CN117565086A - 一种用于管道砂浆层清理的自动机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，主要涉及管道清理设备的技术领域，其包括机箱、设在所述机箱内的驱动机构、设在所述机箱一端的轴向切割机构、设在所述机箱上的径向切割机构和设在所述机箱另一端的清理机构；所述驱动机构包括固定设在所述机箱内的驱动电机、沿所述机箱轴线方向转动连接设置的主轴、四个垂直于所述主轴穿设在所述机箱上的轮轴和四个分别套设在所述轮轴端部的行走轮；所述轮轴与所述主轴啮合，所述驱动电机与所述主轴传动连接，所述清理机构与所述主轴相连且与所述径向切割机构相连。本申请具有清理效果彻底、操作方便、自动化程度高的优点。

Description

一种用于管道砂浆层清理的自动机器人

技术领域

本申请涉及管道清理设备的技术领域，尤其是涉及一种用于管道砂浆层清理的自动机器人。

背景技术

随着使用时间的增加，钢管、铸铁管管道内壁的砂浆保护层会因水流冲击、污物腐蚀等原因而出现水泥砂浆脱落的现象。为保证管道的结构强度和承载能力，需要对原管道内壁的水泥砂浆进行处理。在重新喷涂水泥砂浆或做其他修复工艺之前，应当将原管道内壁上未完全脱落的水泥砂浆铲除。

目前，用于水泥砂浆层铲除最为常见的方法是高压水射流法。首先向水中加入石英砂，然后通过向水体加压的方式形成含有石英砂的高压射流，最后引导射流冲击水泥砂浆使其脱落。这种方法适用于建筑物表面或路面等大面积清理作业场景，当其用于管道内壁的水泥砂浆时，由于管道内可以操作的空间有限，而砂浆层结合强度较强，会出现清理效率低、清理不彻底等问题。

针对上述中的相关技术，可以得知使用现有的高压水射流设备清理管道内壁的水泥砂浆时，存在清理不彻底的技术问题。

发明内容

为了提高混凝土管道内壁水泥砂浆清理的彻底程度，方便后续重新喷涂水泥砂浆或进行其他工艺修复，本申请提供一种用于管道砂浆层清理的自动机器人。

本申请提供的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人采用如下的技术方案：

一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，包括机箱、设在所述机箱内的驱动机构、设在所述机箱一端的轴向切割机构、设在所述机箱上的径向切割机构和设在所述机箱另一端的清理机构；所述驱动机构包括固定设在所述机箱内的驱动电机、沿所述机箱轴线方向转动连接设置的主轴、四个垂直于所述主轴穿设在所述机箱上的轮轴和四个分别套设在所述轮轴端部的行走轮；所述轮轴与所述主轴啮合，所述驱动电机与所述主轴传动连接，所述清理机构与所述主轴相连且与所述径向切割机构相连。

通过采用上述技术方案，机箱对其他部分结构起到了连接和支撑的作用，为其他结构提供了安装位置，安装在机箱内的驱动机构能够带动设备整体沿着管道内壁的轴线方向移动，安装在机箱前端的轴向切割机构能够随着机箱运动的过程中在管道内壁上留下两条平行于轴线方向的预刻槽，安装在机箱中段的径向切割机构能够随着机箱运动的过程中在管道内壁上留下多条垂直于轴线方向的预刻槽，安装在机箱尾部的清理机构能够将刻画好预刻槽、被模块划分割好的水泥砂浆层成块铲除，在此过程，驱动机构能够为径向切割机构和清理机构的执行动作提供动力，相比于传统的高压水射流清理，本申请自动化程度高、清理效果彻底、不受到管道内部操作空间限制，达到了提高混凝土管道内壁水泥砂浆清理的彻底程度，方便后续的水泥喷涂工序的发明目的。

可选的，轴向切割机构包括设在所述机箱一端的安装盘、两个对称设在所述安装盘上的滑块和分别设在两个所述滑块上的切割锯；所述滑块与所述安装盘沿水平方向滑动连接，所述滑块之间固定连接有复位弹簧。

通过采用上述技术方案，安装盘为切割锯的安装提供了限位，设置在安装盘上且与安装盘滑动连接的滑块一方面能够用于安装切割锯，另一方面其与安装盘之间滑动连接的结构设计使得切割锯之间的距离可以根据管道内径以及需要进行切割的厚度进行适应性调整，提高了本申请的适用范围。

可选的，清理机构包括一端固定套设在所述主轴上的底座、多个铰接在所述底座上的机械臂、固定设在所述底座内的伸缩缸和一端与所述伸缩缸伸缩端固定连接的支架；所述支架的另一端与所述机械臂的一端固定连接，当所述伸缩缸伸出，所述机械臂在所述支架的作用下向外支起。

