CN111139921A - 一种管道复合清淤除尘装置及其清淤除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种管道复合清淤除尘装置及其清淤除尘方法，包括钻进部分及支撑行走部分，钻进部分包括螺旋状钻杆、中部钻杆、搅拌叶片、圆锥形钻头，支撑行走部分包括前端支撑座、后端支撑座、行走油缸及行走轮，采用螺旋状钻杆结合中部钻杆上的多组递进式的搅拌叶片，能够全断面的进行清淤工作，有效清除管道内壁的淤积及积尘，且能够分级进行搅拌，避免超负荷工作；行走装置采用步进式结构结合行走轮，未进行清淤工作时，利用行走轮快速行进，进行清淤工作时，利用步进式结构行进，且根据行走油缸的压力，控制行走轮的参与工作，即能够提高工作效率，又能够提供足够的行进推力。

Description

一种管道复合清淤除尘装置及其清淤除尘方法

技术领域

本发明涉及管道清淤除尘装置，尤其涉及一种管道复合清淤除尘装置及其清淤除尘方法。

背景技术

市政排水管指市政道路下的雨水、污水管道，即俗称的“下水管道”，在工程上通常称为市政排水管道。根据中国市政道路下设施现状， 一般设置有不同的管线，如电力、通信、煤气、给水、排水管道等等。而排水管道由于考虑雨、污分流的措施，即雨水一般就近排入河流，污水排入污水处理厂，所以市政排水管包括雨水和污水两种管道。

由于城市的建设发展，路面的杂物越来越多，当雨量过大时，杂物会随着雨水进入下水道，造成堵塞，而传统的清淤方法则是人工利用一些简单的工具进行清淤，不仅清淤效果低，而且劳动强度大，且针对一些人无法进入且较长的管道，只能采用利用疏通车的机械掏挖，但机械掏挖工作效率低且清理不彻底。

因此，自动化、小型化的管道清淤机器人就可以代替人工进行管道的清淤。但是，现有的清淤机器人采用钻进的方式进行清淤，利用步进式结构或顶压驱动结构，前方设置清淤装置，参见中国专利文献2018104094985（一种混合推进式自适应管道清淤机器人及方法）以及文献2017204670035（管道清淤机器人），存在以下技术问题：

首先，前方旋转式钻进结构，其钻进半径无法与管道内径完全匹配，若钻进半径与管道内部半径相等，由于钻进过程中钻进的中心线很难刚好与管道的中心线重合，钻进的钻头或者叶片会与管道内部发生碰撞，损坏管道及清淤装置的钻进结构；若钻进半径小于管道内部半径，则会导致贴合管道内壁的淤积无法清除，清淤不彻底；

其次，旋转式钻进清淤时，遇到大块的淤积，容易卡阻，旋转式结构超负荷工作；

另外，采用单独的步进式行走结构，在未进行清淤工作时，行进速度缓慢；采用单独的轮式驱动结构时，在清淤工作时，不能提供足够的推进力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种管道复合清淤除尘装置及其清淤除尘方法，其能够有效对管道内的淤积及灰尘进行清除，降低其推进装置成本。

本发明的方案是：一种管道复合清淤除尘装置，包括钻进部分及支撑行走部分，其特征在于：钻进部分包括螺旋状钻杆、中部钻杆、搅拌叶片、圆锥形钻头；螺旋状钻杆包围中部钻杆设置，螺旋状钻杆的螺旋状结构的外径略小于管道内径，螺旋状钻杆杆体为空心结构，其内部空心结构构成高压冲洗液的流道，螺旋状钻杆的前端为圆滑状结构；螺旋状钻杆的前端设置有喷孔，以对附着在管道内壁的淤泥或者灰尘进行冲洗；螺旋状钻杆为弹性材料；

中部钻杆为圆柱形，圆锥形钻头设置在中部钻杆前端，中部钻杆上设置有多组搅拌叶片，多组搅拌叶片沿中部钻杆长度方向间隔布置，每组搅拌叶片包括多个长度相等的搅拌叶片，多个长度相等的搅拌叶片沿着钻杆周向均匀布置；沿钻杆连接圆锥形钻头的端部指向钻杆另一端的方向，每组搅拌叶片的搅拌叶片长度依次增加；

中部钻杆为中空结构，其中空结构构成高压冲洗液的流道，圆锥形钻头上具有与中部钻杆的高压冲洗液流道连通的高压冲洗液流道，且圆锥形钻头的锥面上设置有多个喷嘴；

钻进部分包括底座，螺旋状钻杆及中部钻杆的尾端均与底座固定连接；

支撑行走部分包括前端支撑座、后端支撑座、行走油缸，前端支撑座包括旋转座，旋转座与钻进部分的底座连接，前端支撑座内设置驱动机构能够驱动旋转座转动；前端支撑座上设置有撑靴，撑靴通过连接油缸与前端支撑座连接；前端支撑座上还设置有行走轮，行走轮同样通过连接油缸与前端支撑座连接；前端支撑座通过行走油缸与后端支撑座连接，后端支撑座上同样设置有多个撑靴，撑靴通过连接油缸与后端支撑座连接。

