CN110666235B - 一种用于复杂环境的自动切管装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种用于复杂环境的自动切管装置，包括法兰定位机构、刀具旋转机构、刀具进给机构与辅助清洁管路；法兰定位机构主要包括法兰压板、压板导轨、伺服推杆电机；刀具旋转机构主要包括齿轮组、旋转环、伺服电机；刀具进给机构主要包括刀具固定架与齿轮；本发明结构简单、紧凑，可安装于机械人手臂上或由机械手夹持操作，在人员无法到达的位置完成管道的切割与碎屑的收集。

Description

一种用于复杂环境的自动切管装置
技术领域
本发明属于管道切割领域，具体为一种用于复杂环境的自动切管装置。
背景技术
在涉核装置中，一些零部件需要定期拆除、维护，这些零部件往往连接有各种管道，在维护时需要对这些管道进行切割，而其所处环境为高温、辐射的恶劣环境，且空间狭小，人员基本无法靠近。同时现场需保持洁净，在管道切割时需收集、处理切割碎屑。
目前已有的商用管道切割设备，无法同时满足小尺寸、全自动、准确定位、碎屑收集的条件。因此设计了一种自动切管工具，可安装于机械臂上或由机械手夹持操作，实现在复杂、恶劣环境下的管道切割，并实现碎屑收集。
发明内容
本发明目的是为了弥补已有技术中的缺陷，提供一种紧凑的用于复杂环境的自动切管装置，并具有碎屑收集功能，可实现恶劣环境、狭小空间下管道的自动切管。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于复杂环境的自动切管装置，包括有盒式的基座，基座顶部盖装有盖板，盖板和基座内部一端的相对面上分别设有相互对应的环形轨道，环形轨道之间环向滑行导向配合有旋转环；
所述旋转环通过旋转机构控制转动，旋转机构包括安装在基座外侧的伺服电机，伺服电机的输出轴传动连接有输入轴，输入轴插入基座内且输入轴的插入端固定套装有锥齿轮一，所述基座中部转动安装有纵向轴，纵向轴上固定套装有与锥齿轮一啮合传动的锥齿轮二，纵向轴上还固定套装有齿轮三，所述齿轮三和旋转环之间转动安装有齿轮四和齿轮五，所述旋转环底部设有一圈轮齿，所述齿轮四和齿轮五均夹持在旋转环的轮齿和齿轮三之间并与旋转环的轮齿和齿轮三啮合传动；
所述旋转环上设有径向贯通的安装口，安装口内固定套装有滑块座，滑块座内设有径向贯通的导向滑道，导向滑道内滑动配合有刀具滑块，刀具滑块的前端固定有刀具，刀具滑块的后端固定有螺纹杆，螺纹杆的外端旋装有锥齿轮三，基座内在对应锥齿轮三的环形移动轨迹位置固定有一段能与锥齿轮三啮合的被动锥齿；
所述盖板和基座底面上对应旋转环的中心孔部位均设有管件贯穿口，所述盖板和基座的管件贯穿口外侧以及旋转环的端部外侧均设有相互对应的供待切割管穿入的管件插入缺口；所述齿轮四与旋转环啮合点到齿轮五与旋转环啮合点之间的间距大于管件插入缺口的宽度；
所述盖板顶面位于管件贯穿口的外围设有与待切割管上固定法兰形状配合的定位凹槽，盖板顶面位于定位凹槽的两侧分别设有压板导轨，压板导轨之间滑动导向配合有能压制在所述固定法兰上方的法兰压板；所述盖板上固定安装有伺服推杆电机，伺服推杆电机的推杆外端固定在法兰压板上并能推动法兰压板在压板导轨上来回滑动。
所述旋转环的顶面和底面上分别设有环形导槽，所述盖板和基座上的环形轨道分别插入到旋转环上对应的环形导槽内，旋转环可沿环形轨道环向转动；旋转环上的环形导槽与盖板和基座上的环形轨道滑动配合。
所述基座底部设有辅助清洁管路，辅助清洁管路包括有与基座内部连通的导向槽，导向槽外连通有连接管。
所述盖板上固定有电机固定板，所述伺服推杆电机安装在电机固定板上。
所述伺服电机的输出轴通过联轴器与输入轴固定连接。
所述旋转环的缺口宽度小于其内环直径。
所述刀具滑块上开有燕尾槽，滑块座上设有对应的燕尾滑块。
