CN114687704A - 带滑块的无缆清蜡机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无缆清蜡机器人，包括动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，所述爬行轴与扶正杆分别直接或间接地与动力系统配合在一起，所述动力系统用于驱动爬行轴转动，所述刮蜡刀安装在扶正杆上，所述滚轮直接或间接地转动安装在爬行轴的侧壁上。本中机器人具有如下有益效果：通过组合使用动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，形成了一种可以在油管内上下行的机器人，在机器人在上下行的过程中，刮蜡刀可以刮除管壁上的蜡，工作效率高。

Description

带滑块的无缆清蜡机器人

本申请是申请日为2021年11月12日，申请号为2021113415737，申请名称为“无缆清蜡机器人”的分案申请。

技术领域

本发明涉及油管清洁领域，尤其涉及一种带滑块的无缆清蜡机器人。

背景技术

石油运输管道中，由于靠近井口位置温度逐渐降低导致油管内壁出现结蜡现象，清蜡不及时会导致油管内的流通面积减小或堵塞，石油运输效率降低。目前主要有以下几种清蜡方式：

第一种，将结蜡油管从油井内提出运输到油管厂，将刮蜡刀伸入到油管内刮蜡，这种方式需要油井停工影响生产，费时费力，成本高；

第二种，在结蜡的油井内加入化学试剂，与蜡发生化学反应分解后随井液排出，这种方式难以将化学试剂从井液中分离出来导致化学试剂残留，油液被污染，甚至导致污染环境；

第三种，倒热水、电加热方式除蜡，耗能大，成本高；

第四种，机械有揽清蜡方式，在刮蜡刀上绑上配重块，从井口投入油井中，靠重力带动刮蜡刀清蜡，然后靠绑在尾部的钢丝绳拉回井口，如此反复清蜡，这种清蜡方式需要油井停工且人工操作。

所以目前还尚未有一种不使用线缆的机器能够快速地清洁油管中的蜡。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种带滑块的无缆清蜡机器人。

本发明采取的技术方案如下：

一种无缆清蜡机器人，包括动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，所述爬行轴与扶正杆分别直接或间接地与动力系统配合在一起，所述动力系统用于驱动爬行轴转动，所述刮蜡刀安装在扶正杆上，所述滚轮直接或间接地转动安装在爬行轴的侧壁上。

本种清蜡机器人中，通过组合使用动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，形成了一种可以在油管内上下行的机器人，在机器人在上下行的过程中，刮蜡刀可以刮除管壁上的蜡，工作效率高。

具体工作时的方法如下，首先将整个机器人放进油管内，滚轮贴紧油管的内壁，动力系统开始工作，动力系统驱动爬行轴转动，继而带动爬行轴的的滚轮与与油管之间发生相对转动，滚轮的转动带动整个机器人在油管内运动，从而带动刮蜡刀沿着油管内壁移动，实现无缆清蜡机器人清蜡，节省成本与人工。

需要进一步说明的是，本结构中刮蜡刀为缺圆管状的刮蜡刀，所述刮蜡刀转动套设在扶正杆上，刮蜡刀的中轴线与扶正杆的中轴线重合，刮蜡刀可以绕着扶正杆转动，也可以沿着扶正杆移动，这样便于在刮蜡时降低刮蜡刀被卡死的概率。

可选的，还包括安装板、支架、调节弹簧以及调节螺钉，所述安装板通过调节螺钉安装在爬行轴的侧壁上，所述调节弹簧套设在调节螺钉上，且弹簧的两端分别抵住安装板及爬行轴，所述支架安装在安装板上，所述滚轮转动安装在支架上。

滚轮安装在安装板的支架上，且安装板与爬行轴之间的距离可以通过拧动调节螺钉来进行改变，所以滚轮与爬行轴侧壁之间的距离是可以调节，且滚轮与爬行轴侧壁之间的距离也具有一定的可伸缩性，下井前通过调节螺钉锁紧的高度调节爬行机构压紧油管内壁的力，同时通过高度一致确保弹簧的弹力一致，实现电机输出功率利用最大化。且机器人上下运行过程中，调节弹簧可实现自动伸缩。当遇到蜡较厚的位置时弹簧就会压缩，反之则拉伸确保滑动件都能压紧油管，实现了运行过程中自动调节爬行机构最大外径，使其可适应不同情况的油管。

