CN1962091A - 带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人 - Google Patents

Abstract

一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，属机械传动技术领域。整个管道清洗机器人由多节相同的管道清洗机构组成，节与节之间采用柔性弹簧连接。对于单节管道清洗机构，由支撑体，柔性面板，清洗头组成。支撑体由多个均布在中心轴周围的平行四杆机构组成，在扭簧弹力作用下，平行四杆机构自动张开，安装在摇杆上的滚动轮紧贴在管道内壁上，支撑整个管道清洗机构。当遇到障碍时，平行四杆机构克服扭簧弹力，自动收缩，提高通过性能。清洗头安装在平行四杆机构的连杆上，在弹簧力的作用下紧贴管道内壁。安装在后摇杆上的柔性面板阻碍管内流体流动，产生推力，推动管道支撑体前移，实现管道清洗机器人在线作业。此可变径管道清洗机器人作业时不需附加提供动力，且可自动适应各种管径，能顺利平稳通过变径管道，支管连接处、阀门、弯头等，在管道清洗作业中有广泛的应用前景。

Description

带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人

技术领域：

本发明涉及一种可变径，无需附加动力源的管道清洗机器人，特指一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，主要为在线石油、天然气、水输送管道等清洗作业，属机械传动技术领域。

背景技术：

管道作为油气长距离输送的重要载体，多年来，管内杂质的沉积、腐蚀重压作用等影响了管道运行的效率及安全。管道机器人是一种可沿管道行走的，携带一种或多种传感器及操作机械的装置。目前对于管道机器人行走机构的研究已有一些成果如高度可调的自主变位履带式管道机器人的行走机构(发明专利：CN21744227A)；履带式管道机器人(实用新型：CN247713217Y)；单电机单驱动直进轮式小型管道机器人移动机构(发明专利：CN217717942A)；螺旋驱动式管内机器人行走机构(实用新型：9422179132.7)等等。对于现有已开发的管道机器人大多基于管道里没有介质的情况，现实中大量使用的管道里是充满介质的，很多输油输气管道由于工艺上的要求，不能随意停输来进行检修，且此类管道机器人运动的动力是由自身携带的动力设备(如电动机)来提供，对于几百千米的输油输气管道而言，能源供给是一个相当麻烦的事情。此外，对于长输管道，由于管道焊接施工或工艺上的原因，存在一些变径管道，弯曲管道，焊接支管道等等，在此情况下，不能因为管道机器人作业出现故障而堵塞管道，基于这些原因，上述的管道机器人一直没有被推广运用。

发明内容：

本发明为了克服以上缺陷，提出一种在线无需附加动力设备的可伸缩变径的带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人。

本发明所述整个管道清洗机器人为多节组成，节数根据实际需要而定，各节的结构相同，各节之间采用柔性的中心弹簧连接。对于单节管道清洗机构，由支撑体、管道清洗部件和提供动力的柔性面板组成。对于支撑体，由均分在中心轴周围的多个平行四杆机构组成，安装在每个平行四杆机构前后摇杆上的滚动轮在扭簧弹力的作用下始终压紧管道内壁，这样周向的多个平行四杆机构相互制约，支撑在整个管道内部，组成管道清洗机构的支撑体。安装在每个平行四杆机构连杆上的清洗头在弹簧的作用下紧贴管道内壁，当柔性面板因阻碍流体运动而受力时，推动支撑体，带动清洗头对管内壁进行清洗。

现详细说明本发明的技术方案：

一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，为多节或单节组成，各节的结构相同，其各节之间采用中心弹簧连接；对于单节管道清洗机构，由多个均分在中心轴周围的平行四杆支撑机构、清洗部件和柔性面板组成；所述的单个平行四杆支撑机构由中心支撑，前摇杆部件，后摇杆部件，连杆及清洗部件组成；对于中心支撑由中心轴，前支腿，螺钉，后支腿，限位销组成；对于前摇杆部件由滚动轮，滚动小轮及各自的轴承，轴，前摇杆，扭簧及其固定轴组成；对于后摇杆部件由滚动轮，轴承，轴，后摇杆，扭簧及其固定轴组成；对于连杆及清洗部件由螺钉销，连杆，清洗头，螺钉，弹簧组成。

本发明的优点是具有高的管道通过性能及高的可靠度，可在一定曲率弯头，变径管道，阀门，甚至是扁平的矩形管道内进行清洗作业。当此管道清洗机器人遇到障碍物堵塞时，机器人支撑体能向管道中心收缩，利于越过障碍物，增强其实用化能力。此管道清洗机器人行走不需附加提供动力，可自动适应各种管径，且清洗头在磨损的情况下也能紧贴管壁增强清洗效果。

附图说明：

图1本发明结构示意图(两节为例)

图2本发明平行四杆支撑机构结构示意图

1、滚动轮 2、轴承 3、轴 4、前摇杆 5、扭簧 6、轴 7、前支腿 8、螺钉 9、滚动小轮 10、轴 11、轴承 l2、螺钉销 13、连杆 14、清洗头 15、螺钉 16、弹簧 17、螺钉销 18、后摇杆 19、柔性面板 20、限位销 21、后支腿 22、螺钉 23、中心轴 24、中心弹簧