优选地，前端支撑座的旋转座钻进部分的底座采用可拆卸的方式连接。

优选地，每组搅拌叶片包括3-4个长度相等的搅拌叶片

优选地，前端支撑座上的撑靴外表面、后端支撑座上的撑靴外表面均为与管道内壁相贴合的弧形曲面。

优选地，前端支撑座上的撑靴为4-6个。

优选地，后端支撑座上的撑靴为4-12个。

优选地，螺旋状钻杆内采用稀释的化学药剂作为高压冲洗液，中部钻杆内采用水作为高压冲洗液。

还包括利用管道复合清淤除尘装置进行管道清淤除尘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）检测管道堵塞或者淤积部位；

（2）检测到堵塞或者淤积位置后，下入管道复合清淤除尘装置，管道复合清淤除尘装置前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态；前端支撑座的行走轮伸出与管道内壁抵接，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，带动管道复合清淤除尘装置向堵塞或者淤积部位运动；

（3）当管道复合清淤除尘装置靠近堵塞或者淤积部位时，关闭行走轮的驱动装置，启动前端支撑座内的旋转座驱动机构，驱动旋转座旋转，带动钻进部分旋转工作；

（4）后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，前端支撑座的撑靴处于缩回状态，行走轮处于伸出状态，并抵接于管道内壁，行走油缸伸出，推动前部支撑座前移，实时检测行走油缸的压力，若压力过大，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，若压力在设置范围内，则使行走轮的驱动装置处于关闭状态，此时，行走轮为自由转动状态；

（5）待行走油缸伸出到位后，前端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道的内壁，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走油缸收缩，带动后端支撑座向前移动，直至行走油缸收缩到位，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，至此，管道复合清淤除尘装置的一个步进动作完成；

（6）重复上述步进动作，直至通过堵塞或者淤积部分；

（7）关闭前端支撑座内的旋转座驱动机构，使前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态；前端支撑座的行走轮处于伸出状态，与管道内壁抵接，使行走轮的驱动装置启动，驱动行走轮主动转动，使管道复合清淤除尘装置从管道另一端驶出。

本发明的有益效果是：

本发明采用螺旋状钻杆结合中部钻杆上的多组递进式的搅拌叶片，能够全断面的进行清淤工作，有效清除管道内壁的淤积及积尘，且能够分级进行搅拌，避免超负荷工作。

行走装置采用步进式结构结合行走轮，未进行清淤工作时，利用行走轮快速行进，进行清淤工作时，利用步进式结构行进，且根据行走油缸的压力，控制行走轮的参与工作，即能够提高工作效率，又能够提供足够的行进推力。

采用机械+水力+化学的方式进行清淤除尘，能够有效清除顽固淤积，且在不同的钻进结构上采用不同的高压冲洗液，即提高了清淤效率，又有效降低了成本。

综上，本发明的技术方案能够有效提高工作效率，保证清淤效果，且控制了清淤除尘成本。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1是管道复合清淤除尘装置结构示意图；

图2是前端支撑座侧视图；

图3是后端支撑座侧视图；

附图标记：1、螺旋状钻杆，2、中部钻杆，3、搅拌叶片，4、圆锥形钻头，5、底座，6、前端支撑座，7、后端支撑座，8、行走轮，9、撑靴，10、连接油缸，11、行走油缸。

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如 “上”、“下”、“内”、“外”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