可选的，所述动力系统包括外壳、电机、联轴器、减速机、扶正轴承以及止推轴承，所述减速机与电机的轴相接，所述爬行轴通过联轴器与减速机相接，联轴器与爬行轴之间设置有所述止推轴承，所述扶正轴承设置在爬行轴与外壳之间。

电机的作用是将电能转换成机械能，减速机通过降低转速来提高扭矩，并通过联轴器传递给爬行轴。

整体结构偏心运动会导致电机能量利用率降低、零部件磨损加剧，同时长期偏心运动容易导致机构卡住、清蜡效果变差，同时电机不能承受轴向力。所以在电机和爬行轴之间设计了扶正轴承与止推轴承，扶正轴承保证轴同心度，联轴器实现不同心调节，止推轴承承受轴向力且可以保持旋转。

可选的，还包括旋转油封，所述旋转油封套与爬行轴转动配合，且旋转油封设置外壳的一端。

为了保护电机，在爬行轴处添加一道旋转油封，防止井液通过旋转的爬行轴进入电机腔内。

可选的，还包括接头以及胶囊，所述接头设置在外壳的一端，且旋转油封与接头分别位于外壳的两端，所述外壳、旋转油封、接头以及爬行轴合围在一起形成了电机腔，接头上设置有用于封堵所述电机腔的密封接端头，所述电机位于所述电机腔内，所述胶囊设置在接头一侧，胶囊与所述电机腔联通。

因为整个机器人是要在井液中工作的，当电机腔室和外界井液出现压力不平衡时，压力差会使油封损坏，从而井液进入电机导致电机损坏。所以为了维持电机腔与外部井液的压力平衡，且液体体积受温度压强的影响变化小，本机器人中电机腔内需充满干净的电机油。

上述中，为了进一步提高电机腔的抗压差变化能力，电机腔又加了胶囊。当电机油膨胀或收缩时，胶囊本身有热胀冷缩，利用胶囊的呼吸作用平衡压力，这样就解决了电机发热电机油膨胀的问题。

可选的，还包括二节式折叠连杆、滑动件、第一弹簧、第二弹簧、套环以及锁紧调节件，所述动力系统一端直接或间接设置有接头，所述扶正杆与所述接头固定在一起，所述套环套设在扶正杆上，所述第一弹簧以及第二弹簧套设在扶正杆上，所述第一弹簧与第二弹簧分别位于连杆的两端，所述锁紧调节件设置在扶正杆上，所述第一弹簧的两端分别抵住所述接头及套环，所述第二弹簧的两端分别抵住套环以及锁紧调节件，所述二节式折叠连杆的两端分别与接头及套环铰接配合在一起，所述滑动件转动安装在二节式折叠连杆的折弯处。

具体第一弹簧与第二弹簧都处于压缩状态，拧动锁紧调节件，可以改变第一弹簧与第二弹簧的压紧状态，第一弹簧与第二弹簧的压缩状态发生改变，二节式折叠连杆的折弯角度也可以调整，这样可以调整滑动件与扶正杆之间的距离，可以更好地适应不同的管径。第一弹簧、第二弹簧、二节式折叠连杆以及滑动件相当于形成了一个扶正机构，该扶正机构可以让扶正杆避免歪扭。同时由于本机器人中，当电机带动爬行轴转动时，电机会产生一个与转动方向一致的作用力，如果这个力不能抵消，电机就会发生自转导致整个机器人无法顺利上下爬行，而扶正机构可以通过滑动件压紧油管的管壁产生一个与电机转动方向相反的摩擦力来防止电机自转，从而能机器人能稳定顺利地上下爬行。

可选的，所述二节式折叠连杆有三个，且三个二节式折叠连杆围绕扶正杆等弧度地分布，每个二节式折叠连杆上均转动安装有滑动件。

三个滑动件由于呈均匀分布，弹簧的力都一样所以支架张开的角度也一样，这样就可以让整个清蜡机构与油管保持同心，这就起到了机构的扶正作用。

具体滑动件可以是轮子，也可以是滑块，本方案中选用轮子作为滑动件。

具体锁紧调节件可以是卡箍或是挡圈或者锁紧调节螺母，本方案中选用锁紧调节螺母作为锁紧调节件。

可选的，还包括电池、控制芯片、充电模块以及无线天线模块，所述控制芯片与动力系统电连接，所述电池与控制芯片电连接，所述充电模块以及无线天线模块与所述控制芯片电连接。

