CN208991881U - 一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，该装置包括依次连接的带有前支撑轮杆的前支撑机构、用于提供旋转加工动力的旋转加工机构、带有后支撑轮杆的后支撑机构，以及位于所述的后支撑机构的下方、提供整体装置在管道内前进动力的行进机构；所述的前支撑机构、旋转加工机构和后支撑机构均能够改变运动半径，适应不同的直径的管道。本实用新型的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，安装、拆卸方便。整体装置结构简单，操作简便。

Description

一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置

技术领域

本实用新型涉及管道加工装置，具体涉及一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置。

背景技术

随着社会经济的发展，石油、天然气等能源的需要日益增加，当前通过管道输送石油、天然气等能源的过程中主要的能量损耗为摩擦损失。仿生非光滑表面在流体减阻领域发挥了巨大作用，将仿生非光滑表面应用于管道内壁中可以减少输送过程中的能量损耗。

目前常用的减阻方法主要有减阻剂减阻法与涂层减阻法两种。减阻剂减阻法是在管道中加入聚合物实现减阻，但一般减阻剂有毒性，且需要不断补充，因此具有一定的局限性。涂层减阻法通过在管道壁面上涂覆弹性材料以延迟层流向湍流的转捩点，以实现减阻目的，且涂层表面大多加工出仿生减阻结构以提高减阻率。特别是对远距离运输而言，相较减阻剂减阻法，涂层减阻法由于不需要补充减阻剂，无毒环保，可以获得更高的经济效益。通过大量学者的研究发现，V型、U型等形状的微沟槽结构具有一定的减阻效果，其中V型的减阻效果更佳，其沟槽尖峰处生成的二次涡能产生并影响减阻效果。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，该装置结构简单，操作简便。具体技术方案如下：

一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，该装置包括依次连接的带有前支撑轮杆的前支撑机构、用于提供旋转加工动力的旋转加工机构、带有后支撑轮杆的后支撑机构，以及位于所述的后支撑机构的下方、提供整体装置在管道内前进动力的行进机构；所述的前支撑机构、旋转加工机构和后支撑机构均能够改变运动半径，适应不同的直径的管道。

进一步地，所述的前支撑机构包括丝杆定位套、第一轴承座、滚珠丝杠、支撑轮杆、固定套筒、第二轴承座、底板，从左到右，所述的丝杆定位套固定在所述的第一轴承座的左端面，所述的丝杆定位套中心处开设有方形通孔，所述的第一轴承座中心处开设有通孔，所述的固定套筒右端固定在所述的第二轴承座上，且两者中心处也均开设有通孔，所述的滚珠丝杠的左端加工成方杆，依次穿过所述的第一轴承座和丝杆定位套的孔，实现周向定位，所述的滚珠丝杠的右端依次穿过所述的固定套和第二轴承座，实现轴向定位；所述的第一轴承座和第二轴承座固定在所述的底板上；所述的支撑轮杆包括长杆、短杆、支撑轮，所述的长杆的一端可转动连接在所述的滚珠丝杠的螺母上，另一端可转动连接所述的支撑轮，所述的短杆一端可转动连接在所述的长杆的中部，另一端可转动连接在所述的固定套筒上；通过所述的滚珠丝杠上的螺母沿丝杠的左右移动，带动所述的长杆转动，从而适应不同的管径。

进一步地，所述的旋转加工机构包括第一电机、外壳组件、前支撑连接轴、从动轴组件、刀具组件、主动齿轮、第二电机组件、后支撑连接轴，从左到右，所述的第一电机的底座与所述的前支撑机构固定连接，其输出轴与所述的前支撑连接轴的一端固定连接，前支撑连接轴的另一端连接在所述的外壳组件的左端，所述的后支撑连接轴的一端连接在所述的外壳组件的右端，另一端与所述的后支撑机构连接；所述的主动齿轮与所述的第二电机组件相连；