参见图，管道复合清淤除尘装置包括钻进部分及支撑行走部分，钻进部分包括螺旋状钻杆、中部钻杆、搅拌叶片、圆锥形钻头；螺旋状钻杆包围中部钻杆设置，其螺旋状外径略小于管道内径，例如比管道内径小2-4cm，保证最大化的清除管道内壁淤积，同时避免摩擦损坏管道内壁；螺旋状钻杆内部为空心结构，其内部空心结构构成高压冲洗液的流道，螺旋状钻杆的前端为圆滑状结构，以避免损伤管道内壁；螺旋状钻杆的前端设置有喷孔，另外螺旋状钻杆的杆体朝向管道内壁的一侧设置多个喷孔，以对附着在管道内壁的淤泥或者灰尘进行冲洗；螺旋状钻杆为弹性材料，由于其螺旋状结构类似弹簧，当螺旋状钻杆的前端淤积过于紧密，螺旋状钻杆能在轴向上压缩蓄能，随着支撑行走部分的前进，螺旋状钻杆压缩量越大，其压缩蓄能提供的钻进推力也就越大，能够有效清理顽固淤积；中部钻杆主体为圆柱形，其前端设置有圆锥形钻头，中部钻杆杆身上设置有多组搅拌叶片，多组搅拌叶片沿中部钻杆杆身均匀布置，每组搅拌叶片包括3-4个长度相等的搅拌叶片，其沿着钻杆周向均匀布置；最靠近圆锥形钻头的搅拌叶片长度略大于圆锥形钻头的最大半径，最大半径指的是圆锥形底面的圆形半径，多组搅拌叶片的长度沿着由钻头端至钻杆另一端方向依次均匀增大，最末端的那组搅拌叶片的搅拌叶片长度略小于螺旋状钻杆的螺旋状内径；中部钻杆同样为中空结构，其中空结构构成高压冲洗液的流道，圆锥形钻头上同样具有与中部钻杆的高压冲洗液流道连通的高压冲洗液流道，且圆锥形钻头的锥面上设置有多个喷嘴，以对管道内部的淤积泥块进行冲洗破碎。

钻进部分包括底座，螺旋状钻杆及中部钻杆的尾端均与底座固定连接。

螺旋状钻杆内采用稀释的化学药剂作为高压冲洗液，中部钻杆内采用水作为高压冲洗液，管道内壁的淤积很难清除，因此采用稀释后的常规清淤除尘化学药剂作为高压冲洗液；而中部钻杆的主要目的时为了破碎分离中部大块淤积，因此仅采用水作为高压冲洗液，有效控制成本。

支撑行走部分包括前端支撑座、后端支撑座、行走油缸，前端支撑座包括旋转座，旋转座与钻进部分的底座可拆卸连接，前端支撑座内设置驱动机构能够驱动旋转座转动，从而带动钻进部分旋转钻进，破碎清除淤积；前端支撑座上设置有撑靴，撑靴通过连接油缸与前端支撑座连接，撑靴为与管道内壁适配的曲面结构，增大摩擦力，以提供足够的钻进支撑力，同时避免损坏管道内壁；前端支撑座上还设置有行走轮，行走轮同样通过连接油缸与前端支撑座连接，行走轮能够主动沿着管道内壁行走；前端支撑座通过行走油缸与后端支撑座连接，后端支撑座上同样设置有多个撑靴，撑靴通过连接油缸与后端支撑座连接，撑靴为与管道内壁适配的曲面结构，增大摩擦力，以提供足够的钻进支撑力，同时避免损坏管道内壁，支撑行走部工作过程为：首先，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，前端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走轮在连接油缸的带动下伸出并抵接于管道内壁，行走油缸伸出，推动前部支撑座前移，检测行走油缸的压力，若压力过大，则说明行走油缸推动前部支撑座前移的阻力过大，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，进一步提供前进推力，若压力在设置范围内，则关闭行走轮的驱动装置，行走轮为自由转动状态；待行走油缸伸出到位后，前端支撑座的的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道的内壁，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走油缸收缩，带动后端支撑座向前移动，直至行走油缸收缩到位，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，至此，管道复合清淤除尘装置的一个步进动作完成。

管道复合清淤除尘装置进行清淤除尘时，首先，检测管道堵塞或者淤积部位；

检测到堵塞或者淤积位置后，下入管道复合清淤除尘装置，管道复合清淤除尘装置前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态，使管道复合清淤除尘装置重心集中，体积缩小，便于行走；前端支撑座的行走轮伸出与管道内壁抵接，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，带动管道复合清淤除尘装置向堵塞或者淤积部位运动；

当管道复合清淤除尘装置靠近堵塞或者淤积部位时，例如距离堵塞或者淤积部位20-50cm时；或者检测到管道复合清淤除尘装置受到阻力未能前进时，表明管道内存在未能检测到的堵塞或者淤积；关闭行走轮的驱动装置，启动前端支撑座内的旋转座驱动机构，驱动旋转座旋转，带动钻进部分旋转；

后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，前端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走轮在连接油缸的带动下伸出并抵接于管道内壁，行走油缸伸出，推动前部支撑座前移，实时检测行走油缸的压力，若压力过大，则说明行走油缸推动前部支撑座前移的阻力过大，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，进一步提供前进推力，若压力在设置范围内，则关闭行走轮的驱动装置，行走轮为自由转动状态；

待行走油缸伸出到位后，前端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道的内壁，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走油缸收缩，带动后端支撑座向前移动，直至行走油缸收缩到位，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，至此，管道复合清淤除尘装置的一个步进动作完成。

