CN110296294B - 一种组合式管道清洗喷涂机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式管道清洗喷涂机器人，包括行走机构，其设置在整个装置后端，所述行走机构包括驱动电机、蜗杆和蜗轮，所述驱动电机一端与左侧中轴固定连接，所述喷涂机构包括喷枪，所述喷枪环绕中轴等距设置，且保持与中轴同步转动；以及铣削机构，其设置在整个装置的右端，所述电机设置在柔性机构内部，其一端通过弹簧与柔性机构连接。本发明通过设置主要由蜗轮蜗杆组成的行走机构能够驱动整个装置在管道内部运动；同时，通过在整个装置前部设置铣削机构，通过刀具的铣削来除去管道内壁的污垢，以及，采用了新型的刀具涂层，能取代钝化加工这一工序，避免了有毒的钝化液对周围环境的影响，达到了环保的目的。
Description
技术领域
本发明涉及管道清洗设备技术领域，具体为一种组合式管道清洗喷涂机器人。
背景技术
管道运输作为一种高效的流体、气体运输手段，广泛应用于核工业、石油煤炭、社会民生的各方面。由于管道的封闭特性，以及尺寸大小不同，造成检测探伤、维修保养、清淤、喷涂等工作十分麻烦。
目前，我国管道清理方法主要有物理法和化学法。物理法包括有锤击敲打法和高压水射流清理法。第一种劳动强度比较大，而第二种要耗费大量的清洁水，清理后会排出大量废水，破坏当地的植被。化学法清洗是利用无机酸(盐酸)与灰垢发生化学反应，生成可溶性的盐而将灰垢清除的一种技术。在化学反应中产生的CO2气体可对灰垢产生剥离作用，使部分灰垢脱落而被清洗液带出管外。但是CO2气体也会聚积于输灰管道的高点或管道的上部，形成气阻，造成酸洗液与管顶灰垢隔离，使管内的灰垢不能充分与酸洗液接触发生化学反应。致使管道底部灰垢已清除干净，管道顶部还有大量余垢未清洗掉，可能产生管道顶垢塌落，造成堵管等事故。管道除垢后，往往还需要进行喷涂，喷涂根据涂料的不同可以增加管道的防腐性或耐磨性等。目前国外此类机具已能实现管道在停输或不停输条件下的沟内、沟外喷涂作业，并具有配套的配套的沟上、沟下修复设备。但受到开挖条件和管材等级的限制，国外大型修复设备和技术无法直接引进，而国内的相关设备自动化程度较低，发展缓慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合式管道清洗喷涂机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种组合式管道清洗喷涂机器人，用于对管道内壁进行清理，包括
行走机构，其设置在整个装置后端，用于驱动整个装置在管道内部运动，所述行走机构包括驱动电机、蜗杆和蜗轮，所述驱动电机一端与左侧中轴固定连接，另一端的动力输出轴与中轴连接，所述中轴与驱动电机保持同步转动，所述中轴上固定设置有蜗杆，所述蜗杆四周等距环绕设置有与其相啮合的蜗轮，所述蜗轮驱动驱动轮转动，所述驱动电机一端与驱动轮相对应的位置设置有行走轮，所述左侧中轴上设置有用于调节驱动轮和行走轮与左侧中轴距离的调节机构，进而适应不同管径的管道；
喷涂机构，其可拆卸的设置在右侧中轴上，用于对经过清理后的管道内壁进行喷涂，所述喷涂机构包括喷枪，所述喷枪环绕中轴等距设置，且与中轴保持同步转动，所述喷枪通过连接管与旋转接头连接，所述旋转接头设置在中轴上，且通过输送管与储存装置连通，所述储存装置设置在左侧中轴上，用于储存喷涂原料；以及
铣削机构，其设置在整个装置的右端，用于对管道内壁进行铣削，除去管道内壁的污垢，所述铣削机构包括电机、刀盘和刀头，所述电机设置在柔性机构内部，其一端通过弹簧与柔性机构连接，所述电机动力输出轴连接刀盘，所述刀盘四周可调节的设置有用于铣削的刀头，所述柔性机构与圆盘固定连接，所述圆盘上设置有支脚，所述支脚一端设置有第一支撑轮，所述右侧中轴上还设置有用于适应不同管径大小的伞骨机构。
优选的，所述调节机构包括连杆、调节杆、连接套、压簧、调节套，所述连杆设置在驱动轮和行走轮之间，用于保持驱动轮和行走轮同步调节，所述连接套和调节套设置在左侧中轴上，所述连接套通过调节杆与行走轮连接，所述压簧设置在连接套和调节套之间。
