CN111306402B - 一种变径可伸缩式微小型管道清理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，包括外壳、行走机构、第一驱动单元、变径清理组件、第二驱动单元及控制系统，第一驱动单元通过底架设在外壳内部。行走机构包括一个前轮和两个后轮，第一驱动单元驱动两个后轮转动。变径清理组件位于外壳的前端，通过减速机构与第二驱动单元的输出端相连。变径清理组件包括内侧清理盘、中间清理盘及外侧清理盘，三个清理盘由内向外依次套设在一起。内侧清理盘的前端设有一组固定清理头，中间清理盘及外侧清理盘的前端均设有一组活动清理头。本发明可在微小型直管或弯管内快速到达异物位置，针对阻塞管道或者壁厚较厚的异物变径清理组件可伸缩对异物由内向外逐层破碎，清理彻底，清理效率高。

Description

一种变径可伸缩式微小型管道清理装置

技术领域

本发明涉及管道清理设备技术领域，具体涉及一种变径可伸缩式微小型管道清理装置。

背景技术

目管道机器人已经应用到有关人民生活的各个领域，宏观管道机器人由于具有常规的加工模式，相对于微观管道机器人，宏观管道机器人的设计更加简单，在实际应用的某些方面不适合小型或者微型管道，所以需要一种特别适合小型管道的机器人对小型管道进行清理。虽然微管道机器人有的已经产业化，但是有一些问题还没有从根本上解决，目前微小型管道机器人在管道、检测、运动、修复一体化的环节还没有实现完善，在管道清理维护方面仍然存在缺陷，在错综复杂的管道中行走时仍然不能做到灵活自如，现有的管道清理机器人主要是针对管壁上的厚度较薄的异物进行清理，在管道阻塞或者管壁存在厚度较厚的异物时，现有的微小型管道机器人存在清理困难，效率低下，无法对异物进行破碎，清理不彻底的缺陷。可见，现有技术亟待于进一步改进和提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，解决管道阻塞或者管壁存在厚度较厚的异物时，存在清理困难，效率低，无法对异物进行破碎，清理不彻底的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，包括外壳、行走机构、第一驱动单元、变径清理组件、第二驱动单元及控制系统，第一驱动单元通过底架设置在外壳的内部。

