CN113714222A - 一种可控变向自适应管道清理小车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控变向自适应管道清理小车包括前车组件、后车组件、变向组件以及清洁组件；前车组件包括前车架和前运动组件，前运动组件与前车架结合安装；后车组件包括后车架和后运动组件，后运动组件与后车架结合安装；前车架和后车架均为中空圆柱体形状，且前车架及后车架分别具有开口端和封闭端；变向组件与前车架的封闭端及后车架的封闭端连接；清洁组件与前车架的开口端结合安装。所述可控变向自适应管道清理小车适应性强，能够适用于不同尺寸规格的管道，运动灵活性好，且清理能力好。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人相关技术领域，更准确的说涉及一种可控变向自适应管道清理小车。
背景技术
在生产生活中，管道是不可缺少的输送设施，由于使用时间过长会导致堵塞，因此需要经常进行必要的清理，例如燃煤电厂输灰管道、煤气管道、天然气管道、输水管道、油烟管道、空调管道等。由于管道多为垂直布置且管径小、长度大，人工清理难度较大，成本高。管道机器人可以代替人工完成狭小管道内的作业，在实际应用中有着重要的价值。本领域已存在一些管道除垢用的机器人，但是普遍在适应能力、变向能力、清洁能力等方面存在不足，存在很大的提升空间。
例如专利号(200920143614.X)的管道除垢机器人，其管道清理小车右两个车架通过球绞连接，每个车架包括两组车轮。一个车架需要设置两组会导致每个车架长度过长，极易出现管道转弯处方向改变的困难，同时两车架之前的连接采用的是球绞连接属于从动连接，当遇到岔路口时小车的变向极易出现错误的选择，无法根据自己需求做出调整。
再例如专利号(201821648902.6)的一种直径可调的天然气管道消洁装置，其机箱内通过螺栓固定有水箱，小车底座的前端通过螺栓固定有弧形喷管，且弧形喷管远离小车底座的一侧焊接有等距离分布的喷头，通过喷水进行管道清洁。这样的设计虽然很好的解决了管道清理过程中对水使用的需求但同样因为有水箱的存在导致管道清理小车整体体积过于庞大，导致小车在管道内的行走出现很大的不便性，同时对于直上直下的管道也无法做到有效的清理更无法在管道内实现有效的变向任务。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可控变向自适应管道清理小车，包括前车组件、后车组件、可控变向的变向组件以及具有配合旋转摩擦功能的清洁组件，前车组件通过变向组件与后车组件连接，清洁组件与前车组件固定连接，前车组件和后车组件分别包括可调节直径的运动组件，适应不同规格尺寸的管道。
为了达到上述目的，本发明提供一种可控变向自适应管道清理小车，包括前车组件、后车组件、变向组件以及清洁组件，所述前车组件包括前车架和前运动组件；所述后车组件包括后车架和后运动组件；所述前车架和所述后车架均为中空圆柱体形状，所述前车架和所述后车架侧部均至少有三个呈圆周阵列的矩形方槽，且前车架和所述后车架分别具有开口端和封闭端；所述前运动组件包括至少三个可调节转动且与所述前车架上矩形方槽结合设置的前轮组件，所述后运动组件包括至少三个可调节转动且与所述后车架上矩形方槽结合设置的后轮组件；所述变向组件与所述前车架的封闭端及所述后车架的封闭端连接；所述清洁组件与所述前车架的开口端结合安装。
优选地，所述前车运动组件包括嵌套在所述前车架内部的前滑动架，所述前滑动架连接至少三个所述前轮组件，且所述前轮组件分别穿出矩形方槽并与所述前车架可转动的连接；所述前滑动架中部穿设与所述前车架封闭端连接的前螺纹轴，且所述前螺纹轴穿过所述前滑动架的部分螺纹连接前蝶形螺母，所述前滑动架的内端面环绕所述前螺纹轴设置前弹簧，所述前弹簧的一端与所述前滑动架连接，另一端连接前弹簧托盘，所述前弹簧托盘与所述前螺纹轴螺纹连接。
优选地，所述前弹簧托盘的外圈处设置有一圆形缺口，在所述圆形缺口处设置有一前导向杆，所述前导向杆与所述前车架固定连接。