所述的从动轴组件包括从动轴、连接在从动轴上的从动齿轮、凸轮，所述的从动齿轮与所述的主动齿轮啮合传动；所述的刀具组件包括刀头、刀头夹具、刀具套筒、弹簧，所述的刀头夹具一端抵接在所述的凸轮上，另一端穿过所述的刀具套筒后伸出所述的外壳组件，刀头固定在所述的刀头夹具的另一端，所述的刀头夹具上有轴肩，所述的刀具套筒上设置有阶梯孔，所述的弹簧被压缩在所述的轴肩和阶梯孔之间；所述的刀具套筒的一端还设置有弧形支座，所述的刀具套筒通过弧形支座固定在所述的外壳组件上。

进一步地，所述的后支撑机构与所述的前支撑机构的结构相同，且与所述的前支撑机构相对地布置在所述的旋转加工机构的两端。

进一步地，所述的行进机构包括第四轴承座、行进主动轴、第二主动齿轮、第三电机、机架、轮子、行进从动轴、第二从动齿轮，所述的第四轴承座和第三电机均固定在所述的机架的上表面，所述的行进主动轴的两端分别与所述的第四轴承座和第三电机固定连接，所述的机架的下表面固定两个支撑座，所述的行进从动轴穿过两个固定支撑座，且其两端分别固定连接所述的轮子，所述的机架上开设有孔，所述的第二主动齿轮固定在所述的行进主动轴上，所述的第二从动齿轮固定在所述的行进从动轴上，所述的第二主动齿轮和第二从动齿轮穿过所述的机架上的孔相互啮合。

进一步地，所述的后支撑机构与所述的行进机构通过螺杆连接。

进一步地，所述的支撑轮杆为三个，沿所述的滚珠丝杠的螺母周向均匀分布。

进一步地，所述的从动轴组件、刀具组件均为三套，沿所述的旋转加工机构的周向均匀布置。

进一步地，所述的第二电机组件包括第二电机和h形电机架，所述的第二电机固定在所述的h形电机架的平台上，所述的h形电机架的底端通过垫片固定在所述的外壳组件的内壁上。

进一步地，所述的外壳组件包括前盖板、后盖板和两个半圆拱形件，所述的两个半圆拱形件固定连接成圆筒结构，所述的前盖板、后盖板均为圆盘，分别固定在所述的圆筒结构的前后端。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用齿轮传动、凸轮调节刀具同步伸缩的机构，确保了刀具能够沿径向伸缩，适应不同直径的加工管道，且前支撑机构中采用滚珠丝杠带动支撑轮杆来调节支撑机构的支撑半径，调节方便。对于加工不同横截面形状的沟槽结构，仅需要更换刀具上的刀头即可，刀头螺栓固接在刀具上，安装与拆卸方便。整体装置结构简单，操作简便。

附图说明

图1为本实用新型的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置的整体结构示意图；

图2为前支撑机构的立体示意图；

图3为旋转加工机构的旋转剖视图；

图4为旋转加工机构左剖视图；

图5为第二电机组件的剖视图；

图6为后支撑结构与行进机构连接结构示意图；

图7为行进机构立体示意图；

图中，前支撑机构1、旋转加工机构2、后支撑机构3、行进机构4、丝杆定位套11、第一轴承座12、滚珠丝杠13、支撑轮杆14、固定套筒15、第二轴承座16、底板17、第一电机21、外壳组件22、前支撑连接轴23、从动轴组件24、刀具组件25、主动齿轮26、第二电机组件27、后支撑连接轴28、第三轴承座29、长杆141、短杆142、支撑轮143、前盖板221、后盖板222、半圆拱形件223、从动轴241、从动齿轮242、凸轮243、深沟球轴承244、从动轴挡圈245、第一轴套246、第二轴套247、第三轴套248、刀头251、刀头夹具252、刀具套筒253、弹簧254、套筒垫片255、第二电机271、h形电机架272、垫片273、第四轴承座41、行进主动轴42、第二主动齿轮43、联轴器44、第三电机45、机架46、轮子47、行进从动轴48、第二从动齿轮49。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合附图1，本实用新型提供的一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，该装置包括依次连接的带有前支撑轮杆的前支撑机构1、用于提供旋转加工动力的旋转加工机构2、带有后支撑轮杆的后支撑机构3，以及位于所述的后支撑机构3的下方、提供整体装置在管道内前进动力的行进机构4；所述的前支撑机构1、旋转加工机构2和后支撑机构3均能够改变运动半径，适应不同的直径的管道。

