CN109967563B - 一种排水管道结构变形非开挖修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排水管道结构变形非开挖修复装置，包括机体，机体两端安装有驱动装置，驱动装置包括至少三组可伸缩的支腿，支腿绕机体的轴线等夹角圆周排布，支腿远离机体的一端安装有驱动轮；机体设置有顶撑装置，顶撑装置包括与机体滑动连接的修复头，修复头的伸出端圆弧设置，修复头的运动方向与机体的轴线垂直。通过上述设置，将管道凹陷部位顶撑修复后，可以恢复管道的内径，相比凹陷状态增大了管道流量，并减少了水压对凹陷部位的局部压强过高的情况。并且通过设置三组长度可调节的支腿，使该修复装置可以适应一定口径范围内的管道，并在管道内实现稳定支撑后对凹陷部位进行顶撑修复。

Description

一种排水管道结构变形非开挖修复装置

技术领域

本发明涉及市政排水管道修复的技术领域，尤其是涉及一种排水管道结构变形非开挖修复装置。

背景技术

目前城市排水管道是支撑社会发展及保证人民生活的重要的基础设施之一，管道维护养护是保证其正常机理及功能的必要手段。管道的修复工作主要通过开挖修复和非开挖修复两种修复方式进行管道修复。其中，开挖修复即直接将管道挖开，然后对待修复管道进行修复，管道的开挖修复存在的环境问题以及经济影响比较大，且容易造成其余管道的破坏等安全事故，并且容易占用路面交通。而非开挖修复对于基础设施低影响、低维护的修复方式逐渐备受重视。

现有的采用紫铜或不锈钢材质的排水管，因金属具有较强的韧性，在发生塑性变形后也能照常工作，例如在一些建筑施工、市政施工的过程中容易操作失误将一些排水管挤压塌陷，虽管道没有破裂但是缩小了管道的内径，减少了水流量且在塌陷的部分形成局部薄弱点，长期在水压作用下容易崩坏。因此需要一种修复管道结构变形的非开挖修复装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种排水管道结构变形非开挖修复装置，具有对结构变形的管道通过非开挖的方式进行修复，并且具有适应一定范围内的管路直径的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种排水管道结构变形非开挖修复装置，包括机体，所述机体两端安装有驱动装置，所述驱动装置包括至少三组可伸缩的支腿，所述支腿绕所述机体的轴线等夹角圆周排布，所述支腿远离所述机体的一端安装有驱动轮；所述机体设置有顶撑装置，所述顶撑装置包括与所述机体滑动连接的修复头，所述修复头的伸出端圆弧设置，所述修复头的运动方向与所述机体的轴线垂直。

通过上述设置，机体包括长条状的机身，机身内安装有多种电器元件，用于无线控制多个电机的单独启闭和电机的转速等，以及可以携带便携式电池进行临时供电等。机体的两端安装有驱动装置，驱动装置包括至少三组互成相同圆周夹角的支腿，即支腿之间圆周夹角为120°，支腿长度可伸缩设置，支腿的轴线与机体的轴线垂直，支腿靠近机体的一端与机体固定，支腿远离机体的一端安装有自带电机进行驱动的驱动轮。通过设置支腿的长度可调节，根据三角形外接圆定理可知，将该修复装置通过管道的开口放入管道中后，可以通过调节支腿的长度，将三个支腿伸长至三个驱动轮均与管道的内壁进行抵接，从而驱动该修复装置在管道内移动；将三个支腿之间的圆周夹角设置为120°，可以使三个支腿在相同的伸长量的时候，机体的中轴线与管道的中轴线重合，从而使三个支腿的受力更加均匀。通过在机体上安装有顶撑装置，顶撑装置包括相对机体滑动连接的修复头，修复头的伸出端圆弧设置且修复头的运动轴线与机体的轴线垂直。从而在该修复装置移动至管道变形的部位后，通过将顶撑装置的修复头对准管道凹陷的部位，在液压缸、气缸等驱动设备驱动下伸出弧形修复头，修复头将管道凹陷的部位进行顶撑，使其复原，完成对管道凹陷处的修复，并且无须对管道进行开挖和更换，适用于韧性和塑性较大的金属管道。通过将管道凹陷部位顶撑修复后，可以恢复管道的内径，相比凹陷状态增大了管道流量，并减少了水压对凹陷部位的局部压强过高的情况。并且通过设置三组长度可调节的支腿，使该修复装置可以适应一定口径范围内的管道，并在管道内实现稳定支撑后对凹陷部位进行顶撑修复。

