CN201944487U - 可调式自适应管道内行走机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种可调式自适应管道内行走机构，可以应用在各种管道工程中。本实用新型通过设置链条张紧机构可以实现链条的张紧；通过调节机构实现平行支架的平行移动，并且具备两个平行支架间的距离根据土壤的疏松程度自动调节的功能，保证链条与土壤始终接触；通过带附件链条使链条运动的时候与土壤有效地接触，产生足够的前进推力。

Description

可调式自适应管道内行走机构

技术领域

本实用新型涉及机械行走机构领域，具体为一种可调式自适应管道内行走机构。

背景技术

在管道探伤检测、微型管道掘进等工程中，往往需要机械具有在动力驱动下自行前进的功能。目前，清华大学研制出的管道检测机器人采用全驱动直进式结构，由三个直流电机通过蜗轮蜗杆带动三个径向均布的驱动轮，通过一个剪形弹簧压紧机构使驱动轮撑紧管壁，依靠摩擦力行走运动；上海大学研制出的小型管内移动机器人随着电机的转动，驱动机构作螺旋运动，保持机构沿管道中心轴线移动，改变施加于电机的电流极性，可改变机器人的移动方向，从而使机器人在管内进退自如。

但清华大学研制的管道检测机器人采用的行走机构为轮式机构，其适应能力差，尤其是用于微型管道掘进工程中时，轮式机构在土层中的前进能力弱，不能很好的驱动行走机构及前部掘进机构的前进。

实用新型内容

要解决的技术问题

本实用新型为解决现有的行走机构难以适应管道工程中的复杂环境，前进过程中自适应能力差等缺陷，提出了一种可调式自适应管道内行走机构，可以应用在各种管道工程中。

技术方案

本实用新型的技术方案为：

所述一种可调式自适应管道内行走机构，其特征在于：包括动力机构、支撑支架和传动调节机构；

动力机构包括有RV减速器和4个主动链轮，RV减速器与外部动力输入轴相连，4个主动链轮分别固定在RV减速器的两根动力输出轴两端，动力输出轴垂直于动力输入轴，动力机构实现减速、动力换向和双轴动力输出功能；

支撑支架前端通过连接法兰与RV减速器固连；支撑支架后部为中空结构，用于 安装传动调节机构的导向滑块，中空结构两侧面上开有滑槽，支撑支架后端平面上有螺纹孔；支撑支架中部有两个对称的平行轴孔，轴孔平行于动力输出轴，轴孔内固定有内从动轴，内从动轴两端轴承连接有内从动链轮；支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有螺纹孔，螺纹孔垂直于动力输出轴和动力输入轴，用于与传动调节机构的调节螺栓相连；

传动调节机构包括有传动机构、链条张紧机构和调节机构；传动机构沿支撑支架分为对称的两部分，每部分均包括平行支架、链轮连杆和从动链轮，平行支架两端有轴孔，轴孔内分别固定有前从动轴和后从动轴，前从动轴两端轴承连接有前从动链轮，前从动轴与动力输出轴同侧端之间通过前链轮连杆相连，后从动轴两端轴承连接有后从动链轮，后从动轴与内从动轴同侧端之间通过后链轮连杆相连，每部分两个后链轮连杆之间还固连有调节轴，调节轴与后从动轴平行；链条张紧机构沿支撑支架分为对称的两部分，每部分均包括调整支架、调节螺栓和张紧链轮，调整支架为“U”型结构，底面开有通孔，两侧侧面开有同轴孔，调节螺栓穿过调整支架底面通孔与支撑支架中部螺纹孔连接，且调节螺栓与调整支架之间套有卡簧，使调节螺栓转动时可带动调整支架沿调节螺栓轴向移动，张紧链轮轴穿过调整支架侧面轴孔，并与调整支架固连，张紧链轮轴两端轴承连接有张紧链轮；调节机构包括调节螺杆、导向滑块、导向轴和调节连杆，调节螺杆穿过支撑支架后端的螺纹孔与支撑支架螺纹连接，调节螺杆端部穿过导向滑块底面通孔，调节螺杆中部伸出有挡块，在挡块和导向滑块外侧底面之间的调节螺杆上套有弹簧，导向滑块为“U”型结构，两侧侧面开有同轴孔，导向滑块置于支撑支架后部的中空结构中，导向轴穿过导向滑块两侧同轴孔，并且导向轴两端处于支撑支架后部侧面滑槽内，导向轴与调节轴之间通过调节连杆相连；

