雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及管道機器技術領域，尤其是能夠實現無外加動力實現逆流直線前進的管道機器行走的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著國家社會對天然氣開采利用地深入，天燃氣管道作為一種便捷可靠的運輸載體，被運用得越來越廣泛。然而在運用過程中，管道由于受到不利外界條件(如長期的外力擠壓、地質活動及外物腐蝕等)的影響，導致管道缺陷老化等，使得泄漏事故時常發生，給國家和社會帶來巨大損失。減少管道泄漏等問題，需要可靠的檢測設備對管道進行檢查。因管道多埋于地底，管外檢測設備未能準確確定管道泄漏點，且現在實行的間斷性檢查方式，并不能及時有效地檢測到管道泄漏信息。因此，設計一種可長期在管道內進行循環檢測的設備顯得尤為重要。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是克服上述【背景技術】的不足，提供一種用于管道檢測的無外加動力實現逆流直線前進的管道機器行走裝置，該裝置應具有無能源消耗、運行穩定可靠以及使用壽命長的特點。
[0004]本發明采用的技術方案如下:
[0005]雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于該機器人包括:由雙曲柄滑塊機構依序連接的三個機體、驅動三個機體依次前進的動力機構以及安裝在機器人周邊的定向控制結構；
[0006]所述三個機體為前后依序排列的前機體、中機體以及后機體；所述雙曲柄滑塊機構中:每個曲柄滑塊機構包括可轉動地定位在中機體上的曲軸以及一端與曲軸鉸接的兩個連桿，兩個連桿的另一端還分別與前機體和后機體鉸接；
[0007]所述動力機構包括安裝在前機體上的風輪、安裝在中機體上且帶動所述雙曲柄滑塊機構的蝸輪蝸桿機構以及將風輪動力傳遞至蝸輪蝸桿機構的導桿機構；
[0008]所述定向控制結構為安裝在前機體周向和后機體周向且施壓于管道內壁的若干個鋼刷，每個鋼刷中的刷毛為多根平行排列且尾端連為一體的直鋼絲，直鋼絲的頂端指向管道內壁的同時還往機器人前進的反方向偏斜一定角度，以使裝有鋼刷的前機體和后機體保持單向前進的運動狀態。
[0009]所述導桿機構包括一端與傳遞風輪動力的減速齒輪組固定且呈半圓柱形的半分導桿以及一端也為半圓柱形且與半分導桿相配嚙合的蝸桿軸以及穿套在導桿與蝸桿軸的嚙合部位以使導桿與蝸桿軸可相互軸向滑動地進行轉動嚙合的套筒。
[0010]所述風輪與導桿機構之間還配置有減速齒輪組。
[0011]所述中機體的四周表面還安裝有變徑自適應結構；該結構包括固定在機體圓周表面的基座、可轉動地鉸接在基座上其一端鉸接有滾輪的擺臂以及定位在基座上且施力于擺臂使其具有往機體外徑方向運動勢能的扭簧；所述擺臂的中心線指向管道內壁的同時還往機器人前進的反方向偏斜一定角度。
[0012]本發明的工作原理是:隨著曲軸逆時針轉動(曲柄轉角在0°?180°范圍時)，前機體I固定不動(前機體的鋼刷頂壓著管道內壁)、中機體2和后機體3向前爬行移動；至曲軸轉角在180°?360°范圍時，前機體I和中機體2沿著管道內壁往前爬行移動，而后機體3則固定不動(后機體的鋼刷頂壓著管道內壁)；至曲軸轉角為360°時，曲軸、連桿回到初始狀態，該機構完成一個周期內的爬行運動；重復上述步驟，則該機構能夠持續爬行。
[0013]本發明的有益效果是:本發明直接利用流體介質能量進行驅動，順利實現了無外加動力逆流運動，從而為管道循環檢測設備理念奠定技術基礎。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的立體結構示意圖。
[0015]圖2是本發明中前機體的立體結構示意圖。
