CN115059833A - 一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，包括皮碗组件(3)和支臂组件(2)；皮碗组件(3)为倾斜角变化的类锥台结构；皮碗组件(3)包括若干沿周向均布的支撑部(31)，每个支撑部(31)的前端固定、后端在相应支臂组件(2)的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动；相邻的支撑部(31)之间通过折叠的柔性褶皱部(33)衔接。本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，结构简单，不仅实现与管道的良好密封，保障其驱动、检测，而且避免因移动造成对本装置的磨损，适用不同管径的管道，使用范围更广。

Description

一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置

技术领域

本发明涉及管道检测领域，具体涉及一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置。

背景技术

埋于地下、海底等恶劣的环境下的管道，经过长时间运行，容易因地质破坏、腐蚀、自身缺陷等原因，其内壁会造成破坏或者腐蚀，造成管道质量的下降，严重影响管道运行安全，因此需要定期对管道进行内检测。

在实际工程应用中，内检测仪器的通过能力决定着内检测作业是否能够正常进行。目前，管道内检测器驱动装置的主要是利用管道中产生的压力，即皮碗与管道紧密接触，皮碗前后会因管道压力将产生压差驱动检测器向前运行；

现有皮碗主要采用蝶形皮碗支撑，即为类锥台形结构，蝶形皮碗密封管道，这种蝶形皮碗变形量最大约为15％，当管道内径较小或者皮碗采用较大口径时，容易造成皮碗变形量较大，使得管道对皮碗压力增大，皮碗磨损加剧或者因过盈较大造成卡堵情况，影响到检测器的正常运行，而继续增大皮碗的变形量，则会减弱皮碗的支撑力，导致驱动装置与管道不同心，无法密封管道为其提供驱动力；当管道内径较大或者皮碗采用较小口径时，皮碗变形量较小，使得管道对皮碗压力减小，造成皮碗无法与管道紧密密封或者因泻流太大，失去运行的动力。

发明内容

本发明提供一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，结构简单，不仅实现与管道的良好密封，保障其驱动、检测，而且避免因移动造成对本装置的磨损，适用不同管径的管道，使用范围更广。

为实现上述目的，本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，包括皮碗组件和支臂组件；

皮碗组件为倾斜角变化的类锥台结构；

皮碗组件包括若干沿周向均布的支撑部，每个支撑部的前端固定、后端在相应支臂组件的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动；相邻的支撑部之间通过折叠的柔性褶皱部衔接。

进一步的，所述褶皱部包括第一褶皱面和一对第二褶皱面；

一对第二褶皱面分别位于第一褶皱面的两侧，并与第一褶皱面形成向皮碗组件3内侧的凸起，每个第二褶皱面对应与第一褶皱面、支撑部之间形成第二折痕和第三折痕；

褶皱部上设有周向连续布置的第一折痕，第一折痕将第一褶皱面和一对第二褶皱面分隔为六个褶皱面。

进一步的，所述支撑部包括侧部支撑面和后部支撑面，侧部支撑面的一端和后部支撑面之间形成下折痕、另一端安装在连接端上。

进一步的，第一褶皱面通过第一折痕分隔的后半部分底端与后部支撑面、连接端所在平面相互平行。

进一步的，所述褶皱部的边缘处上设有外凸起。

进一步的，所述支臂组件包括用于衔接第一驱动骨架组件的底座、用于衔接皮碗组件支撑部的皮碗连接座、铰接在底座与皮碗连接座之间的连杆组件、设置在底座与连杆组件之间具有复位的弹簧、设置在连杆组件后侧的支撑轮。