如图2所示，所述的前支撑机构1包括丝杆定位套11、第一轴承座12、滚珠丝杠13、支撑轮杆14、固定套筒15、第二轴承座16、底板17，第一、第二轴承座12、16内配有圆锥滚子轴承，滚珠丝杠13上有螺母，底板17形状类似“工”字型；固定套筒15为圆盘结构，通过螺钉固接在第二轴承座16靠近丝杠上螺母的一端，固定套筒15圆心处开有圆通孔，孔径大于丝杆直径。

从左到右，所述的丝杆定位套11固定在所述的第一轴承座12的左端面，丝杆定位套11形状为圆盘，中心处开有方型通孔，圆盘上有关于圆心对称的两个螺纹通孔，所述的第一轴承座12中心处开设有通孔，所述的固定套筒15右端固定在所述的第二轴承座16上，且两者中心处也均开设有通孔，所述的滚珠丝杠13的左端加工成方杆，依次穿过所述的第一轴承座12和丝杆定位套11的孔，实现周向定位，所述的滚珠丝杠13的右端依次穿过所述的固定套16和第二轴承座17，实现轴向定位；滚珠丝杠13将丝杆的周向转动转换为丝杆上螺母套的轴向运动。所述的第一轴承座12和第二轴承座16通过螺钉固定在所述的底板17上；当转动丝杠13调节好前支撑机构1的支撑半径后，将丝杆定位套11套入丝杠13的方杆端，将定位套11螺钉固接在第一轴承座12的一端，对丝杆13起到周向定位的作用。丝杠13与固定套16、定位套11、第一轴承座12、第二轴承座16轴心在同一轴线上。滚珠丝杠13与固定套16周向均布铰接三组支撑轮杆14，提高支撑的稳定性。

所述的支撑轮杆14为三个，沿所述的滚珠丝杠13的螺母周向均匀分布，所述的支撑轮杆14包括长杆141、短杆142、支撑轮143，所述的长杆141的一端铰接在所述的滚珠丝杠13的螺母上，另一端铰接所述的支撑轮143，所述的短杆142一端可转动连接在所述的长杆141的中部，另一端可转动连接在所述的固定套筒15上，支撑轮143在管道内壁的运动方向为轴向，长杆141与短杆142组成连杆，转动丝杠13，螺母套仅发生轴向运动，不发生周向转动；通过所述的滚珠丝杠13上的螺母沿丝杠的左右移动，带动所述的长杆141转动，从而适应不同的管径。

如图3-4所示，旋转加工机构2包括第一电机21、外壳组件22、前支撑连接轴23、从动轴组件24、刀具组件25、主动齿轮26、第二电机组件27、后支撑连接轴28、第三轴承座29，从左到右，第一电机21的底座与前支撑机构1固定连接，其输出轴与前支撑连接轴23的一端通过联轴器连接，前支撑连接轴23的另一端连接在外壳组件22的左端，后支撑连接轴28的一端连接在外壳组件22的右端，另一端通过第三轴承座29与后支撑机构3连接，固定在后支撑结构3的底板上；所述的主动齿轮26与所述的第二电机组件27相连；第一电机21为伺服电机，第一电机21的输出轴轴心与丝杠13在同一轴线上。

所述的外壳组件22包括前盖板221、后盖板222和两个半圆拱形件223，所述的两个半圆拱形件固定连接成圆筒结构，所述的前盖板、后盖板均为圆盘，分别固定在所述的圆筒结构的前后端。