优选的，所述柔性机构包括转环和连接架，所述连接架包括设置有支撑腿的框架结构，所述连接架一端固定设置在圆盘上，所述转环为椭圆结构，所述转环通过转轴设置在连接架的一端，且转环能够绕着转轴转动，所述电机一端通过转轴设置在转环内部。
优选的，所述伞骨机构包括第二支撑轮、支撑杆、支撑骨、调节连杆、固定套、弹簧、驱动套，所述支撑杆一端活动连接第二支撑轮，另一端与右侧中轴连接，所述固定套套接在右侧中轴上，且通过调节连杆与支撑杆活动连接，所述驱动套套接在右侧中轴上，且通过支撑骨与调节连杆连接，所述弹簧设置在驱动套和固定套之间。
优选的，所述电机和刀盘之间设置有扇叶。
优选的，所述刀盘上设置有滑槽，所述刀头可调节的设置在滑槽内。
优选的，所述蜗轮和驱动轮上设置有相互啮合的齿轮，所述蜗轮通过互啮合的齿轮驱动驱动轮转动。
优选的，所述刀头上设置有以苯乙烯-丙烯共聚物和碳化硅纤维共混得到的基材层。
优选的，所述刀头基材层上设置有金属陶瓷层或耐磨涂层。
优选的，所述刀头金属陶瓷层或耐磨涂层上设置有以氧化铝、氧化钡、氧化锆、氧化硼和六硼化镧为组合的外涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过设置主要由蜗轮蜗杆组成的行走机构能够驱动整个装置在管道内部运动；同时，在整个装置前部设置铣削机构，通过刀具的铣削来除去管道内壁的污垢；以及，采用了新型的刀具涂层，能取代钝化加工这一工序，避免了有毒的钝化液对周围环境的影响，达到了环保的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明行走机构结构示意图；
图3为本发明喷涂机构结构示意图；
图4为本发明铣削机构结构示意图；
图5为本发明柔性机构结构示意图。
图中：1行走机构、11驱动电机、12左侧中轴、13中轴、14蜗杆、15蜗轮、16驱动轮、17行走轮、18调节机构、181连杆、182调节杆、183连接套、184压簧、185调节套、2喷涂机构、21喷枪、22连接管、23旋转接头、24输送管、25储存装置、26右侧中轴、3铣削机构、31电机、32刀盘、33刀头、34扇叶、35柔性机构、351转环、352连接架、36圆盘、37支脚、38第一支撑轮、39伞骨机构、391第二支撑轮、392支撑杆、393支撑骨、394调节连杆、395固定套、396弹簧、397驱动套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
一种组合式管道清洗喷涂机器人，用于对管道内壁进行清理，包括
行走机构1，其设置在整个装置后端，用于驱动整个装置在管道内部运动，行走机构1包括驱动电机11、蜗杆14和蜗轮15，驱动电机11一端与左侧中轴12固定连接，另一端的动力输出轴与中轴13连接，中轴13与驱动电机11保持同步转动，中轴13上固定设置有蜗杆14，蜗杆14四周间隔120°环绕设置有与其相啮合的蜗轮15，蜗轮15和驱动轮16上设置有相互啮合的齿轮，蜗轮15通过互啮合的齿轮驱动驱动轮16转动，进而驱动整个装置在管道内壁运动，驱动电机11一端与驱动轮16相对应的位置设置有行走轮17，左侧中轴12上设置有用于调节驱动轮16和行走轮17与左侧中轴12距离的调节机构18，进而适应不同管径的管道，调节机构18包括连杆181、调节杆182、连接套183、压簧184、调节套185，连杆181设置在驱动轮16和行走轮17之间，形成连杆机构，用于保持驱动轮16和行走轮17同步调节，连接套183和调节套185设置在左侧中轴12上，连接套183通过调节杆182与行走轮17连接，压簧184套接在左侧中轴12上，且位于连接套183和调节套185之间；
喷涂机构2，其可拆卸的设置在右侧中轴26上，用于对经过清理后的管道内壁进行喷涂，在进行喷涂前，可以对此部分进行预先调整，喷涂机构2在只进行铣削管道时，只做旋转运动，但并不执行喷涂动作，不与外部的喷涂系统相连。喷涂机构2包括3只喷枪21，3只喷枪21环绕中轴13等距设置，且保持与中轴13同步转动，喷枪21通过连接管22与旋转接头23连接，旋转接头23设置在中轴13上，且通过输送管24与储存装置25连通，储存装置25设置在左侧中轴12上，用于储存喷涂原料；以及
