面副中注入润滑油，其中左凸球面套402和右凸球面套407的内孔径大于销轴Ⅳ403的轴径，由于左凹球面套404与左凸球面套402配合形成球面副，右凹球面套409与右凸球面套407配合形成球面副，使得测速滚轮单元4具有较小的浮动性，如图7所示，测速滚轮单元4具有浮动性，遇到管道焊疤能够自适应越过障碍；
所述滚轮401通过销轴Ⅳ403活动连接在滚轮架2上端，所述传感器411通过六角薄螺母412固定安装在板筋的通孔内，并且传感器411正对齿盘406的外圆周面，即传感器411正对住永磁体块413，使得传感器411可以测到永磁体块413。
如图5所示，实施例中弹性支撑单元3的具体结构为，所述弹性支撑单元3包括上铰链座301、六角螺母303、高刚度压缩弹簧304、低刚度压缩弹簧305、螺杆306、不锈钢大罩壳307、不锈钢小罩壳308、支撑筒309、圆螺母Ⅰ310、圆螺母Ⅱ311、下铰链座312；
所述不锈钢大罩壳307安装在上铰链座301上，所述上铰链座301下端设有内螺纹孔，所述螺杆306下端具有连接圆端，所述支撑筒309具有内螺纹阶梯孔，所述内螺纹阶梯孔包括大径段、小径段，上端外壁设有台阶，所述小径段的直径小于连接圆端，所述支撑筒309竖直安装在不锈钢小罩壳308内壁上；
螺杆306从支撑筒309的大径段穿进，再从小径段穿出，所述螺杆306下端安装在支撑筒309的内螺纹阶梯孔内，所述连接圆端与内螺纹阶梯孔的大径段内，所述六角螺母303螺纹连接在螺杆306的中间部分，所述圆螺母Ⅰ310、圆螺母Ⅱ311依次螺纹连接在支撑筒309下端外壁上，所述低刚度压缩弹簧305下端套装在支撑筒309的台阶上，所述螺杆306、六角螺母303均位于低刚度压缩弹簧305内，所述高刚度压缩弹簧304套装在支撑筒309外壁上并位于圆螺母Ⅰ310上；
所述螺杆306上端螺纹连接在上铰链座301的内螺纹孔内，所述六角螺母303紧贴在上铰链座301的下端面，所述上铰链座301的下端位于高刚度压缩弹簧304内，所述不锈钢小罩壳308上端位于不锈钢大罩壳307下端内，并与不锈钢大罩壳307内壁同轴线，所述下铰链座312上端螺纹连接在支撑筒309的内螺纹阶梯孔内，下端位于不锈钢小罩壳308外；
所述上铰链座301活动连接在滚轮架2的中间部分，所述下铰链座312与底座1活动连接。
因不锈钢大罩壳307内壁与不锈钢小罩壳308在实际使用过程中，不锈钢小罩壳308在不锈钢大罩壳307内壁内进行伸缩运动，因此优选的实施方式是，所述不锈钢大罩壳307内壁与不锈钢小罩壳308外壁为小间隙配合，配合公差为H7/g6。
为了对不锈钢大罩壳307进行轴向定位，优选的实施方式是，所述上铰链座301下端外壁设有环槽，所述环槽内弹性挡圈302，所述弹性挡圈302上端面与不锈钢大罩壳307内壁紧配合。
如图6所示，所述底座1一端设有凸起的铰链座，另一端设有两个凸起的第二铰链座，所述铰链座通过销轴Ⅰ5与滚轮架2连接，所述第二铰链座通过销轴Ⅲ7与下铰链座312连接。所述底座1开设有4个柱形沉头孔，中间位置开设有1个穿线通孔，用于传感器411布线。
其中活动连接的具体实施方式是，所述上铰链座301通过销轴Ⅱ6连接在滚轮架2的中间部分，所述左凸球面套402和右凸球面套407的内孔径大于销轴Ⅳ403的轴径。
其中优选的实施方式是，所述滚轮401外圆周面上设有若干个螺旋沟槽，并均布在外圆周面上，所述齿的个数为16个，并圆周均布在齿盘406上。
本发明在实际的使用过程：将本发明通过螺钉连接安装固定在管道机器人的圆形骨架上，使滚轮401外圆紧贴管道内表面，滚轮401对管道内表面的压紧力为3～7千克。
本发明的具体使用工作原理是：如图1所示，将本发明的装置通过螺钉连接安装固定在管道机器人的圆形骨架上，在管道机器人周向均匀分布安装两组每组6个该支撑及里程测量装置使管道机器人支撑在管壁上，安装时通过调节弹性支撑单元中的弹簧安装位置，保证上端3个低刚度压缩弹簧305提供预紧力使得滚轮401紧贴管壁，上端3个高刚度压缩弹簧304不起作用，下端3个低刚度压缩弹簧305和3个高刚度压缩弹簧304一起支撑管道机器人，使得下端3个低刚度压缩弹簧305和3个高刚度压缩弹簧304不受上端3个高刚度压缩弹簧304的作用力，使得管道机器人轴线与管道轴线能够基本保持一致。滚轮401外圆紧贴管道内表面使管道机器人支撑在管壁上，采用电磁感应式传感器411感应永磁体块413，可以防止铁屑等金属干扰信号检测，滚轮401每转1圈发送16个脉冲，根据检测脉冲信号个数和滚轮401周长，就能确定管道机器人行进的里程，更加提高测速和里程测量准确性，且对管道机器人支撑性较好，使皮碗磨损较小，保证管道机器人在管道内运行平稳
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，包括底座(1)、滚轮架(2)、弹性支撑单元(3)、测速滚轮单元(4)；
所述底座(1)一端与滚轮架(2)下端活动连接，另一端与弹性支撑单元(3)下端活动连接，所述弹性支撑单元(3)上端活动连接在滚轮架(2)的中间部分，所述滚轮架(2)上设有板筋，所述板筋设有通孔；
所述测速滚轮单元(4)包括滚轮(401)、销轴Ⅳ(403)、齿盘(406)、永磁体块(413)、深沟球轴承Ⅰ(405)、深沟球轴承Ⅱ(410)、左凹球面套(404)、右凹球面套(409)、左凸球面套(402)、右凸球面套(407)、传感器(411)、六角薄螺母(412)；