行走机构包括一个前轮和两个后轮，所述前轮设置在外壳的前下方，通过前叉与底架转动相连。

两个后轮对称设置在外壳的后下方两侧，两个后轮通过差速器相连，所述第一驱动单元通过差速器驱动两个后轮转动。

第二驱动单元位于外壳内部且安装在底架上，变径清理组件位于外壳的前端外部，其后侧与外壳转动配合，同时变径清理组件通过减速机构与第二驱动单元的输出端相连。

变径清理组件包括三个清理盘，分别为内侧清理盘、中间清理盘及外侧清理盘，各清理盘为环状盘形结构，三个清理盘由内向外依次套设在一起。

任意相邻两个清理盘之间沿其轴向滑动配合，最内侧清理盘的前端外侧设有一组固定清理头，中间清理盘及外侧清理盘的前端外侧分别设有一组活动清理头。

进一步地，外壳是由底板、左壁板、右壁板、前壁板、后壁板及弧形顶板固定相连构成的空腔结构，底架位于外壳的下部且与其内壁固定相连。

所述外壳后端的上方沿其周向依次间隔布置有多个辅助轮，各辅助轮均通过一个伸缩支架安装在弧形顶板上。

进一步地，所述第一驱动单元包括第一电机、变速箱，所述第一电机和变速箱均固定安装在底板上。

第一电机的输出端通过第一行星齿轮减速机构与变速箱的输入端相连，变速箱的输出端设置有主动伞齿轮，所述主动伞齿轮与差速器的大齿轮啮合。

进一步地，差速器两侧分别设有一个驱动半轴，所述驱动半轴通过轴承与外壳后端转动相连。

各驱动半轴的端部通过一个万向联轴器与同侧后轮的轮轴相连，差速器的壳体上方竖向设有螺杆。

所述螺杆上设有悬架，悬架通过两个螺母可调节固定在螺杆上，所述悬架的两端分别与两个后轮的轮轴转动相连。

进一步地，内侧清理盘的前端面上固定安装有端盖，所述端盖与内侧清理盘的前端固定相连，端盖的后侧设有与清理盘同轴的花键套筒，花键套筒内配置有花键轴。

一组固定清理头包括多个固定清理头，多个固定清理头呈环形均匀布置在端盖的外边缘且与端盖一体成型，固定清理头相对于内侧清理盘的环形侧壁向外凸出。

进一步地，第二驱动单元包括第二电机和电动气缸，第二电机安装在底架上，第二电机的输出端通过第二行星齿轮减速机构与花键轴的后端相连。

电动气缸位于第二行星齿轮减速机构和花键套筒之间，电动气缸的缸体及活塞杆均为筒状结构。

花键轴穿过缸体和活塞杆的内侧，活塞杆的前端与花键套筒的后端固定相连，工作状态下，电动气缸可驱动花键套筒沿花键轴的轴线方向运动。

进一步地，内侧清理盘和中间清理盘的外壁上，分别沿其周向均匀布置有多个导轨，各导轨均沿平行于所在清理盘的轴线方向布置。

中间清理盘的内壁上开设有与内侧清理盘外壁上的导轨数量相等且位置对应的第一导槽，内侧清理盘外壁上的各导轨分别位于中间清理盘的内壁上对应的第一导槽内。

外侧清理盘的内壁上开设有与中间清理盘的外壁上的导轨数量相等且位置对应的第二导槽，中间清理盘外壁上的各导轨分别位于外侧清理盘的内壁上对应的第二导槽内。

所述内侧清理盘外壁的后端设有阻挡其脱离中间清理盘的第一限位部，第一限位部带动中间清理盘相对于外侧清理盘向前运动，中间清理盘外壁的后端设有阻挡其脱离外侧清理盘的第二限位部。

进一步地，每组活动清理头包括多个活动清理头，每组的各活动清理头均呈环形均匀布置在对应清理盘的前侧边缘处。

所述各活动清理头相对其所在清理盘的侧壁向外凸出，与其所在清理盘的前端沿法线方向滑动配合。

进一步地，中间清理盘和外侧清理盘的前端边缘处，分别开设有与其前侧活动清理头数量相等且位置对应的安装空腔，各安装空腔通过中间清理盘和外侧清理盘外壁上的长条孔与外部相通。

每个安装空腔的内部均设有一个复位弹簧，活动清理头的内侧固定有连接板，所述连接板穿过对应的长条孔伸至安装空腔内部，通过复位弹簧与安装空腔的内壁活动相连，连接板位于安装空腔内侧的部分具有限位挡块。

进一步地，所述外侧清理盘的后端通过回转支承与外壳的前端转动相连。

通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明公开的可伸缩变径清理车可在微小型直管或弯管内快速到达异物位置，针对阻塞管道或者壁厚较厚的异物变径清理组件可伸缩对异物由内向外逐层破碎，自动化程度高，操作简便，使用和维护成本低，清理彻底，清理效率高。

附图说明

图1是本发明一种变径可伸缩式微小型管道清理装置的前侧结构示意图。

图2是本发明一种变径可伸缩式微小型管道清理装置的后侧结构示意图。

图3是本发明一种变径可伸缩式微小型管道清理装置的内部结构示意图。

图4是本发明的行走机构和第一驱动单元的组合结构示意图。

图5是本发明的变径清理组件的前侧结构示意图。

图6是本发明的变径清理组件的前侧伸出状态下的结构示意图。

图7是本发明的变径清理组件的后侧结构示意图。

图8是变径清理组件某一部分的结构示意图，示出的是内侧清理盘。

图9是变径清理组件另一部分的结构示意图，示出的是中间清理盘。

图10是变径清理组件再一部分的结构示意图，示出的是外侧清理盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1至图10，一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，包括外壳1、行走机构2、第一驱动单元3、变径清理组件4、第二驱动单元5及控制系统，所述外壳1为壳体结构，外壳1是由底板11、左壁板12、右壁板、前壁板13、后壁板14及弧形顶板15固定相连构成的空腔结构，底架16位于外壳1的下部且与其内壁固定相连，所述外壳1的内部固定安装有电源，所述电源为可伸缩变径清理车的各用电部件供电。控制系统为现有技术，控制系统采用单片机进行控制，并配备摄像头和照明设备，以确定管道内异物的位置。