本发明进一步设置，所述支腿包括与所述机体固定的导向杆、与所述机体转动连接的丝杠，所述丝杠与所述导向杆平行，所述丝杠与所述导向杆共同套接有承力座，所述承力座与所述丝杠螺纹连接，所述支腿还包括驱动所述丝杠转动的第一电机。

通过上述设置，支腿包括与机体固定的导向杆以及与机体转动连接的丝杠，丝杠通过第一电机进行驱动，丝杠与导向杆平行且均与机体的轴线垂直，丝杠与导向杆共同套接有承力座，承力座与丝杠螺纹连接，从而当丝杠在第一电机驱动下正向或反向自转时，丝杠驱动承力座伸出或收回，承力座用于安装驱动轮，进而实现对支腿的长度进行调节，使驱动轮与机体之间的距离在一定范围内进行改变，进而实现适应不同管道内径的管道。

本发明进一步设置，所述承力座远离所述机体的一端转动连接有用于安装所述驱动轮的承力杆，所述驱动轮的轴线与所述承力杆的轴线垂直；所述承力杆位于所述承力座内的一端同轴转动有第一锥齿轮，所述承力座内转动连接有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述承力座安装有驱动所述第二锥齿轮转动的第二电机。

通过上述设置，在承力座远离机体的一端转动连接有承力杆，承力杆用于安装驱动轮，使驱动轮的轴线与承力杆的轴线垂直，承力杆与承力座之间可以通过圆锥滚子轴承等可以承受较大轴向载荷的轴承进行安装。承力座内设置有空腔，承力杆插入空腔内的一端同轴转动有第一锥齿轮，空腔内还转动连接有由第二电机驱动的第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合传动。从而通过第二电机驱动第二锥齿轮转动进而驱动第一锥齿轮转动，使承力杆绕其自身轴线转动，实现对驱动轮的转向，可以实现将驱动轮的轴线与管道的轴线平行或垂直。从而在该修复装置需要在管道内行进的时候，将驱动轮转动至其轴线均与管道轴线垂直的状态；在需要调整修复头所正对的位置时，可以将驱动轮转动至其轴线均与管道轴线平行的状态，配合三组支腿之间互成120°夹角，此时机体的轴线与管道的轴线重合，该修复装置可以绕管道的轴线进行自转，从而实现调整修复头所正对的位置，更准确地对管道凹陷的位置进行顶撑。从而使该修复装置有更强的适应能力，对具有多处凹陷的管道能准确地对凹陷处进行修复。

本发明进一步设置，所述承力杆远离机体的一端固定有安装座，所述驱动轮与所述安装座转动连接，所述安装座上安装有驱动驱动轮转动的第三电机。

通过上述设置，在承力杆远离机体的一端固定有支撑座，支撑座用于安装驱动轮和第三电机，第三电机用于驱动驱动轮转动，实现对该修复装置的移动，并使第三电机能单独驱动对应的驱动轮，在复杂的管内环境中可能会有淤泥等杂物，独立驱动可以使该修复装置运动更加灵活，不容易被阻碍。

本发明进一步设置，所述顶撑装置包括驱动所述修复头向外伸出的驱动件，所述修复头的圆弧面的轴线与所述机体的轴线平行，所述修复头的圆弧面沿其轴线方向延伸。

通过上述设置，顶撑装置包括驱动修复头向外伸出的驱动件，驱动件可以才用液压缸、气缸等具有一定形成和压力的驱动件，其中修复头的圆弧轴线与机体的轴线平行，即与管道的轴线平行，并将修复头的圆弧面沿其轴线方向延伸，从而可以在单次顶撑运动下对一定长度的凹陷处进行复原，提高工作效率。

本发明进一步设置，所述修复头的圆弧面的曲率半径小于待修复管道的半径。

通过上述设置，将修复头的圆弧面的曲率半径设置为小于待修复管道的半径，从而在顶撑的过程中，不会对管路未凹陷的部位造成变形损坏，当待修复的凹陷面积较大时，可以通过不断调整修复头正对的位置对凹陷部位进行多次顶撑修复，使凹陷部位的修复更加精确和细致。

