CN112576863A - 一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人，包括电机驱动模块、支撑与行走模块、挤胶模块和涂胶模块，电机驱动模块负责驱动胶筒旋转涂胶动作和挤胶动作；支撑与行走模块实现机器人适应不同口径的管道并在管道中前进后退；挤胶模块负责控制涂胶的挤出速度；涂胶模块负责涂胶修复。本发明可在现有的管道机器人牵引下深入管道内部，对管道内部的缺陷及漏点实施涂胶修复。涂胶时通过胶筒旋转与涂胶模块相配合，实现管道内壁360°涂胶修复，对管道漏点、缺陷的修复具有相当高的可靠性，实现了管道内人工不可达区域的修复、降低了人工外部涂胶修复质量的不稳定性。

Description

一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人

技术领域

本发明涉及管道机器人领域，特别是涉及一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人。

背景技术

管道广泛应用于各行各业，其种类、规格、安装与使用环境等也多种多样。在管道正常使用生命周期内，难免会出现管道局部道锈蚀、破裂等问题，导致管道发生泄漏，导致不能正常输送介质等、形成安全隐患、影响正常生产进程安排等。一些特殊行业的输送管道发生破裂时，严重的造成地下水污染，如核工业、化工业的有毒有害物质输送管道。并且，很多管道是在建设初期预埋在地下，在使用期间发生破裂损坏时，目前的修复工作只能将预埋物全部挖出，管道修补好后再重新埋入地下，修复工程量十分大。

目前市面已经研发出各种各样的管道机器人，但对于这些管道机器人基本都是以管道检测为主，即只起着“发现问题”的作用。无法对发现的问题进行修复作业，对于修复作业，任然需要借助传统的人工修复手段进行。

目前对于管道的修复主要可分为两大类：一类是直接替换受损的管路或管段，这样做一方面施工成本较高，另一方面往往会在原有管道中引入新的管接头，降低了管道的整体可靠性；另一类是针对管道缺陷所在位置直接在管道外部进行施工修复，如外部涂胶、缠绕堵漏胶带，焊接修复等。但管道在输送介质过程中一般是内部压力高于外部压力，在管道外部进行的堵漏施工极容易被管道输送介质时的压力差再次破坏。即管道外部修复必须依靠修复介质与管体的附着力来保证，很难保证修复可靠性。

有鉴于现有管道修复中存在的上述技术问题，本发明提出了一种能深入管道内部对管道漏点、缺陷进行涂胶修复的管道机器人。与现有的管道检测机器人配合，进入待修复管道内部，在管道内部对管道的漏点、缺陷，通过涂胶的方式进行修复。依靠涂胶介质与管体本身的附着力和输送介质对涂胶的压力共同保证修复可靠性，相比传统外部修补方式可靠性得到提高，相比于更换管道成本、施工难度更低。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种管道修复机器人，能解决现有传统管道修复中的操作复杂，修复可靠性低，修复成本高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人，包括电机驱动模块1、挤胶模块2、涂胶模块3以及支撑与行走模块4；所述电机驱动模块1由一组圆周方向布置的驱动电机组成；所述支撑与行走模块4在管道机器人前后端各有一组，通过末端的行走滑轮5与管道6的内壁在复位扭簧7的作用下实现与管道内壁贴紧，进而支撑起整个管道机器人。

进一步地，所述电机驱动模块1中的任一驱动电机输出轴上都有主动齿轮8，分别与从动内齿圈9，从动齿轮10啮合。所述从动内齿圈9与胶筒11通过一组螺栓螺母固定；所述从动齿轮10与中空丝杆轴12共轴固定。

进一步地，所述挤胶模块2由丝杆螺母13、推力筒14、活塞导向套15、活塞16、推力滑轮17和挡圈18组成。丝杆螺母13与中空丝杆轴12的丝杆部分配合；所述推力筒14一端与丝杆螺母13固定，另一端的内侧在圆周上安装有一组推力滑轮17，所述推力滑轮17与活塞导向套15配合；所述活塞16与活塞导向套15共轴连接；所述活塞导向套15内壁开有挡圈槽，用于安装止动挡圈18。

