CN116971715A - 一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明市政排水维护维修领域，具体地说是一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置，包括箱体及分别容置于箱体内的伸缩机构和打孔机构，伸缩机构包括伸缩运动输出机构及多组伸缩铰，打孔机构包括壳体、安装于壳体内的固定壳及分别安装于固定壳内的旋转输出机构、中间惰轮组件和运动发生组件，伸缩运动输出机构包括伸缩动力源及伸缩传动机构，伸缩动力源安装于箱体内，壳体的左右两侧均连接有多组伸缩铰，每侧的多组伸缩铰均通过伸缩传动机构与伸缩动力源相连；运动发生组件通过中间惰轮组件与旋转输出机构相连，旋转输出机构的输出端安装有用于打孔的钻头。本发明包含定位、打孔两种功能于一身，能够快速完成打孔指令，及时解决渗水、漏水问题。

Description

一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置

技术领域

本发明市政排水维护维修领域，具体地说是一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置。

背景技术

工程实践中，市政排水井分布在城市的各个角落，担负着城市防洪排水的重要功能，是城市安全和水务工作的重要组成部分。

目前，市政排水井立面主要采用砖混结构，即立井通过空心砖码砌之后在里面封水泥实现立井的封闭，或者直接采用一次性成型的工程塑料圆管实现立井建造。但排水井在使用过程中，由于材料变性、震动或者其它原因会导致立井产生裂纹、漏孔，使排水井丧失排水功能。

人工在进行排水管漏点和裂纹堵漏工作中，首先要进入地下立井，待漏点位置确认后升井并携带工具再次下井进行钻孔作业。完成钻孔作业后，工人再次升井携带注胶工具下井进行注胶封堵作业，将灌封胶注入所钻孔并略微凝固后方可升井。

由于排水管道立井直径小，井深大，内幽暗，同时井底多有淤泥和污水，导致人工在井内进行作业过程中容易产生呼吸困难、碰撞以及封闭空间不适等症状。更为严重情况下，由于立井直径较小无法使用工具进行作业，导致无法实现相应功能。

发明内容

为了解决现有排水井钻孔、堵漏工作需要人工进行且工作环境恶劣、工作时间长等问题，本发明的目的在于提供一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置。该伸缩打孔装置能够代替人工进行井下检测、钻孔等工作，实现了智能化执行、方便操作等功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括箱体及分别容置于箱体内的伸缩机构和打孔机构，所述伸缩机构包括伸缩运动输出机构及多组伸缩铰，所述打孔机构包括壳体、安装于壳体内的固定壳及分别安装于固定壳内的旋转输出机构、中间惰轮组件和运动发生组件，所述伸缩运动输出机构包括伸缩动力源及伸缩传动机构，所述伸缩动力源安装于箱体内，所述壳体的左右两侧均连接有多组伸缩铰，每侧的所述多组伸缩铰均通过伸缩传动机构与伸缩动力源相连，所述伸缩动力源通过伸缩传动机构驱动左右两侧的多组伸缩铰同步伸缩，进而带动所述打孔机构整体相对于箱体移动；所述运动发生组件作为打孔的动力源通过中间惰轮组件与旋转输出机构相连，驱动所述旋转输出机构旋转，所述旋转输出机构的输出端安装有用于打孔的钻头。

其中：所述固定壳上安装有位置引导机构，所述位置引导机构包括红外固定座及红外光头，所述红外固定座固接在壳体内壁及固定壳上，所述钻头由红外固定座穿过，所述红外固定座上安装有红外光头。

所述伸缩传动机构包括下移动滑块、下螺母、双向丝杠、上移动滑块及上螺母，所述双向丝杠与伸缩动力源的输出端相连，在所述双向丝杠的两端分别螺纹连接有反向安装的上螺母和下螺母，所述上螺母上固接有上移动滑块，所述下螺母上固接有下移动滑块，所述上移动滑块的左右两侧及下移动滑块的左右两侧分别与壳体左右两侧的多组伸缩铰相连。