优选地，所述后车运动组件包括嵌套在所述后车架内部的后滑动架，所述后滑动架连接至少三个所述后轮组件，且所述后轮组件分别穿出矩形方槽并与所述后车架可转动的连接；所述后滑动架中部穿设与所述后车架封闭端连接的后螺纹轴，且所述后螺纹轴穿过所述后滑动架的部分螺纹连接后蝶形螺母，所述后滑动架的内端面环绕所述后螺纹轴设置后弹簧，所述后弹簧的一端与所述后滑动架连接，另一端连接后弹簧托盘，所述后弹簧托盘与所述后螺纹轴螺纹连接。
优选地，所述后弹簧托盘的外圈处设置有一圆形缺口，在所述圆形缺口处设置有一后导向杆，所述后导向杆与所述后车架固定连接。
优选地，所述后轮组件包括第一连杆，所述第一连杆一端与所述后滑动架铰接；所述第一连杆中部连接第二连杆，且所述第二连杆与所述后车架铰接；所述第一连端部通过轮轴连接滚轮；所述第一连杆内部固定设置直流减速电机，环绕所述轮轴设置与所述直流减速电机输出端啮合的锥齿轮，所述直流减速电机通过所述锥齿轮驱动所述滚轮转动。
优选地，所述变向组件包括安装在所述前车架封闭端外端面的前万向节支架，安装在所述后车架封闭端外端面的后万向节支架，且所述前万向节支架和所述后万向节支架错位90°；所述前万向节支架和所述后万向节支架的中间位置同轴配合设置十字万向节；所述十字万向节外圈设置与所述后车架结合安装的两个丝杆电机，两个所述丝杆电机位置夹角为90°，两个所述丝杆电机的轴线分别与所述十字万向节的两条轴线相交；所述前车架封闭端外端面分别对应两个所述丝杆电机分别固定两组C轴回转架立耳，所述C轴回转架立耳中间位置通过转轴连接固定有C轴回转架，所述C轴回转架的通孔处设置A轴转轴，A轴转轴的中间位置具有一螺纹通孔，对应位置的所述丝杆电机的丝杆与所述螺纹通孔对应连接。
优选地，所述清洁组件包括与前车架开口端连接的前车架端盖，与前车架端盖连接的齿轮支撑轴；所述齿轮支撑轴侧部固定连接清理电机，所述清理电机的输出轴上连接第一直齿轮，所述齿轮支撑轴同轴可转动的连接第二直齿轮，所述第二直齿轮与所述第一直齿轮啮合；环绕所述齿轮支撑轴设置旋转架，所述第二直齿轮与所述旋转架通过花键配合传动；所述旋转架外侧设置若干立耳，所述立耳依次铆接至少两个连杆，最外端的所述连杆外端连接摩擦片。
优选地，环绕齿轮支撑轴设置第三直齿轮，所述第三直齿轮远离所述车架端盖一端设置与齿轮支撑轴固定连接的齿轮架，所述齿轮架上安装齿轮轴，所述齿轮轴与所述第三直齿轮啮合，且所述齿轮轴的直径小于所述第三直齿轮的直径；所述齿轮架的上端面设置有与所述齿轮轴键连接传动的第五直齿轮；所述齿轮支撑轴上还设置有与所述第五直齿轮啮合的第六直齿轮；所述第六直齿轮远离所述前车架端盖一端环绕所述齿轮支撑轴设置喷水头，所述喷水头与所述第六直齿轮之间通过花键配合传动，所述喷水头侧部具有若干细小通孔。
优选地，所述齿轮支撑轴为中空的阶梯轴，且一端设置有螺纹，设置有螺纹的一端为开口端，所述支撑轴的开口端与所述前车架端盖连接，另一端为封闭端，所述支撑轴的封闭端的侧面具有开口，所述喷水头安装在封闭端上。
与现有技术相比，本发明公开的一种可控变向自适应管道清理小车的优点在于：变向可控，小车不会出现走错管道的问题；小车直径可调，可以适应不同规格尺寸的管道，且小车具有一定自适应调节直径能力，不易被阻挡；前车组件和后车组件分别包括一组车轮，管道清理小车结构更为紧凑，转弯半径更小，移动更加灵活；清洁组件根据不同清洁需求为不同清洁结构提供不同的转速，通过高压水的喷射清理配合摩擦片组的摩擦清理双重配合保证管道清洗效率的最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明一种可控变向自适应管道清理小车的结构示意图。
图2所示为本发明一种可控变向自适应管道清理小车的局部剖视示意图。
图3所示为本发明一种可控变向自适应管道清理小车弯折变向时的示意图。
图4所示为图1中A部分的放大示意图。
