CN110762288B - 一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，主要由控制短节、与控制短节通过螺纹连接的万向球接头Ⅰ、与万向球接头Ⅰ通过螺纹连接的油箱短节、与油箱短节通过螺纹连接的万向球接头Ⅱ、与万向球接头Ⅱ通过螺纹连接的微调短节以及装置中的液压管线和控制缆线组成。本发明可辅助管道智能封堵机器人在管道中锚定后进行位置调整，实现轴向双向微调移动，从而解决管道智能封堵机器人无法精准定位问题；同时，可为管道智能封堵机器人在通过管道大曲率处提供解阻动力，有效解决了管道智能封堵机器人在管道大曲率处卡阻的问题。
Description
技术领域
本发明涉及管道智能封堵机器人领域，具体涉及一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置。
背景技术
油气能源目前在世界上的储量巨大，是国家战略性能源储备的必要能源之一，其重要性不言而喻。油气的输送则是油气开采中必不可少的步骤，面对管道长时间受环境或其它不确定因素导致的失效问题，管道的安全检测及维修至关重要。对于含油输油管道的安全检测及维修，管道智能封堵机器人在实际应用中具有很重要的实用价值。
在管道维修过程中，对于需要更换的受损管道段，首先下放封堵机器人通过油液推动到达需要封堵的管内目标位置，目的管段两端各一个，第一个封堵机器人经过油管线路到达目的管段的前一端，先实行固定，再待第二个封堵机器人到达目的管段的后一端并完成固定后，同时完成封堵步骤。然后切割受损管道段并通过焊接替换新的管道，最后封堵机器人解封并通过油气输送作用回收至地面，至此海底运输管道的修复工作圆满结束。
管道智能封堵机器人在对管道安全检测或维修时，需要精确运动到封堵位置。而现有的管道封堵机器人工作过程中，由于油液的作用被动运行，不能实现较好的定位。定位过程中，若管道封堵机器人未达到目标位置，将会导致管道被切割段过长；若管道封堵机器人超过目标位置，将导致维修作业失败，需要重新投放管道封堵机器人。这些问题都会影响维修效率，极大的增加工作成本。所以为了提高定位的精确程度，就需要管道智能封堵机器人具有一种微调装置，通过微调装置主动运动到指定位置。而要做到精确定位，就需要微调装置拥有稳定的、行程固定可控的微调功能；在石油运输管道中不只有直管，还有很多弯管，管道智能封堵机器人在油液推动至弯管处容易受到卡阻，那么这就需要微调装置拥有能够自主运动过弯的能力，能够在管道弯曲地方受阻后实现解阻。然而，目前运用于油气管道的管道封堵机器人尚不能实现以上功能。
为了解决现有管道智能封堵机器人在石油管道弯管中精确定位微调所存在的这些问题，亟需发明一种用于管道智能封堵机器人的微调装置，以解决现有管道智能封堵机器人不能有效实现稳定的、行程固定可控的精确微调和不能过弯并且不能在管道弯曲地方受阻后实现解阻的的问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有管道智能封堵机器人的微调装置在使用中存在的缺陷，提供一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，以解决了现有管道智能封堵机器人不能有效实现稳定的、行程固定可控的精确微调和不能过弯并且不能在管道弯曲地方受阻后实现解阻的的问题。本发明提出了一种万向球接头，可以让液压管线和控制线缆从其中通过，可实现管道智能封堵机器人在大曲率弯管中实现微调；本发明应用液压控制为管道智能封堵机器人的微调提供动力，可实现机器人单行程固定可控爬行，并利用液压控制提供的动力实现在管道弯曲地方受阻后解阻。
本发明专利解决其技术问题所采用以下技术方案是：一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，由控制短节、万向球接头Ⅰ、油箱短节、万向球接头Ⅱ、微调短节、液压管线和控制线缆组成，其特征在于：控制短节与万向球接头Ⅰ通过螺纹连接，万向球接头Ⅰ与油箱短节通过螺纹连接，油箱短节与万向球接头Ⅱ通过螺纹连接，万向球接头Ⅱ与微调短节通过螺纹连接，液压管线和控制线缆布置在装置之中，实现电控和液压控制。
所述的控制短节由公接头Ⅰ、外壳Ⅰ、液压泵和双接头Ⅰ组成：公接头Ⅰ和外壳Ⅰ通过螺纹连接，外壳Ⅰ和双接头Ⅰ通过螺纹连接，液压泵通过螺栓连接于双接头Ⅰ上，控制短节配合电控实现对液压管线的液压控制。
所述的万向球接头Ⅰ由母接头Ⅰ和公接头Ⅱ组成：母接头Ⅰ和公接头Ⅱ内部设置周向通孔，可使其内部可通过液压管线和控制线缆，公接头Ⅱ上设置有密封圈槽，母接头Ⅰ和公接头Ⅱ通过两球面连接，通过两球面配合可转动的特性，实现万向球接头Ⅰ大角度弯折，实现管道智能封堵机器人可大角度转弯。其中的母接头Ⅰ和后述母接头Ⅱ、母接头Ⅲ的球面部分可通过将两个半球面先装配再焊接成一个整体。