通过采用上述技术方案，清理机构中的底座为其他部分结构的安装提供了空间，同时能够传递来自主轴的扭矩，多个铰接安装在底座上的机械臂能够在伸缩缸和支架的作用下伸出并且抵接在管道内壁的预刻槽内，机械臂能够在底座的带动下随着主轴发生旋转，从而将管道内壁上被模块化分割的水泥砂浆层成块刮除。

可选的，机械臂包括一端与所述底座铰接的连接部、与所述连接部另一端铰接的支撑部和设在所述支撑部上的刮刀；所述支撑部与所述支架抵接。

通过采用上述技术方案，机械臂中的连接部起到支撑机械臂整体的作用，支撑部起到了支撑刮刀提供限位的作用，安装在支撑部上的刮刀能够随着机械臂转动的过程将嵌入水泥砂浆层，并将其刮除。

可选的，刮刀的两侧对称设有导向板，所述导向板与所述支撑部能够拆卸连接。

通过采用上述技术方案，刮刀两侧对称设置的导向板结构对管道内壁顶部掉落的水泥砂浆层瓦砾起到了导向作用，使其能够分别沿左右两侧掉落，避免对刮刀的运动产生阻碍。

可选的，径向切割机构包括套设在所述主轴上的主动轮、多个转动连接在所述机箱侧壁上且与所述主动轮啮合的从动轮和转动连接在所述支架远离所述伸缩缸一端的切割环；所述切割环能够在所述支架的带动下与所述从动轮啮合或从所述从动轮上脱离。

通过采用上述技术方案，主动轮能够将主轴转动产生的扭矩传递至穿设在机箱侧壁上的从动轮，从动轮随着主动轮转动的过程中将扭矩传递至切割环，切割环转动能够在管道侧壁上留下垂直于轴线方向的预刻槽，实现径向切割动作，切割环与支架构成的离合结构能够方便切割环的启停控制，进一步提高本申请的自动化程度。

可选的，底座远离所述机箱的一端设有推板；所述推板与所述底座沿竖直方向滑动连接。

通过采用上述技术方案，安装在远离机箱一端的推板结构能够将本申请刮除的管道内壁水泥砂浆瓦砾聚拢起来从而方便后续的清理过程，推板与底座沿着竖直方向滑动连接的结构设计使其能够适应不同的管道内经，提高了本申请的适用范围。

可选的，机箱的上下两端均穿设有支撑腿；所述支撑腿与所述机箱沿竖直方向滑动连接。

通过采用上述技术方案，机箱上下两端的支撑腿能够在径向切割机构和清理机构运转过程中将机箱撑起，为机箱提供更加稳固的支撑，能够使水泥砂浆的刮除厚度保持一致性。

可选的，支撑腿靠近所述机箱的一端与所述支架抵接，当所述支架随所述伸缩缸伸出时，所述支撑腿从所述机箱内伸出并与管道内壁抵接。

通过采用上述技术方案，支撑腿的一端与支架抵接的结构设计使得支架在推动机械臂和切割环运动时，同步将支撑腿从机箱内部支起，使支撑腿能够接触管道内壁从而提供支撑，省去了支撑腿自身的动力结构，减少了机箱内部的空间占用。

可选的，支撑腿远离所述机箱的一端设有接触板；所述接触板为弧形板且远离所述支撑腿的一面设有橡胶垫片。

通过采用上述技术方案，支撑腿远离机箱的一端设置的接触板结构能够增加支撑腿与管道内壁的接触面积，接触板的弧形结构和设置在接触板上的橡胶垫片能够增加接触板与管道内壁之间的接触摩擦力，避免支撑腿出现打滑的情况。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

本申请中的机箱对其他部分结构起到了连接和支撑的作用，为其他结构提供了安装位置，安装在机箱内的驱动机构能够带动设备整体沿着管道内壁的轴线方向移动，安装在机箱前端的轴向切割机构能够随着机箱运动的过程中在管道内壁上留下两条平行于轴线方向的预刻槽，安装在机箱中段的径向切割机构能够随着机箱运动的过程中在管道内壁上留下多条垂直于轴线方向的预刻槽，安装在机箱尾部的清理机构能够将刻画好预刻槽、被模块划分割好的水泥砂浆层成块铲除，在此过程，驱动机构能够为径向切割机构和清理机构的执行动作提供动力，相比于传统的高压水射流清理，本申请自动化程度高、清理效果彻底、不受到管道内部操作空间限制，达到了提高混凝土管道内壁水泥砂浆清理的彻底程度，方便后续的水泥喷涂工序的发明目的；