铣削机构3，其设置在整个装置的右端，用于对管道内壁进行铣削，除去管道内壁的污垢，铣削机构3包括电机31、刀盘32和刀头33，电机31设置在柔性机构35内部，其一端通过弹簧与柔性机构35连接，柔性机构35包括转环351和连接架352，连接架352包括设置有支撑腿的框架结构，连接架352一端固定设置在圆盘36上，转环351为椭圆结构，转环351通过转轴设置在连接架352的一端，且转环351能够绕着转轴转动，电机31一端通过转轴设置在转环351内部，转环351、连接架352以及电机31构成类似万向陀螺仪的基本结构，在管道内作业的铣削机构3，往往会发生打刀故障，甚至机器电机31烧毁，导致机器损毁，针对于这些问题的发生，通过设置柔性机构35，当刀头33运动到此位置时，可以利用自身的柔性去避开管道内壁上的贴合物质，从而可以延长刀具的使用寿命，也使得管道机器人得作业过程更加顺利。电机31动力输出轴连接刀盘32，电机31和刀盘32之间设置有扇叶34，扇叶34与电机31转轴保持同步转动，在工作过程中对电机31实现散热，刀盘32四周可调节的设置有用于铣削的刀头33，刀盘32上设置有滑槽，刀头33通过螺栓设置在滑槽内，可以通过调节刀头33在滑槽内的位置，来适应不同管径大小的管道，柔性机构35一端固定设置在圆盘36上，圆盘36上设置有支脚37，支脚37一端设置有第一支撑轮38，右侧中轴26上还设置有用于适应不同管径大小的伞骨机构39，伞骨机构39包括第二支撑轮391、支撑杆392、支撑骨393、调节连杆394、固定套395、弹簧396、驱动套397，支撑杆392一端活动连接第二支撑轮391，另一端与右侧中轴26连接，固定套395套接在右侧中轴26上，且通过调节连杆394与支撑杆392活动连接，驱动套397套接在右侧中轴26上，且通过支撑骨393与调节连杆394连接，弹簧396设置在驱动套397和固定套395之间。
在铣削机构3的前端布置有三把涂层刀头33，以苯乙烯-丙烯共聚物和碳化硅纤维共混得到的基材层具有高硬度和高强度的特点，并且最重要的是，它的表面具有可修饰性，可以喷涂或溅射一些金属陶瓷层或耐磨涂层，这些涂层可以帮助提高铣刀的切削能力；不仅如此，以氧化铝、氧化钡、氧化锆、氧化硼和六硼化镧为组合的外涂层还具备对切削面的处理能力，这种处理能力可以被理解为是一种钝化处理，即被这种铣刀切削后的材料可以直接涂布涂料，而不需要在涂布前进行钝化处理，铣刀外涂层在与材料的打磨过程中，对材料表面的结构产生了影响，使得材料表面对待涂布的涂层具备了一定的附着力。刀头33外涂层在设计之初，就被设计为硬度适中，硬度不能太高，以使得外涂层在快速切削时，表面能产生部分损耗，而这些损耗的涂层留在了材料表面，产生了类似封孔剂和钝化剂的功效，对材料表面的粗糙度、化学可修饰性等产生影响，外涂层可通过电弧喷涂等方式涂覆于基材层上。基材层通过先将苯乙烯-丙烯共聚物热熔，再加入碳化硅纤维共混制得。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种组合式管道清洗喷涂机器人，用于对管道内壁进行清理，其特征在于：包括
行走机构(1)，其设置在整个装置后端，用于驱动整个装置在管道内部运动，所述行走机构(1)包括驱动电机(11)、蜗杆(14)和蜗轮(15)，所述驱动电机(11)一端与左侧中轴(12)固定连接，另一端的动力输出轴与中轴(13)连接，所述中轴(13)与驱动电机(11)保持同步转动，所述中轴(13)上固定设置有蜗杆(14)，所述蜗杆(14)四周等距环绕设置有与其相啮合的蜗轮(15)，蜗轮(15)和驱动轮(16)上设置有相互啮合的齿轮，蜗轮(15)通过互啮合的齿轮驱动驱动轮(16)转动，所述驱动电机(11)一端与驱动轮(16)相对应的位置设置有行走轮(17)，所述左侧中轴(12)上设置有用于调节驱动轮(16)和行走轮(17)与左侧中轴(12)距离的调节机构(18)，进而适应不同管径的管道，所述调节机构(18)包括连杆(181)、调节杆(182)、连接套(183)、压簧(184)、调节套(185)，所述连杆(181)设置在驱动轮(16)和行走轮(17)之间，用于保持驱动轮(16)和行走轮(17)同步调节，所述连接套(183)和调节套(185)设置在左侧中轴(12)上，所述连接套(183)通过调节杆(182)与行走轮(17)连接，所述压簧(184)设置在连接套(183)和调节套(185)之间；