具体电池、控制芯片、充电模块以及无线天线模块均位于外壳内，电池的作用是供电，控制芯片、充电模块以及无线天线模块形成了控制单元，是将电池的电压稳定的输送给电机，并根据天线接收到的信号控制电机的运行和停止，同时在电源电量不足时自动控制整个机构返回井口充电，充电时充电模块则起到保护电池作用。

可选的，所述滚轮为椭圆球状的滚轮，且滚轮的中轴线与爬行轴的中轴线不平行。

滚轮的中轴线与爬行轴的中轴线不平行，这样可以让滚轮在转动时可以产生一个推动爬行轴沿着油管的移动的作用力。可以绕着轴转动，滚轮支架倾斜15°(即相对于爬行轴中轴线)安装到安装板上，整个机构一共三个圆周方向均布放置的安装板，共计12个滚轮。12个滚轮之间存在空隙，这样就可以让油管中的井液可以从滚轮之间流过，这样就可以保证整个爬行机器人在油管中有油液流动的前提下清蜡，所以油井可以正常工作，无需停机。

本发明的有益效果是：通过组合使用动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，形成了一种可以在油管内上下行的机器人，在机器人在上下行的过程中，刮蜡刀可以刮除管壁上的蜡，工作效率高。

附图说明：

图1是无缆清蜡机器人示意简图，

图2是滚轮在爬行轴上的安装结构示意简图，

图3是爬行轴的安装结构示意简图，

图4是扶正杆与二节式折叠连杆的配合关系示意图，

图5是滑动件与油管的配合关系示意简图。

图中各附图标记为：1、滚轮；2、外壳；3、滑动件；4、锁紧调节件；5、刮蜡刀；6、扶正杆；7、调节弹簧；8、支架；9、调节螺钉；10、安装板；11、爬行轴；12、旋转油封；13、扶正轴承；14、止推轴承；15、减速机；16、电机；17、密封接端头；18、接头；19、胶囊；20、油管；21、二节式折叠连杆；2201、第一弹簧；2202、第二弹簧；23、套环。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如附图1、2、3、4及5所示，一种无缆清蜡机器人，包括动力系统、爬行轴11、扶正杆6、刮蜡刀5以及滚轮1，爬行轴11与扶正杆6分别直接或间接地与动力系统配合在一起，动力系统用于驱动爬行轴11转动，刮蜡刀5安装在扶正杆6上，滚轮1直接或间接地转动安装在爬行轴11的侧壁上。

本种清蜡机器人中，通过组合使用动力系统、爬行轴11、扶正杆6、刮蜡刀5以及滚轮1，形成了一种可以在油管20内上下行的机器人，在机器人在上下行的过程中，刮蜡刀5可以刮除管壁上的蜡，工作效率高。

具体工作时的方法如下，首先将整个机器人放进油管20内，滚轮1贴紧油管20的内壁，动力系统开始工作，动力系统驱动爬行轴11转动，继而带动爬行轴11的的滚轮1与与油管20之间发生相对转动，滚轮1的转动带动整个机器人在油管20内运动，从而带动刮蜡刀5沿着油管20内壁移动。实现无缆清蜡机器人清蜡，节省成本与人工。

需要进一步说明的是，本结构中刮蜡刀5为缺圆管状的刮蜡刀5，刮蜡刀5转动套设在扶正杆6上，刮蜡刀5的中轴线与扶正杆6的中轴线重合，刮蜡刀5可以绕着扶正杆6转动，也可以沿着扶正杆6移动，这样便于在刮蜡时降低刮蜡刀5被卡死的概率。

如附图1及2所示，还包括安装板10、支架8、调节弹簧7以及调节螺钉9，安装板10通过调节螺钉9安装在爬行轴11的侧壁上，调节弹簧7套设在调节螺钉9上，且弹簧的两端分别抵住安装板10及爬行轴11，支架8安装在安装板10上，滚轮1转动安装在支架8上。

滚轮1安装在安装板10的支架8上，且安装板10与爬行轴11之间的距离可以通过拧动调节螺钉9来进行改变，所以滚轮1与爬行轴11侧壁之间的距离是可以调节，且滚轮1与爬行轴11侧壁之间的距离也具有一定的可伸缩性，下井前通过调节螺钉9锁紧的高度调节爬行机构压紧油管20内壁的力，同时通过高度一致确保弹簧的弹力一致，实现电机16输出功率利用最大化。且机器人上下运行过程中，调节弹簧7可实现自动伸缩。当遇到蜡较厚的位置时弹簧就会压缩，反之则拉伸确保滑动件3都能压紧油管20，实现了运行过程中自动调节爬行机构最大外径，使其可适应不同情况的油管20。