进一步地，所述涂胶模块3由弯头管19、转接管20、摆动管21、弧形管22、摩擦绳23、涂胶头24、复位拉簧25、张力拉簧26与安装半环27组成，所述弯头管19一边与胶筒11根部的豁口配合，另一边与转接管20配合；所述转接管20两侧有弧形安装支架，并通过与安装半环27连接，使其紧固在胶筒11上；所述摆动管21一端与转接管20活动连接，另一端与胶筒11的支座活动连接，在其上适当位置处开有条形孔，与弧形管22连接；所述弧形管22的末端与涂胶头24配合连接；所述涂胶头24侧面设有拉簧扣，用于安装复位拉簧25；所述复位拉簧25另一端安装在胶筒11上；所述摩擦绳23一端连接在摆动管21背侧的支架上，摩擦绳23缠绕在推力筒14上，在另一端与张力拉簧26连接，张力拉簧26再固定在胶筒11上。

进一步地，所述支撑与行走模块4由至少三组行走滑轮28、摆动支架29、扭簧30、摆轴31、挡圈32和一组中心支架33组成。所述行走滑轮28固定在摆动支架29上，在扭簧30作用下保持张紧状态与管壁贴合；在所述摆动支架29和中心支架33上还有相互配合的摆动限位块，可限制摆动支架29的摆动幅度；中心支架33与丝杆螺母13的法兰端面固定。

进一步地，所述电机驱动模块1中的任一电机都固定在驱动中心支架34上；所述驱动中心支架34上开有中心通孔，在中心通孔的一端嵌入轴向力轴承35，另一端嵌入径向力轴承36，并与所述中空丝杆轴12配合。

进一步地，所述中空丝杆轴12光杆部分端面旋有端面螺母37和螺母38，端面螺母37和螺母38对顶旋紧，端面螺母37的一个端面与向力轴承35的端面配合；中空丝杆轴12上还有胶筒轴承40与胶筒11配合，使胶筒轴向定位并能旋转。

进一步地，所述中空丝杆轴12内部中空的空间布置有走线管39，走线管39在一端面旋在线管安装座41上；所述线管安装座41固定在驱动中心支架34上。

进一步地，所述丝杆螺母13上开环槽固定有卡座42，所述卡座42上固定有进线头43，所述进线头43圆周上至少安装有一组压线板44；进线头43端面开有通孔，通孔与丝杆螺母13的中间孔同轴。

本发明的原理在于：一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人，包括电机驱动模块、支撑与行走模块、挤胶模块以及涂胶模块。其中：

电机驱动模块由一组安装在驱动中心支架上的电机组成，其作用是驱动安装在胶筒端面的内齿圈与安装在丝杆轴上的外齿轮，分别实现胶筒的旋转涂胶动作、活塞推进的挤胶动作。

支撑与行走模块由前后两部分组成，包括驱动中心支架和中心支架，以及在这两个支架上的行走滑轮、摆动支架、扭簧、摆轴、挡圈等组成，其实现的功能是在管道内支撑起整个管道涂胶修复机器人，并保持一定的张紧力，同时又可通过摆动支架的浮动具有自适应能力，实现不同口径管道的适应及保证管道弯头处的通过性。

挤胶模块为涂胶修复输送胶液，并实现胶筒和涂胶模块旋转的同时进行挤胶动作。通过电机驱动模块的电机驱动与丝杆轴同轴固定的从动齿轮，进而带动丝杆轴旋转，丝杆轴的丝杆部分与丝杆螺母配合，将丝杆的回转运动转换为丝杆螺母及固定在其上的挤胶活塞向前推进，实现挤胶功能。

涂胶模块由弯头管、转接管、摆动管、涂胶头和弧形管组成胶水流动通道，再在摩擦绳、复位拉簧、张力拉簧作用下实现涂胶头的伸出与收回。为了简化结构，提高涂胶动作的可靠性，在机器人进行涂胶动作时，涂胶模块展开，涂胶头贴紧管道内壁。机器人执行涂胶动作时，胶筒是旋转的，涂胶头在联动作用下往外伸出，贴紧管道内壁，在管道内周向旋转完成涂胶动作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在对有缺陷的管道进行修复时，是从管道内部进行涂胶填充修复，相比于一般管道外部修复，内部填充修复能借助管道输送介质本身的压力增强堵漏效果，修复可靠性更高。

(2)本发明对于很多预埋在地下的管道，要对受损管道进行修复必须挖开填埋介质，修复工作量较大，本发明可直接从管道口深入管道内部进行涂胶修复，避免了挖开填埋介质的工作量。