图5所示为图3中B部分的放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明一种可控变向自适应管道清理小车包括前车组件100、后车组件200、变向组件300以及清洁组件102。前车组件100包括前车架17和前运动组件101，前运动组件101与前车架17结合安装；后车组件200包括后车架13和后运动组件201，后运动组件201与后车架13结合安装。前车架17和后车架13均为中空圆柱体形状，且前车架17及后车架13分别具有开口端和封闭端。变向组件300与前车架17的封闭端及后车架13的封闭端连接。清洁组件102与前车架17的开口端结合安装。根据需要，可以在前车架17侧部安装摄像头49，并通过后车架13的开口端连接卷料架1。
变向组件300包括安装在前车架17封闭端外端面中部的前万向节支架47，安装在后车架13封闭端外端面中部的后万向节支架48，且前万向节支架47和后万向节支架48错位90°安装。前万向节支架47和后万向节支架48的中间位置同轴配合设置一个十字万向节48。十字万向节48外圈设置第一丝杆电机14和第二丝杆电机35，第一丝杆电机14和第二丝杆电机35均与后车架13结合安装，第一丝杆电机14和第二丝杆电机35的位置夹角为90°，第一丝杆电机14和第二丝杆电机35的轴线分别与十字万向节48的两条轴线相交。前车架17封闭端外端面分别对应第一丝杆电机14和第二丝杆电机35固定两组C轴回转架立耳16，C轴回转架立耳16中间位置通过转轴连接固定有C轴回转架41，C轴回转架41的通孔处设置A轴转轴15，在A轴转轴15的中间位置具有一螺纹通孔，对应丝杆电机的丝杆与螺纹通孔对应连接。通过第一丝杆电机14和第二丝杆电机35的转动，带动车架实现整体角度的变化，实现小车的可控变向功能，小车可自主选择运行方向。
前车架17和后车架13侧部至少有三个呈圆周阵列的矩形方槽。前车运动组件101及后车运动组件201均与矩形方槽结合设置。
前车运动组件101包括嵌套在前车架17内部的前滑动架18，前滑动架18侧部连接至少三个前轮组件111，前轮组件111分别穿出矩形方槽并与前车架17可转动的连接。前滑动架18中部穿设与前车架17封闭端连接的前螺纹轴45，且前螺纹轴45穿过前滑动架18的部分螺纹连接前蝶形螺母44，前滑动架18的内端面环绕前螺纹轴45设置前弹簧43，前弹簧43的一端与前滑动架18连接，另一端与连接前弹簧托盘42，前弹簧托盘42与前螺纹轴45螺纹配合连接。通过旋转前蝶形螺母44，可以带动前滑动架18在前车架17中滑动，进而带动前轮组件111相对于前车架17转动，转动过程中改变前轮组件111相对凸出前车架17的高度，即改变了小车的直径。并且，由于前弹簧43提供弹力，可与保证每个前轮组件111与管道内壁紧密贴合并提供足够的摩擦力保证小车的稳定前进。
进一步的，前弹簧托盘42的外圈设置一半圆形缺口。前弹簧托盘42的外圈处设置有一圆形缺口，在缺口处设置有一前导向杆34，前导向杆34与前车架17固定连接，用于防止前弹簧托盘42跟随前螺纹轴45的转动而转动却未发生前弹簧托盘42的前后移动的情况。
后车运动组件201包括嵌套在后车架13内部的后滑动架12，后滑动架12侧部连接至少三个后轮组件211，后轮组件211分别穿出矩形方槽并与后车架13可转动的连接。后滑动架12中部穿设与后车架13封闭端连接的后螺纹轴37，且后螺纹轴37穿过后滑动架12的部分螺纹连接后蝶形螺母38，后滑动架12的内端面环绕后螺纹轴37设置后弹簧39，后弹簧39的一端与后滑动架12连接，另一端与连接后弹簧托盘40，后弹簧托盘40与后螺纹轴37螺纹配合连接。通过旋转后蝶形螺母38，可以带动后滑动架12在后车架13中滑动，进而带动后轮组件211相对于后车架13转动，转动过程中改变后轮组件211相对凸出后车架13的高度，即改变了小车的直径。并且，由于后弹簧39提供弹力，可与保证每个后轮组件211与管道内壁紧密贴合并提供足够的摩擦力保证小车的稳定前进。
进一步的，后弹簧托盘40的外圈设置一半圆形缺口。后弹簧托盘40的外圈处设置有一圆形缺口，在缺口处设置有一后导向杆36，后导向杆36与后车架13固定连接，用于防止后弹簧托盘40跟随后螺纹轴37的转动而转动却未发生后弹簧托盘40的前后移动的情况。