进一步的，还包括驱动骨架组件；

驱动骨架组件包括第一驱动骨架组件和第二驱动骨架组件，第一驱动骨架组件和第二驱动骨架组件分别位于皮碗组件的前后两侧，并均通过螺栓连接将皮碗组件的连接端紧固在其间。

进一步的，所述第一驱动骨架组件包括同轴设置的第一限位盘和第二限位盘；

第一限位盘和第二限位盘之间通过中筒相互衔接；第一限位盘和第二限位盘上分别设有第一中孔和第二中孔；

第二驱动骨架组件包括第三限位盘、通过第三限位盘分隔的同轴设置的第一柱体和阶梯状的第二柱体；

第二限位盘和第三限位盘分别安装在连接端上，第二柱体依次穿过连接端上的皮碗中孔、第二中孔和第一中孔。

进一步的，所述第二柱体的阶梯结构与第一限位盘前端面相平配合。

与现有技术相比，本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置由于相邻的支撑部之间通过折叠的柔性褶皱部衔接，每个支撑部的前端固定、后端在相应支臂组件的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动，因此当进入较小或较大的管径管道时，皮碗组件从褶皱处发生变形进行收缩或展开，其边缘处始终保持圆形，不影响对管道的密封，保障装置的驱动、检测，适用不同管径的管道检测，使用范围更广；

由于通过支臂组件与皮碗组件相互配合，支臂组件提供支撑力，保证驱动装置与管道同心，并且支臂组件的支撑轮抵靠在管道内壁上，使皮碗组件与管壁保持一定距离，通过滚动摩擦代替滑动摩擦，有效减少皮碗组件的磨损，保证管道内检测器的驱动力，另外支臂组件的前臂和后臂始终保持平行，后臂与底座之间设置用于提供回弹力的弹簧，使用过程中，底座与皮碗组件的连接平面始终与管道截面保持平行，使受力更均匀稳定，避免磨损量分布不均。

附图说明

图1为本发明的等轴侧视结构示意图；

图2为本发明的分解结构示意图I；

图3为本发明的分解结构示意图II；

图4为本发明的主视结构示意图；

图5为图4的局部放大结构示意图；

图6为本发明皮碗组件的等轴侧视结构示意图；

图7为本发明皮碗组件的侧视结构示意图；

图8为本发明支臂组件的等轴侧视结构示意图；

图9为图8的剖视结构示意图；

图10为本发明驱动骨架组件与皮碗组件的装配结构示意图；

图11为本发明皮碗组件两种极限工作位置的状态示意图；

图12为皮碗折痕的受力结构示意图；

图中：1、驱动骨架组件，11、第一驱动骨架组件，111、第一限位盘，112、第二限位盘，113、中筒，114、第二中孔，115、第一中孔，12、第二驱动骨架组件，121、第一柱体，122、第三限位盘，123、第二柱体；

2、支臂组件，21、底座，22、前臂，23、支撑轮，24、皮碗连接座，25、后臂，26、弹簧；

3、皮碗组件，31、支撑部，311、侧部支撑面，312、下折痕，313、后部支撑面，314、上折痕，32、连接端，321、皮碗中孔；33、褶皱部，331、第一褶皱面，332、第二褶皱面，333、第一折痕，334、第二折痕，335、第三折痕；34、外凸起，35、支撑环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，包括皮碗组件3和支臂组件2；

皮碗组件3为倾斜角变化的类锥台结构；

皮碗组件3包括若干沿周向均布的支撑部31，每个支撑部31的前端固定、后端在相应支臂组件2的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动；相邻的支撑部31之间通过折叠的柔性褶皱部33衔接。

如图6、图7所示，进一步的，所述褶皱部33包括第一褶皱面331和一对第二褶皱面332；

一对第二褶皱面332分别位于第一褶皱面331的两侧，并与第一褶皱面331形成向皮碗组件3内侧的凸起，每个第二褶皱面332对应与第一褶皱面331、支撑部31之间形成第二折痕334和第三折痕335；

褶皱部33上设有周向连续布置的第一折痕333，第一折痕333将第一褶皱面331和一对第二褶皱面332分隔为六个褶皱面。

如图6、图7所示，进一步的，所述支撑部31包括侧部支撑面311和后部支撑面313，侧部支撑面311的一端和后部支撑面313之间形成下折痕312、另一端安装在连接端32上与其形成上折痕314；