(3)本发明结构紧凑，可通过口径较小的管道及管道弯头，涂胶过程全程均采用电气控制方案，对涂胶修复质量更有保障。

(4)对于一些高压输送介质的管道，发生泄漏后，在管道外部难以修复，往往需要更换受损段的管道，修复成本较高，修复工作量较大，本发明针对这种场景，通过对管道内部进行涂胶修复，不仅降低了修复成本，还大大降低了修复的工作量。

附图说明

图1是本发明一种管道涂胶修复机器人的模块结构示意图；

图2是本发明一种管道涂胶修复机器人的电机驱动模块结构示意图；

图3是本发明一种管道涂胶修复机器人的挤胶模块结构示意图；

图4是本发明一种管道涂胶修复机器人的涂胶模块结构示意图；

图5是本发明一种管道涂胶修复机器人的支撑与行走模块结构示意图；

图6是本发明一种管道涂胶修复机器人的中心轴系结构示意图；

图7是本发明一种管道涂胶修复机器人的活动进线端结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，不能理解为对本发明的限制条件。

如图1所示，一种管道涂胶修复机器人，包括电机驱动模块1、支撑与行走模块4、挤胶模块2和涂胶模块3。电机驱动模块1由安装在支撑与行走模块4的中心支架33上的一组驱动电机组成；支撑与行走模块4在机器人前后各有一组，左侧的相对机器人本体在轴向不浮动，右侧的可浮动；挤胶模块2是在驱动电机与中空丝杆轴12上的从动齿轮10带动下实现挤胶动作；涂胶模块3由驱动电机带动固定在胶筒11上的内齿圈9实现涂胶动作。

如图2所示，安装在中心支架33上的驱动电机的出轴端有主动齿轮8，可分别与从动内齿圈9、从动齿轮10啮合传动。主动齿轮8与从动内齿圈9啮合，从动内齿圈9与胶筒11固定安装，带动胶筒11旋转；主动齿轮8与从动齿轮10啮合，从动齿轮10安装在中空丝杆轴12上，中空丝杆轴12上的丝杆部分配合有丝杆螺母13，带动挤胶模块2运动。

如图3所示，挤胶模块2左端安装有丝杆螺母13，中部是推力筒14，所述推力筒14的右侧有外凸台，与止动挡圈18端面配合；在内侧安装有推力滑轮17，所述推力滑轮17和止动挡圈18共同实现推力筒14与活塞导向套15周向浮动并轴向定位，活塞16是环形的，安装在活塞导向套15的右端面，活塞16外侧与胶筒11的内壁贴合，活塞16内侧与胶筒11的中心轴贴合。

如图4所示，涂胶模块3的弯头管19安装在胶筒11的根部，有与胶筒11出胶口配合的进胶口，在另一侧有与转接管20相配合的出胶口，转接管20通过安装半环27安装在胶筒11上。转接管20再与摆动管21旋转连接，摆动管21上开有与弧形管22相配合的豁口。弧形管22的末端为涂胶头24，涂胶头24上还有用于安装复位拉簧25的凸台结构。摩擦绳23一端固定在摆动管21上，摩擦绳23缠绕在推力筒14上，在另一端连接有张力拉簧26，张力拉簧再安装在胶筒11的安装座上。

当驱动电机带动胶筒11及其上的胶涂胶组件旋转时，挤胶模块2的推力筒14不旋转，即胶筒11相对于推力筒14顺时针旋转，在摩擦绳23和复位拉簧25作用下摆动管21发生一定角度的旋转，使弧形管22摆过一定角度，涂胶头24贴紧管道内壁面并周向旋转涂胶；当涂胶结束时，驱动电机反向旋转一定角度，使胶筒11也反向旋转一定角度，摩擦绳23与摆动管21连接的一侧放松，涂胶头24在复位拉簧25作用下被拉回收起。

如图5所示，在支撑与行走模块4的中心支架33上有至少三组伸出的铰链支架，每组铰链支架包含左右两块翼板，中间装有扭簧30,所述扭簧30与摆动支架29通过摆轴31安装在中心支架33上，摆轴在轴向通过左右一对挡圈32定位。摆动支架29内侧有凹槽，用于和扭簧30的支角配合，在末端安装有行走滑轮28。