前轮组件111与后轮组件211结相同，以后轮组件21为例进行说明，如图4所示。后轮组件21包括第一连杆9，第一连杆9一端通过铆钉11与后滑动架12铰接；第一连杆9中部通过螺栓4连接第二连杆3，且第二连杆4通过铆钉2与后车架13铰接；第一连杆9端部通过轮轴5连接滚轮6；第一连杆9内部固定设置直流减速电机8，环绕轮轴设置与直流减速电机8输出端啮合的锥齿轮7，直流减速电机8通过锥齿轮7驱动滚轮6转动。
参见图2和图5，清洁组件102包括与前车架17开口端螺纹连接的前车架端盖50，与前车架端盖50紧固连接的齿轮支撑轴24；齿轮支撑轴24为阶梯轴，齿轮支撑轴24的中部为中空状态，且一端设置有螺纹，设置有螺纹的一端为开口端，开口端与前车架端盖50连接，另一端为封闭端，在封闭一端的侧面设置有开口。齿轮支撑轴24侧部固定连接清理电机51，清理电机51输出轴上连接第一直齿轮52；齿轮支撑轴24同轴可转动的连接第二直齿轮33，第二直齿轮33与第一直齿轮52啮合；第二直齿轮33远离前车架端盖50一端环绕齿轮支撑轴24设置旋转架32，第二直齿轮33与旋转架32之间通过花键配合传动；旋转架32外侧设置有若干立耳，立耳通过铆钉19铰接第三连杆29，第三连杆29端部通过铆钉23铰接第四连杆30，第四连杆30端部连接摩擦片，清理电机51驱动旋转架32转动时，第三连杆29、第四连杆30会在离心力的作用下张开来，使得摩擦片紧贴管壁，进行摩擦清理。
旋转架32远离前车架端盖50一端环绕齿轮支撑轴24设置第三直齿轮20，第三直齿轮20与旋转架32通过花键配合传动；第三直齿轮20远离车架端盖50一端设置与齿轮支撑轴24固定连接的齿轮架21，齿轮架21上安装齿轮轴31，齿轮轴31与第三直齿轮20啮合，且齿轮轴31的直径小于第三直齿轮20的直径；齿轮架21的上端面设置有与齿轮轴31键连接传动的第五直齿轮28；齿轮支撑轴24上还设置有与第五直齿轮28啮合的第六直齿轮22；第六直齿轮22远离前车架端盖50一端环绕齿轮支撑轴24设置喷水头26，并通过弹簧卡扣24限位，喷水头26与第六直齿轮22之间通过花键配合传动，喷水头26侧部具有若干细小通孔，保证喷射射速和流量。第三直齿轮22转动过程中，通过齿轮轴31、第五直齿轮28、第六直齿轮22依次传动至喷水头26，确保喷水头26能够以较高的速度转动。
清理电机51通过第一直齿轮52、第二直齿轮33依次传动至旋转架32为减速传动，避免采用较高的转速进行摩擦清理，保证最佳的摩擦清理效果；从第二直齿轮33、第三直齿轮22、齿轮轴31、第五直齿轮28、第六直齿轮22依次传动至喷水头26为增速传动，较高的转速可以使管道清理小车每通过的一点管道距离都可得到得到充分多次的喷射，为后续的摩擦清理提供便捷性，喷射和摩擦清理共同进行，可以提高清理效率，并提升清洁效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，包括前车组件、后车组件、变向组件以及清洁组件，所述前车组件包括前车架和前运动组件；所述后车组件包括后车架和后运动组件；所述前车架和所述后车架均为中空圆柱体形状，所述前车架和所述后车架侧部均至少有三个呈圆周阵列的矩形方槽，且前车架和所述后车架分别具有开口端和封闭端；所述前运动组件包括至少三个可调节转动且与所述前车架上矩形方槽结合设置的前轮组件，所述后运动组件包括至少三个可调节转动且与所述后车架上矩形方槽结合设置的后轮组件；所述变向组件与所述前车架的封闭端及所述后车架的封闭端连接；所述清洁组件与所述前车架的开口端结合安装。
2.如权利要求1所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述前车运动组件包括嵌套在所述前车架内部的前滑动架，所述前滑动架连接至少三个所述前轮组件，且所述前轮组件分别穿出矩形方槽并与所述前车架可转动的连接；所述前滑动架中部穿设与所述前车架封闭端连接的前螺纹轴，且所述前螺纹轴穿过所述前滑动架的部分螺纹连接前蝶形螺母，所述前滑动架的内端面环绕所述前螺纹轴设置前弹簧，所述前弹簧的一端与所述前滑动架连接，另一端连接前弹簧托盘，所述前弹簧托盘与所述前螺纹轴螺纹连接。
3.如权利要求2所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述前弹簧托盘的外圈处设置有一圆形缺口，在所述圆形缺口处设置有一前导向杆，所述前导向杆与所述前车架固定连接。