如附图1及3所示，动力系统包括外壳2、电机16、联轴器、减速机15、扶正轴承13以及止推轴承14，减速机15与电机16的轴相接，爬行轴11通过联轴器与减速机15相接，联轴器与爬行轴11之间设置有止推轴承14，扶正轴承13设置在爬行轴11与外壳2之间。

电机16的作用是将电能转换成机械能，减速机15通过降低转速来提高扭矩，并通过联轴器传递给爬行轴11。

整体结构偏心运动会导致电机16能量利用率降低、零部件磨损加剧，同时长期偏心运动容易导致机构卡住、清蜡效果变差，同时电机16不能承受轴向力。所以在电机16和爬行轴11之间设计了扶正轴承13与止推轴承16，扶正轴承保证轴同心度，联轴器实现不同心调节，止推轴承承受轴14向力且可以保持旋转。

如附图3所示，还包括旋转油封12，旋转油封12套与爬行轴11转动配合，且旋转油封12设置外壳2的一端。

为了保护电机16，在爬行轴11处添加一道旋转油封12，防止井液通过旋转的爬行轴11进入电机腔内。

如附图3所示，还包括接头18以及胶囊19，接头18设置在外壳2的一端，且旋转油封12与接头18分别位于外壳2的两端，外壳2、旋转油封12、接头18以及爬行轴11合围在一起形成了电机腔，接头18上设置有用于封堵所述电机腔的密封接端头17，电机16位于电机腔内，胶囊19设置在接头18一侧，胶囊19与电机腔联通。

因为整个机器人是要在井液中工作的，当电机腔室和外界井液出现压力不平衡时，压力差会使油封损坏，从而井液进入电机16导致电机16损坏。所以为了维持电机腔与外部井液的压力平衡，且液体体积受温度压强的影响变化小，本机器人中电机腔内需充满干净的电机16油。

具体整个机器人有多节外壳，外壳与外壳之间通过接头连接在一起。

上述中，为了进一步提高电机腔的抗压差变化能力，电机腔又加了胶囊19。当电机16油膨胀或收缩时，胶囊19本身有热胀冷缩，利用胶囊19的呼吸作用平衡压力，这样就解决了电机16发热电机16油膨胀的问题。

如附图1及4所示，还包括二节式折叠连杆21、滑动件3、第一弹簧2201、第二弹簧2202、套环以及锁紧调节件4，动力系统一端直接或间接设置有接头18，扶正杆6与接头18固定在一起，套环套设在扶正杆6上，第一弹簧2201以及第二弹簧2202套设在扶正杆6上，第一弹簧2201与第二弹簧2202分别位于连杆的两端，锁紧调节件4设置在扶正杆上，第一弹簧2201的两端分别抵住接头18及套环，第二弹簧2202的两端分别抵住套环以及锁紧调节件4，二节式折叠连杆21的两端分别与接头18及套环铰接配合在一起，滑动件3转动安装在二节式折叠连杆21的折弯处。

参看附图5所示，具体第一弹簧2201与第二弹簧2202都处于压缩状态，拧动锁紧调节件4，可以改变第一弹簧2201与第二弹簧2202的压紧状态，第一弹簧2201与第二弹簧2202的压缩状态发生改变，二节式折叠连杆21的折弯角度也可以调整，这样可以调整滑动件3与扶正杆6之间的距离，可以更好地适应不同的管径。第一弹簧2201、第二弹簧2202、二节式折叠连杆21以及滑动件3相当于形成了一个扶正机构，该扶正机构可以让扶正杆6避免歪扭。同时由于本机器人中，当电机16带动爬行轴11转动时，电机16会产生一个与转动方向一致的作用力，如果这个力不能抵消，电机16就会发生自转导致整个机器人无法顺利上下爬行，而扶正机构可以通过滑动件压紧油管20的管壁产生一个与电机16转动方向相反的摩擦力(附图5中以f标识)来防止电机16自转，从而能机器人能稳定顺利地上下爬行。滑动件与油管之间的压力以F标识。