本申请中的清理机构中的底座为其他部分结构的安装提供了空间，同时能够传递来自主轴的扭矩，多个铰接安装在底座上的机械臂能够在伸缩缸和支架的作用下伸出并且抵接在管道内壁的预刻槽内，机械臂能够在底座的带动下随着主轴发生旋转，从而将管道内壁上被模块化分割的水泥砂浆层成块刮除；

本申请中的安装在远离机箱一端的推板结构能够将本申请刮除的管道内壁水泥砂浆瓦砾聚拢起来从而方便后续的清理过程，推板与底座沿着竖直方向滑动连接的结构设计使其能够适应不同的管道内经，提高了本申请的适用范围。

附图说明

图1是本申请实施例公开的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人的结构示意图。

图2是本申请实施例中驱动机构的结构示意图。

图3是本申请实施例中轴向切割机构的结构示意图。

图4是本申请实施例中径向切割机构的结构示意图。

图5是本申请实施例中清理机构的结构示意图。

图6是本申请实施例中机械部的结构示意图。

附图标记说明：1、机箱；11、支撑腿；12、接触板；2、驱动机构；21、驱动电机；22、主轴；23、轮轴；24、行走轮；3、轴向切割机构；31、安装盘；32、滑块；33、切割锯；4、径向切割机构；41、主动轮；42、从动轮；43、切割环；5、清理机构；51、底座；52、机械臂；53、伸缩缸；54、支架；55、推板；521、连接部；522、支撑部；523、刮刀；524、导向板。

具体实施方式

以下结合附图1-附图6对本申请作进一步详细说明。

钢管、铸铁管管道内壁的水泥砂浆保护层需要进行定期铲除和重新喷涂。目前，用于水泥砂浆层铲除最为常见的方法是高压水射流法。首先向水中加入石英砂，然后通过向水体加压的方式形成含有石英砂的高压射流，最后引导射流冲击水泥砂浆使其脱落。这种方法适用于建筑物表面或路面等大面积清理作业场景，当其用于管道内壁的水泥砂浆时，由于管道内可以操作的空间有限，而砂浆层结合强度较强，会出现清理效率低、清理不彻底等问题。为了提高混凝土管道内壁水泥砂浆清理的彻底程度，方便后续重新喷涂水泥砂浆或进行其他工艺修复，本申请提供一种用于管道砂浆层清理的自动机器人。

本申请实施例公开了一种用于管道砂浆层清理的自动机器人。参照图1，用于管道砂浆层清理的自动机器人包括机箱1、驱动机构2、轴向切割机构3、径向切割机构4和清理机构5。其中，机箱1是一个圆柱形的空心金属箱体。驱动机构2安装在机箱1的内部，轴向切割机构3安装在机箱1的前端，径向切割机构4安装在机箱1的中部，清理机构5安装在机箱1的后端，驱动机构2能够驱动机箱1沿着管道内壁行走，并且与清理机构5和径向切割机构4相连，能够分别驱动清理机构5和周向切割机构启停和执行动作。

参照图1，机箱1是一个圆柱形空心金属箱体。机箱1上沿着垂直于地面的方向穿设有两个支撑腿11。支撑腿11与机箱1之间沿着垂直于地面的方向滑动连接。支撑腿11靠近机箱1内的一端与清理机构5抵接。清理机构5执行清理动作时，能够将支撑腿11推向机箱1的外侧，支撑腿11能够在清理机构5的作用下分别抵接在管道内部的上下侧。支撑腿11远离机箱1的一端通过螺栓连接的方式安装有接触板12。接触板12为弧形金属板，接触板12的凹面与支撑腿11连接，接触板12的凸面通过粘接的方式安装有橡胶垫片。

参照图1和图2，驱动机构2包括驱动电机21、主轴22、轮轴23和行走轮24。其中，主轴22通过转动连接的方式穿设在机箱1上。驱动电机21可以选用低速高扭双向伺服电机。驱动电机21的动力输出轴与主轴22之间通过锥齿轮啮合连接实现传动。驱动电机21能够在接收到控制信号后带动主轴22正向或反向旋转。轮轴23沿着垂直于主轴22轴线的方向穿设在机箱1的侧壁上。轮轴23的数量为4个。位于同一侧的轮轴23与主轴22之间通过锥形齿轮啮合的方式实现传动，另一侧的轮轴23穿设在机箱1上，并且与机箱1之间转动连接。轮轴23远离主轴22的一端套设有行走轮24。行走轮24为真空橡胶胎承重轮。行走轮24与混凝土管道内壁贴合。