以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：包括电机驱动模块(1)、挤胶模块(2)、涂胶模块(3)以及支撑与行走模块(4)；所述电机驱动模块(1)由一组圆周方向布置的驱动电机组成；所述支撑与行走模块(4)在管道机器人前后端各有一组，通过末端的行走滑轮(5)与管道(6)的内壁在复位扭簧(7)的作用下实现与管道内壁贴紧，进而支撑起整个管道机器人。

2.如权利要求1所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述电机驱动模块(1)中的任一驱动电机输出轴上都有主动齿轮(8)，分别与从动内齿圈(9)，从动齿轮(10)啮合，所述从动内齿圈(9)与胶筒(11)通过一组螺栓螺母固定；所述从动齿轮(10)与中空丝杆轴(12)共轴固定。

3.如权利要求1所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述挤胶模块(2)由丝杆螺母(13)、推力筒(14)、活塞导向套(15)、活塞(16)、推力滑轮(17)和挡圈(18)组成，丝杆螺母(13)与中空丝杆轴(12)的丝杆部分配合；所述推力筒(14)一端与丝杆螺母(13)固定，另一端的内侧在圆周上安装有一组推力滑轮(17)，所述推力滑轮(17)与活塞导向套(15)配合；所述活塞(16)与活塞导向套(15)共轴连接；所述活塞导向套(15)内壁开有挡圈槽，用于安装止动挡圈(18)。

4.如权利要求1至3任一项所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述涂胶模块(3)由弯头管(19)、转接管(20)、摆动管(21)、弧形管(22)、摩擦绳(23)、涂胶头(24)、复位拉簧(25)、张力拉簧(26)与安装半环(27)组成，所述弯头管(19)一边与胶筒(11)根部的豁口配合，另一边与转接管(20)配合；所述转接管(20)两侧有弧形安装支架，并通过与安装半环(27)连接，使其紧固在胶筒(11)上；所述摆动管(21)一端与转接管(20)活动连接，另一端与胶筒(11)的支座活动连接，在其上适当位置处开有条形孔，与弧形管(22)连接配合；所述弧形管(22)的末端与涂胶头(24)配合连接；所述涂胶头(24)侧面设有拉簧挂耳，用于安装复位拉簧(25)；所述复位拉簧(25)另一端安装在胶筒(11)上；所述摩擦绳(23)一端连接在摆管(21)背侧的支架上，摩擦绳(23)缠绕在推力筒(14)上，在另一端与张力拉簧(26)连接，张力拉簧(26)再固定在胶筒(11)上。

5.如权利要求1所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述支撑与行走模块(4)由至少三组行走滑轮(28)、摆动支架(29)、扭簧(30)、摆轴(31)、挡圈(32)和一组中心支架(33)组成，所述行走滑轮(28)固定在摆动支架(29)上，在扭簧(30)作用下保持张紧状态与管壁贴合；在所述摆动支架(29)和中心支架(33)上还有相互配合的摆动限位块，可限制摆动支架(29)的摆动幅度；中心支架(33)与丝杆螺母(13)的法兰端面固定。

6.如权利要求1-3任一项所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述电机驱动模块(1)中的任一电机都固定在驱动中心支架(34)上；所述驱动中心支架(34)上开有中心通孔，在中心通孔的一端嵌入轴向力轴承(35)，另一端嵌入径向力轴承(36)，并与所述中空丝杆轴(12)配合。

7.如权利要求6所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述中空丝杆轴(12)光杆部分端面旋有端面螺母(37)和螺母(38)，端面螺母(37)和螺母(38)对顶旋紧，端面螺母(37)的另一端面与轴向力轴承(35)的端面配合；中空丝杆轴(12)上还有胶筒轴承(40)与胶筒(11)配合，使胶筒轴向定位并能旋转。

8.如权利要求2所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述中空丝杆轴(12)内部中空的空间布置有走线管(39)，走线管(39)在一端面旋在线管安装座(41)上；所述线管安装座(41)固定在驱动中心支架(34)上。

9.如权利要求3所述的核辐射环境下管道涂胶修复机器人，其特征是：所述丝杆螺母(13)上开有环槽，用于固定有卡座(42)，所述卡座(42)上安装有进线头(43)，所述进线头(43)圆周上至少安装有一组压线板(44)；进线头(43)端面开有通孔，通孔与丝杆螺母(13)同轴。

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