图3图2的A-A视图

图4前支腿侧面图

图5连杆府视图

图6前摇杆左视图

具体实施方式：

现详细说明本发明的具体实施方式：

一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，为多节或单节组成，各节的结构相同，其各节之间采用中心弹簧(24)连接；对于单节管道清洗机构，由多个均分在中心轴(23)周围的平行四杆支撑机构、清洗部件和柔性面板(19)组成；所述的单个平行四杆支撑机构由中心支撑，前摇杆部件，后摇杆部件，连杆部件组成；对于中心支撑由中心轴(23)，前支腿(7)，螺钉(8)，后支腿(21)，螺钉(22)，限位销(20)组成；对于前摇杆部件由滚动轮(1)，轴承(2)，轴(3)，前摇杆(4)，扭簧(5)，轴(6)，滚动小轮(9)，轴(10)，轴承(11)组成；对于后摇杆部件由滚动轮(1)，轴承(2)，轴(3)，后摇杆(18)，扭簧(5)，轴(6)组成；对于连杆及清洗部件，由螺钉销(12)，连杆(13)，清洗头(14)，螺钉(15)，弹簧(16)，螺钉销(17)组成。

中心轴(23)一端通过螺钉(8)安装有前支腿(7)，另一端通过螺钉(22)安装有后支腿(21)。在后支腿(21)上安装有限位销(20)，用于对后摇杆(18)的转动限位。

前摇杆(4)的上端安装有轴(3)，轴(3)上安装有轴承(2)，轴承(2)上安装有滚动轮(1)，在正常运动时，由于轴承(2)的摩擦系数小，滚动轮(1)滚动阻力较小；在管道变径情况下，支撑机构与管壁间靠滚动轮(1)接触，摩擦力变化较小；前摇杆(4)的中部安装有轴(10)，轴(10)上安装有轴承(11)，轴承(11)上安装有滚动小轮(9)，当管道清洗支撑体前面遇到障碍时，如果前摇杆(4)与障碍物接触，通过滚动小轮(9)过渡，可使支撑体迅速越过障碍，提高支撑体运动的越障碍能力；前摇杆(4)的下端叉在前支腿(7)上，通过轴(6)连接构成转动幅，扭簧(5)套在轴(6)上且在前支腿(7)凹槽内，扭簧(5)的一端固定在前支腿(7)上，另一端固定在前摇杆(4)上。扭簧(5)的弹力使安装在前支腿(7)上的多个前摇杆(4)径向张开，装在前摇杆(4)上的滚动轮(1)贴紧管道内壁。

后摇杆(18)的上端安装有轴(3)，轴(3)上安装有轴承(2)，轴承(2)上安装有滚动轮(1)，功用同前摇杆；后摇杆(18)的下端叉在后支腿(21)上，通过轴(6)连接构成转动幅，扭簧(5)套在轴(6)上，且在后支腿(21)凹槽内，扭簧(5)的一端固定在后支腿(21)上，另一端固定在后摇杆(18)上。扭簧(5)的弹力使安装在后支腿(21)上的多个后摇杆(18)径向张开，装在后摇杆(18)上的滚动轮(1)贴紧管道内壁。

连杆(13)的一端通过螺钉销(12)与前摇杆(4)构成转动幅，另一端通过螺钉销(17)与后摇杆(18)构成转动幅。安装时保持连杆(13)与中心轴(23)平行，前摇杆(4)与后摇杆(18)平行。

清洗头(14)通过螺钉(15)安装在连杆(13)上，螺钉(15)上套有弹簧(16)，弹簧(16)把清洗头(14)压紧在管道内壁上。螺钉(15)对清洗头(14)起固定和导向作用。在弹簧(16)弹力作用下，清洗头(14)在磨损一定厚度后也能可始终贴紧在管道内壁，提高长距离清洗作业效果。清洗头(14)靠近前摇杆(4)处采用斜角过渡，斜角点即前斜面与下底面的交界点在弹簧(16)顶紧的情况下不能高出滚动轮(1)的外边沿，即尺寸S不能为负数，这样保证管道清洗机器人在遇到障碍物时，清洗头能顺利通过。

为使管道清洗机器人能在无外加动力的情况下在线作业，均布在中心轴(23)上的多个后摇杆(18)上安装有一块伞形的柔性面板(19)，柔性面板(19)采用小螺钉拧紧在周向均部的后摇杆(18)上，使柔性面板(19)和后摇杆(18)牢固连接，且柔性面板(19)可随后摇杆(18)的摆动自由伸缩，实现变径。柔性面板的功用是阻挡管内流体运动，对管道清洗机构支撑体产生推力，带动行走机构在管道内平稳移动。