链条将同一组的主动链轮、前从动链轮、后从动链路和内从动链轮绕连，张紧链 轮处于链条内侧，用于将链条张紧。

所述一种可调式自适应管道内行走机构的优选方案，其特征在于：支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有导向杆孔，导向杆孔中固定安装有导向杆；在平行支架上开有导向槽，导向槽与导向杆配合，限制平行支架只能在垂直于动力输出轴的平面方向内运动。

所述一种可调式自适应管道内行走机构的优选方案，其特征在于：支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有导向轴孔，导向轴孔中固定安装有导向轴；调整支架底面上开有两个通孔，一个通孔与支撑支架中部的螺纹孔配合，另一个通孔与支撑支架中部的导向轴孔配合，导向轴穿过导向轴孔和调整支架底面通孔，限制调整支架只能垂直于支撑支架运动。

所述一种可调式自适应管道内行走机构的优选方案，其特征在于：所述链条为带附件链条，附件为“U”型凹槽结构，附件固定在链条每对外链板的外侧，链条卡在附件的凹槽内，且附件的两侧面处于外链板的两根销轴间。

有益效果

本实用新型通过设置链条张紧机构可以实现链条的张紧；通过调节机构实现平行支架的平行移动，并且具备两个平行支架间的距离根据土壤的疏松程度自动调节的功能，保证链条与土壤始终接触；通过带附件链条使链条运动的时候与土壤有效地接触，产生足够的前进推力。

附图说明

图1：本实用新型的结构示意图；

图2：支撑支架和链条张紧机构部分部件结构示意图；

图3：支撑支架和调节机构部分部件结构示意图；

图4：带附件链条结构示意图；

其中：1、动力输入轴；2、RV减速器；3、主动链轮；4、前链轮连杆；5、支撑支架；6、前从动链轮；7、平行支架；8、张紧链轮；9、调整支架；10、导向杆；11、内从动链轮；12、后链轮连杆；13、后从动链轮；14、调节螺杆；15、调节轴；16、 导向轴；17、调节螺栓；18、张紧链轮轴；19、卡簧；20、导向滑块；21、导向轴；22、调节连杆；23、弹簧。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本实用新型：

实施例：

本实施例是用于地下微型管道掘进施工中的行走机构，通过电机驱动，行走机构向前运动，推动前部刀头进行管道掘进，管道直径为20cm，管线铺设环境为土质环境。

参照附图1，本实施例包括有动力机构、支撑支架5和传动调节机构。

动力机构包括RV减速器2和4个主动链轮3，RV减速器2与外部动力输入轴1相连，动力输入轴1为外部电机动力输入，4个主动链轮3分别固定在RV减速器2的两根动力输出轴两端，并与动力输出轴键连接，动力输出轴垂直于动力输入轴，且两个动力输出轴一上一下对称放置，便于后面传动调节机构的工作。动力机构实现了减速、动力换向和双轴动力输出的功能。

支撑支架5前端通过连接法兰与RV减速器2螺栓固定连接。参照附图2和附图3，支撑支架5后部为中空结构，用于安装传动调节机构的导向滑块20，且在中空结构两侧面上开有滑槽，便于导向轴21两端在滑槽内移动，在支撑支架5后端平面上还有螺纹孔，用于与调节螺杆14螺纹连接；在支撑支架5后部中空结构之前，支撑支架5上下开有两个对称的平行轴孔，轴孔平行于动力输出轴，轴孔内固定内从动轴，并与内从动轴过盈配合，内从动轴两端采用轴承连接有内从动链轮11；支撑支架5在轴孔与与连接法兰之间还开有两个导向杆孔，一个导向轴孔和一螺纹孔，四个孔的中心轴线均垂直于支撑支架5平面，导向杆孔内穿过有导向杆10，作用是与平行支架7上的导向槽配合，限制平行支架7只能在垂直于动力输出轴的平面方向内运动，螺纹孔用于与传动调节机构的调节螺栓17螺纹连接。

