CN113385996A - 管道内壁打磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道内壁打磨装置，其包括：支撑旋转部件，包括两组支撑组件和位于两组支撑组件之间的旋转组件，两组支撑组件支撑定位于管道内壁，旋转组件由旋转电机驱动相对于支撑组件做周向旋转；左右移动部件，固定在旋转组件上随其做周向旋转；径向移动打磨部件，可滑动地安装在旋转组件上随其做周向旋转，还与左右移动部件连接由其带动在管道轴向上移动；径向移动打磨部件包括打磨片和前后伸缩气缸，前后伸缩气缸实现打磨片的径向移动并控制打磨片与管道内壁的接触压力。本发明采用径向移动打磨部件、左右移动部件和支撑旋转部件分别完成打磨片在径向、轴向和周向的移动定位，使打磨片按所需要的轨迹精确移动和定位，完成打磨及抛光作业。

Description

管道内壁打磨装置
技术领域
本发明属于管道打磨机器人领域，更具体地说，本发明涉及一种管道内壁打磨装置。
背景技术
管道在工业工程和日常生活中有着广泛的应用，如在核电站中管道用于输送液体。为了延长金属管道的使用寿命以及避免造成机械运行故障，需要对管道内壁尤其是焊缝、铁锈等位置进行打磨抛光。然而，由于特殊的作业空间限制，管道内壁打磨抛光工作难以依靠人工完成，需要开发相应的打磨装置。
目前，针对管道内壁打磨己经形成了很多技术方案，但是现有的管道内壁打磨装置往往结构复杂，而且均无法实现对焊缝、铁锈位置的精确定位。
有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的管道内壁打磨装置。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够对打磨位置进行精确定位的管道内壁打磨装置，以实现对管道内壁焊缝及铁锈的精确打磨抛光。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种管道内壁打磨装置，其包括：
支撑旋转部件，包括第一第二两组支撑组件和位于两组支撑组件之间的旋转组件，两组支撑组件支撑定位于管道内壁，旋转组件由旋转电机驱动相对于支撑组件做周向旋转；
左右移动部件，固定在旋转组件上，随旋转组件做周向旋转；
径向移动打磨部件，可滑动地安装在旋转组件上随旋转组件做周向旋转，还与左右移动部件连接从而由左右移动部件带动在管道轴向上做左右移动；所述径向移动打磨部件包括打磨片和前后伸缩气缸，前后伸缩气缸实现打磨片的径向移动并控制打磨片与管道内壁的接触压力。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述径向移动打磨部件还包括滑板、直线轴承和气动马达组件；打磨片通过直线轴承和导向杆可滑动地安装在滑板上，气动马达组件的前端与打磨片连接，前后伸缩气缸固定在滑板上且前端与打磨片连接；通过控制前后伸缩气缸的伸缩及压力，实现打磨片在滑板上的径向移动并控制打磨片与管道内壁的接触压力，通过控制气动马达组件的气动马达的转速及压力，控制打磨片的转速和旋转切削力，实现对管道内壁进行可调节的粗细打磨。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述径向移动打磨部件还包括视觉照明组件，视觉照明组件通过固定件安装在滑板上且角度可调。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述径向移动打磨部件还包括固定在滑板上的左右移动部件连接件；所述左右移动部件包括安装基板、同步带轮传动机构和左右移动电机；同步带轮传动机构和左右移动电机均安装在安装基板上，左右移动电机与同步带轮传动机构的同步轮连接，径向移动打磨部件的左右移动部件连接件与同步带轮传动机构的同步带连接，通过对左右移动电机的正反转控制，实现利用同步带轮传动机构带动径向移动打磨部件进行左右移动。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述支撑旋转部件的每组支撑组件包括至少三组自同一中心沿径向伸出的支撑气缸，所述支撑气缸的气缸行程可调，相邻支撑气缸之间的夹角相同。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述每组支撑组件还包括端盖和对接座，端盖为圆形，对接座固定于端盖的第一侧面且与端盖中心对齐，至少三组支撑气缸均匀安装在对接座的周壁并沿端盖的径向向外伸出，每组支撑气缸的自由端均设有支撑结构；所述支撑气缸上设计有显示气缸行程的刻度尺，当支撑旋转部件的所有支撑气缸的支撑结构均支撑于管道内壁且气缸行程相同时，整个管道内壁打磨装置在管道中定位，且管道内壁打磨装置的定位中心与管道的中轴线重合。