所述辅助清洁管路包括基座上导向槽与连接管；
所述待切割管分为圆形管、固定法兰，固定法兰固定于圆形管；
所述盖板上有与管道固定法兰相嵌合的定位凹槽。
所述旋转环缺口宽度小于其内环的直径，待切割管的圆形管可穿过缺口；所述旋转环无论旋转到任何位置，齿轮四与齿轮五中至少一个与旋转环保持啮合，以保证旋转环连续旋转。
本发明的工作原理为：
所述待切割管上固定有固定法兰，需要切割时，将待切割管通过缺口套入旋转环中，并将固定法兰卡装在定位凹槽内。启动伺服推杆电机通过其上的推杆推动盖板压制在固定法兰上方，实现对待切割管的定位目的。
启动伺服电机，伺服电机的输出轴带动输入轴转动，输入轴上的锥齿轮一带动锥齿轮二转动，进而带动纵向轴转动，进而带动齿轮三转动，进而通过齿轮四、齿轮五和旋转环底部的一圈轮齿的啮合作用带动了旋转环转动。由于述齿轮四与旋转环啮合点到齿轮五与旋转环啮合点之间的间距大于管件插入缺口的宽度，所以当旋转环顺时针转动，当旋转环上的缺口部位先旋转到齿轮四时，齿轮四先脱离旋转环底部的齿轮处于脱离状态，齿轮五单独与旋转环底部的轮齿啮合传动，旋转环依然保持转动。当缺口快旋转到齿轮五时，此时的齿轮四已与缺口另一端的轮齿啮合传动，当缺口到达齿轮五部位，齿轮四单独与旋转环底部的轮齿啮合传动，依然保持旋转环处于旋转状态。可见，通过伺服电机和多个齿轮副的啮合传动，可以实现旋转环的一直循环转动。
当旋转环在伺服电机和齿轮副的作用下实现转动，当锥齿轮三旋转到被动锥齿部位时，锥齿轮三与被动锥齿之间实现啮合，随着锥齿轮三与旋转环的同步转动，驱动锥齿轮三自转。在锥齿轮三的自转过程中，螺纹杆、刀具滑块组成的丝杆螺母机构实现了刀具滑块沿着导向导轨滑动并且刀具滑块前端的刀具伸出旋转环的内壁环面。此时，锥齿轮三脱离了被动锥齿，伸出旋转环内壁环面的刀具随着旋转环的转动，实现了对带切割管的切割目的。旋转环每转一周，其内部刀具进给机构的锥齿轮三与被动锥齿啮合一次，驱动锥齿轮三旋转一定角度，锥齿轮三的旋转驱动与其螺纹连接的刀具滑块沿滑块座前进，实现刀具的进给，此过程持续至管道切割完成。
当切割目的完成后，关闭伺服电机，使旋转环停止转动即可。同时，如果需要收起刀具，则使伺服电机反向转动，即可实现刀具的收回。
所述盖板顶面位于管件贯穿口的外围设有与待切割管上固定法兰形状配合的定位凹槽，盖板顶面位于定位凹槽的两侧分别设有压板导轨，压板导轨之间滑动导向配合有可压制在所述固定法兰上方的法兰压板；所述盖板上固定安装有伺服推杆电机，伺服推杆电机的推杆外端固定在法兰压板上并能推动法兰压板在压板导轨上来回滑动。
本发明有益效果是：
本发明可在人员无法接近的狭小、恶劣环境下完成自动切管，并收集切管产生的碎屑保证现场的洁净。相比需人员现场操作的切管工具，可减轻复杂环境下作业的难度，减少准备与现场恢复的时间。
附图说明
图1是本发明的整体结构；
图2是本发明的爆炸视图一；
图3是本发明的爆炸视图二；
图4是本发明的爆炸视图三；
图5是本发明刀具进给机构爆炸视图。
附图标记说明：
基座1，导向槽1-1，待切割管2，圆形管2-1，固定法兰2-2，盖板3，固定凹槽3-1，法兰定位机构4，法兰压板4-1，压板导轨4-2，伺服推杆电机4-3，电机固定板4-4，旋转机构5，伺服电机5-1，联轴器5-2，轴承一5-3，轴承二5-4，轴承三5-5，齿轮组5-6，输入轴5-6-1，锥齿轮一5-6-2，锥齿轮二5-6-3，齿轮三5-6-4，齿轮四5-6-5，齿轮五5-6-6，旋转环5-7，上旋转导轨5-8，下旋转导轨5-9，轴承四5-10，刀具进给机构6，刀具6-1，刀具滑块6-2、轴承五6-3、锥齿轮三6-4、被动锥齿6-5、滑块座6-6，辅助清洁管路7，连接管7-1。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述说明，但并不作对本发明的限定。