每组伸缩铰结构相同，均包括铰接连杆、中间旋转轴、端部旋转轴及中间滚动轴承，所述铰接连杆为两个、呈“X”形设置，每个所述铰接连杆的两端及中间均开设有销孔，每组伸缩铰中的两个铰接连杆位于中间的销孔内安装有中间滚动轴承，所述中间滚动轴承内转动安装有中间旋转轴；距离所述伸缩传动机构最近的一组伸缩铰中的两个铰接连杆一侧上下两个端部的销孔分别与伸缩传动机构相连，另一侧上下两个端部的销孔通过端部旋转轴与相邻组伸缩铰中铰接连杆端部的销孔铰接，其余组伸缩铰中铰接连杆端部的销孔通过端部旋转轴与相邻组伸缩铰中铰接连杆端部的销孔铰接；各组伸缩铰中所述中间滚动轴承的一端在箱体上开设的导向滑槽A内滚动，距离所述伸缩传动机构最远的一组伸缩铰中的中间滚动轴承的另一端与壳体上开设的固定孔连接，其余组伸缩铰中的所述中间滚动轴承的另一端在壳体上开设的导向滑槽B内滚动。

每个所述铰接连杆两端的销孔内安装有端部滚动轴承，所述端部旋转轴转动安装于端部滚动轴承内。

所述箱体为长方形箱体，左右两面沿所述伸缩铰伸缩方向均开设有条状的导向滑槽A，各组伸缩铰中的所述中间滚动轴承在导向滑槽A内呈“W”形配位构型，即位于奇数位的所述中间滚动轴承的外圈表面与导向滑槽A的上端面或下端面滚动接触，位于偶数位的所述中间滚动轴承的外圈表面与导向滑槽A的下端面或上端面滚动接触。

所述壳体为长方形壳体，左右两面均开设有固定孔和条状的导向滑槽B，所述固定孔位于导向滑槽B远离伸缩传动机构一端的外侧，所述导向滑槽B的另一端为延伸至壳体后端面的开口端，所述开口端为尺寸大于导向滑槽B的喇叭口形引导段。

所述铰接连杆相邻两销孔之间开设有用于减重用的方形孔，所述方形孔的外围形成方框加强筋。

所述旋转输出机构包括夹持头、输出旋转轴及输出旋转齿轮，所述输出旋转轴转动安装于固定壳内，所述输出旋转齿轮固定连接在输出旋转轴上，所述夹持头位于固定壳外部，所述夹持头的一端与输出旋转轴固接，所述夹持头的另一端夹紧钻头；所述中间惰轮组件包括惰轮轴及惰轮齿轮，所述惰轮轴转动安装于固定壳内，所述惰轮齿轮固定连接在惰轮轴上；所述运动发生组件包括定子、转子、运动轴及运动发生齿轮，所述定子安装于固定壳内，所述运动轴转动安装于固定壳内，并由所述定子穿过，所述转子固定连接在运动轴上位于定子内部的位置，所述运动轴上固定连接有运动发生齿轮，所述惰轮齿轮分别与输出旋转齿轮及运动发生齿轮相啮合。

所述固定壳为“L”形的中空结构，分为左右两部分，所述固定壳在旋转输出机构输出的位置设有开口，所述开口所在的壳壁为薄壳结构。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明包含定位、打孔两种功能于一身，结构可靠、配套设备少且操作简单，能够快速完成打孔指令，搭载在机器人上代替人工实现小直径立井内的打孔堵漏，及时解决渗水、漏水问题。

2.本发明结构简单，配套设备少且操作简单，能够快速部署到城市各个排水井内进行操作，实现人工在排水井外进行操作，保障工作人员的安全，并及时完成堵漏工作。

3.本发明的传动装置区别于传统电钻直驱及变位花键冲击移动结构，本发明中采用直齿齿轮多级传动和直齿组(中间惰轮组)轴向错位冲击。

4.本发明能够通过快换接口实现钻孔，执行工具快速更换。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明去掉箱体及滑轨后的立体结构示意图；