参照图1和图3，轴向切割机构3包括安装盘31、滑块32和切割锯33。其中，安装盘31与机箱1沿着竖直方向滑动连接，安装盘31上沿着水平方向开设有滑槽。滑块32的数量为2个。滑块32安装在安装盘31的滑槽内，且与安装盘31之间沿水平方向滑动连接。滑块32上设置有安装孔，每个滑块32上均安装有一个切割锯33。切割锯33与滑块32之间通过螺栓连接的方式固定。两个切割锯33关于安装盘31的几何中心对称设置。两个滑块32之间安装有复位弹簧。

参照图1和图4，径向切割机构4包括主动轮41、从动轮42和切割环43。其中，主动轮41是一个固定套设在主轴22上，并且随着主轴22同步转动的齿圈。从动轮42是一个与主动轮41啮合的小齿轮。从动轮42穿设在机箱1的侧壁上。从动轮42的数量可以设置为多个，多个从动轮42沿着机箱1的周向均匀分布。切割环43是一个内圈与多个小齿轮啮合的齿圈，切割环43的外圈通过螺栓连接的方式安装有多个切割刀，切割环43能够在主动轮41和从动轮42的作用下发生旋转带动切割刀对管道内壁沿着垂直于轴线的方向切割出预刻槽。切割刀与切割环43之间沿着半径方向滑动连接并且能够在滑动行程内的任意位置相对固定。切割环43远离支架54的一侧端面通过多个连杆固定连接有一个圆台状的限位环。限位环与支撑腿11抵接。当限位环随着切割环43移动至切割环43与从动轮42啮合的位置时，限位环的圆台状倾斜侧面能够将支撑腿11顶起，使支撑腿11沿着远离机箱1的方向发生滑动从而使接触板12抵接在管道内壁上。支撑腿11能够为清理机构5刮除水泥砂浆层以及径向切割机构4切割预刻槽的过程提供更加稳固的支撑，避免本申请与管道之间出现的晃动影响切割精度以及清理彻底程度。

参照图1和图5，清理机构5包括底座51、机械臂52、伸缩缸53、支架54和推板55。其中，底座51是一个与机箱1同轴心设置的空心圆柱形金属壳体。底座51套设在主轴22上并且与主轴22之间通过花键连接，主轴22能够带动底座51发生同步转动。底座51内远离主轴22的端面上固定安装有一个伸缩缸53，支架54与伸缩缸53的伸缩端固定连接，并且穿设在底座51上。支架54与底座51之间沿着平行于轴线的方向滑动连接。支架54与机械臂52之间沿着竖直方向滑动连接。支架54能够在伸缩缸53的推动下带动机械臂52离开底座51并向外部张开，或者将张开状态下的机械臂52拖拽至贴合底座51的状态。底座51上安装有伸缩缸53的端面的外侧面安装有推板55。推板55是一块矩形金属板，推板55与底座51之间沿着竖直方向滑动连接并且可以固定在滑动行程内的任意位置处。推板55能够随着底座51的运动将管道内壁刮除掉落的水泥砂浆层颗粒摊平，方便后续的清除处理。支架54上设置有多个平行于主轴22轴线方向的连杆。多个连杆穿设在底座51上，延伸至机箱1的外侧。连杆的端部安装有一个保持环，保持环与径向切割机构4的切割环43转动连接。切割环43能够与保持环之间发生相对转动，并且切割环43能够随着保持环，在伸缩缸53的伸缩行程内沿着主轴22的轴线方向发生平移，从而在与从动轮42啮合和脱离啮合的两种状态之间进行切换。当本申请整体沿着管道内壁前进时，切割环43与从动轮42脱离啮合，切割环43的切割刀卡接在轴向切割机构3形成的预刻槽中，减少行进阻力。当本申请停止前进时，切割环43在安装在支架54上的保持环的推动作用下与从动轮42啮合，对管道内壁的径向进行切割，由于整体保持静止，切割阻力较小并且形成的预刻槽深度的一致性更好。

参照图5和图6，机械臂52包括连接部521、支撑部522、刮刀523和导向板524。其中，连接部521的一端与底座51的侧壁铰接，另一端与支撑部522铰接。支撑部522的顶部开设有凹槽，刮刀523沿着平行于支撑部522的方向安装在支撑部522的凹槽内。刮刀523与支撑部522凹槽的底面之间安装有弹簧。支撑部522的两侧关于刮刀523对称倾斜设置有导向板524。导向板524能够将刮刀523刮除的水泥砂浆层颗粒导向刮刀523的两侧。