参见图1、图2、一种用于复杂环境的自动切管装置，包括基座1、待切割管2、盖板3、法兰定位机构4、旋转机构5、刀具进给机构6与辅助清洁管路7。
参见图3，图4所示，法兰定位机构4包括法兰压板4-1、压板导轨4-2、伺服推杆电机4-3、电机固定板4-4，所述法兰压板4-1与伺服推杆电机4-3运动部固定连接，法兰压板4-1边缘卡入压板导轨4-2中，所述压板导轨4-2固定于盖板3，所述伺服推杆电机4-3固定部与电机固定板4-4固定连接，电机固定板4-4与盖板3固定连接。
所述旋转机构5包括伺服电机5-1、联轴器5-2、轴承一5-3、轴承二5-4、轴承三5-5、齿轮组5-6、旋转环5-7、上旋转导轨5-8、下旋转导轨5-9、轴承四5-10，所述齿轮组5-6包括输入轴5-6-1、固定于输入轴5-6-1的锥齿轮一5-6-2、与锥齿轮一5-6-2啮合的锥齿轮二5-6-3，所述锥齿轮二5-6-3与齿轮三5-6-4固定连接，齿轮三5-6-4同时与齿轮四5-6-5、齿轮五5-6-6啮合；所述联轴器5-2连接伺服电机5-1输出轴与齿轮组5-6的输入轴5-6-1，所述伺服电机5-1固定于基座1；所述旋转环5-7为有缺口的环型，旋转环5-7外侧布有齿，同时与齿轮四5-6-5与齿轮五5-6-6啮合，旋转环5-7上、下侧分别与固定于盖板3的上旋转导轨5-8和固定于基座1的下旋转导轨5-9滑动配合。
参见图5，所述刀具进给机构6包括刀具6-1、刀具滑块6-2、轴承五6-3、锥齿轮三6-4、被动锥齿6-5、滑块座6-6，所述刀具6-1固定于刀具滑块6-2，刀具滑块6-2与滑块座6-6滑动配合，滑块座6-6固定于旋转环5-7，刀具滑块6-2尾部为螺纹杆，锥齿轮三6-4中心有与刀具滑块尾部螺纹相配合的内螺纹，两者螺纹连接，所述锥齿轮三6-4与被动锥齿6-5啮合，被动锥齿6-5固定于基座1。
所述辅助清洁管路7包括基座1上导向槽1-1与连接管7-1。
所述待切割管2为圆形管2-1，管道上固定有固定法兰2-2。
所述盖板3上有与固定法兰2-2相嵌合的定位凹槽3-1。
所述旋转环5-7缺口宽度小于旋转环内孔直径，待切割管2的圆形管2-1可穿过缺口；所述旋转环5-7无论旋转到任何位置，齿轮四5-6-5与齿轮五5-6-6中至少一个与旋转环5-7保持啮合。
所述刀具滑块6-2上开有燕尾槽，滑块座6-6上有对应的燕尾滑块与刀具滑块6-2上的燕尾槽相配合，滑块座6-6固定于旋转环内部。
下面阐述本发明的工作流程：
(1)本发明初始状态为：伺服推杆电机4-3处于收缩状态，旋转环5-7的缺口位置与基座1的缺口保持对齐。
(2)装入待切割管2，移动装置本体使待切割管2的固定法兰2-2嵌入盖板3的对应凹槽中。
(3)伺服推杆电机4-3动作，法兰压板4-1沿压板导轨4-2滑动到达预定位置，使得法兰压板将固定法兰完全压紧，装置本体精确定位于固定法兰，即待切割管2的固定法兰2-2嵌入盖板3的对应凹槽中。外部吸尘设备连接辅助清洁管路7。
(4)伺服电机5-1通过齿轮组5-6驱动旋转环5-7沿固定于盖板3的上旋转导轨5-8和固定于基座1下旋转导轨5-9转动。
(5)旋转环5-7每转一周，其内部刀具进给机构6的锥齿轮三6-4与固定于基座1的被动锥齿6-5啮合一次：被动锥齿固定于基座1不动，旋转环5-7每转一周，锥齿轮三6-4随着转一周，将与被动锥齿6-5啮合一次，啮合过程中因被动锥齿固定则锥齿轮三6-4将转动，类似齿条、齿轮的啮合，驱动锥齿轮三6-4旋转一定角度，锥齿轮三6-4的旋转驱动与其螺纹连接的刀具滑块6-2沿滑块座6-6前进，实现刀具进给，此过程持续至管道切割完成。
该说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