对于单节管道清洗机构清洗管道时，在环向两清洗头之间的管道内壁上的污垢无法清除，为提高管道清洗效果，根据需要，采用多节管道清洗机构组成多节管道清洗机器人。对于多节连接时，各节之间以中心轴为轴心转动一定角度，各节上清洗头在管内壁上的移动母线不完全重合，保证高效的清洗效果。

在正常工作情况下，本发明进入含有污垢的管道中，前后摇杆上的滚动轮(1)在扭簧(5)的作用下，滚动轮(1)始终贴紧管道内壁上，支撑整个管道清洗机构。连杆上安装的清洗头(14)压紧在管道内壁上。当管道内有介质流动时，管内流体推动柔性面板(19)，滚动轮(1)沿管内壁向前滚动，整个管道清洗机构支撑体受力前移。安装在连杆(13)上的清洗头(14)紧贴管壁前移，从而擦除管道内壁污垢。由多节管道清洗机构联合作用，便可达到全部管道内壁的清洗作业。

当此管道清洗机器人通过三通或支线管网接口时，前摇杆(4)上滚动轮(1)越过管道连接处的边缘，后摇杆(18)上的滚动轮支撑此节，由于前摇杆(4)、后摇杆(18)、连杆(13)和中心支撑组成的是平行四杆机构，前后摇杆相互协调、制约，加上此管道清洗机器人又由多节组成，各节之间采用具有一定刚度的中心弹簧连接，因此管道清洗机器人可以实现平稳越障过渡。

当此管道清洗机器人通过变径管道，阀门，凸凹阶梯时，滚动轮(1)在台阶处会被卡住，管道清洗机器人不能移动，由于管内流体流动，柔性面板所受推力加大，克服扭簧(5)的弹力，前后摇杆向管道中心靠拢，整个平行四杆支撑机构收缩，滚动轮(1)越过台阶，进入新管道段，随后在扭簧(5)作用下，滚动轮(1)迅速压紧在新的管道内壁上，建立新的管道清洗机构支撑平衡状态。

当此管道清洗机器人通过弯曲管段时，由于它采用多节组成，且节与节之间采用中心弹簧(24)联接，具有很好的柔性。对于单节的管道清洗机器人，在受力的情况下，支撑体可以自动往管道中心处收缩，减小其径向直径，提高通过弯曲管道的能力。

Claims (5)

1、一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，其特征是：

为多节或单节组成，各节的结构相同，其各节之间采用中心弹簧(24)连接；对于单节管道清洗机构，由多个均分在中心轴(23)周围的平行四杆支撑机构、清洗部件和柔性面板(19)组成；所述的单个平行四杆支撑机构由中心支撑，前摇杆部件，后摇杆部件，连杆部件组成；对于中心支撑由中心轴(23)，前支腿(7)，螺钉(8)，后支腿(21)，螺钉(22)，限位销(20)组成；对于前摇杆部件由滚动轮(1)，轴承(2)，轴(3)，前摇杆(4)，扭簧(5)，轴(6)组成；对于后摇杆部件由滚动轮(1)，轴承(2)，轴(3)，后摇杆(18)，扭簧(5)，轴(6)组成；对于连杆及清洗部件，由螺钉销(12)，连杆(13)，清洗头(14)，螺钉(15)，弹簧(16)，螺钉销(17)组成；

中心轴(23)一端通过螺钉(8)安装有前支腿(7)，另一端通过螺钉(22)安装有后支腿(21)，在后支腿(21)上安装有限位销(20)；前摇杆(4)的上端安装有轴(3)，轴(3)上安装有轴承(2)，轴承(2)上安装有滚动轮(1)；前摇杆(4)的下端叉在前支腿(7)上，通过轴(6)连接构成转动幅，扭簧(5)套在轴(6)上，且位于前支腿(7)凹槽内，扭簧(5)的一端固定在前支腿(7)上，另一端固定在前摇杆(4)上；后摇杆(18)的内部结构与前摇杆(4)相同；连杆(13)的一端通过螺钉销(12)与前摇杆(4)构成转动幅，另一端通过螺钉销(17)与后摇杆(18)构成转动幅；清洗头(14)通过螺钉(15)安装在连杆(13)上，螺钉上套有弹簧(16)，弹簧(16)把清洗头(14)压紧在管道内壁上；柔性面板(19)紧贴安装在均布在圆周方向上的后摇杆(18)上。

2、根据权利要求1所述的一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，其特征是：连杆(13)与中心轴(23)平行，前摇杆(4)与后摇杆(18)平行。

3、根据权利要求1所述的一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，其特征是：前摇杆(4)的中部安装有轴(10)，轴(10)上安装有轴承(11)，轴承(11)上安装有滚动小轮(9)。

4、根据权利要求1所述的一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，其特征是：对于多节连接时，各节之间以中心轴为轴心转动一定角度，各节上清洗头在管内壁上的移动母线不完全重合。

5、根据权利要求1所述的一种带平行四杆机构的可变径管道清洗机器人，其特征是：清洗头(14)靠近前摇杆处采用斜角过渡。

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