CN113802685B - 一种水利工程用水污染治理管道清淤装置及管道清淤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水利工程用水污染治理管道清淤装置及管道清淤方法。包括机体、行走机构包括至少三个呈辐射状分布的行走单元，行走单元包括行走轮、行走电机和行走传动机构，松泥磨壁机构包括用于搅拌管道内淤积物的搅拌部分和用于对管道内壁清扫打磨的清理部分，搅拌部分包括中心管以及围绕中心管设置并通过钢管相对于中心管固定的内、外螺带，外螺带的外径大于内螺带的外径，清理部分为沿外螺带的外表面密布的带状钢刷；破碎机构包括转轴以及安装在转轴一端的破碎锤，转轴转动装配在所述中心管的内部；柴油发动机、减速器，可对管道内进行有效清淤且能排除管道内壁上的粘附物以避免二次堵塞、提高管道通流能力、降低管道堵塞概率。

Description

一种水利工程用水污染治理管道清淤装置及管道清淤方法

技术领域

本发明涉及一种水利工程用水污染治理管道清淤装置及管道清淤方法。

背景技术

水利工程是为了控制、利用和保护地表及地下的水资源与环境而修建的各项工程建设的总称。

城市雨水、给水等管道，作为城市得到主要市政设施，经过长时间的运行使用之后，管道内部容易沉积泥沙、砂石等杂物，不仅影响管道的输水流量，而且也会对增加对水质的污染程度，因此需要定期对管道内部进行清淤处理。现有技术的管道疏通，一般直接采用高压水枪对管道进行冲洗，但这种方法只适用于淤积稀松的情况，若淤积物堆积致密，则需要大量的清水持续冲刷很长时间，若淤积物因粘附性而粘接在管道内壁上，则高压冲水也很难将其冲掉，这些粘附物很容易阻挡水中的杂物，从而加速堵塞。

城市污水排水管道，其作为城市的主要基础设施，其规模随着城市人口的扩张而不断壮大，每天排入污水管道中的污水、生活垃圾（含油脂、结垢物、缠绕物等）与建筑类垃圾，还有随雨水带入的地面泥沙，经年积累使得排污管道淤泥堵塞，在暴雨天气时，因为排污管道堵塞经常导致污水倒灌，路面堆积污水，严重污染生活环境。一些老旧的下水道由于当初设计标准较低，淤积堵塞现象更加突出，严重影响了正常的排污功能。传统清淤方法很难有效清理其中的淤积物，且清理施工难度大、安全性差、成本较高，有些地方的排污管道只能重建。对于大管径的排污管道，通常采用人工进入清理的方式，该方式劳动强度大、效率低且存在有害气体而危害工人健康。对于小管径的排污管，常用高压喷水推进式清淤工具（俗称水老鼠），其只能清理管径500mm以下的排污管，而且仅对于沉积物较为稀松的管道清理有一定效果，沉积物比较致密或者沉积物粘附在管道内壁上时，其效果甚微。现有市面上也存在一些清淤机器人，这些机器人整体设备体积较大、操作复杂，多数都是用污水泵抽取排污管内的污泥、垃圾，一方面污泥和垃圾抽吸不易，抽吸不干净，另一方面容易导致污水泵堵塞，因此很不实用，还有一些通过机械结构将排污管中的垃圾铲起来装在随行的垃圾仓中，这种方式清理效率更低，甚至不如人工清理效率高，也不实用。

综上所述，亟需一种可对管道内进行有效清淤且能排除管道内壁上的粘附物以避免二次堵塞、提高管道通流能力、降低管道堵塞概率的新技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可对管道内进行有效清淤且能排除管道内壁上的粘附物以避免二次堵塞、提高管道通流能力、降低管道堵塞概率的水利工程用水污染治理管道清淤装置；本发明的目的还在于提供一种应用上述水利工程用水污染治理管道清淤装置对管道清淤的水利工程用水污染治理管道清淤方法。

本发明的水利工程用水污染治理管道清淤装置的技术方案如下：

水利工程用水污染治理管道清淤装置包括：

机体；

行走机构，用于驱动机体沿管道内壁行进，包括至少三个呈辐射状分布的行走单元，行走单元包括行走轮、行走电机和行走传动机构；

松泥磨壁机构，包括用于搅拌管道内淤积物的搅拌部分和用于对管道内壁清扫打磨的清理部分，搅拌部分包括中心管以及围绕中心管设置并通过钢管相对于中心管固定的内、外螺带，外螺带的外径大于内螺带的外径，清理部分为沿外螺带的外表面密布的带状钢刷；