本发明进一步设置，所述机体安装有若干云台摄像头，所述云台摄像头绕所述机体的轴线圆周设置，所述云台摄像头设置在任意两组正对的支腿之间。

通过上述设置，在机体上安装有若干云台摄像头，云台摄像头绕机体外周圆周设置，并且设置在任一两组正对的支腿中间，不被修复头的圆弧面遮挡。利用云台摄像头的两个转动自由度的特性，可以在一定球面范围内进行运动和拍摄，通过设置现有的常规远程信息传输和控制，使用在管道外即可对云台摄像头进行控制和影像传输，可以实现使用者在管道外即可对管道内的情况和凹陷部位进行观察，进而实现非开挖的检测或修复操作。并且多组云台摄像头之间的配合，便于使用者从多个角度对管内进行观察，提高观察的清晰程度。

本发明进一步设置，所述驱动件为气缸，所述气缸的伸出端与所述修复头的中点位置固定。

通过上述设置，将驱动件设置为气缸，并将气缸的伸出端与修复头的中点位置固定，从而使修复头在顶撑的过程中受力更加均匀，不易造成顶撑装置的损坏，也可以根据修复头的长度安装多组气缸进行顶撑，使整体的承力能力和稳定性更好。

本发明进一步设置，所述修复头的伸出端的最小伸出量小于所述支腿的最小伸出量，所述修复头的伸出端的最大伸出量大于所述支腿的最大伸出量。

通过上述设置，使该修复装置在移动的过程中，包括沿管道的轴线进行移动或绕管道的轴线进行自转，将修复头的伸出端收缩至小于支腿的伸出量，则可以避免修复头与管道内壁碰撞影响该修复装置移动的情况，并且在管道内容易沉积有淤泥等杂物，修复头收缩状态下能尽可能地靠近机体可以减少与杂物碰撞的情况。设置修复头的伸出端的最大伸出量大于支腿的最大伸出量，则当支腿与管道内侧壁抵接的时候可以驱动修复头顶撑管道内侧壁的凹陷。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过在机体两端设置驱动装置，驱动装置包括至少三组互成相同圆周夹角的可伸缩的支腿，使支腿可以伸出相同长度并与管道的内侧壁抵接，使机体的轴线与管道的轴线重合，从而使该修复装置可以契合一定管径范围的管道并在管道内移动，并且多组支腿与管道内侧壁抵接可以使该修复装置在顶撑或运动的过程中更加稳定；

2.通过在支腿设置有与承力座转动连接的承力杆，承力杆位于承力座内的一端同轴转动有第一锥齿轮，在承力座内转动连接有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，并且通过第二电机驱动第二锥齿轮转动，从而可以对驱动轮的轴线方向进行改变，进而可以改变驱动轮的轴线方向至与管道轴线方向平行，使该修复装置可以绕管道的轴线自转，调整修复头所对应的管道位置，能够更准确地对管道凹陷处进行修复；

3.通过将顶撑装置设置为与机体滑动连接的修复头，修复头前端设置为曲率半径小于管道内径的圆弧面，修复头通过气缸驱动进行伸缩运动，修复头的运动方向与机体的轴线垂直，从而通过修复头的圆弧面从管道内对凹陷的部位进行顶撑，使管道的结构变形复位。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图2为本实施例的另一角度的结构示意图；

图3为本实施例中的支腿的局部结构剖视图。

附图标记：1、机体；2、支腿；21、承力座；22、驱动轮；221、承力杆；222、第一锥齿轮；223、安装座；224、第三电机；23、导向杆；24、丝杠；25、第一电机；26、第二锥齿轮；27、第二电机；3、顶撑装置；31、驱动件；32、修复头；4、云台摄像头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图2所示，本发明公开的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，包括长条状的机体1，机体1两端均固定安装有驱动装置，驱动装置可驱动机体1沿管道的长度方向移动或绕管道的轴线自转；机体1周面上安装有至少一个顶撑装置3，顶撑装置3从管内对管道凹陷的部位进行顶撑，使凹陷的部位复位从而实现对管道的结构变形采用非开挖的方式进行修复，适用于具有一定韧性和塑性的金属材质管道，尤其在对水质要求较高的不锈钢给水管等。