包括有盒式的基座，基座顶部盖装有盖板，盖板和基座内部一端的相对面上分别设有相互对应的环形轨道，环形轨道之间环向滑行导向配合有旋转环；
所述旋转环通过旋转机构控制转动，旋转机构包括安装在基座外侧的伺服电机，伺服电机的输出轴传动连接有输入轴，输入轴插入基座内且输入轴的插入端固定套装有锥齿轮一，所述基座中部转动安装有纵向轴，纵向轴上固定套装有与锥齿轮一啮合传动的锥齿轮二，纵向轴上还固定套装有齿轮三，所述齿轮三和旋转环之间转动安装有齿轮四和齿轮五，所述旋转环底部设有一圈轮齿，所述齿轮四和齿轮五均夹持在旋转环的轮齿和齿轮三之间并与旋转环的轮齿和齿轮三啮合传动；
所述旋转环上设有径向贯通的安装口，安装口内固定套装有滑块座，滑块座内设有径向贯通的导向滑道，导向滑道内滑动配合有刀具滑块，刀具滑块的前端固定有刀具，刀具滑块的后端固定有螺纹杆，螺纹杆的外端旋装有锥齿轮三，基座内在对应锥齿轮三的环形移动轨迹位置固定有一段能与锥齿轮三啮合的被动锥齿；
所述盖板和基座底面上对应旋转环的中心孔部位均设有管件贯穿口，所述盖板和基座的管件贯穿口外侧以及旋转环的端部外侧均设有相互对应的供待切割管穿入的管件插入缺口；所述齿轮四与旋转环啮合点到齿轮五与旋转环啮合点之间的间距大于管件插入缺口的宽度；
所述盖板顶面位于管件贯穿口的外围设有与待切割管上固定法兰形状配合的定位凹槽，盖板顶面位于定位凹槽的两侧分别设有压板导轨，压板导轨之间滑动导向配合有能压制在所述固定法兰上方的法兰压板；所述盖板上固定安装有伺服推杆电机，伺服推杆电机的推杆外端固定在法兰压板上并能推动法兰压板在压板导轨上来回滑动。
2.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述旋转环的顶面和底面上分别设有环形导槽，所述盖板和基座上的环形轨道分别插入到旋转环上对应的环形导槽内，旋转环可沿环形轨道环向转动；旋转环上的环形导槽与盖板和基座上的环形轨道滑动配合。
3.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述基座底部设有辅助清洁管路，辅助清洁管路包括有与基座内部连通的导向槽，导向槽外连通有连接管。
4.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述盖板上固定有电机固定板，所述伺服推杆电机安装在电机固定板上。
5.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述伺服电机的输出轴通过联轴器与输入轴固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述旋转环的缺口宽度小于其内环直径。
7.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述刀具滑块上开有燕尾槽，滑块座上设有对应的燕尾滑
块。
8.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述待切割管分为圆形管、固定法兰，所述固定法兰固定于圆形管。
9.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
所述盖板上有与固定法兰相嵌合的定位凹槽。
10.根据权利要求1所述的一种用于复杂环境的自动切管装置，其特征在于：
旋转环的缺口宽度小于其内环的直径，待切割管的圆形管可穿过缺口；所述旋转环无论旋转到任何位置，齿轮四与齿轮五中至少一个与旋转环保持啮合，以保证旋转环连续旋转。
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