所述的油箱短节由弹簧Ⅰ、外壳Ⅱ、密封活塞和双接头Ⅱ组成：外壳Ⅱ上设置一处压力补偿孔用于弹簧Ⅰ所处腔室压力补偿，外壳Ⅱ和公接头Ⅱ通过螺纹连接，外壳Ⅱ和双接头Ⅱ通过螺纹连接，双接头Ⅱ和母接头Ⅱ通过螺纹连接，密封活塞安装在外壳Ⅱ内，弹簧Ⅰ位于公接头Ⅱ和密封活塞之间，通过密封活塞和弹簧Ⅰ的作用实现对外壳Ⅱ内的液压油的压力补偿。
所述的万向球接头Ⅱ由母接头Ⅱ和公接头Ⅲ组成：母接头Ⅱ和公接头Ⅲ内部设置周向通孔，可使其内部可通过液压管线和控制线缆，公接头Ⅲ上设置有密封圈槽，母接头Ⅱ和公接头Ⅲ通过两球面连接，通过两球面配合可转动的特性，实现万向球接头Ⅱ大角度弯折，实现管道智能封堵机器人可大角度转弯。
所述的微调短节由外壳Ⅲ、双接头Ⅲ、外壳Ⅳ、弹簧Ⅱ、后盖、母接头Ⅲ、活塞杆、液压缸盖、液压缸筒、活塞、螺母和三位四通电磁阀组成：外壳Ⅲ和公接头Ⅲ通过螺纹连接，外壳Ⅲ和双接头Ⅲ通过螺纹连接，双接头Ⅲ和外壳Ⅳ通过螺纹连接，后盖和外壳Ⅳ通过螺纹连接，液压缸筒通过螺纹连接在双接头Ⅲ上，液压缸盖通过螺纹连接在液压缸筒上，螺母和活塞杆通过螺纹连接安装在液压缸筒中，活塞通过螺母固定在活塞杆上，母接头Ⅲ和活塞杆通过螺纹连接，其中的液压缸筒上设置有进油口Ⅰ和进油口Ⅱ。其中的三位四通电磁阀通过控制线缆信号控制实现对液压流道的控制；可以通过控制进油口Ⅱ进油、进油口Ⅰ出油或者是进油口Ⅰ进油、进油口Ⅱ出油来控制机构的伸出或缩回；其中的弹簧Ⅱ作用是通过弹力辅助液压缸保持常闭状态。
本发明有益效果是：(1)管道智能封堵机器人在油液推动至工作位置附近后，本发明可辅助管道智能封堵机器人实现自主运动，实现管道智能封堵机器人精确定位；(2)管道智能封堵机器人在油液推动至管道大曲率处遇阻时，本发明能够帮助管道智能封堵机器人实现自主运动，提供解阻动力，实现了管道智能封堵机器人在管道大曲率处解卡；(3)本发明提出了一种万向球接头，可以让液压管线和控制线缆从其轴向通孔中通过，利用其可以大角度弯折的特点，实现管道智能封堵机器人可在大曲率弯管中实现微调；(4)本发明通过弹簧与液压缸的结合，实现在机器人行进过程中微调短节处于收缩状态，有效减小微调短接长度，便于管道智能封堵机器人通过更大曲率弯管。
附图说明
图1为本发明整体剖面图；
图2为本发明外观图；
图3为本发明液压管线和内部结构图；
图中，1-公接头Ⅰ，2-外壳Ⅰ，3-液压泵，4-双接头Ⅰ，5-母接头Ⅰ(5)，6-公接头Ⅱ，7-弹簧Ⅰ，8-外壳Ⅱ，9-密封活塞，10-双接头Ⅱ，11-液压管线，12-母接头Ⅱ，13-公接头Ⅲ，14-外壳Ⅲ，15-双接头Ⅲ，16-外壳Ⅳ，17-弹簧Ⅱ，18-后盖，19-母接头Ⅲ，20-活塞杆，21-液压缸盖，22-液压缸筒，23-活塞，24-螺母，25-控制线缆，26-三位四通电磁阀，601-密封圈槽，801-压力补偿孔，2201-进油口Ⅰ，2202-进油口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下描述：
如图1-图3所示，一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，主要由控制短节、万向球接头Ⅰ、油箱短节、万向球接头Ⅱ、微调短节、液压管线(11)和控制线缆(25)组成。其中的控制短节与万向球接头Ⅰ通过螺纹连接，万向球接头Ⅰ与油箱短节通过螺纹连接，油箱短节与万向球接头Ⅱ通过螺纹连接，万向球接头Ⅱ与微调短节通过螺纹连接，液压管线(11)和控制线缆(25)布置在装置之中。
本发明的控制短节由公接头Ⅰ(1)、外壳Ⅰ(2)、液压泵(3)和双接头Ⅰ(4)组成：公接头Ⅰ(1)和外壳Ⅰ(2)通过螺纹连接，外壳Ⅰ(2)和双接头Ⅰ(4)通过螺纹连接，液压泵(3)通过螺栓连接于双接头Ⅰ(4)上。
本发明的万向球接头Ⅰ由母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)组成：母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)内部设置周向通孔，公接头Ⅱ(6)上设置有密封圈槽(601)，母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)通过两球面连接。
本发明的油箱短节由弹簧Ⅰ(7)、外壳Ⅱ(8)、密封活塞(9)和双接头Ⅱ(10)组成：外壳Ⅱ(8)上设置一处压力补偿孔(801)，外壳Ⅱ(8)和公接头Ⅱ(6)通过螺纹连接，外壳Ⅱ(8)和双接头Ⅱ(10)通过螺纹连接，双接头Ⅱ(10)和母接头Ⅱ(12)通过螺纹连接，密封活塞(9)安装在外壳Ⅱ(8)内，弹簧Ⅰ(7)位于公接头Ⅱ(6)和密封活塞(9)之间。