圆盘圆心处开有圆通孔与键槽，用于连接前支撑连接轴23；圆盘表面开有三个周向均布的圆形阶梯孔，阶梯孔与从动轴轴承外圈过盈配合，圆盘上开有周向均布的8个螺纹通孔，将前盖板221、后盖板222螺钉固接在圆筒两端，后盖板222与前盖板221结构相同。

如图3和4所示，从动轴组件24包括从动轴241、连接在从动轴241上的从动齿轮242、凸轮243、深沟球轴承244、从动轴挡圈245、第一轴套246、第二轴套247、第三轴套248、从动齿轮242与主动齿轮26啮合传动；从动轴241两端通过转动连接形式安装在端盖阶梯孔中的深沟球轴承244内，两轴承内圈均与轴过盈配合，实现轴的径向定位。从动轴241与轴承连接处外端分别安装两个挡圈245，实现轴的轴向定位。从动齿轮242与凸轮243通过键连接安装在从动轴241上，深沟球轴承244与凸轮243间装有第一轴套246，从动齿轮242与凸轮243间装有第二轴套247，从动齿轮242与深沟球轴承244之间装有第三轴套248，通过三个轴套实现从动轴上零件及轴承的轴向定位。

刀具组件25包括刀头251、刀头夹具252、刀具套筒253、弹簧254、套筒垫片255，刀头夹具252为圆杆结构，杆上有轴肩用于支撑弹簧255，夹具一端与凸轮243接触，另一端穿过所述的刀具套筒253后伸出所述的外壳组件22，刀具套筒伸出外壳组件的一端中心有方孔，刀头251螺栓固接在夹具上，所述的刀头夹具252上有轴肩，所述的刀具套筒253一端为圆筒结构，内设置有阶梯孔，所述的弹簧254被压缩在所述的轴肩和阶梯孔之间，刀头夹具252可在套筒内径向伸缩；刀具套筒253的另一端为弧形底座，通过螺钉固接在旋转加工机构内，弧形底座与外壳组件22间装有套筒垫片255，增大接触面积，减小加工中的振动。当凸轮243转动时，刀头夹具242在凸轮243与弹簧254的共同作用下作径向伸缩运动，实现刀头与管道内壁的接触与分离。

从动轴组件24、刀具组件25均为三套，沿所述的旋转加工机构2的周向均匀布置。

结合附图3-5，第二电机组件27由第二电机271、h形电机架272、垫片273组成。第二电机271为伺服电机，主动齿轮26通过键连接安装在第二电机271的输出轴上，齿轮两端通过挡圈实现轴向定位。第二电机271螺钉固接在电机架272上。电机架272结构类似“h”字形状，底部两端为底座，通过底座螺栓固接在外壳内，底部与外壳间装有电机座垫片273，垫片一端为平面，另一端为弧形与圆筒内壁贴合，提高电机架272安装的稳定性。

结合图1与图6，后支撑机构3基本结构与前支撑机构1相同。前支撑机构上的滚珠丝杠13与旋转加工机构2、后支撑机构的滚珠丝杠轴心均位于同一轴线上；后支撑机构3的底板上螺钉固接第三轴承座29，后支撑底板上开有螺纹孔，开孔位置在第三轴承座与第二轴承座间，位于底板的中心线上。后支撑机构3与行进机构4通过螺杆连接，螺杆连接处装有紧定螺母，将行进机构4的轴向行进力传递到整体装置上。通过螺杆调节的形式调节后支撑机构3与行进机构4间的竖直距离，使行进机构4针对不同直径的管道，能始终接触到管道内壁。

如图7所示，所述的行进机构4包括第四轴承座41、行进主动轴42、第二主动齿轮43、第三电机45、机架46、轮子47、行进从动轴48、第二从动齿轮49，所述的第四轴承座41和第三电机45均通过螺钉固定在所述的机架46的上表面，所述的行进主动轴42一端与第四轴承座41通过转动连接的形式连接，另一端通过联轴器44与第三电机45的输出轴连接。第四轴承座41与第三电机45螺钉固接在机架46上，第二主动齿轮43通过键连接的形式安装在行进主动轴42上，齿轮两端通过挡圈431实现轴向定位。