参照附图1，传动调节机构包括有传动机构、链条张紧机构和调节机构。

传动机构沿支撑支架分为对称的两部分，每部分均包括一个平行支架7、四个链轮连杆和六个从动链轮，平行支架7两端有平行轴孔，前端轴孔内固定有前从动轴， 前端轴孔与前从动轴过盈配合，后端轴孔内固定有后从动轴，后端轴孔与后从动轴过盈配合，前从动轴两端采用轴承连接有前从动链轮6，前从动轴与动力输出轴平行，前从动轴与动力输出轴同侧的端头之间通过前链轮连杆4相连，前链轮连杆4与前从动轴和动力输出轴之间为转动连接，后从动轴两端采用轴承连接有后从动链轮13，后从动轴与内从动轴平行，后从动轴与内从动轴同侧的端头之间通过后链轮连杆12相连，后链轮连杆12与后从动轴和内从动轴之间为转动连接，在每部分的两个后链轮连杆12之间还固定有调节轴15，调节轴15与后从动轴平行。实际上每部分传动机构为由平行支架7、两个前链轮连杆、支撑支架5和两个后链轮连杆组成的平行四边形机构，以动力输出轴、前从动轴、后从动轴和内从动轴为平行四边形机构的铰链轴。用带附件链条将同一组的主动链轮、前从动链轮、后从动链路和内从动链轮绕连，主动链轮转动时，带动带附件链条转动，并与管壁土壤接触，形成摩擦力，从而能够前进。

参照附图1和附图2，链条张紧机构沿支撑支架也分为对称的两部分，每部分均包括调整支架9、调节螺栓17和张紧链轮8，调整支架9为“U”型结构，“U”槽朝向支撑支架5，调整支架9底面开有两个通孔，两侧侧面开有同轴孔，调节螺栓17穿过调整支架9底面的一个通孔与支撑支架5中部螺纹孔螺纹连接，且调节螺栓17与调整支架9之间套有卡簧19，卡簧19使调节螺栓17转动时可带动调整支架9沿调节螺栓17轴向移动，导向轴16穿过支撑支架5的导向轴孔和调整支架9底面的另一个通孔，限制调整支架9只能沿导向轴16运动，张紧链轮轴18穿过调整支架9侧面的轴孔，并与轴孔过盈配合，张紧链轮轴18两端采用轴承连接有张紧链轮8。这里链条张紧机构的机理是通过旋转调节螺栓17带动调整支架9运动，进而带动张紧链轮8运动，张紧链轮8处于带附件链条内侧，用于将带附件链条张紧。

参照附图4，带附件链条的每对外链板外侧通过胶接固连有“U”形附件，链条卡在“U”形附件的凹槽内，且“U”形附件的两侧面处于外链板的两根销轴间，“U”形附件外底面与外链板两个销轴孔中心连线的夹角为30°，夹角方向与带附件链条运动的方向一致，如此便可以使带附件链条运动的时候与土壤有效地接触，产生足够的前进推力。

参照附图1和附图3，调节机构包括调节螺杆14、导向滑块20、导向轴21和调节连杆22。调节螺杆14穿过支撑支架5后端的螺纹孔与支撑支架5螺纹连接，调节螺杆14的前端部穿过导向滑块20的底面通孔，并与导向滑块20间隙配合，调节螺杆14中部伸出有挡块，在挡块和导向滑块20外侧底面之间的调节螺杆上套有弹簧23，当旋转调节螺杆14前进时，挡块推动弹簧23前进，弹簧23进而推动导向滑块20前进，导向滑块20为“U”型结构，两侧侧面开有同轴孔，导向滑块20置于支撑支架5后部的中空结构中，导向轴21穿过导向滑块20两侧同轴孔，并且导向轴21两端处于支撑支架5后部侧面滑槽内，从而导向轴21限制导向滑块20只能沿支撑支架5后部侧面滑槽方向移动，导向轴21与调节轴15之间通过调节连杆22相连，并且调节连杆22与导向轴21和调节轴15均为转动连接。这里调节机构的目的是为了使整个行走机构能够具有自适应能力，当调节螺杆14在某个位置确定后，导向滑块20的运动就是由弹簧23的压力及管道土壤壁面的压力来决定，当管道尺寸变小时，管道压缩前后从动链轮，进而带动平行支架7向支撑支架5靠拢，此时调节连杆22推动导向滑块20压缩弹簧23；当管道尺寸变大时，弹簧23推动导向滑块20并带动调节连杆22运动，推动平行支架7向支撑支架5外张开，从而始终保持带附件链条与管道土壤壁面接触。