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述每组支撑组件还包括多个用于对整个管道内壁打磨装置在管道内的行走进行导向的导向轮，导向轮通过固定件均匀安装在端盖第一侧面的边缘处，且导向轮凸出于端盖的外周壁。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述旋转组件包括旋转部分和用于驱动旋转部分旋转的旋转驱动部分，旋转部分包括多根连接杆和分别固定在连接杆两端的第一内侧旋转板和第二内侧旋转板，第一内侧旋转板、第二内侧旋转板分别与第一第二两组支撑组件可旋转连接；径向移动打磨部件通过两个带座直线轴承可滑动地安装在其中两根连接杆上，左右移动部件设置的两个直角块分别固定在第一内侧旋转板和第二内侧旋转板上，使得径向移动打磨部件和左右移动部件均随旋转部分进行周向旋转。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述旋转驱动部分包括旋转电机、小齿轮和大内齿轮；旋转电机固定在第一内侧旋转板上且旋转轴穿过第一内侧旋转板，大内齿轮固定在第一支撑组件的侧面，小齿轮固定在旋转电机的旋转轴上且与大内齿轮卡合；当两组支撑组件定位后，通过控制旋转电机的转动方向及速度，实现小齿轮绕着大内齿轮旋转，驱动旋转部分相对于支撑组件进行周向旋转。
作为本发明管道内壁打磨装置的一种优选实施方式，所述管道内壁打磨装置搭载的所有电子元器件都设计有密封防水结构。
与现有技术相比，本发明管道内壁打磨装置采用径向移动打磨部件、左右移动部件和支撑旋转部件分别完成打磨片在径向、轴向和周向的移动定位，使打磨片按所需要的轨迹精确移动和定位，完成打磨及抛光作业。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明管道内壁打磨装置及其有益效果进行详细说明。
图1为本发明管道内壁打磨装置的结构示意图。
图2为本发明管道内壁打磨装置的径向移动打磨部件的结构示意图。
图3为本发明管道内壁打磨装置的左右移动部件的结构示意图。
图4为本发明管道内壁打磨装置的支撑旋转部件的结构示意图。
图5为本发明管道内壁打磨装置的支撑旋转部件的剖视图。
图6为图5中旋转驱动部分的结构示意图。
图7为本发明管道内壁打磨装置的管道内工作状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1，本发明管道内壁打磨装置包括径向移动打磨部件10、左右移动部件20和支撑旋转部件30。
请参阅图2，径向移动打磨部件10包括滑板11、打磨片12、直线轴承120、导向杆122、气动马达组件13、前后伸缩气缸14、视觉照明组件15、带座直线轴承16和左右移动部件连接件17。打磨片12通过直线轴承120和导向杆122可滑动地安装在滑板11上，气动马达组件13的前端与打磨片12连接，前后伸缩气缸14固定在滑板11上且前端与打磨片12连接。通过控制前后伸缩气缸14的伸缩及压力，能够实现打磨片12在滑板11上的前后移动并控制打磨片12与管道60内壁的接触压力，通过控制气动马达组件13的转速及压力，控制打磨片12的转速和旋转切削力，实现对管道60内壁进行可调节的粗细打磨。视觉照明组件15通过固定件安装在滑板11上，作业前可以通过手动调节固定件的角度位置，将视觉照明组件15调节到所需要的角度，以实时完成对管道60焊缝的精确定位和作业观察。带座直线轴承16至少有两个，分别固定在滑板11的上下两端，用于实现径向移动打磨部件10在支撑旋转部件30上的滑动安装。左右移动部件连接件17固定在滑板11上，用于与左右移动部件20连接，实现径向移动打磨部件10的左右移动。
请参阅图3，左右移动部件20包括安装基板21、同步带轮传动机构22、左右移动电机23和直角块24。左右移动电机23为密封电机，同步带轮传动机构22和左右移动电机23均安装在安装基板21上，左右移动电机23与同步带轮传动机构22的同步轮连接，径向移动打磨部件10的左右移动部件连接件17与同步带轮传动机构22的同步带连接，通过对左右移动电机23的正反转控制，即可利用同步带轮传动机构22带动径向移动打磨部件10进行左右移动，从而使打磨片12在轴向上对准管道60内壁的打磨位置，实现对管道60内壁焊缝及铁锈的精确定位，以进行打磨抛光作业。直角块24固定在安装基板21的左右两端，用于与支撑旋转部件30连接，实现左右移动部件20在支撑旋转部件30上的安装。
请参阅图4至图6，支撑旋转部件30包括第一第二两组支撑组件40和位于两组支撑组件40之间的旋转组件50。