破碎机构，用于对淤积物中较大尺寸的杂物进行破碎，包括转轴以及安装在转轴一端的破碎锤，转轴转动装配在所述中心管的内部；

柴油发动机，用于驱动松泥磨壁机构和破碎机构动作；

减速器，用于将柴油发动机的动力转换为两个不同转速的输出，以带动松泥磨壁机构和破碎机构以不同转速转动，破碎机构的转速大于松泥磨壁机构的转速；

破碎机构设置在松泥磨壁机构的前端、减速器和柴油发动机设置在松泥磨壁机构的后端。

进一步地，减速器包括与柴油发动机的输出轴传动连接的减速器输入轴、传动齿轮组、低速输出齿轮和高速输出轴，高速输出轴通过联轴器与破碎机构的转轴连接，中心管的一端设置有低速输入齿轮，低速输出齿轮与低速输入齿轮啮合传动以带动中心管旋转。

进一步地，低速输出齿轮与低速输入齿轮均为人字形齿轮。

进一步地，行走机构包括两组行走单元，每组包括三个行走单元，两组行走单元中的一组设置在松泥磨壁机构后端的机体上，另一组行走单元固定在一个套筒上，套筒采用轴向固定、周向转动方式套在中心管的前端。

进一步地，套筒通过轴承转动装配在中心管上。

进一步地，行走单元包括连接杆，连接杆包括第一段和第二段，第一段和第二段对接的一端分别设有相互套装配合的内套桶和外套桶，内、套桶之间通过压缩弹簧连接，以使连接杆的长度可以随动调节。

进一步地，转轴通过轴承转动装配在中心管内。

进一步地，转轴的前端具有锥头。

进一步地，带状钢刷与外螺带可拆连接以方便更换。

本发明的水利工程用水污染治理管道清淤方法的技术方案如下：

水利工程用水污染治理管道清淤方法包括以下步骤：

S10、对待清淤的管道上游进行封堵；

S20、将水利工程用水污染治理管道清淤装置放置在待清淤的管道的上游的一端；

S30、启动柴油发动机以带动破碎机构和松泥磨壁机构，通过破碎机构的破碎锤将管道内的大体积垃圾破碎、将管道内堵塞较多淤积物的部分初步打散，通过松泥磨壁机构的搅拌部分将管道内的淤积物搅拌起来并打散、通过松泥磨壁机构的清理部分将管道内壁上粘附的淤积物清扫干净，使淤积物与管道内壁脱离；

S40、启动行走机构以沿管道向下游行进，持续将整个待清淤的管道内的大体积垃圾破碎、淤积物打散、粘附的淤积物与管道内壁脱离，搅拌部分的内、外螺带还可将淤积物向前推进，使淤积物沿管道轴线方向趋向于摊铺均匀；

S50、将水利工程用水污染治理管道清淤装置从待清淤的管道的下游的一端取出；

S60、通过高压水枪从待清淤的管道的上游的一端冲水，直至将管道内的淤积物冲出即可。

本发明的有益效果：本发明的水利工程用水污染治理管道清淤装置在使用时，可对管道内堵塞的位置破除，即解除管道内堵塞的功能，可对管道内较大尺寸的垃圾、建筑废料等破碎，使其更容易被后续冲洗走；可对管道内长期沉积的致密淤泥进行搅拌，使其与污水溶合一部分，且使的变得十分疏松，使得后续冲洗效果更好；可对管壁上顽固的粘附物进行清扫打磨，避免因粘附物残留在管壁上而导致后续使用时容易积垢、堵塞的情况发生，提高管道的通流阻力。而且整体结构比较简单，成本也较低，不易卡滞，比较实用。

附图说明

图1为本发明的水利工程用水污染治理管道清淤装置的使用状态局部剖视图；

图2为图1中A处的局部放大图（半剖视图）；

图3为图2中B处的局部放大图；

图4为松泥磨壁机构的主视图；

图5为图4中C处的局部放大图；

图6为松泥磨壁机构拆除带状钢刷后的局部立体图；

图7为行走单元的主视图；

图中：1-管道，2-行走机构，21-行走单元，22-行走轮，23-行走电机，24-驱动链轮，25-从动链轮，26-链条，27-连接杆，271-第一段，272-第二段，273-内套桶，274-外套桶，28-压缩弹簧，3-松泥磨壁机构，31-中心管，32-内螺带，33-外螺带，34-带状钢刷，35-钢管，4-破碎机构，41-转轴，411-锥头，42-破碎锤，5-柴油发动机，51-发动机输出轴，6-减速器，61-箱壳，63-传动齿轮组，64-低速输出齿轮，65-高速输出轴，7-低速输入齿轮，8-轴承，9-套筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的水利工程用水污染治理管道清淤装置的一种实施方式：