进一步的，第一褶皱面331通过第一折痕333分隔的后半部分底端与后部支撑面313、连接端32所在平面相互平行；

如图5所示，进一步的，所述褶皱部33的边缘处上设有外凸起34；

如图8、图9所示，进一步的，所述支臂组件2包括用于衔接第一驱动骨架组件11的底座21、用于衔接皮碗组件3支撑部31的皮碗连接座24、铰接在底座21与皮碗连接座24之间的连杆组件、设置在底座21与连杆组件之间具有复位的弹簧26、设置在连杆组件后侧的支撑轮23。

优选的，连杆组件包括相互平行的前臂22和后臂25，弹簧26一端有底座21连接、另一端与后臂25连接，支撑轮23设置在前臂22的后侧；

如图1、图2、图10所示，进一步的，本装置还包括驱动骨架组件1；

驱动骨架组件1包括相互配合的第一驱动骨架组件11和第二驱动骨架组件12，第一驱动骨架组件11和第二驱动骨架组件12分别位于皮碗组件3的前后两侧，并均通过螺栓连接将皮碗组件3的连接端32紧固在其间。

进一步的，所述第一驱动骨架组件11包括同轴设置的第一限位盘111和第二限位盘112；

第一限位盘111和第二限位盘112之间通过中筒113相互衔接；第一限位盘111和第二限位盘112上分别设有第一中孔115和第二中孔114；

第二驱动骨架组件12包括第三限位盘122、通过第三限位盘122分隔的同轴设置的第一柱体121和阶梯状的第二柱体123；

第二限位盘112和第三限位盘122分别安装在连接端32上，第二柱体123依次穿过连接端32上的皮碗中孔321、第二中孔114和第一中孔115；

优选的，所述第二柱体123的阶梯结构刚好与第一限位盘111前端面相平配合；

具体的，通过具体实施例详细说明本发明的内容。

为便于说明其具体结构，将类锥台形的皮碗组件3圆直径较小的一端自定义为前端，将圆直径较大的一端自定义为后端。

如图1所示，本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置包括皮碗组件3、沿皮碗组件3周向均布的若干支臂组件2、驱动骨架组件1。

具体的为，如图2-5所示，支臂组件2包括用于衔接第一驱动骨架组件11的底座21、用于衔接皮碗组件3支撑部31的皮碗连接座24、铰接在底座21与皮碗连接座24之间的连杆组件、设置在底座21与连杆组件之间具有复位的弹簧26、设置在连杆组件后侧的支撑轮23；

即当将本装置平放在地面时，与地面接触的两个支臂组件2需支撑起全部驱动装置的重量。前臂22、后臂25、底座21的两个铰接点、皮碗连接座24的两个铰接点构成四边形结构；通过上述结构，使位于管道内的皮碗组件3的支撑部31所在平面或各皮碗连接座24底部所在平面始终与管道截面方向平行。

在前臂22的后侧的设置支撑轮23，通过将现有的皮碗组件3外边缘与管壁的滑动摩擦改为支撑轮23的滚动摩擦，通过支撑轮23接触管道内壁，有效降低前进阻力，提高抗磨损能力，在几乎不降低前后压差的前提下，避免皮碗直接与管壁接触，有效延长皮碗的使用寿命。

如图4所示，支臂组件2的支撑轮23将皮碗组件3的外边缘与管道内壁(图中未示出)隔离，存在的一定的间隙，避免皮碗组件3的外缘直接与管壁接触。

如图5所示，支撑轮23外缘所在的环形直径略大于皮碗组件3的外径，同时为弥补两个支撑轮23之间的空间区域所流失的压差，在褶皱部33外边缘处设置外凸起34，优选的，褶皱部33外边缘处可设置支撑环35，外凸起34可设置在支撑环35上；因此可进一步增加皮碗组件3的外径使其趋近于支撑轮23外缘，与此同时，应尽量避免皮碗组件3直接接触管道内壁，以达到最大压差与最小摩擦力。

皮碗组件3与支臂组件2连接，本装置主要由支臂组件2负责支撑，由于皮碗组件3呈完全对称结构，在配合支臂组件2的支撑力时，足以保证驱动装置与管道同心，密封性更好，避免皮碗组件3在展开和收缩时与管道内壁存在空隙；