每组支撑组件40均包括端盖41、对接座42、三组支撑气缸43、六组导向轮44和保护罩45。端盖41为圆形且开有中心孔，对接座42固定于端盖41的第一侧面且与端盖41中心对齐，三组支撑气缸43均匀安装在对接座42的周壁并沿端盖41的径向向外伸出。每组支撑气缸43的自由端均设有支撑结构430，支撑气缸43上还设计有显示气缸行程的刻度尺，当三组支撑气缸43的支撑结构430均支撑于管道60的内壁且三组支撑气缸43的气缸行程相同时，端盖41的中心即与管道60的中轴线重合，如图7所示。六组导向轮44通过固定件均匀安装在端盖41第一侧面的边缘处，且导向轮44凸出于端盖41的外周壁，导向轮44用于对整个管道内壁打磨装置在管道60内的行走进行导向。保护罩45与对接座42的端部连接并与端盖41扣合围成保护腔，将对接座42和支撑气缸43收容于保护罩45和端盖41围成的保护腔中，导向轮44位于保护腔外。
旋转组件50包括旋转部分和用于驱动旋转部分旋转的旋转驱动部分。旋转部分包括多根连接杆51、第一内侧旋转板52和第二内侧旋转板53，旋转驱动部分包括旋转电机54、小齿轮55和大内齿轮56。连接杆51的数量为多根，图示实施方式中为四根，第一内侧旋转板52、第二内侧旋转板53分别固定在连接杆51的两端。第一内侧旋转板52的中心穿过第一支撑组件40的端盖41中心孔与其对接座42可旋转连接，第二内侧旋转板53的中心穿过第二支撑组件40的端盖41中心孔与其对接座42可旋转连接。旋转电机54为密封电机，其固定在第一内侧旋转板52上且旋转轴穿过第一内侧旋转板52。大内齿轮56固定在第一支撑组件40的端盖41的第二侧面，小齿轮55固定在旋转电机54的旋转轴上且与大内齿轮56卡合。径向移动打磨部件10的两个带座直线轴承16可滑动地安装在其中两根连接杆51上，左右移动部件20的两个直角块24分别固定在第一内侧旋转板52和第二内侧旋转板53上，径向移动打磨部件10和左右移动部件20均随旋转部分进行周向旋转。
当两组支撑组件40定位后，旋转驱动部分能够驱动旋转部分相对于支撑组件40进行周向旋转。具体来说，当第一第二两组支撑组件40的六组支撑气缸43均支撑于管道60内壁且气缸行程相同时，整个支撑旋转部件30在管道60中定位，且支撑旋转部件30的定位中心与管道60的中轴线重合。此时，大内齿轮56是固定不动的，通过控制旋转电机54的转动方向及速度，可以很方便地驱动小齿轮55绕着大内齿轮56旋转，从而驱动旋转部分相对于管道60进行周向旋转，使搭载在旋转组件50的径向移动打磨部件10的打磨片12在周向上对准管道60内壁的打磨位置，实现对管道60内壁进行精准的打磨作业。
使用本发明管道内壁打磨装置时，首先通过外部驱动机构将整个管道内壁打磨装置移动至管道60的打磨位置，之后通过对左右移动电机23、前后伸缩气缸14及旋转电机54的正反转和速度控制，使打磨片12精确对准打磨位置，从而实现在管道60的一定距离范围内的任意点进行打磨作业。由于本发明搭载了视觉照明组件15，通过对视觉照明组件15的控制及观察，可以实时判断焊缝、铁锈的精确位置，并加以跟踪，从而使打磨片12对管道60内壁的打磨位置进行定位与跟踪，并进行精准打磨作业。
本发明管道内壁打磨装置搭载的包括电机在内的所有电子元器件都设计有密封防水结构，密封性能达到IP67，因此本发明管道内壁打磨装置可以直接用于水下环境。
通过以上描述可知，本发明采用径向移动打磨部件10、左右移动部件20和支撑旋转部件30分别完成打磨片12在径向、轴向和周向的移动定位，使打磨片12按所需要的轨迹精确移动和定位，完成打磨及抛光作业。
与现有技术相比，本发明管道内壁打磨装置至少具有以下优点：
1)径向移动打磨部件10利用前后伸缩气缸14实现前后伸缩功能，此结构简单，操作简便，且通过前后伸缩气缸14压紧打磨，使打磨片12对管道60具备良好的自适应特性；利用气动马达进行打磨，具有转速高、打磨切削力大等特点；
2)左右移动部件20通过控制左右移动电机23，利用同步带轮传动机构22传动，带动与其连接的径向移动打磨部件10进行左右移动，从而实现对管道内壁打磨位置在左右方向上的精确定位；
3)支撑旋转部件30采用多个均匀分布于圆周的支撑气缸实现在管道内壁的定位支撑，并且可对气缸的行程进行调节，从而使整个管道内壁打磨装置的定位中心与管道的中轴线重合，且可对管道内壁进行自适应支撑定位，适用于不同直径的圆管；
4)支撑旋转部件30设有旋转驱动部分，通过控制旋转电机54的转动方向及速度，可以很方便地通过齿轮传动驱动旋转部分相对于管道60进行周向旋转，从而实现对管道内壁打磨位置在周向方向上的精确定位；
5)支撑旋转部件30的导向轮44可根据需求对整个管道内壁打磨装置在管道60内的轴向移动进行导向，克服了长管道内无法进入打磨及抛光的问题，大大提高了作业距离和效率；
6)搭载了视觉照明组件，其整体安装在滑板11上，作业前可手动进行角度位置调节，以实现实时对打磨位置的精确定位和跟踪；
7)本发明的所有电机及电子元器都设计有密封防水结构，可整体用于有水及水下进行工作；
8)本发明各部件位置可手动、电动进行调节，适用性强；