图1为水利工程用水污染治理管道1清淤装置在管道内清淤时的结构示意图，自左向右（即从管道1上游向下游移动方向）依次为柴油发动机5、减速器6、松泥磨壁机构3和破碎机构4。

柴油发动机5可提供很大的动力，从而确保管道1内的易造成堵塞的大尺寸垃圾、结垢物、建筑垃圾、碎料带等能够被直接破碎，而且强大的动力确保了即使管道1内淤积物较多、搅拌部分阻力较大时，也能够具有足够的动力将其打散，破碎和打散将是本发明装置的核心功能，为后续高压冲洗能否有效起到关键作用。

减速器6的主要功能是将来自柴油发动机5的动力分解转换，使得需要高速运转才能更好起作用的破碎机构4得到高速输入，而需要较大扭矩但不能高速运转的搅拌部分得到小转速的输入。同时，柴油发动机5和减速器6都需要采用密封的壳体进行防护，以防污水进入。

松泥磨壁机构3为本申请的装置的核心部件之一，其采用双螺带机构，内、外螺带直径不同从而可以搅拌不同位置的淤积物，螺旋形的结构可以在转动时对淤积物起到一定的向前推进的作用，为后续高压冲洗做准备，而且由于双螺带结构彼此之间空隙较多，在向前推进淤积物的同时还可以使得管道1内的淤积物分布更加均匀一些，避免局部淤积物过多而导致冲洗阻力较大的问题，其作用相当于农耕机械的犁耙的作用。而且双螺带机构相对于传统的搅拌杆式的搅拌机构，其对淤泥的打散效果更好，使得因为重力而长期沉积后的致密结构的淤泥变的更加疏松，而且由于管道1内一般在淤泥上方还具有少量的污水，被双螺带机构搅拌后，淤泥逐渐与污水混合，从而减少淤泥的量，使得后续冲洗更加轻松。

破碎机构4的设置则是提高了本申请装置的适应性，避免因为管道1内的垃圾过大、过多或者淤泥过多而导致装置的搅拌部分卡滞，或者行走机构2无法前进，起到开路的作用。同时，由于其可将大尺寸的固体垃圾破碎、塑料袋等被局部撕碎，因此为后续的冲洗也起到铺垫作用，通过破碎后，使得后续冲洗效果更好，冲洗更干净。

图2则显示了破碎机构4的具体结构以及与中心管31的配合关系、也显示了行走机构2的结构，图中可以看出，破碎机构4的转轴41是位于中心管31内的，且通过轴承8与中心管31转动配合，中心管31可对转轴41起到支撑的作用，锥头411是通过焊接固定在转轴41的前端的，起到一定的开路作用，若管道1内已经堵塞，锥头411则可刺破堵塞区域。破碎锤42包括周向辐射状设置的多根直杆以及通过螺栓铰接在直杆端部的锤头，转轴41带动直杆旋转时，锤头跟随甩动，进行破碎。直杆与锤头铰接的方式是对破碎机构4的一种保护，避免撞击上无法破碎的金属物体时导致直杆断裂。行走单元21有三个，也是呈辐射状，彼此呈120°夹角设置在套筒9的外周上，套筒9安装在中心管31上，套筒9可相对于中心管31旋转，中心管31上设置有对套筒9的轴向的两端进行挡止的结构，如挡台、卡环等，图中未显示，从而使得套筒9只能周向转动，而轴向不动。

图3则显示了行走机构2的连接杆27上的具体结构，可以看出，连接杆27包括上方的第一段271和下方的第二段272，第一段271的下端焊接固定外套桶274，第二段272的上端焊接固定内套桶273，内、外套桶相互套设且沿轴向滑动配合，两者所围内腔中设置压缩弹簧28，压缩弹簧28为高弹力、低变形量的弹簧，压缩弹簧28的上端通过焊接等方式固定在外套桶274的底部，压缩弹簧28的下端通过焊接等方式固定在内套桶273的底部，当行走机构2在管道1内行走遇到缩径段或者轮子遇到凸起的障碍物等，可以依靠弹簧的压缩而缩短连接杆27的长度，起到避让的作用。