[0016]圖3是本發明中前機體的主視結構示意圖。
[0017]圖4是本發明的中機體的立體結構示意圖。
[0018]圖5是本發明的中機體的主視結構示意圖。
[0019]圖6是本發明中雙曲柄滑塊機構的俯視結構示意圖。
[0020]圖7是本發明中導桿機構的立體結構示意圖。
[0021]圖8是本發明中變徑自適應機構的立體結構示意圖。
[0022]圖9是本發明中變徑自適應機構的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合說明書附圖，對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0024]附圖所示的雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人中，雙曲柄滑塊機構依序連接三個機體；動力機構用于驅動三個機體依序運動，所述機器人的周邊還安裝有定向控制結構；
[0025]所述三個機體為前后依序排列的前機體1、中機體2以及后機體3 ;所述雙曲柄滑塊機構對稱布置在三個機體，每個曲柄滑塊機構均包括可轉動地定位在中機體上的曲軸5-5以及一端與曲軸鉸接的兩個連桿5-1，兩個連桿的另一端還分別與前機體和后機體鉸接。因而該雙曲柄滑塊機構包括了兩根曲軸和四根連桿；曲軸鉸接在中機體主軸5-2上，每根曲軸分別鉸接兩根連桿的一端，前后機體則分別通過中軸與連桿的另一端鉸接(圖6中顯示:前機體中軸5-4分別與兩根連桿5-1的另一端鉸接，后機體中軸5-3也分別與兩根連桿5-1的另一端鉸接)。
[0026]所述動力機構包括安裝在前機體上的風輪1-1、安裝在中機體上且帶動所述雙曲柄滑塊機構的蝸輪蝸桿機構(蝸桿3-5、蝸輪3-6)以及將風輪動力傳遞至蝸輪蝸桿機構的導桿機構；
[0027]所述風輪安裝在圓柱形前機體的中央；以利用管道中的氣流帶動風輪旋轉，產生前進所需動力。圖中可見:風輪動力通過減速齒輪組(小齒輪3-1和大齒輪3-2)再傳遞至導桿機構。
[0028]所述導桿機構中(圖7所示):半分導桿3-3的一端與減速齒輪組中的大齒輪3-2固定，另一端制成半圓柱形并且往中機體方向伸展；定位在中機體上的蝸桿軸的左端3-4也制成半圓柱形并且往半分導桿方向伸展后與半分導桿嚙合；另有一套筒穿套在兩個部件嚙合段(包覆著嚙合段)，確保半分導桿能對蝸桿軸傳遞扭矩又能與蝸桿軸產生軸向滑動，以滿足機器人運動的需要。
[0029]所述定向控制結構為安裝在前機體和后機體周向且施壓于管道內壁的若干個鋼刷2-3 ;每個鋼刷固定在L型基座2-2上(圖中顯示:鋼刷2-3固定在L型基座的長邊一側且與短邊平行)，而L型基座又安裝在機體(前機體和后機體)圓周表面的加高基座2-1上，L型基座2-2的虛擬斜邊與加高基座2-1重合(圖中，每個機體的圓周方向上隔90度安裝一個鋼刷)。所述鋼刷的刷毛為多根平行排列且尾端連為一體的直鋼絲，直鋼絲的頂端指向管道內壁的同時還往機器人前進的反方向偏斜一定角度；這樣的結構使前機體和后機體置入管道內腔后，機體四周的鋼刷同時斜向頂壓著管道內壁，使得機體保持著只能單向前進的運動狀態。
[0030]所述變徑自適應結構(圖8、圖9所示)中:若干個基座4-2固定在中機體圓周方向，每個基座中用銷軸4-1定位一擺臂4-5，扭簧4-3也穿套在銷軸4-1上并且施力于擺臂使其具有往機體外徑方向擺動的勢能；擺臂4-5的外端鉸接一用于抵靠管道內壁的滾輪4-6 ;此外，基座上開有三個定位孔，并可手動插入定位軸4-4，用于調節擺臂4-5張開的角度。這種結構有利于鋼刷裝置的單向限制作用，并且定心性好，有利于管道機器的平穩運行。