9)本发明结构紧凑，控制简便，操作简单。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种管道内壁打磨装置，其特征在于，包括：
支撑旋转部件，包括第一第二两组支撑组件和位于两组支撑组件之间的旋转组件，两组支撑组件支撑定位于管道内壁，旋转组件由旋转电机驱动相对于支撑组件做周向旋转；
左右移动部件，固定在旋转组件上，随旋转组件做周向旋转；
径向移动打磨部件，可滑动地安装在旋转组件上随旋转组件做周向旋转，还与左右移动部件连接从而由左右移动部件带动在管道轴向上做左右移动；所述径向移动打磨部件包括打磨片和前后伸缩气缸，前后伸缩气缸实现打磨片的径向移动并控制打磨片与管道内壁的接触压力。
2.根据权利要求1所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述径向移动打磨部件还包括滑板、直线轴承和气动马达组件；打磨片通过直线轴承和导向杆可滑动地安装在滑板上，气动马达组件的前端与打磨片连接，前后伸缩气缸固定在滑板上且前端与打磨片连接；通过控制前后伸缩气缸的伸缩及压力，实现打磨片在滑板上的径向移动并控制打磨片与管道内壁的接触压力，通过控制气动马达组件的气动马达的转速及压力，控制打磨片的转速和旋转切削力，实现对管道内壁进行可调节的粗细打磨。
3.根据权利要求2所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述径向移动打磨部件还包括视觉照明组件，视觉照明组件通过固定件安装在滑板上且角度可调。
4.根据权利要求2所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述径向移动打磨部件还包括固定在滑板上的左右移动部件连接件；所述左右移动部件包括安装基板、同步带轮传动机构和左右移动电机；同步带轮传动机构和左右移动电机均安装在安装基板上，左右移动电机与同步带轮传动机构的同步轮连接，径向移动打磨部件的左右移动部件连接件与同步带轮传动机构的同步带连接，通过对左右移动电机的正反转控制，实现利用同步带轮传动机构带动径向移动打磨部件进行左右移动。
5.根据权利要求1所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述支撑旋转部件的每组支撑组件包括至少三组自同一中心沿径向伸出的支撑气缸，所述支撑气缸的气缸行程可调，相邻支撑气缸之间的夹角相同。
6.根据权利要求5所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述每组支撑组件还包括端盖和对接座，端盖为圆形，对接座固定于端盖的第一侧面且与端盖中心对齐，至少三组支撑气缸均匀安装在对接座的周壁并沿端盖的径向向外伸出，每组支撑气缸的自由端均设有支撑结构；所述支撑气缸上设计有显示气缸行程的刻度尺，当支撑旋转部件的所有支撑气缸的支撑结构均支撑于管道内壁且气缸行程相同时，整个管道内壁打磨装置在管道中定位，且管道内壁打磨装置的定位中心与管道的中轴线重合。
7.根据权利要求6所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述每组支撑组件还包括多个用于对整个管道内壁打磨装置在管道内的行走进行导向的导向轮，导向轮通过固定件均匀安装在端盖第一侧面的边缘处，且导向轮凸出于端盖的外周壁。
8.根据权利要求1所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述旋转组件包括旋转部分和用于驱动旋转部分旋转的旋转驱动部分，旋转部分包括多根连接杆和分别固定在连接杆两端的第一内侧旋转板和第二内侧旋转板，第一内侧旋转板、第二内侧旋转板分别与第一第二两组支撑组件可旋转连接；径向移动打磨部件通过两个带座直线轴承可滑动地安装在其中两根连接杆上，左右移动部件设置的两个直角块分别固定在第一内侧旋转板和第二内侧旋转板上，使得径向移动打磨部件和左右移动部件均随旋转部分进行周向旋转。
9.根据权利要求8所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述旋转驱动部分包括旋转电机、小齿轮和大内齿轮；旋转电机固定在第一内侧旋转板上且旋转轴穿过第一内侧旋转板，大内齿轮固定在第一支撑组件的侧面，小齿轮固定在旋转电机的旋转轴上且与大内齿轮卡合；当两组支撑组件定位后，通过控制旋转电机的转动方向及速度，实现小齿轮绕着大内齿轮旋转，驱动旋转部分相对于支撑组件进行周向旋转。
10.根据权利要求1所述的管道内壁打磨装置，其特征在于：所述管道内壁打磨装置搭载的所有电子元器件都设计有密封防水结构。
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