喷涂机构(2)，其可拆卸的设置在右侧中轴(26)上，用于对经过清理后的管道内壁进行喷涂，所述喷涂机构(2)包括喷枪(21)，所述喷枪(21)环绕中轴(13)等距设置，且与中轴(13)保持同步转动，所述喷枪(21)通过连接管(22)与旋转接头(23)连接，所述旋转接头(23)设置在中轴(13)上，且通过输送管(24)与储存装置(25)连通，所述储存装置(25)设置在左侧中轴(12)上，用于储存喷涂原料；以及
铣削机构(3)，其设置在整个装置的右端，用于对管道内壁进行铣削，除去管道内壁的污垢，所述铣削机构(3)包括电机(31)、刀盘(32)和刀头(33)，所述电机(31)设置在柔性机构(35)内部，其一端通过弹簧与柔性机构(35)连接，所述柔性机构(35)包括转环(351)和连接架(352)，所述连接架(352)包括设置有支撑腿的框架结构，所述连接架(352)一端固定设置在圆盘(36)上，所述转环(351)为椭圆结构，所述转环(351)通过转轴设置在连接架(352)的一端，且转环(351)能够绕着转轴转动，所述电机(31)一端通过转轴设置在转环(351)内部，所述电机(31)动力输出轴连接刀盘(32)，所述刀盘(32)四周可调节的设置有用于铣削的刀头(33)，所述柔性机构(35)圆盘(36)固定连接，所述圆盘(36)上设置有支脚(37)，所述支脚(37)一端设置有第一支撑轮(38)，所述右侧中轴(26)上还设置有用于适应不同管径大小的伞骨机构(39)。
2.根据权利要求1所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述伞骨机构(39)包括第二支撑轮(391)、支撑杆(392)、支撑骨(393)、调节连杆(394)、固定套(395)、弹簧(396)、驱动套(397)，所述支撑杆(392)一端活动连接第二支撑轮(391)，另一端与右侧中轴(26)连接，所述固定套(395)套接在右侧中轴(26)上，且通过调节连杆(394)与支撑杆(392)活动连接，所述驱动套(397)套接在右侧中轴(26)上，且通过支撑骨(393)与调节连杆(394)连接，所述弹簧(396)设置在驱动套(397)和固定套(395)之间。
3.根据权利要求1所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述电机(31)和刀盘(32)之间设置有扇叶(34)。
4.根据权利要求1所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述刀盘(32)上设置有滑槽，所述刀头(33)可调节的设置在滑槽内。
5.根据权利要求1所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述蜗轮(15)和驱动轮(16)上设置有相互啮合的齿轮，所述蜗轮(15)通过互啮合的齿轮驱动驱动轮(16)转动。
6.根据权利要求1所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述刀头(33)上设置有以苯乙烯-丙烯共聚物和碳化硅纤维共混得到的基材层。
7.根据权利要求6所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述刀头(33)基材层上设置有金属陶瓷层或耐磨涂层。
8.根据权利要求7所述的一种组合式管道清洗喷涂机器人，其特征在于：所述刀头(33)金属陶瓷层或耐磨涂层上设置有以氧化铝、氧化钡、氧化锆、氧化硼和六硼化镧为组合的外涂层。
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