第一驱动单元3通过底架16设置在外壳1的内部,行走机构2包括一个前轮21和两个后轮22，所述前轮21设置在外壳1的前下方，通过前叉211与底架16转动相连。两个后轮22对称设置在外壳1的后下方两侧，两个后轮22通过差速器35相连，所述第一驱动单元3通过差速器35驱动两个后轮22转动。

所述第一驱动单元3包括第一电机31、变速箱32，所述第一电机31和变速箱32均固定安装在底板11上。第一电机31的输出端通过第一行星齿轮减速机构33与变速箱32的输入端相连，变速箱32的输出端固定安装有主动伞齿轮34，所述主动伞齿轮34与差速器35的大齿轮351啮合。变速箱32采用现有技术。

差速器35两侧分别设有一个驱动半轴36，所述驱动半轴36通过轴承与外壳1后端转动相连。各驱动半轴36的端部通过一个万向联轴器37与同侧后轮22的轮轴相连，差速器35的壳体上方竖向设有螺杆38，螺杆38的下端与壳体的后端固定焊接在一起。所述螺杆38上设有悬架39，悬架39通过两个螺母可调节固定在螺杆38上，其中一个螺母对悬架39限位，另一个螺母锁紧固定悬架39，所述悬架39的两端分别与两个后轮22的轮轴转动相连。

所述外壳1后端的外侧上方，沿其周向依次间隔布置有多个辅助轮23，各辅助轮23均通过一个刚性的伸缩支架24安装在弧形顶板15上，各辅助轮23的位置均可调整，以适用于多种直径规格的管道。

第二驱动单元5位于外壳1内部且安装在底架16上，变径清理组件4位于外壳1的前端外部，其后侧与外壳1转动配合，以保证变径清理组件4转动的稳定性，同时，变径清理组件4通过第二行星齿轮减速机构53与第二驱动单元5的输出端相连。

具体地，第二驱动单元5的输出端与第二行星齿轮减速机构53的输入端相连，第二行星齿轮减速机构53的输出端与花键轴6的后端固定连接，花键轴6的前端套设有花键套筒61，花键套筒61远离第二行星齿轮减速机构53的一端与变径清理组件4固定相连。

第二驱动单元5包括第二电机51和电动气缸52，第二电机51安装在底架16上，第二电机51的输出端与第二行星齿轮减速机构53输入端固定相连，并通过第二行星齿轮减速机构53驱动花键轴6转动，所述花键轴6通过花键套筒61驱动变径清理组件4转动。第一行星齿轮减速机构33、第二行星齿轮减速机构53均采用现有技术。

电动气缸52位于第二行星齿轮减速机构53和花键套筒61之间，电动气缸52的缸体及活塞杆均为筒状结构，缸体包括内筒和外筒，活塞为环形结构且位于内筒和外筒之间，液压油也位于内筒和外筒之间，活塞杆的一端与活塞固定连接成一体，电动气缸52的缸体固定安装在底架16上。花键轴6穿过缸体和活塞杆的内侧，活塞杆的前端与花键套筒61的后端固定相连，活塞杆随花键套筒61一起转动。工作状态下，电动气缸52可驱动花键套筒61沿花键轴6的轴线方向运动。

变径清理组件4包括三个清理盘，分别为内侧清理盘41、中间清理盘42及外侧清理盘43，三个清理盘均为环状盘形结构，三个清理盘由内向外依次套设在一起，各清理盘的轴线均与花键轴6的轴线重合，所述外侧清理盘43的后端通过回转支承18与外壳1的前端转动相连，所述回转支承18的固定部分与前壁板13螺栓固定相连，其转动部分与外侧清理盘43的后端螺栓固定相连。

内侧清理盘41的前端面上安装有端盖411，所述端盖411与内侧清理盘41的前端通过螺栓可拆卸固定相连，花键套筒61位于内侧清理盘41的内部，花键套筒61的前端与端盖411的中心固定焊接，所述电动气缸52可通过花键套筒61驱动内侧清理盘41沿花键轴6的轴向方向运动，同时第二电机51通过花键轴6驱动内侧清理盘41绕花键轴6的转动。