图3为图2中一组伸缩铰的结构示意图；

图4为图3中铰接连杆的结构示意图；

图5为图2伸缩机构中伸缩运动输出机构的立体结构示意图；

图6为本发明打孔机构中壳体的立体结构示意图；

图7为本发明打孔机构去掉壳体后的立体结构示意图；

图8为图7中固定壳内部的结构示意图；

图9为图8中中间惰轮组件的结构示意图；

图10为图8中运动发生组件的结构示意图；

图11为本发明打孔机构及位置引导机构的结构示意图；

其中：1为箱体，2为导向滑槽A，3为伸缩电机，4为伸缩电机固定件，5为下移动滑块，6为下螺母，7为双向丝杠，8为上移动滑块，9为上螺母，10为铰接连杆，11为中间旋转轴，12为中间滚动轴承，13为固定旋转轴，14为钻头，15为滑轨，16为壳体，17为销孔，18为固定壳，19为旋转输出机构，20为输出旋转轴，21为夹持头，22为输出旋转轴承，23为输出旋转齿轮，24为输出旋转轴承座，25为中间惰轮组件，26为运动发生组件，27为惰轮轴，28为惰轮齿轮，29为惰轮轴承，30为定子，31为转子，32为运动轴，33为运动发生齿轮，34为圆轴，35为红外固定座，36为红外光头，37为导向滑槽B，38为固定孔，39为喇叭口形引导段，40为端部旋转轴，41为端部滚动轴承，42为方形孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～11所示，本发明包括箱体1及分别容置于箱体1内的伸缩机构和打孔机构，伸缩机构包括伸缩运动输出机构及多组伸缩铰，打孔机构包括壳体16、安装于壳体16内的固定壳18及分别安装于固定壳18内的旋转输出机构19、中间惰轮组件25和运动发生组件26，伸缩运动输出机构包括伸缩动力源及伸缩传动机构，伸缩动力源安装于箱体1内，壳体16的左右两侧均连接有多组伸缩铰，每侧的多组伸缩铰均通过伸缩传动机构与伸缩动力源相连，伸缩动力源通过伸缩传动机构驱动左右两侧的多组伸缩铰同步伸缩，进而带动打孔机构整体相对于箱体1移动；运动发生组件26作为打孔的动力源通过中间惰轮组件25与旋转输出机构19相连，驱动旋转输出机构19旋转，旋转输出机构19的输出端安装有用于打孔的钻头14。

本实施例的箱体1箱体1为长方形箱体，前、后两端开口，左右两面的中间位置沿伸缩铰伸缩方向均开设有条状的导向滑槽A2，箱体1内的顶部固定安装有滑轨15，壳体16的顶部设有与滑轨15滑动连接的滑块。

本实施例的壳体16为长方形壳体，左右两面的每面上均开设有固定孔38和条状的导向滑槽B37，固定孔38位于导向滑槽B37远离伸缩传动机构一端的外侧，导向滑槽B37的另一端为延伸至壳体16后端面的开口端，开口端为尺寸大于导向滑槽B37的喇叭口形引导段39，当中间滚动轴承12向前推出导向滑槽B37之后，中间滚动轴承12可以通过喇叭口形引导段39反回导向滑槽B37内部。

本实施例的伸缩动力源为伸缩电机3，通过伸缩电机固定件4固定安装在箱体1内部的后端。本实施例的伸缩传动机构包括下移动滑块5、下螺母6、双向丝杠7、上移动滑块8及上螺母9，伸缩电机3通过联轴器与双向丝杠7固定连接，在双向丝杠7的上下两端分别螺纹连接有反向安装的上螺母9和下螺母6，上螺母9上固接有上移动滑块8，下螺母6上固接有下移动滑块5；本实施例的上移动滑块8及下移动滑块5均为方块，结构中心均加工螺母安装孔，上螺母9固定安装在上移动滑块8的螺母安装孔内，下螺母6固定安装在下移动滑块5的螺母安装孔内。上移动滑块8的左右两侧及下移动滑块5的左右两侧均设有圆轴34，圆轴34用于与壳体16左右两侧的多组伸缩铰相连。