所述的机架46的下表面固定两个支撑座，机架46底部支座上开有圆孔，行进从动轴48与支座转动连接，两个轮子47螺纹固接在行进从动轴48的两端，通过紧定螺母紧定。第二从动齿轮49通过键连接的形式安装在行进从动轴48上，齿轮两端通过挡圈491实现轴向定位。第二主动齿轮43与第二从动齿轮49啮合传动，第三电机45输出轴转动带动第二主动齿轮转动43，通过齿轮啮合带动第二从动齿轮49转动，进而带动行进从动轴48与轮子47转动。

具体的加工步骤：

1)根据待加工管道内径，转动前支撑机构1的滚珠丝杠13，使支撑轮架转动，调整支撑机构的支撑半径，使得三组支撑轮杆14的支撑轮143能够刚好顶到到待加工的管道内壁，支撑半径调整完毕后将丝杆定位套11套进滚珠丝杠13的方杆端，通过螺钉将丝杆定位套11固接在第一轴承座12上，限制滚珠丝杠13的周向转动，使支撑半径保持不变；

2)用调节前支撑机构1的方法调节后支撑机构3的支撑半径；

3)将整个加工装置放入待加工的管道中；

4)启动行进机构4的第三电机45，控制整个装置行进一定距离，到达管道指定待加工位置，再关闭行进机构4的第三电机45；

5)启动旋转加工机构2的第二电机271，主动齿轮26带动从动轴组件24绕自身轴线周向转动，进而调整刀具夹具252沿着旋转加工机构径向伸出指定距离，刀头251深入管道内壁的涂层一定加工深度时，关闭第二电机271；

6)启动第一电机21，电机输出轴带动旋转加工机构2转动，刀头251在涂层上进行加工切削。当第一电机21输出轴转动120°，三组刀具组件25各自转动120°，旋转加工机构在管道内壁涂层上完成了一圈的加工切削，关闭第一电机21；

7)启动第二电机271，主动齿轮26带动从动齿轮242转动，进而凸轮243转动，刀头夹具252在弹簧254作用下径向缩回圆筒内，刀头241沿径向缩回一定距离，与加工好的管道内壁沟槽接触分离；

8)重复以上2)～7)步骤，直至完成管道涂层的全部沟槽加工。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为实用新型的优选实例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，该装置包括依次连接的带有前支撑轮杆的前支撑机构（1）、用于提供旋转加工动力的旋转加工机构（2）、带有后支撑轮杆的后支撑机构（3），以及位于所述的后支撑机构（3）的下方、提供整体装置在管道内前进动力的行进机构（4）；所述的前支撑机构（1）、旋转加工机构（2）和后支撑机构（3）均能够改变运动半径，适应不同的直径的管道；

所述的前支撑机构（1）包括丝杆定位套（11）、第一轴承座（12）、滚珠丝杠（13）、支撑轮杆（14）、固定套筒（15）、第二轴承座（16）、底板（17），从左到右，所述的丝杆定位套（11）固定在所述的第一轴承座（12）的左端面，所述的丝杆定位套（11）中心处开设有方形通孔，所述的第一轴承座（12）中心处开设有通孔，所述的固定套筒（15）右端固定在所述的第二轴承座（16）上，且两者中心处也均开设有通孔，所述的滚珠丝杠（13）的左端加工成方杆，依次穿过所述的第一轴承座（12）和丝杆定位套（11）的孔，实现周向定位，所述的滚珠丝杠（13）的右端依次穿过所述的固定套筒（15）和第二轴承座（16），实现轴向定位；所述的第一轴承座（12）和第二轴承座（16）固定在所述的底板（17）上；所述的支撑轮杆（14）包括长杆（141）、短杆（142）、支撑轮（143），所述的长杆（141）的一端可转动连接在所述的滚珠丝杠（13）的螺母上，另一端可转动连接所述的支撑轮（143），所述的短杆（142）一端可转动连接在所述的长杆（141）的中部，另一端可转动连接在所述的固定套筒（15）上；通过所述的滚珠丝杠（13）上的螺母沿丝杠的左右移动，带动所述的长杆（141）转动，从而适应不同的管径；