任意相邻两个清理盘之间沿其轴向滑动配合，内侧清理盘41的前端外侧设有一组固定清理头，中间清理盘42及外侧清理盘43的前端外侧分别设有一组活动清理头。一组固定清理头包括四个固定清理头412，四个固定清理头412呈环形均匀布置在端盖411的外边缘且与端盖411一体成型，固定清理头412相对于内侧清理盘41的环形侧壁向外凸出。

内侧清理盘41和中间清理盘42的外壁上，分别沿其周向均匀布置有四个导轨47，各导轨47均沿平行于所在清理盘的轴线方向布置。

中间清理盘42的内壁上开设有与内侧清理盘41外壁上的导轨47数量相等且位置对应的第一导槽421，内侧清理盘41外壁上的各导轨47分别位于中间清理盘42的内壁上对应的第一导槽421内。

外侧清理盘43的内壁上开设有与中间清理盘42的外壁上的导轨47数量相等且位置对应的第二导槽431，中间清理盘42外壁上的各导轨47分别位于外侧清理盘43的内壁上对应的第二导槽431内。工作状态下，内侧清理盘41可通过导轨47带动中间清理盘42和外侧清理盘43与其同步转动。

所述内侧清理盘41外壁的后端，设有阻挡其脱离中间清理盘42的第一限位部413，第一限位部413带动中间清理盘42相对于外侧清理盘43向前运动，中间清理盘42外壁的后端设有阻挡其脱离外侧清理盘43的第二限位部422。

三个清理盘一起转动时，电动气缸52先通过花键套筒61驱动内侧清理盘41向前运动，内侧清理盘41相对于中间清理盘42运动一段距离后，第一限位部413带动中间清理盘42向前运动，第二限位部422运动至外侧清理盘43前端后，外侧清理盘43与第二限位部422接触并阻挡中间清理盘42脱离外侧清理盘43。

每组活动清理头包括四个活动清理头44，每组的四个活动清理头44均呈环形均匀布置在对应清理盘的前侧边缘处。所述各活动清理头44相对其所在清理盘的侧壁向外凸出，与其所在清理盘的前端沿法线方向滑动配合。当电动气缸52先通过花键套筒61驱动内侧清理盘41向后运动时，固定清理头412卡在中间清理盘42前端并带动其一起往后运动。

进一步地，中间清理盘42和外侧清理盘43的前端边缘处，分别开设有与其前侧活动清理头数量相等且位置对应的安装空腔45，各安装空腔45通过中间清理盘42和外侧清理盘43外壁上的长条孔451与外部相通。

每个安装空腔45的内部均设有一个复位弹簧，活动清理头44的内侧固定有连接板46，所述连接板46与长条孔451的内壁之间具有间隙，可在长条孔451内被复位弹簧拉动，所述连接板46穿过对应的长条孔451伸至安装空腔45内部，通过复位弹簧与安装空腔45的内壁活动相连，连接板位于安装空腔45内侧的部分具有限位挡块，活动清理头44转动时限位挡块的作用是阻挡连接板46从安装空腔45脱出。

可伸缩变径清理车依靠前轮、两个后轮及上方的三个辅助轮在管道内行走，两个后轮作为主动轮，为变径清理车提供前进和后退的动力。工作状态下，三个清理盘一起转动时，内侧的两个清理盘可实现伸缩，对附着在管道内壁上的异物进行清理，尤其针对附着于管道内壁且沉积较厚厚度或者已经将管道堵塞的异物。固定清理头412主要清理管道横截面中心位置的异物，中间清理盘42和外侧清理盘43在转动时，其外部的活动清理头44向外扩张，用于清理靠近管壁位置的异物，实现分层清理。三个清理盘停止转动后，活动清理头44向内侧收缩，避免快速行进过程中与管壁碰触或摩擦。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的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，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，包括外壳、行走机构、第一驱动单元、变径清理组件、第二驱动单元及控制系统，其特征在于，第一驱动单元通过底架设置在外壳的内部；