如图10所示，驱动骨架组件1安装在皮碗组件3上，具体包括相互配合的第一驱动骨架组件11和第二驱动骨架组件12，第一驱动骨架组件11和第二驱动骨架组件12通过螺栓连接将皮碗组件3的连接端32紧固在其间。第一驱动骨架组件11包括同轴设置的第一限位盘111和第二限位盘112、用于衔接第一限位盘111和第二限位盘112的中筒113；因此通过驱动骨架组件1有效实现对本装置的支撑，可通过驱动骨架组件1与其他装置进行连接，比如将多个本装置相互并联连接，或者为增强驱动力与其他驱动组件连接等；

由于皮碗组件3包括若干沿周向均布的支撑部31，每个支撑部31在相应支臂组件2的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动；相邻的支撑部31之间通过折叠的柔性褶皱部33衔接。

具体的为，由于相邻支撑部31之间通过折叠的柔性褶皱部33进行衔接，因此根据管道的直径大小，在相应支臂组件2的配合下，多个支撑部31沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动，当本一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置进入较小管径管道时，皮碗组件3先从褶皱处发生变形进行收缩，而当进入较大管径管道时，皮碗组件3也先从褶皱处发生变形进行展开，皮碗组件3快速收缩或展开时，始终保持圆形，不影响对管道的密封。

作为一种优选的，褶皱部33包括第一褶皱面331和一对第二褶皱面332，褶皱部33上设有周向连续布置的第一折痕333，第一折痕333将第一褶皱面331和一对第二褶皱面332分隔为六个褶皱面。

因此方便对褶皱部33的折叠，实现皮碗组件3收缩或展开的快速响应；另外，第二折痕334、第三折痕335呈放射状分布，其放射状圆心指向皮碗组件3类锥型的轴心，优选的可为皮碗中孔321的圆心；而第一折痕333在褶皱部33上周向布置，并靠近支撑部31中后部支撑面313处；

如图11、图12所示，当折叠皮碗式管道内检测器驱动装置进入管道时，其中心轴与管道中心线重合，管道直径变小时，支臂组件2下压，皮碗组件3沿图11所示的箭头向内“收缩”，皮碗组件3从褶皱部33率先变形使直径变小，最终实现如图11所示的两个极限位置之间的外形变化。

当皮碗组件3由状态I向状态II变化时，皮碗组件3的类锥台形的顶部圆尺寸不变，锥度(锥台的底角)由最小值过渡至最大值，侧面面积由k1缩小至k2，高度增加，底部圆减小。皮碗组件3可直接采用聚氨酯材料，并浇筑成型，作为优选的，其邵氏硬度≥75A，拉伸强度≥40MPa。

为便于分析摆动线l在状态I向状态II过渡过程，将锥台沿顶部或底部圆形直径竖直切割。此时，摆动线l即相当于其中的一个支撑部3131的中线。摆动线l长度恒定，其绕原点p在摆动平面q在最大夹角θmax和最小夹角θmin之间摆动，侧面在k1和k2之间变化。当类锥台形的侧面向内收缩时，则需要将干涉的侧面部分通过折叠的方式收缩在与侧面交叉或平行的其他平面内。

如图12上图所示，当无需考虑皮碗厚度以及材料的延展性时，可直接在相邻的支撑部31之间设置V形结构，一对第二褶皱面332相互对称连接形成V型结构，无需设置第一褶皱面331。但是这种类锥台点的侧面收缩时，各个V形结构的底部折痕M受到两侧的向外合力。随着不断反复牵拉，以及管道内的复杂工况等条件导致皮碗组件3的断裂伸长率及拉伸强度降低时，易使皮碗撕裂，导致装置前后压差降低不足以驱动装置前进，进而发生卡堵事故。

如图12下图所示，当采用倒梯形结构后，即一对第二褶皱面332对称设置在第一褶皱面331的两侧，将折痕M分拆为对称的两条折痕N1、N2则可有效降低各折痕的折展量，同时位于折痕N1和N2之间的材料部分，在牵拉时可起到一定的缓冲作用，从而进一步提高了各折痕、折痕端点的韧性。其中，左右折痕的各拉力方向箭头仅仅是一种示意，为体现中线处(非折痕)的受力，而将折痕N1和N2处的受力箭头省略，实际应用中整条折痕均受到两侧的镜像拉力牵引。