4.如权利要求1所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述后车运动组件包括嵌套在所述后车架内部的后滑动架，所述后滑动架连接至少三个所述后轮组件，且所述后轮组件分别穿出矩形方槽并与所述后车架可转动的连接；所述后滑动架中部穿设与所述后车架封闭端连接的后螺纹轴，且所述后螺纹轴穿过所述后滑动架的部分螺纹连接后蝶形螺母，所述后滑动架的内端面环绕所述后螺纹轴设置后弹簧，所述后弹簧的一端与所述后滑动架连接，另一端连接后弹簧托盘，所述后弹簧托盘与所述后螺纹轴螺纹连接。
5.如权利要求4所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述后弹簧托盘的外圈处设置有一圆形缺口，在所述圆形缺口处设置有一后导向杆，所述后导向杆与所述后车架固定连接。
6.如权利要求4所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述后轮组件包括第一连杆，所述第一连杆一端与所述后滑动架铰接；所述第一连杆中部连接第二连杆，且所述第二连杆与所述后车架铰接；所述第一连端部通过轮轴连接滚轮；所述第一连杆内部固定设置直流减速电机，环绕所述轮轴设置与所述直流减速电机输出端啮合的锥齿轮，所述直流减速电机通过所述锥齿轮驱动所述滚轮转动。
7.如权利要求1所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述变向组件包括安装在所述前车架封闭端外端面的前万向节支架，安装在所述后车架封闭端外端面的后万向节支架，且所述前万向节支架和所述后万向节支架错位90°；所述前万向节支架和所述后万向节支架的中间位置同轴配合设置十字万向节；所述十字万向节外圈设置与所述后车架结合安装的两个丝杆电机，两个所述丝杆电机位置夹角为90°，两个所述丝杆电机的轴线分别与所述十字万向节的两条轴线相交；所述前车架封闭端外端面分别对应两个所述丝杆电机分别固定两组C轴回转架立耳，所述C轴回转架立耳中间位置通过转轴连接固定有C轴回转架，所述C轴回转架的通孔处设置A轴转轴，A轴转轴的中间位置具有一螺纹通孔，对应位置的所述丝杆电机的丝杆与所述螺纹通孔对应连接。
8.如权利要求1所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述清洁组件包括与前车架开口端连接的前车架端盖，与前车架端盖连接的齿轮支撑轴；所述齿轮支撑轴侧部固定连接清理电机，所述清理电机的输出轴上连接第一直齿轮，所述齿轮支撑轴同轴可转动的连接第二直齿轮，所述第二直齿轮与所述第一直齿轮啮合；环绕所述齿轮支撑轴设置旋转架，所述第二直齿轮与所述旋转架通过花键配合传动；所述旋转架外侧设置若干立耳，所述立耳依次铆接至少两个连杆，最外端的所述连杆外端连接摩擦片。
9.如权利要求8所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，环绕齿轮支撑轴设置第三直齿轮，所述第三直齿轮远离所述车架端盖一端设置与齿轮支撑轴固定连接的齿轮架，所述齿轮架上安装齿轮轴，所述齿轮轴与所述第三直齿轮啮合，且所述齿轮轴的直径小于所述第三直齿轮的直径；所述齿轮架的上端面设置有与所述齿轮轴键连接传动的第五直齿轮；所述齿轮支撑轴上还设置有与所述第五直齿轮啮合的第六直齿轮；所述第六直齿轮远离所述前车架端盖一端环绕所述齿轮支撑轴设置喷水头，所述喷水头与所述第六直齿轮之间通过花键配合传动，所述喷水头侧部具有若干细小通孔。
10.如权利要求9所述的可控变向自适应管道清理小车，其特征在于，所述齿轮支撑轴为中空的阶梯轴，且一端设置有螺纹，设置有螺纹的一端为开口端，所述支撑轴的开口端与所述前车架端盖连接，另一端为封闭端，所述支撑轴的封闭端的侧面具有开口，所述喷水头安装在封闭端上。
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