本发明的万向球接头Ⅱ由母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)组成：母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)内部设置周向通孔，母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)通过两球面连接。
本发明的微调短节由外壳Ⅲ(14)、双接头Ⅲ(15)、外壳Ⅳ(16)、弹簧Ⅱ(17)、后盖(18)、母接头Ⅲ(19)、活塞杆(20)、液压缸盖(21)、液压缸筒(22)、活塞(23)、螺母(24)和三位四通电磁阀(26)组成：外壳Ⅲ(14)和公接头Ⅲ(13)通过螺纹连接，外壳Ⅲ(14)和双接头Ⅲ(15)通过螺纹连接，双接头Ⅲ(15)和外壳Ⅳ(16)通过螺纹连接，后盖(18)和外壳Ⅳ(16)通过螺纹连接，液压缸筒(22)通过螺纹连接在双接头Ⅲ(15)上，液压缸盖(21)通过螺纹连接在液压缸筒(22)上，螺母(24)和活塞杆(20)通过螺纹连接安装在液压缸筒(22)中，活塞(23)通过螺母(24)固定在活塞杆(20)上，母接头Ⅲ(19)和活塞杆(20)通过螺纹连接。
本发明的工作状态如下：
工作过程一：
当管道智能封堵机器人通过油液推动至工作位置附近时，管道智能封堵机器人通过后部锚定机构锚定，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)打开，同时控制线缆(25)控制液压泵(3)工作，将液压油从进油口Ⅱ(2202)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)伸出，实现管道智能封堵机器人向前运动，配合管道智能封堵机器人前部锚定机构锚定，后部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的前伸；在管道智能封堵机器人实现前伸后，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)换向，将液压油从进油口Ⅰ(2201)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)回缩，实现管道智能封堵机器人后部回缩，配合管道智能封堵机器人后部锚定机构锚定，前部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的回缩，完成管道智能封堵机器人向前微调的一个行程。
工作过程二：
当管道智能封堵机器人通过油液推动至封堵位置附近时，管道智能封堵机器人通过前部锚定机构锚定，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)打开，同时控制线缆(25)控制液压泵(3)工作，将液压油从进油口Ⅱ(2202)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)伸出，实现管道智能封堵机器人向后运动，配合管道智能封堵机器人后部锚定机构锚定，前部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人向后伸出；在管道智能封堵机器人实现向后伸出后，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)换向，将液压油从进油口Ⅰ(2201)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)回缩，实现管道智能封堵机器人前部回缩，配合管道智能封堵机器人前部锚定机构锚定，后部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的回缩，完成管道智能封堵机器人向后微调的一个行程。
循环以上过程一或过程二，可实现管道智能封堵机器人向前微调或向后微调。根据机器人所需微调的长度和管道智能封堵机器人伸缩单次行程，即可确定机器人所需伸缩循环次数，即可控制机器人微调到指定位置。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，由控制短节、万向球接头Ⅰ、油箱短节、万向球接头Ⅱ、微调短节、液压管线(11)和控制线缆(25)组成，其特征在于：控制短节与万向球接头Ⅰ通过螺纹连接，万向球接头Ⅰ与油箱短节通过螺纹连接，油箱短节与万向球接头Ⅱ通过螺纹连接，万向球接头Ⅱ与微调短节通过螺纹连接，液压管线(11)和控制线缆(25)布置在装置之中；所述的控制短节由公接头Ⅰ(1)、外壳Ⅰ(2)、液压泵(3)和双接头Ⅰ(4)组成：公接头Ⅰ(1)和外壳Ⅰ(2)通过螺纹连接，外壳Ⅰ(2)和双接头Ⅰ(4)通过螺纹连接，液压泵(3)通过螺栓连接于双接头Ⅰ(4)上；所述的万向球接头Ⅰ由母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