在皮碗组件3材质刚度和拉伸强度固定的情况下，在保证皮碗组件3具有足够支撑刚性的前提下，有效提高皮碗组件3的韧性，尽可能的延长其使用寿命，避免使用过程中皮碗组件3撕裂损伤导致设备滞留在管线内的不利情况。

为便于描述皮碗组件3的结构，文中提及的折痕、褶皱面是在假定皮碗组件3为无限趋近于一个平面的前提下标注的，但实际应用中，为保证皮碗组件3各部分之间存在较高的支撑力，其必然存在一定厚度，其内外折痕和褶皱面必然不重合。此时，折痕、褶皱面实际是指位于材料内部芯层(结构示意图中不可见)的折痕和褶皱面。

Claims (9)

1.一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，

包括皮碗组件(3)和支臂组件(2)；其特征在于，

皮碗组件(3)为倾斜角变化的类锥台结构；

皮碗组件(3)包括若干沿周向均布的支撑部(31)，每个支撑部(31)的前端固定、后端在相应支臂组件(2)的配合下，沿各自的摆动平面在两个极限位置之间进行摆动；相邻的支撑部(31)之间通过折叠的柔性褶皱部(33)衔接。

2.根据权利要求1所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述褶皱部(33)包括第一褶皱面(331)和一对第二褶皱面(332)；

一对第二褶皱面(332)分别位于第一褶皱面(331)的两侧，并与第一褶皱面(331)形成向皮碗组件3内侧的凸起，每个第二褶皱面(332)对应与第一褶皱面(331)、支撑部(31)之间形成第二折痕(334)和第三折痕(335)；

褶皱部(33)上设有周向连续布置的第一折痕(333)，第一折痕(333)将第一褶皱面(331)和一对第二褶皱面(332)分隔为六个褶皱面。

3.根据权利要求2所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述支撑部(31)包括侧部支撑面(311)和后部支撑面(313)，侧部支撑面(311)的一端和后部支撑面(313)之间形成下折痕(312)、另一端安装在连接端(32)上。

4.根据权利要求3所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，第一褶皱面(331)通过第一折痕(333)分隔的后半部分底端与后部支撑面(313)、连接端(32)所在平面相互平行。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述褶皱部(33)的边缘处上设有外凸起(34)。

6.根据权利要求2至4任意一项所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述支臂组件(2)包括用于衔接第一驱动骨架组件(11)的底座(21)、用于衔接皮碗组件(3)支撑部(31)的皮碗连接座(24)、铰接在底座(21)与皮碗连接座(24)之间的连杆组件、设置在底座(21)与连杆组件之间具有复位的弹簧(26)、设置在连杆组件后侧的支撑轮(23)。

7.根据权利要求6所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，还包括驱动骨架组件(1)；

驱动骨架组件(1)包括第一驱动骨架组件(11)和第二驱动骨架组件(12)，第一驱动骨架组件(11)和第二驱动骨架组件(12)分别位于皮碗组件(3)的前后两侧，并均通过螺栓连接将皮碗组件(3)的连接端(32)紧固在其间。

8.根据权利要求7所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述第一驱动骨架组件(11)包括同轴设置的第一限位盘(111)和第二限位盘(112)；

第一限位盘(111)和第二限位盘(112)之间通过中筒(113)相互衔接；第一限位盘(111)和第二限位盘(112)上分别设有第一中孔(115)和第二中孔(114)；

第二驱动骨架组件(12)包括第三限位盘(122)、通过第三限位盘(122)分隔的同轴设置的第一柱体(121)和阶梯状的第二柱体(123)；

第二限位盘(112)和第三限位盘(122)分别安装在连接端(32)上，第二柱体(123)依次穿过连接端(32)上的皮碗中孔(321)、第二中孔(114)和第一中孔(115)。

9.根据权利要求8所述的一种折叠皮碗式管道内检测器驱动装置，其特征在于，所述第二柱体(123)的阶梯结构与第一限位盘(111)前端面相平配合。

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