其中机体1的周面为非圆弧面，周面通过设置多条沿机体1长度方向延伸的棱边形成多个安装面，用于供顶撑装置3或各种电器元件进行安装。

如图2至图3所示，驱动装置包括至少三组互成相同圆周夹角的支腿2，支腿2绕机体1的轴线圆周排布，支腿2的长度轴线与机体1的轴线之间形成大于0°小于180°的夹角，具体选用支腿2轴线与机体1轴线垂直的形式，三组支腿2之间互成120°圆周夹角。

支腿2为可伸缩设置，支腿2包括与机体1固定的导向杆23和与机体1转动连接的丝杠24，丝杠24通过第一连接驱动自转，导向杆23与丝杠24平行且与支腿2长度方向平行，导向杆23与丝杠24共同套接有承力座21，承力座21与丝杠24螺纹连接。从而在丝杠24转动的过程中，导向杆23对承力座21进行转动限位，使承力座21沿导向杆23的长度方向进行移动，跟随第一电机25的正反转进行前后移动，进而实现支腿2的长度在一定范围内可调节。

承力座21远离机体1的一端转动连接有承力杆221，承力座21内设置有空腔，承力杆221伸入空腔内的一端同轴转动有第一锥齿轮222，承力杆221与承力座21之间通过圆锥棍子轴承等实现相对转动并承载沿承力杆221轴向的载荷。承力座21还转动连接有设置在空腔内与第一锥齿轮222啮合的第二锥齿轮26，承力座21安装有驱动第二锥齿轮26转动的第二电机27，从而通过第二电机27的正反转驱动承力杆221正反转。

承力杆221远离承力座21的一端固定有安装座223，安装座223安装有驱动轮22，驱动轮22与安装座223转动连接，驱动轮22的转轴与承力杆221的轴线垂直，安装座223上安装有驱动驱动轮22转动的第三电机224，通过第三电机224的正反转驱动驱动轮22正反转。

驱动轮22与待修复管道的内侧壁抵接，通过设置至少三组支腿2，且支腿2的长度可在一定范围内独立调节，支腿2之间互成相同的圆周角，从而根据等边三角形的外接圆定理可知，当三条支腿2的长度相等且与管道内壁抵接的时候，机体1的轴线与管道的轴线重合。从而当该修复装置需要沿管道长度方向进行移动时，通过第二电机27调节驱动轮22的转轴与管道的轴线垂直，驱动轮22的启动时即可驱动该修复装置前后移动；当移动到管道待修复的位置，需要调节顶撑装置3所正对的方向时，通过第二电机27调节驱动轮22的转轴与管道的轴线平行，即各驱动轮22的平面与管道截面平行，此时驱动轮22启动可以驱动该修复装置绕管道的轴线进行自转，实现对顶撑装置3正对位置的调节。

顶撑装置3包括相对机体1滑动连接的修复头32，修复头32通过与机体1固定安装的驱动件31进行驱动，驱动件31可以为气缸或液压缸等，驱动件31驱动修复头32的移动轨迹与机体1的轴线垂直。修复头32的伸出端设置为圆弧面，修复头32的圆弧面的轴线与机体1的轴线平行，修复头32的圆弧面沿其轴线方向延伸，气缸或液压缸的伸出端与修复头32的中点位置固定，使修复头32受力更均匀。其中设置修复头32的圆弧面的曲率半径小于待修复管道的内圆半径。并且设置修复头32的伸出端的最小伸出量小于支腿2的最小伸出量，修复头32的伸出端的最大伸出量大于支腿2的最大伸出量。

其中顶撑装置3包括三组，三组顶撑装置3之间在机体1的外周面上等角度圆周设置，顶撑装置3与支腿2之间错位设置，即顶撑装置3与相邻支腿2之间的圆周夹角为60°。从而使各顶撑装置均有正对的支腿2进行支撑，减少两个支腿2之间的分力对支腿2与机体1的连接处造成损坏，在顶撑的过程中能更好地进行承力。

机体1的外周面还安装有若干具有两个转动副的云台摄像头4，若干云台摄像头4之间沿机体1轴线圆周设置。云台摄像头4可以形成一个半球形的行程，多个云台摄像头4之间可以相互配合多角度呈现待修复管道内的情况，云台摄像头4均设置在任意两组正对的支腿2之间，减少修复头32对摄像头拍摄画面的遮挡。