图4-6显示了松泥磨壁机构3的具体结构，从图中可以清楚看明白内、外螺带的结构，内、外螺带均为钢制的螺旋形带状结构，不同之处在于其外径不同，两者通过不同长度的细钢管35焊接在大径的中心管31外周，平均每周螺带需要四根钢管35支撑固定，钢管35在旋转时也是有利的搅拌桨，起到破碎搅拌的作用。在外螺带33的外表面（即距离中心管31的轴线最远的表面）上固定有带状钢刷34，带状钢刷34是在钢带上均布固定钢丝而制成的结构，其通过螺栓方式固定在外螺带33上，并在外螺带33上预留螺纹孔以方便与带状钢刷34连接。

图7显示了一个行走单元21的结构，主要包括行走轮22、行走电机23和传动结构等，行走轮22可采用橡胶轮以增加摩擦力，行走电机23的动力由设置在机体内的电池提供或者通过柴油发动机5带动发电机和电路转换部件后带动。

装置的控制由控制器集中控制，控制器设置在机体中，机体是对外密封的结构。控制器设置遥控模块和定位模块，也可设置摄像头，以方便对装置的操控、监视等。

具体地：水利工程用水污染治理管道1清淤装置包括机体、行走机构2、松泥磨壁机构3、破碎机构4、柴油发动机5、减速器6、电池及控制器等。

行走机构2用于驱动机体沿管道1内壁行进，包括至少三个呈辐射状分布的行走单元21，行走单元21包括行走轮22、行走电机23和行走传动机构。

松泥磨壁机构3包括用于搅拌管道1内淤积物的搅拌部分和用于对管道1内壁清扫打磨的清理部分，搅拌部分包括中心管31以及围绕中心管31设置并通过钢管35相对于中心管31固定的内、外螺带，外螺带33的外径大于内螺带32的外径，清理部分为沿外螺带33的外表面密布的带状钢刷34。

破碎机构4用于对淤积物中较大尺寸的杂物进行破碎，包括转轴41以及安装在转轴41一端的破碎锤42，转轴41转动装配在所述中心管31的内部。

柴油发动机5用于驱动松泥磨壁机构3和破碎机构4动作。

减速器6用于将柴油发动机5的动力转换为两个不同转速的输出，以带动松泥磨壁机构3和破碎机构4以不同转速转动，破碎机构4的转速大于松泥磨壁机构3的转速。

破碎机构4设置在松泥磨壁机构3的前端、减速器6和柴油发动机5设置在松泥磨壁机构3的后端。

进一步地，减速器6包括与柴油发动机5的输出轴传动连接的减速器6输入轴、传送齿轮组63、低速输出齿轮64和高速输出轴65，高速输出轴65通过联轴器与破碎机构4的转轴41连接，中心管31的一端设置有低速输入齿轮7，低速输出齿轮64与低速输入齿轮7啮合传动以带动中心管31旋转。低速输出齿轮64与低速输入齿轮7均为人字形齿轮。行走机构2包括两组行走单元21，每组包括三个行走单元21，两组行走单元21中的一组设置在松泥磨壁机构3后端的机体上，另一组行走单元21固定在一个套筒9上，套筒9采用轴向固定、周向转动方式套在中心管31的前端。套筒9通过轴承8转动装配在中心管31上。行走单元21包括连接杆27，连接杆27包括第一段271和第二段272，第一段271和第二段272对接的一端分别设有相互套装配合的内套桶273和外套桶274，内、套桶之间通过压缩弹簧28连接，以使连接杆27的长度可以随动调节。转轴41通过轴承8转动装配在中心管31内。转轴41的前端具有锥头411。带状钢刷34与外螺带33可拆连接以方便更换。

本发明的水利工程用水污染治理管道1清淤装置在使用时，可对管道1内堵塞的位置破除，即解除管道1内堵塞的功能，可对管道1内较大尺寸的垃圾、建筑废料等破碎，使其更容易被后续冲洗走；可对管道1内长期沉积的致密淤泥进行搅拌，使其与污水溶合一部分，且使的变得十分疏松，使得后续冲洗效果更好；可对管壁上顽固的粘附物进行清扫打磨，避免因粘附物残留在管壁上而导致后续使用时容易积垢、堵塞的情况发生，提高管道1的通流阻力。而且整体结构比较简单，成本也较低，不易卡滞，比较实用。

在其他实施例中，外螺带33的前端部分设置带状钢刷34，后端部分设置砂石也可；外螺带33的长度也可根据实际调整，对于日常维护使用的场景，由于淤泥较少，内、外螺带的长度短一些也可满足要求。柴油发动机5也可替换为汽油发动机或者电机。