所述齿盘(406)外圆周面上设有若干个凸起的齿，每个齿的顶面中心开设盲孔，所述永磁体块(413)安装在盲孔内，所述齿盘(406)安装在滚轮(401)侧面上，所述滚轮(401)的轴向上具有阶梯孔，所述阶梯孔包括左孔段、内孔段、右孔段，所述左孔段、右孔段的直径相同并大于内孔段的直径，所述深沟球轴承Ⅰ(405)安装在阶梯孔的左孔段内并与内孔段左端面紧配合，所述深沟球轴承Ⅱ(410)安装在阶梯孔的右孔段内并与内孔段的右端面紧配合，所述左凸球面套(402)安装在深沟球轴承Ⅰ(405)内，所述右凸球面套(407)安装在深沟球轴承Ⅱ(410)内；
所述销轴Ⅳ(403)安装在左凸球面套(402)、右凸球面套(407)内，所述左凹球面套(404)套装在销轴Ⅳ(403)左端并与左凸球面套(402)配合形成球面副，所述右凹球面套(409)套装在销轴Ⅳ(403)右端并与右凸球面套(407)配合形成球面副；
所述滚轮(401)通过销轴Ⅳ(403)活动连接在滚轮架(2)上端，所述传感器(411)通过六角薄螺母(412)固定安装在板筋的通孔内，并且传感器(411)正对齿盘(406)的外圆周面；
所述弹性支撑单元(3)包括上铰链座(301)、六角螺母(303)、高刚度压缩弹簧(304)、低刚度压缩弹簧(305)、螺杆(306)、不锈钢大罩壳(307)、不锈钢小罩壳(308)、支撑筒(309)、圆螺母Ⅰ(310)、圆螺母Ⅱ(311)、下铰链座(312)；
所述不锈钢大罩壳(307)安装在上铰链座(301)上，所述上铰链座(301)下端设有内螺纹孔，所述螺杆(306)下端具有连接圆端，所述支撑筒(309)具有内螺纹阶梯孔，所述内螺纹阶梯孔包括大径段、小径段，上端外壁设有台阶，所述小径段的直径小于连接圆端，所述支撑筒(309)竖直安装在不锈钢小罩壳(308)内壁上；
所述螺杆(306)下端安装在支撑筒(309)的内螺纹阶梯孔内，所述连接圆端与内螺纹阶梯孔的大径段内，所述六角螺母(303)螺纹连接在螺杆(306)的中间部分，所述圆螺母Ⅰ(310)、圆螺母Ⅱ(311)依次螺纹连接在支撑筒(309)下端外壁上，所述低刚度压缩弹簧(305)下端套装在支撑筒(309)的台阶上，所述螺杆(306)、六角螺母(303)均位于低刚度压缩弹簧(305)内，所述高刚度压缩弹簧(304)套装在支撑筒(309)外壁上并位于圆螺母Ⅰ(310)上；
所述螺杆(306)上端螺纹连接在上铰链座(301)的内螺纹孔内，所述六角螺母(303)紧贴在上铰链座(301)的下端面，所述上铰链座(301)的下端位于高刚度压缩弹簧(304)内，所述不锈钢小罩壳(308)上端位于不锈钢大罩壳(307)下端内，并与不锈钢大罩壳(307)内壁同轴线，所述下铰链座(312)上端螺纹连接在支撑筒(309)的内螺纹阶梯孔内，下端位于不锈钢小罩壳(308)外；
所述上铰链座(301)活动连接在滚轮架(2)的中间部分，所述下铰链座(312)与底座(1)活动连接。
2.根据权利要求1所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述不锈钢大罩壳(307)内壁与不锈钢小罩壳(308)外壁为小间隙配合，配合公差为H7/g6。
3.根据权利要求2所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述上铰链座(301)下端外壁设有环槽，所述环槽内弹性挡圈(302)，所述弹性挡圈(302)上端面与不锈钢大罩壳(307)内壁紧配合，对不锈钢大罩壳(307)进行轴向定位。
4.根据权利要求3所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述底座(1)一端设有凸起的铰链座，另一端设有两个凸起的第二铰链座，所述铰链座通过销轴Ⅰ(5)与滚轮架(2)连接，所述第二铰链座通过销轴Ⅲ(7)与下铰链座(312)连接。
5.根据权利要求1所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述上铰链座(301)通过销轴Ⅱ(6)连接在滚轮架(2)的中间部分。
6.根据权利要求5所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述底座(1)开设有4个柱形沉头孔，中间位置开设有1个穿线通孔，用于传感器(411)布线。
7.根据权利要求6所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述左凸球面套(402)和右凸球面套(407)的内孔径大于销轴Ⅳ(403)的轴径。
8.根据权利要求6所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述滚轮(401)外圆周面上设有若干个螺旋沟槽，并均布在外圆周面上。
9.根据权利要求1所述的一种天然气管道机器人支撑及里程测量装置，其特征在于，所述齿的个数为16个，并圆周均布在齿盘(406)上。
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