行走机构包括一个前轮和两个后轮，所述前轮设置在外壳的前下方，通过前叉与底架转动相连；

两个后轮对称设置在外壳的后下方两侧，两个后轮通过差速器相连，所述第一驱动单元通过差速器驱动两个后轮转动；

第二驱动单元位于外壳内部且安装在底架上，变径清理组件位于外壳的前端外部，其后侧与外壳转动配合，同时变径清理组件通过减速机构与第二驱动单元的输出端相连；

变径清理组件包括三个清理盘，分别为内侧清理盘、中间清理盘及外侧清理盘，各清理盘为环状盘形结构，三个清理盘由内向外依次套设在一起；

任意相邻两个清理盘之间沿其轴向滑动配合，最内侧清理盘的前端外侧设有一组固定清理头，中间清理盘及外侧清理盘的前端外侧分别设有一组活动清理头。

2.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，外壳是由底板、左壁板、右壁板、前壁板、后壁板及弧形顶板固定相连构成的空腔结构，底架位于外壳的下部且与其内壁固定相连；

所述外壳后端的上方沿其周向依次间隔布置有多个辅助轮，各辅助轮均通过一个伸缩支架安装在弧形顶板上。

3.根据权利要求2所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，所述第一驱动单元包括第一电机、变速箱，所述第一电机和变速箱均固定安装在底板上；

第一电机的输出端通过第一行星齿轮减速机构与变速箱的输入端相连，变速箱的输出端设置有主动伞齿轮，所述主动伞齿轮与差速器的大齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，差速器两侧分别设有一个驱动半轴，所述驱动半轴通过轴承与外壳后端转动相连；

各驱动半轴的端部通过一个万向联轴器与同侧后轮的轮轴相连，差速器的壳体上方竖向设有螺杆；

所述螺杆上设有悬架，悬架通过两个螺母可调节固定在螺杆上，所述悬架的两端分别与两个后轮的轮轴转动相连。

5.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，内侧清理盘的前端面上固定安装有端盖，所述端盖与内侧清理盘的前端固定相连，端盖的后侧设有与清理盘同轴的花键套筒，花键套筒内配置有花键轴；

一组固定清理头包括多个固定清理头，多个固定清理头呈环形均匀布置在端盖的外边缘且与端盖一体成型，固定清理头相对于内侧清理盘的环形侧壁向外凸出。

6.根据权利要求5所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，第二驱动单元包括第二电机和电动气缸，第二电机安装在底架上，第二电机的输出端通过第二行星齿轮减速机构与花键轴的后端相连；

电动气缸位于第二行星齿轮减速机构和花键套筒之间，电动气缸的缸体及活塞杆均为筒状结构；

花键轴穿过缸体和活塞杆的内侧，活塞杆的前端与花键套筒的后端固定相连，工作状态下，电动气缸可驱动花键套筒沿花键轴的轴线方向运动。

7.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，内侧清理盘和中间清理盘的外壁上，分别沿其周向均匀布置有多个导轨，各导轨均沿平行于所在清理盘的轴线方向布置；

中间清理盘的内壁上开设有与内侧清理盘外壁上的导轨数量相等且位置对应的第一导槽，内侧清理盘外壁上的各导轨分别位于中间清理盘的内壁上对应的第一导槽内；

外侧清理盘的内壁上开设有与中间清理盘的外壁上的导轨数量相等且位置对应的第二导槽，中间清理盘外壁上的各导轨分别位于外侧清理盘的内壁上对应的第二导槽内；

所述内侧清理盘外壁的后端设有阻挡其脱离中间清理盘的第一限位部，第一限位部带动中间清理盘相对于外侧清理盘向前运动，中间清理盘外壁的后端设有阻挡其脱离外侧清理盘的第二限位部。

8.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，每组活动清理头包括多个活动清理头，每组的各活动清理头均呈环形均匀布置在对应清理盘的前侧边缘处；

所述各活动清理头相对其所在清理盘的侧壁向外凸出，与其所在清理盘的前端沿法线方向滑动配合。

9.根据权利要求8所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，中间清理盘和外侧清理盘的前端边缘处，分别开设有与其前侧活动清理头数量相等且位置对应的安装空腔，各安装空腔通过中间清理盘和外侧清理盘外壁上的长条孔与外部相通；

每个安装空腔的内部均设有一个复位弹簧，活动清理头的内侧固定有连接板，所述连接板穿过对应的长条孔伸至安装空腔内部，通过复位弹簧与安装空腔的内壁活动相连，连接板位于安装空腔内侧的部分具有限位挡块。

10.根据权利要求1所述的一种变径可伸缩式微小型管道清理装置，其特征在于，所述外侧清理盘的后端通过回转支承与外壳的前端转动相连。

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