本申请实施例的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人的实施原理为：首先，使用者根据需要进行清理的管道的内径以及将要进行刮除的水泥砂浆层目标厚度，将径向切割机构4、轴向切割机构3以及清理机构5的与机箱1之间的相对位置进行调整。然后，驱动机构2中的行走轮24会在驱动电机21以及主轴22的作用下带动整体沿着管道内壁发生移动。与此同时，轴向切割机构3中的切割锯33会将管道内壁切割，并且留下关于轴心对称并且平行于轴线方向的预刻槽。运动至预设位置后停止，伸缩缸53将支架54顶出，支架54能够带动切割环43移动至与从动轮42啮合的位置，此时切割环43会在从动轮42的作用下对管道内壁进行切割，并且留下垂直于轴线方向的环形预刻槽。后方的清理机构5的机械臂52会在支架54的带动下伸出，卡接在预刻槽内并且发生转动，此时管道内壁的水泥砂浆层已经被多条预刻槽分解成瓦片状的单元，瓦片状单元在刮刀523的作用下从管道内壁上剥离。剥离形成的瓦砾在导向板524的作用下掉落至推板55处，并在推板55的作用下在管道底部摊平，最后对瓦砾进行清理即可完成。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：包括机箱（1）、设在所述机箱（1）内的驱动机构（2）、设在所述机箱（1）一端的轴向切割机构（3）、设在所述机箱（1）上的径向切割机构（4）和设在所述机箱（1）另一端的清理机构（5）；所述驱动机构（2）包括固定设在所述机箱（1）内的驱动电机（21）、沿所述机箱（1）轴线方向转动连接设置的主轴（22）、四个垂直于所述主轴（22）穿设在所述机箱（1）上的轮轴（23）和四个分别套设在所述轮轴（23）端部的行走轮（24）；所述轮轴（23）与所述主轴（22）啮合，所述驱动电机（21）与所述主轴（22）传动连接，所述清理机构（5）与所述主轴（22）相连且与所述径向切割机构（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述轴向切割机构（3）包括设在所述机箱（1）一端的安装盘（31）、两个对称设在所述安装盘（31）上的滑块（32）和分别设在两个所述滑块（32）上的切割锯（33）；所述滑块（32）与所述安装盘（31）沿水平方向滑动连接，所述滑块（32）之间固定连接有复位弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述清理机构（5）包括一端固定套设在所述主轴（22）上的底座（51）、多个铰接在所述底座（51）上的机械臂（52）、固定设在所述底座（51）内的伸缩缸（53）和一端与所述伸缩缸（53）伸缩端固定连接的支架（54）；所述支架（54）的另一端与所述机械臂（52）的一端固定连接，当所述伸缩缸（53）伸出，所述机械臂（52）在所述支架（54）的作用下向外支起。

4.根据权利要求3所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述机械臂（52）包括一端与所述底座（51）铰接的连接部（521）、与所述连接部（521）另一端铰接的支撑部（522）和设在所述支撑部（522）上的刮刀（523）；所述支撑部（522）与所述支架（54）抵接。

5.根据权利要求4所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述刮刀（523）的两侧对称设有导向板（524），所述导向板（524）与所述支撑部（522）能够拆卸连接。

6.根据权利要求3所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述径向切割机构（4）包括套设在所述主轴（22）上的主动轮（41）、多个转动连接在所述机箱（1）侧壁上且与所述主动轮（41）啮合的从动轮（42）和转动连接在所述支架（54）远离所述伸缩缸（53）一端的切割环（43）；所述切割环（43）能够在所述支架（54）的带动下与所述从动轮（42）啮合或从所述从动轮（42）上脱离。

7.根据权利要求3所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述底座（51）远离所述机箱（1）的一端设有推板（55）；所述推板（55）与所述底座（51）沿竖直方向滑动连接。

8.根据权利要求3所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述机箱（1）的上下两端均穿设有支撑腿（11）；所述支撑腿（11）与所述机箱（1）沿竖直方向滑动连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述支撑腿（11）靠近所述机箱（1）的一端与所述支架（54）抵接，当所述支架（54）随所述伸缩缸（53）伸出时，所述支撑腿（11）从所述机箱（1）内伸出并与管道内壁抵接。

10.根据权利要求8所述的一种用于管道砂浆层清理的自动机器人，其特征在于：所述支撑腿（11）远离所述机箱（1）的一端设有接触板（12）；所述接触板（12）为弧形板且远离所述支撑腿（11）的一面设有橡胶垫片。