本实用新型的工作过程为：首先调节调节螺杆使两个平行支架保持一个合适高度，便于机构前进。调节链条张紧机构使带附件链条张紧，并与外界充分接触。然后动力源开始工作，并通过RV减速器实现减速和动力换向，RV减速器的蜗轮轴将动力传递至主动链轮上，主动链轮再带动带附件链条驱动所有的从动链轮转动，最终实现机构向前行进。

Claims (4)

1.一种可调式自适应管道内行走机构，其特征在于：包括动力机构、支撑支架(5)和传动调节机构；

动力机构包括有RV减速器(2)和4个主动链轮(3)，RV减速器与外部动力输入轴(1)相连，4个主动链轮分别固定在RV减速器的两根动力输出轴两端，动力输出轴垂直于动力输入轴，动力机构实现减速、动力换向和双轴动力输出功能；支撑支架(5)前端通过连接法兰与RV减速器固连；支撑支架后部为中空结构，用于安装传动调节机构的导向滑块(20)，中空结构两侧面上开有滑槽，支撑支架后端平面上有螺纹孔；支撑支架中部有两个对称的平行轴孔，轴孔平行于动力输出轴，轴孔内固定有内从动轴，内从动轴两端轴承连接有内从动链轮(11)；支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有螺纹孔，螺纹孔垂直于动力输出轴和动力输入轴，用于与传动调节机构的调节螺栓(17)相连；

传动调节机构包括有传动机构、链条张紧机构和调节机构；传动机构沿支撑支架分为对称的两部分，每部分均包括平行支架(7)、链轮连杆和从动链轮，平行支架两端有轴孔，轴孔内分别固定有前从动轴和后从动轴，前从动轴两端轴承连接有前从动链轮(6)，前从动轴与动力输出轴同侧端之间通过前链轮连杆(4)相连，后从动轴两端轴承连接有后从动链轮(13)，后从动轴与内从动轴同侧端之间通过后链轮连杆(12)相连，每部分两个后链轮连杆之间还固连有调节轴(15)，调节轴与后从动轴平行；链条张紧机构沿支撑支架分为对称的两部分，每部分均包括调整支架(9)、调节螺栓(17)和张紧链轮(8)，调整支架为“U”型结构，底面开有通孔，两侧侧面开有同轴孔，调节螺栓穿过调整支架底面通孔与支撑支架中部螺纹孔连接，且调节螺栓与调整支架之间套有卡簧(19)，使调节螺栓转动时可带动调整支架沿调节螺栓轴向移动，张紧链轮轴穿过调整支架侧面轴孔，并与调整支架固连，张紧链轮轴两端轴承连接有张紧链轮；调节机构包括调节螺杆(14)、导向滑块(20)、导向轴(21)和调节连杆(22)，调节螺杆穿过支撑支架后端的螺纹孔与支撑支架螺纹连接，调节螺杆端部穿过导向滑块底面通孔，调节螺杆中部伸出有挡块，在挡块和导向滑块外侧底面之间的调节螺杆上套有弹簧(23)，导向滑块为“U”型结构，两侧侧面开有同轴孔，导向滑块置于支撑支架后部的中空结构中，导向轴穿过导向滑块两侧同轴孔，并且导向轴两端处于支撑支架后部侧面滑槽内，导向轴与调节轴之间通过调节连杆相连；

链条将同一组的主动链轮、前从动链轮、后从动链路和内从动链轮绕连，张紧链轮处于链条内侧，用于将链条张紧。

2.根据权利要求1所述一种可调式自适应管道内行走机构，其特征在于：支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有导向杆孔，导向杆孔中固定安装有导向杆；在平行支架上开有导向槽，导向槽与导向杆配合，限制平行支架只能在垂直于动力输出轴的平面方向内运动。

3.根据权利要求1所述一种可调式自适应管道内行走机构，其特征在于：支撑支架在轴孔与连接法兰之间还开有导向轴孔，导向轴孔中固定安装有导向轴；调整支架底面上开有两个通孔，一个通孔与支撑支架中部的螺纹孔配合，另一个通孔与支撑支架中部的导向轴孔配合，导向轴穿过导向轴孔和调整支架底面通孔，限制调整支架只能垂直于支撑支架运动。

4.根据权利要求1所述一种可调式自适应管道内行走机构，其特征在于：所述链条为带附件链条，附件为“U”型凹槽结构，附件固定在链条每对外链板的外侧，链条卡在附件的凹槽内，且附件的两侧面处于外链板的两根销轴间。

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