如附图4及5所示，二节式折叠连杆21有三个，且三个二节式折叠连杆21围绕扶正杆6等弧度地分布，每个二节式折叠连杆21上均转动安装有滑动件3。

三个滑动件3由于呈均匀分布，弹簧的力都一样所以支架8张开的角度也一样，这样就可以让整个清蜡机构与油管20保持同心，这就起到了机构的扶正作用。

具体滑动件3可以是轮子，也可以是滑块，本方案中选用轮子作为滑动件3。

具体锁紧调节件4可以是卡箍或是挡圈或者锁紧调节螺母，本方案中选用锁紧调节螺母作为锁紧调节件4。

还包括电池、控制芯片、充电模块以及无线天线模块，控制芯片与动力系统电连接，电池与控制芯片电连接，充电模块以及无线天线模块与控制芯片电连接。

具体电池、控制芯片、充电模块以及无线天线模块均位于外壳2内，电池的作用是供电，控制芯片、充电模块以及无线天线模块形成了控制单元，是将电池的电压稳定的输送给电机16，并根据天线接收到的信号控制电机16的运行和停止，同时在电源电量不足时自动控制整个机构返回井口充电，充电时充电模块则起到保护电池作用。

如附图1及2所示，滚轮1为椭圆球状的滚轮1，且滚轮1的中轴线与爬行轴11的中轴线不平行。

滚轮1的中轴线与爬行轴11的中轴线不平行，这样可以让滚轮1在转动时可以产生一个推动爬行轴11沿着油管20的移动的作用力。可以绕着轴转动，滚轮1支架8倾斜15°(即相对于爬行轴11中轴线)安装到安装板10上，整个机构一共三个圆周方向均布放置的安装板10，共计12个滚轮1。12个滚轮1之间存在空隙，这样就可以让油管20中的井液可以从滚轮1之间流过，这样就可以保证整个爬行机器人在油管20中有油液流动的前提下清蜡，所以油井可以正常工作，无需停机。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种带滑块的无缆清蜡机器人，其特征在于，包括动力系统、爬行轴、扶正杆、刮蜡刀以及滚轮，所述爬行轴与扶正杆分别直接或间接地与动力系统配合在一起，所述动力系统用于驱动爬行轴转动，所述刮蜡刀安装在扶正杆上，所述滚轮直接或间接地转动安装在爬行轴的侧壁上；

所述动力系统包括外壳、电机、联轴器、减速机、扶正轴承以及止推轴承，所述减速机与电机的轴相接，所述爬行轴通过联轴器与减速机相接，联轴器与爬行轴之间设置有所述止推轴承，所述扶正轴承设置在爬行轴与外壳之间；

还包括旋转油封，所述旋转油封套与爬行轴转动配合，且旋转油封设置外壳的一端；

还包括接头以及胶囊，所述接头设置在外壳的一端，且旋转油封与接头分别位于外壳的两端，所述外壳、旋转油封、接头以及爬行轴合围在一起形成了电机腔，接头上设置有用于封堵所述电机腔的密封接端头，所述电机位于所述电机腔内，所述胶囊设置在接头一侧，胶囊与所述电机腔联通；

还包括二节式折叠连杆、滑动件、第一弹簧、第二弹簧、套环以及锁紧调节件，所述动力系统一端直接或间接设置有接头，所述扶正杆与所述接头固定在一起，所述套环套设在扶正杆上，所述第一弹簧以及第二弹簧套设在扶正杆上，所述第一弹簧与第二弹簧分别位于连杆的两端，所述锁紧调节件设置在扶正杆上，所述第一弹簧的两端分别抵住所述接头及套环，所述第二弹簧的两端分别抵住套环以及锁紧调节件，所述二节式折叠连杆的两端分别与接头及套环铰接配合在一起，所述滑动件转动安装在二节式折叠连杆的折弯处；

所述滚轮为球状的滚轮；

所述节式折叠连杆有三个；每个节式折叠连杆上均转动安装有滑动件；所述滑动件为滑块。

2.如权利要求1所述的带滑块的无缆清蜡机器人，其特征在于，还包括安装板、支架、调节弹簧以及调节螺钉，所述安装板通过调节螺钉安装在爬行轴的侧壁上，所述调节弹簧套设在调节螺钉上，且弹簧的两端分别抵住安装板及爬行轴，所述支架安装在安装板上，所述滚轮转动安装在支架上。

3.如权利要求1所述的带滑块的无缆清蜡机器人，其特征在于，还包括电池、控制芯片、充电模块以及无线天线模块，所述控制芯片与动力系统电连接，所述电池与控制芯片电连接，所述充电模块以及无线天线模块与所述控制芯片电连接。

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