)组成：母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)内部设置周向通孔，公接头Ⅱ(6)上设置有密封圈槽(601)，母接头Ⅰ(5)和公接头Ⅱ(6)通过两球面连接；所述的油箱短节由弹簧Ⅰ(7)、外壳Ⅱ(8)、密封活塞(9)和双接头Ⅱ(10)组成：外壳Ⅱ(8)上设置一处压力补偿孔(801)，外壳Ⅱ(8)和公接头Ⅱ(6)通过螺纹连接，外壳Ⅱ(8)和双接头Ⅱ(10)通过螺纹连接，双接头Ⅱ(10)和母接头Ⅱ(12)通过螺纹连接，密封活塞(9)安装在外壳Ⅱ(8)内，弹簧Ⅰ(7)位于公接头Ⅱ(6)和密封活塞(9)之间；所述的万向球接头Ⅱ由母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)组成：母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)内部设置周向通孔，母接头Ⅱ(12)和公接头Ⅲ(13)通过两球面连接；所述的微调短节由外壳Ⅲ(14)、双接头Ⅲ(15)、外壳Ⅳ(16)、弹簧Ⅱ
(17)、后盖(18)、母接头Ⅲ(19)、活塞杆(20)、液压缸盖(21)、液压缸筒(22)、活塞(23)、螺母(24)和三位四通电磁阀(26)组成：外壳Ⅲ(14)和公接头Ⅲ(13)通过螺纹连接，外壳Ⅲ(14)和双接头Ⅲ(15)通过螺纹连接，双接头Ⅲ(15)和外壳Ⅳ(16)通过螺纹连接，后盖(18)和外壳Ⅳ(16)通过螺纹连接，液压缸筒(22)通过螺纹连接在双接头Ⅲ(15)上，液压缸盖(21)通过螺纹连接在液压缸筒(22)上，螺母(24)和活塞杆(20)通过螺纹连接安装在液压缸筒(22)中，活塞(23)通过螺母(24)固定在活塞杆(20)上，母接头Ⅲ(19)和活塞杆(20)通过螺纹连接，其中的液压缸筒(22)上设置有进油口Ⅰ(2201)和进油口Ⅱ(2202)。
2.根据权利要求1所述的一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，其特征在于：所述的管道智能封堵机器人精准定位微调装置，在管道智能封堵机器人通过油液推动至工作位置附近时，管道智能封堵机器人通过后部锚定机构锚定，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)打开，同时控制线缆(25)控制液压泵(3)工作，将液压油从进油口Ⅱ(2202)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)伸出，实现管道智能封堵机器人向前运动，配合管道智能封堵机器人前部锚定机构锚定，后部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的前伸；在管道智能封堵机器人实现前伸后，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)换向，将液压油从进油口Ⅰ(2201)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)回缩，实现管道智能封堵机器人后部回缩，配合管道智能封堵机器人后部锚定机构锚定，前部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的回缩，完成管道智能封堵机器人向前微调的一个行程。
3.根据权利要求1所述的一种管道智能封堵机器人精准定位微调装置，其特征在于：所述的管道智能封堵机器人精准定位微调装置，在管道智能封堵机器人通过油液推动至工作位置附近时，管道智能封堵机器人通过前部锚定机构锚定，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)打开，同时控制线缆(25)控制液压泵(3)工作，将液压油从进油口Ⅱ(2202)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)伸出，实现管道智能封堵机器人向后运动，配合管道智能封堵机器人后部锚定机构锚定，前部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人向后伸出；在管道智能封堵机器人实现向后伸出后，控制线缆(25)控制三位四通电磁阀(26)换向，将液压油从进油口Ⅰ(2201)泵入，推动活塞(23)带动活塞杆(20)回缩，实现管道智能封堵机器人前部回缩，配合管道智能封堵机器人前部锚定机构锚定，后部锚定机构解锚，实现管道智能封堵机器人的回缩，完成管道智能封堵机器人向后微调的一个行程。
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