本实施例在壳体16左右两侧各设置了五组伸缩铰，每组伸缩铰结构相同，均包括铰接连杆10、中间旋转轴11、端部旋转轴40、中间滚动轴承12，铰接连杆10为两个、呈“X”形设置，每个铰接连杆10的两端及中间均开设有销孔17，每组伸缩铰中的两个铰接连杆10位于中间的销孔17内安装有中间滚动轴承12，中间滚动轴承12内转动安装有中间旋转轴11；距离伸缩传动机构最近的一组伸缩铰中的两个铰接连杆10一侧上下两个端部的销孔17分别与上移动滑块8上的圆轴34、下移动滑块5上的圆轴34通过轴承转动连接，另一侧上下两个端部的销孔17内均安装有端部滚动轴承41，端部滚动轴承41内转动安装有端部旋转轴40，通过端部旋转轴40与相邻组伸缩铰中铰接连杆10端部的销孔17铰接，其余组伸缩铰中铰接连杆10端部的销孔17内同样安装端部滚动轴承41、端部旋转轴40，通过端部旋转轴40与相邻组伸缩铰中铰接连杆10端部的销孔17铰接。各组伸缩铰中中间滚动轴承12的一端在箱体1上开设的导向滑槽A2内滚动，距伸缩传动机构最远的一组伸缩铰中的中间滚动轴承12的另一端与壳体1上开设的固定孔38连接，其余组伸缩铰中的中间滚动轴承12的另一端在壳体16上开设的导向滑槽B37内滚动。

本实施例各组伸缩铰中的中间滚动轴承11在导向滑槽A2内呈“W”形配位构型，即位于奇数位的中间滚动轴承12的外圈表面与导向滑槽A2的上端面或下端面滚动接触，位于偶数位的中间滚动轴12的外圈表面与导向滑槽A2的下端面或上端面滚动接触，以保证打孔机构整体水平伸缩。

本实施例的铰接连杆10上相邻两销孔17之间开设有用于减重用的方形孔42，方形孔42的外围形成方框加强筋。

本实施例的固定壳18为“L”形的中空结构，分为左右两部分，固定壳18在旋转输出机构19输出的位置设有开口，考虑到结构空间的要求，并为了更好地散热，开口所在的壳壁为薄壳结构，壳壁厚度可为2mm。

本实施例的旋转输出机构19包括夹持头21、输出旋转轴20、输出旋转轴承22、输出旋转齿轮23及输出旋转轴承座24，输出旋转轴20的一端通过输出旋转轴承22与固定壳18转动连接，夹持头21位于固定18外部，夹持头21的一端与输出旋转轴20的另一端固接，夹持头21的另一端夹紧钻头14；输出旋转轴承座24通过输出旋转轴承22与输出旋转轴20相连，并通过输出旋转轴承座24上的法兰与固定壳18固定连接。输出旋转齿轮23固定连接在输出旋转轴20上，位于输出旋转轴承座24与端头处的输出旋转轴承22之间。

本实施例的中间惰轮组件25包括惰轮轴27、惰轮齿轮28及惰轮轴承29，惰轮轴27的两端分别通过惰轮轴承29转动安装于固定壳18内，惰轮齿轮28固定连接在惰轮轴27的中间位置。

本实施例的运动发生组件26包括定子30、转子31、运动轴32及运动发生齿轮33，定子30压紧在固定壳18内，运动轴32的两端通过轴承转动安装于固定壳18内，并由定子30穿过，转子31固定连接在运动轴32上位于定子30内部的位置，运动轴32上远离转子31的一端固定连接有运动发生齿轮33，惰轮齿轮28分别与输出旋转齿轮23及运动发生齿轮33相啮合。

本实施例的固定壳18上还安装有位置引导机构，位置引导机构包括红外固定座35及红外光头36，红外固定座35呈“L”形板，四边分别固接在壳体16内壁及固定壳18上，钻头14由红外固定座35穿过，钻头14外围的红外固定座35上沿圆周方向均匀开设有多个(本实施例为三个)通孔，每个通孔内均固定安装一个圆柱形的红外光头36。