重复上述步进动作，直至通过堵塞或者淤积部分；关闭前端支撑座内的旋转座驱动机构，使前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态；前端支撑座的行走轮伸出与管道内壁抵接，使行走轮的驱动装置启动，驱动行走轮主动转动，使管道复合清淤除尘装置从管道另一端驶出。

本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种管道复合清淤除尘装置，包括钻进部分及支撑行走部分，其特征在于：钻进部分包括螺旋状钻杆、中部钻杆、搅拌叶片、圆锥形钻头；螺旋状钻杆包围中部钻杆设置，螺旋状钻杆的螺旋状结构的外径略小于管道内径，螺旋状钻杆杆体为空心结构，其内部空心结构构成高压冲洗液的流道，螺旋状钻杆的前端为圆滑状结构；螺旋状钻杆的前端设置有喷孔，以对附着在管道内壁的淤泥或者灰尘进行冲洗；螺旋状钻杆为弹性材料；

中部钻杆为圆柱形，圆锥形钻头设置在中部钻杆前端，中部钻杆上设置有多组搅拌叶片，多组搅拌叶片沿中部钻杆长度方向间隔布置，每组搅拌叶片包括多个长度相等的搅拌叶片，多个长度相等的搅拌叶片沿着钻杆周向均匀布置；沿钻杆连接圆锥形钻头的端部指向钻杆另一端的方向，每组搅拌叶片的搅拌叶片长度依次增加；

中部钻杆为中空结构，其中空结构构成高压冲洗液的流道，圆锥形钻头上具有与中部钻杆的高压冲洗液流道连通的高压冲洗液流道，且圆锥形钻头的锥面上设置有多个喷嘴；

钻进部分包括底座，螺旋状钻杆及中部钻杆的尾端均与底座固定连接；

支撑行走部分包括前端支撑座、后端支撑座、行走油缸，前端支撑座包括旋转座，旋转座与钻进部分的底座连接，前端支撑座内设置驱动机构能够驱动旋转座转动；前端支撑座上设置有多个撑靴，撑靴通过连接油缸与前端支撑座连接；

前端支撑座上还设置有多个行走轮，行走轮同样通过连接油缸与前端支撑座连接；前端支撑座通过行走油缸与后端支撑座连接，后端支撑座上同样设置有多个撑靴，撑靴通过连接油缸与后端支撑座连接。

2.根据权利要求1所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：前端支撑座的旋转座钻进部分的底座采用可拆卸的方式连接。

3.根据权利要求2所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：每组搅拌叶片包括3-4个长度相等的搅拌叶片。

4.根据权利要求3所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：前端支撑座上的撑靴外表面、后端支撑座上的撑靴外表面均为与管道内壁相贴合的弧形曲面。

5.根据权利要求4所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：前端支撑座上的撑靴为4-6个。

6.根据权利要求5所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：后端支撑座上的撑靴为4-12个。

7.根据权利要求6所述的管道复合清淤除尘装置，其特征在于：螺旋状钻杆内采用稀释的化学药剂作为高压冲洗液，中部钻杆内采用水作为高压冲洗液。

8.一种利用权利要求1-7所述的管道复合清淤除尘装置进行管道清淤除尘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）检测管道堵塞或者淤积部位；

（2）检测到堵塞或者淤积位置后，下入管道复合清淤除尘装置，管道复合清淤除尘装置前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态；前端支撑座的行走轮伸出与管道内壁抵接，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，带动管道复合清淤除尘装置向堵塞或者淤积部位运动；

（3）当管道复合清淤除尘装置靠近堵塞或者淤积部位时，关闭行走轮的驱动装置，启动前端支撑座内的旋转座驱动机构，驱动旋转座旋转，带动钻进部分旋转工作；

（4）后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，前端支撑座的撑靴处于缩回状态，行走轮处于伸出状态，并抵接于管道内壁，行走油缸伸出，推动前部支撑座前移，实时检测行走油缸的压力，若压力过大，启动行走轮的驱动装置，驱动行走轮主动转动，若压力在设置范围内，则使行走轮的驱动装置处于关闭状态，此时，行走轮为自由转动状态；

（5）待行走油缸伸出到位后，前端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道的内壁，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下缩回，行走油缸收缩，带动后端支撑座向前移动，直至行走油缸收缩到位，后端支撑座的撑靴在连接油缸的带动下伸出并支撑在管道内壁，至此，管道复合清淤除尘装置的一个步进动作完成；

（6）重复上述步进动作，直至通过堵塞或者淤积部分；

（7）关闭前端支撑座内的旋转座驱动机构，使前端支撑座的撑靴与后端支撑座的撑靴均收缩，行走油缸也处于收缩状态；前端支撑座的行走轮处于伸出状态，与管道内壁抵接，使行走轮的驱动装置启动，驱动行走轮主动转动，使管道复合清淤除尘装置从管道另一端驶出。

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