所述的旋转加工机构（2）包括第一电机（21）、外壳组件（22）、前支撑连接轴（23）、从动轴组件（24）、刀具组件（25）、主动齿轮（26）、第二电机组件（27）、后支撑连接轴（28），从左到右，所述的第一电机（21）的底座与所述的前支撑机构（1）固定连接，其输出轴与所述的前支撑连接轴（23）的一端固定连接，前支撑连接轴（23）的另一端连接在所述的外壳组件（22）的左端，所述的后支撑连接轴（28）的一端连接在所述的外壳组件（22）的右端，另一端与所述的后支撑机构（3）连接；所述的主动齿轮（26）与所述的第二电机组件（27）相连；

所述的从动轴组件（24）包括从动轴（241）、连接在从动轴（241）上的从动齿轮（242）、凸轮（243），所述的从动齿轮（242）与所述的主动齿轮（26）啮合传动；所述的刀具组件（25）包括刀头（251）、刀头夹具（252）、刀具套筒（253）、弹簧（254），所述的刀头夹具（252）一端抵接在所述的凸轮（243）上，另一端穿过所述的刀具套筒（253）后伸出所述的外壳组件（22），刀头（251）固定在所述的刀头夹具（252）的另一端，所述的刀头夹具（252）上有轴肩，所述的刀具套筒（253）上设置有阶梯孔，所述的弹簧（254）被压缩在所述的轴肩和阶梯孔之间；所述的刀具套筒（253）的一端还设置有弧形支座，所述的刀具套筒（253）通过弧形支座固定在所述的外壳组件（22）上。

2.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的后支撑机构（3）与所述的前支撑机构（1）的结构相同，且与所述的前支撑机构（1）相对地布置在所述的旋转加工机构（2）的两端。

3.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的行进机构（4）包括第四轴承座（41）、行进主动轴（42）、第二主动齿轮（43）、第三电机（45）、机架（46）、轮子（47）、行进从动轴（48）、第二从动齿轮（49），所述的第四轴承座（41）和第三电机（45）均固定在所述的机架（46）的上表面，所述的行进主动轴（42）的两端分别与所述的第四轴承座（41）和第三电机（45）固定连接，所述的机架（46）的下表面固定两个支撑座，所述的行进从动轴（48）穿过两个固定支撑座，且其两端分别固定连接所述的轮子（47），所述的机架（46）上开设有孔，所述的第二主动齿轮（43）固定在所述的行进主动轴（42）上，所述的第二从动齿轮（49）固定在所述的行进从动轴（48）上，所述的第二主动齿轮（43）和第二从动齿轮（49）穿过所述的机架（46）上的孔相互啮合。

4.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的后支撑机构（3）与所述的行进机构（4）通过螺杆连接。

5.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的支撑轮杆（14）为三个，沿所述的滚珠丝杠（13）的螺母周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的从动轴组件（24）、刀具组件（25）均为三套，沿所述的旋转加工机构（2）的周向均匀布置。

7.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的第二电机组件（27）包括第二电机（271）和h形电机架（272），所述的第二电机（271）固定在所述的h形电机架（272）的平台上，所述的h形电机架（272）的底端通过垫片固定在所述的外壳组件（22）的内壁上。

8.根据权利要求1所述的管道内壁涂层仿生沟槽加工装置，其特征在于，所述的外壳组件（22）包括前盖板（221）、后盖板（222）和两个半圆拱形件（223），所述的两个半圆拱形件固定连接成圆筒结构，所述的前盖板、后盖板均为圆盘，分别固定在所述的圆筒结构的前后端。