本发明的工作原理为：

本发明从城市水务中排水管道维护维修的现场需求角度出发，分析了维护现场典型的应用场景需求、以及对相应装备指标的要求、限制条件等等。本发明搭载在移动巡检机器人上，实现机器人在巡检过程中针对立井中的渗漏位置进行钻孔及后续的修复。具体为：

当伸缩电机3的电机轴顺时针转动，带动双向丝杠7顺时针旋转，使双向丝杠4上、下两端的上螺母9、下螺母6同时、同步移动，上螺母9向下、下螺母6向上，同时上移动滑块8、下移动滑块5分别与上螺母9、下螺母6固定连接，上移动滑块8、下移动滑块5左右两端加工的圆轴34通过端部滚动轴承41与铰接连杆10端部的销孔17转动连接，进而带动多组伸缩铰运动。

当伸缩铰中铰接连杆10中间旋转轴11在一端中间滚动轴承12的约束下进行水平前进或后退运动，当一组伸缩铰中的两个铰接连杆10两端在上移动滑块8、下移动滑块5的带动下向中心位置靠拢时，中间旋转轴11在箱体1上的导向滑槽A2中、壳体16上的导向滑槽B37中向前移动，同时由多组伸缩铰带动打孔机构也同时向前移动。由于最前端的那组伸缩铰中的中间旋转轴11与壳体16固定连接，当伸缩铰向前移动时，壳体16也水平向前移动，进而带动钻机向前移动。

当定子30通电，定子30带电产生的磁场驱动转子31进行旋转运动，同时带动运动轴32、运动发生齿轮33旋转，通过运动发生齿轮33与中间惰轮组件25中的惰轮齿轮28相互啮合，运动发生齿轮33将旋转运动输出至旋转输出机构19中的输出旋转齿轮23上。当输出旋转齿轮23旋转带动输出旋转轴20旋转，同时实现夹持头21的旋转运动，实现打孔功能。

Claims (10)

1.一种用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：包括箱体(1)及分别容置于箱体(1)内的伸缩机构和打孔机构，所述伸缩机构包括伸缩运动输出机构及多组伸缩铰，所述打孔机构包括壳体(16)、安装于壳体(16)内的固定壳(18)及分别安装于固定壳(18)内的旋转输出机构(19)、中间惰轮组件(25)和运动发生组件(26)，所述伸缩运动输出机构包括伸缩动力源及伸缩传动机构，所述伸缩动力源安装于箱体(1)内，所述壳体(16)的左右两侧均连接有多组伸缩铰，每侧的所述多组伸缩铰均通过伸缩传动机构与伸缩动力源相连，所述伸缩动力源通过伸缩传动机构驱动左右两侧的多组伸缩铰同步伸缩，进而带动所述打孔机构整体相对于箱体(1)移动；所述运动发生组件(26)作为打孔的动力源通过中间惰轮组件(25)与旋转输出机构(19)相连，驱动所述旋转输出机构(19)旋转，所述旋转输出机构(19)的输出端安装有用于打孔的钻头(14)。

2.根据权利要求1所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述固定壳(18)上安装有位置引导机构，所述位置引导机构包括红外固定座(35)及红外光头(36)，所述红外固定座(35)固接在壳体(16)内壁及固定壳(18)上，所述钻头(14)由红外固定座(35)穿过，所述红外固定座(35)上安装有红外光头(36)。

3.根据权利要求1所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述伸缩传动机构包括下移动滑块(5)、下螺母(6)、双向丝杠(7)、上移动滑块(8)及上螺母(9)，所述双向丝杠(7)与伸缩动力源的输出端相连，在所述双向丝杠(7)的两端分别螺纹连接有反向安装的上螺母(9)和下螺母(6)，所述上螺母(9)上固接有上移动滑块(8)，所述下螺母(6)上固接有下移动滑块(5)，所述上移动滑块(8)的左右两侧及下移动滑块(5)的左右两侧分别与壳体(16)左右两侧的多组伸缩铰相连。