机体1上安装有常规的无线电发射装置和控制系统，以及移动电源和照明系统等，供使用者在待修复管道外对该修复装置进行控制，可以分别对各个独立的第一电机25、第二电机27和第三电机224进行控制，以及云台摄像头4的转动、拍摄等，第一电机25、第二电机27和第三电机224采用步进电机或伺服电机。

本实施例的实施原理为：

在使用该排水管道结构变形非开挖修复装置时，先在待修复管道的检查口内放下该修复装置，然后在地面上通过控制云台摄像头4观察管道内的情况，并控制各个支腿2的第一电机25转动使各个支腿2均伸长相同的长度且与管道内壁抵接，然后驱动第二电机27使各个驱动轮22的轴线与管道的轴线垂直，驱动第三电机224使该修复装置移动至管道凹陷部位处，驱动第二电机27使各个驱动轮22的轴线与管道轴线平行，驱动第三电机224使修复装置绕管道轴线自转至修复头32与凹陷部位对准，启动驱动件31进行顶撑，并不断调整修复头32的位置对凹陷部位进行多次顶撑直至管道变形修复完成。再将该修复装置退回至检查口取出。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：包括机体(1)，所述机体(1)两端安装有驱动装置，所述驱动装置包括至少三组可伸缩的支腿(2)，所述支腿(2)绕所述机体(1)的轴线等夹角圆周排布，所述支腿(2)远离所述机体(1)的一端安装有驱动轮(22)；所述机体(1)设置有顶撑装置(3)，所述顶撑装置(3)包括与所述机体(1)滑动连接的修复头(32)，所述修复头(32)的伸出端圆弧设置，所述修复头(32)的运动方向与所述机体(1)的轴线垂直；三组支腿(2)之间互成120°圆周夹角，其中顶撑装置(3)包括三组，三组顶撑装置(3)之间在机体(1)的外周面上等角度圆周设置，顶撑装置(3)与支腿(2)之间错位设置，即顶撑装置(3)与相邻支腿(2)之间的圆周夹角为60°。

2.根据权利要求1所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述支腿(2)包括与所述机体(1)固定的导向杆(23)、与所述机体(1)转动连接的丝杠(24)，所述丝杠(24)与所述导向杆(23)平行，所述丝杠(24)与所述导向杆(23)共同套接有承力座(21)，所述承力座(21)与所述丝杠(24)螺纹连接，所述支腿(2)还包括驱动所述丝杠(24)转动的第一电机(25)。

3.根据权利要求2所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述承力座(21)远离所述机体(1)的一端转动连接有用于安装所述驱动轮(22)的承力杆(221)，所述驱动轮(22)的轴线与所述承力杆(221)的轴线垂直；所述承力杆(221)位于所述承力座(21)内的一端同轴转动有第一锥齿轮(222)，所述承力座(21)内转动连接有与第一锥齿轮(222)啮合的第二锥齿轮(26)，所述承力座(21)安装有驱动所述第二锥齿轮(26)转动的第二电机(27)。

4.根据权利要求3所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述承力杆(221)远离机体(1)的一端固定有安装座(223)，所述驱动轮(22)与所述安装座(223)转动连接，所述安装座(223)上安装有驱动驱动轮(22)转动的第三电机(224)。

5.根据权利要求1所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述顶撑装置(3)包括驱动所述修复头(32)向外伸出的驱动件(31)，所述修复头(32)的圆弧面的轴线与所述机体(1)的轴线平行，所述修复头(32)的圆弧面沿其轴线方向延伸。

6.根据权利要求1所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述修复头(32)的圆弧面的曲率半径小于待修复管道的半径。

7.根据权利要求1所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述机体(1)安装有若干云台摄像头(4)，所述云台摄像头(4)绕所述机体(1)的轴线圆周设置，所述云台摄像头(4)设置在任意两组正对的支腿(2)之间。

8.根据权利要求5所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述驱动件(31)为气缸，所述气缸的伸出端与所述修复头(32)的中点位置固定。

9.根据权利要求1所述的一种排水管道结构变形非开挖修复装置，其特征是：所述修复头(32)的伸出端的最小伸出量小于所述支腿(2)的最小伸出量，所述修复头(32)的伸出端的最大伸出量大于所述支腿(2)的最大伸出量。

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