本发明的水利工程用水污染治理管道清淤方法的一种实施方式：包括以下步骤：S10、对待清淤的管道上游进行封堵；

S20、将水利工程用水污染治理管道清淤装置放置在待清淤的管道的上游的一端；

S30、启动柴油发动机以带动破碎机构和松泥磨壁机构，通过破碎机构的破碎锤将管道内的大体积垃圾破碎、将管道内堵塞较多淤积物的部分初步打散，通过松泥磨壁机构的搅拌部分将管道内的淤积物搅拌起来并打散、通过松泥磨壁机构的清理部分将管道内壁上粘附的淤积物清扫干净，使淤积物与管道内壁脱离；

S40、启动行走机构以沿管道向下游行进，持续将整个待清淤的管道内的大体积垃圾破碎、淤积物打散、粘附的淤积物与管道内壁脱离，搅拌部分的内、外螺带还可将淤积物向前推进，使淤积物沿管道轴线方向趋向于摊铺均匀；

S50、将水利工程用水污染治理管道清淤装置从待清淤的管道的下游的一端取出；

S60、通过高压水枪从待清淤的管道的上游的一端冲水，直至将管道内的淤积物冲出即可。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，包括：

机体；

行走机构，用于驱动机体沿管道内壁行进，包括至少三个呈辐射状分布的行走单元，行走单元包括行走轮、行走电机和行走传动机构；

松泥磨壁机构，包括用于搅拌管道内淤积物的搅拌部分和用于对管道内壁清扫打磨的清理部分，搅拌部分包括中心管以及围绕中心管设置并通过钢管相对于中心管固定的内、外螺带，外螺带的外径大于内螺带的外径，清理部分为沿外螺带的外表面密布的带状钢刷；

破碎机构，用于对淤积物中较大尺寸的杂物进行破碎，包括转轴以及安装在转轴一端的破碎锤，转轴转动装配在所述中心管的内部；

柴油发动机，用于驱动松泥磨壁机构和破碎机构动作；

减速器，用于将柴油发动机的动力转换为两个不同转速的输出，以带动松泥磨壁机构和破碎机构以不同转速转动，破碎机构的转速大于松泥磨壁机构的转速；

破碎机构设置在松泥磨壁机构的前端、减速器和柴油发动机设置在松泥磨壁机构的后端；

减速器包括与柴油发动机的输出轴传动连接的减速器输入轴、传动齿轮组、低速输出齿轮和高速输出轴，高速输出轴通过联轴器与破碎机构的转轴连接，中心管的一端设置有低速输入齿轮，低速输出齿轮与低速输入齿轮啮合传动以带动中心管旋转。

2.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，低速输出齿轮与低速输入齿轮均为人字形齿轮。

3.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，行走机构包括两组行走单元，每组包括三个行走单元，两组行走单元中的一组设置在松泥磨壁机构后端的机体上，另一组行走单元固定在一个套筒上，套筒采用轴向固定、周向转动方式套在中心管的前端。

4.根据权利要求3所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，套筒通过轴承转动装配在中心管上。

5.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，行走单元包括连接杆，连接杆包括第一段和第二段，第一段和第二段对接的一端分别设有相互套装配合的内套桶和外套桶，内、套桶之间通过压缩弹簧连接，以使连接杆的长度可以随动调节。

6.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，转轴通过轴承转动装配在中心管内。

7.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，转轴的前端具有锥头。

8.根据权利要求1所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置，其特征在于，带状钢刷与外螺带可拆连接以方便更换。

9.水利工程用水污染治理管道清淤方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、对待清淤的管道上游进行封堵；

S20、将如权利要求1-8任意一项所述的水利工程用水污染治理管道清淤装置放置在待清淤的管道的上游的一端；

S30、启动柴油发动机以带动破碎机构和松泥磨壁机构，通过破碎机构的破碎锤将管道内的大体积垃圾破碎、将管道内堵塞较多淤积物的部分初步打散，通过松泥磨壁机构的搅拌部分将管道内的淤积物搅拌起来并打散、通过松泥磨壁机构的清理部分将管道内壁上粘附的淤积物清扫干净，使淤积物与管道内壁脱离；

S40、启动行走机构以沿管道向下游行进，持续将整个待清淤的管道内的大体积垃圾破碎、淤积物打散、粘附的淤积物与管道内壁脱离，搅拌部分的内、外螺带还可将淤积物向前推进，使淤积物沿管道轴线方向趋向于摊铺均匀；

S50、将水利工程用水污染治理管道清淤装置从待清淤的管道的下游的一端取出；

S60、通过高压水枪从待清淤的管道的上游的一端冲水，直至将管道内的淤积物冲出即可。

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