4.根据权利要求1所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：每组伸缩铰结构相同，均包括铰接连杆(10)、中间旋转轴(11)、端部旋转轴(40)及中间滚动轴承(12)，所述铰接连杆(10)为两个、呈“X”形设置，每个所述铰接连杆(10)的两端及中间均开设有销孔(17)，每组伸缩铰中的两个铰接连杆(10)位于中间的销孔(17)内安装有中间滚动轴承(12)，所述中间滚动轴承(12)内转动安装有中间旋转轴(11)；距离所述伸缩传动机构最近的一组伸缩铰中的两个铰接连杆(10)一侧上下两个端部的销孔(17)分别与伸缩传动机构相连，另一侧上下两个端部的销孔(17)通过端部旋转轴(40)与相邻组伸缩铰中铰接连杆(10)端部的销孔(17)铰接，其余组伸缩铰中铰接连杆(10)端部的销孔(17)通过端部旋转轴(40)与相邻组伸缩铰中铰接连杆(10)端部的销孔(17)铰接；各组伸缩铰中所述中间滚动轴承(12)的一端在箱体(1)上开设的导向滑槽A(2)内滚动，距离所述伸缩传动机构最远的一组伸缩铰中的中间滚动轴承(12)的另一端与壳体(16)上开设的固定孔(38)连接，其余组伸缩铰中的所述中间滚动轴承(12)的另一端在壳体(16)上开设的导向滑槽B(37)内滚动。

5.根据权利要求4所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：每个所述铰接连杆(10)两端的销孔(17)内安装有端部滚动轴承(41)，所述端部旋转轴(40)转动安装于端部滚动轴承(41)内。

6.根据权利要求4所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述箱体(1)为长方形箱体，左右两面沿所述伸缩铰伸缩方向均开设有条状的导向滑槽A(2)，各组伸缩铰中的所述中间滚动轴承(11)在导向滑槽A(2)内呈“W”形配位构型，即位于奇数位的所述中间滚动轴承(12)的外圈表面与导向滑槽A(2)的上端面或下端面滚动接触，位于偶数位的所述中间滚动轴承(12)的外圈表面与导向滑槽A(2)的下端面或上端面滚动接触。

7.根据权利要求4所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述壳体(16)为长方形壳体，左右两面均开设有固定孔(38)和条状的导向滑槽B(37)，所述固定孔(38)位于导向滑槽B(37)远离伸缩传动机构一端的外侧，所述导向滑槽B(37)的另一端为延伸至壳体(16)后端面的开口端，所述开口端为尺寸大于导向滑槽B(37)的喇叭口形引导段(39)。

8.根据权利要求4所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述铰接连杆(10)相邻两销孔(17)之间开设有用于减重用的方形孔(42)，所述方形孔(42)的外围形成方框加强筋。

9.根据权利要求1所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述旋转输出机构(19)包括夹持头(21)、输出旋转轴(20)及输出旋转齿轮(23)，所述输出旋转轴(20)转动安装于固定壳(18)内，所述输出旋转齿轮(23)固定连接在输出旋转轴(20)上，所述夹持头(21)位于固定壳(18)外部，所述夹持头(21)的一端与输出旋转轴(20)固接，所述夹持头(21)的另一端夹紧钻头(14)；所述中间惰轮组件(25)包括惰轮轴(27)及惰轮齿轮(28)，所述惰轮轴(27)转动安装于固定壳(18)内，所述惰轮齿轮(28)固定连接在惰轮轴(27)上；所述运动发生组件(26)包括定子(30)、转子(31)、运动轴(32)及运动发生齿轮(33)，所述定子(30)安装于固定壳(18)内，所述运动轴(32)转动安装于固定壳(18)内，并由所述定子(30)穿过，所述转子(31)固定连接在运动轴(32)上位于定子(30)内部的位置，所述运动轴(32)上固定连接有运动发生齿轮(33)，所述惰轮齿轮(28)分别与输出旋转齿轮(23)及运动发生齿轮(33)相啮合。

10.根据权利要求1所述用于立井侧壁的伸缩打孔装置，其特征在于：所述固定壳(18)为“L”形的中空结构，分为左右两部分，所述固定壳(18)在旋转输出机构(19)输出的位置设有开口，所述开口所在的壳壁为薄壳结构。