[0031]管道機器處在充滿天然氣的管道內部，當前機體有與氣流同方向的運動趨勢時，由于前機體裝有鋼刷組件無法后退，此時中機體和后機體處于自由狀態；風輪旋轉后通過減速齒輪組傳遞的動力使得半分導桿連同蝸桿軸轉動，從而帶動中機體上的蝸桿軸旋轉，雙曲柄滑塊機構隨即運動，推動中機體和后機體逆著氣流方向運動；當中機體和后機體運動到雙曲柄滑塊機構的臨界位置時，后機體產生與氣流運動方向相同的運動趨勢，因而處于固定狀態，而此時中機體和前機體處于自由狀態，受到連桿的推力逆流行走。這樣，曲軸轉動一周的過程為此管道機器的一個運動周期，通過這種周期運動，管道機器實現了無外加動力逆流運動。
【主權項】
1.雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于該機器人包括由雙曲柄滑塊機構依序連接的三個機體、驅動三個機體依次前進的動力機構以及安裝在機器人周邊的定向控制結構； 所述三個機體為前后依序排列的前機體(I)、中機體(2)以及后機體(3);所述雙曲柄滑塊機構中:每個曲柄滑塊機構包括可轉動地定位在中機體上的曲軸(5-5)以及一端與曲軸鉸接的兩個連桿(5-1)，兩個連桿的另一端還分別與前機體和后機體鉸接； 所述動力機構包括安裝在前機體上的風輪(1-1)、安裝在中機體上且帶動所述雙曲柄滑塊機構的蝸輪蝸桿機構以及將風輪動力傳遞至蝸輪蝸桿機構的導桿機構； 所述定向控制結構為安裝在前機體周向和后機體周向且施壓于管道內壁的若干個鋼刷(2-3)，每個鋼刷中的刷毛為多根平行排列且尾端連為一體的直鋼絲，直鋼絲的頂端指向管道內壁的同時還往機器人前進的反方向偏斜一定角度，以使裝有鋼刷的前機體和后機體保持單向前進的運動狀態。2.根據權利要求1所述的雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于:所述導桿機構包括一端與傳遞風輪動力的減速齒輪組固定且呈半圓柱形的半分導桿(3-3)以及一端也為半圓柱形且與半分導桿相配嚙合的蝸桿軸(3-5)以及穿套在導桿與蝸桿軸的嚙合部位以使導桿與蝸桿軸可相互軸向滑動地進行轉動嚙合的套筒。3.根據權利要求2所述的雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于:所述中機體的四周表面還安裝有變徑自適應結構；該變徑自適應結構包括固定在機體圓周表面的基座(4-2)、可轉動地鉸接在基座上其一端鉸接有滾輪的擺臂(4-5)以及定位在基座上且施力于擺臂使其具有往機體外徑方向運動勢能的扭簧(4-3);所述擺臂的中心線指向管道內壁的同時還往機器人前進的反方向偏斜一定角度。4.根據權利要求3所述的雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于:所述風輪與導桿機構之間還配置有減速齒輪組。
【專利摘要】本實用新型涉及雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人。目的是提供的裝置應具有無能源消耗、運行穩定可靠以及使用壽命長的特點。技術方案是：雙曲柄滑塊式管道逆流行走機器人，其特征在于該機器人包括：由雙曲柄滑塊機構依序連接的三個機體、驅動三個機體依次前進的動力機構以及安裝在機器人周邊的定向控制結構。所述三個機體為前后依序排列的前機體、中機體以及后機體；所述動力機構包括風輪、蝸輪蝸桿機構以及導桿機構；所述定向控制結構為若干個鋼刷。所述導桿機構包括半分導桿以及蝸桿軸以及套筒。
【IPC分類】F16L55/32, F16L101/30
【公開號】CN204628965
【申請號】CN201520275151
【發明人】黃中華, 謝奇志, 裘添燁, 鄒繼安, 武傳宇, 沈嘉
【申請人】浙江理工大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月29日