專利名稱：流體驅(qū)動自適應(yīng)管道爬行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體驅(qū)動式中小型管道爬行機(jī)械領(lǐng)域，是一種采用流體驅(qū)動為主，驅(qū)動輪驅(qū)動為輔的新型驅(qū)動方式的管道爬行裝置，它能夠搭載管道作業(yè)裝置在輸送流體的管道內(nèi)進(jìn)行在線作業(yè)，并且可以在超長距離的輸送管道工作。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有管道爬行器要克服管壁和異物的阻力，拖動電纜線阻力和機(jī)器人在上升管道內(nèi)自身的重力等，如果依靠傳統(tǒng)的電池或電纜提供能量，其行走距離將受到很大限制，使得機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計與制造相對也比較復(fù)雜。流體驅(qū)動式爬行器，完全依靠流體壓差產(chǎn)生的推力行走，難以適應(yīng)管徑變化，且由于管壁異物或粗糙不平導(dǎo)致的摩擦力不均勻，使行走速度不穩(wěn)定，難以順利準(zhǔn)確的完成管道檢測等任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是發(fā)明一種流體驅(qū)動式管道爬行器，它采用一種新型驅(qū)動方式，既以流體驅(qū)動為主動力，驅(qū)動輪驅(qū)動為輔動力，使裝置行走速度平穩(wěn)。有管徑自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以較大程度的適應(yīng)管徑變化，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造方便，使用壽命長，無需額外能源，可以通過搭載相應(yīng)的工具完成對長距離管道的檢查、檢測等任務(wù)。本發(fā)明具體方案是一種流體驅(qū)動為主，主動輪驅(qū)動為輔的自適應(yīng)管道爬行器，其特征是它包括變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)、從動行走機(jī)構(gòu)和傘狀擋水翼機(jī)構(gòu)和分流閥結(jié)構(gòu)。變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu)是驅(qū)動架[23]殼體一端通過轉(zhuǎn)軸[33]與副支撐架殼體[4]鉸接，副支撐架[4]后端滑管上有可自由滑動的套管[26]，連桿[24]分別與驅(qū)動架[23]殼體的一端與套管[26] —端鉸接。套管內(nèi)有彈簧[25]，前端與套管[26]接觸，后端由螺紋連接在副支撐架上[4]的調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母[27]壓緊。三根導(dǎo)桿[22] —端與套管[26]鉸接，另一端與滑環(huán)[21]鉸接?；h(huán)[21]可在副支撐架[4]前端滑管上自由滑動，通過連桿與傘狀擋水翼[7]中部鉸接。驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)是通過滾動軸承安裝在支撐架上的爬行器主動軸[19]后端裝有葉輪[10]，固定在軸上，主動力軸前端為蝸桿，同時與三個相互呈120°角的渦輪[3]嚙合。渦輪[3]分別通過普通平鍵鍵[35]連在三根轉(zhuǎn)軸[33]上，轉(zhuǎn)軸[33]穿過副支撐架殼體[4]和驅(qū)動架殼體[23]，另一端通過平鍵[32]連接著主動帶輪[34]，主動帶輪[34]與從動帶輪[28]通過同步帶[31]連接，從動帶輪[28]固連在轉(zhuǎn)軸[29]上，轉(zhuǎn)軸[29]另一端通過螺母[37]固定驅(qū)動輪[2]。驅(qū)動輪與轉(zhuǎn)軸間裝有超越離合器[39]。從動行走機(jī)構(gòu)是在主支撐架[9]前端裝有三組結(jié)構(gòu)相同均勻分布的從動輪結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是套筒固連在主支撐架[9]上，從動輪架[14] 一端可以插在套筒內(nèi)，滑鍵[17]由三根螺釘固定在從動架上，從動輪架[14]可以在套管內(nèi)定向滑動，套筒內(nèi)裝有預(yù)緊彈簧，彈簧一端與套筒中部臺階接觸，另一端被固定在從動輪架[14]上的擋圈[12]壓緊，套筒口處裝有端蓋[15]。傘狀擋水翼結(jié)構(gòu)是在主支撐架上導(dǎo)流管[9]入口處鉸接有擋水翼結(jié)構(gòu)，由兩層葉片組I [8]和葉片組II [7]交錯組成，每個葉片組沿周向均勻分布的12個葉片組成，葉片組I [8]在前面，中間裝有預(yù)緊彈簧圈[20]，葉片組II [7]在后面，每個葉片中部與導(dǎo)桿一端鉸接，導(dǎo)桿[6]另一端與滑環(huán)[21]鉸接，組成傘狀結(jié)構(gòu)。a.驅(qū)動行走過程
參照圖廣3，爬行器在流體輸送管道工作條件下，流體流向如圖中箭頭所示方向。流體流至傘狀擋水翼[8] [7]，改變方向而進(jìn)入導(dǎo)流管[9]，導(dǎo)流管內(nèi)裝有葉輪[10]，流體流過推動葉輪[10]旋轉(zhuǎn)，葉輪與動力軸[19]固連,使動力軸旋轉(zhuǎn),動力軸[19]后端為蝸桿,蝸桿旋轉(zhuǎn)并帶動與之同時嚙合的三個渦輪[3]旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動與之同軸的主動帶輪[34]旋轉(zhuǎn)，主動帶輪[34]通過同步帶將功率傳送到從動帶輪[28]，在通過轉(zhuǎn)軸把動力傳輸?shù)津?qū)動輪 上。流體流速加快時，爬行器兩側(cè)流體壓差增大，使得爬行器速度變大，同時也使葉輪轉(zhuǎn)速加快，葉輪轉(zhuǎn)速的加快又降低了爬行器兩側(cè)的壓力差，推力減小，增速下降，直到平衡；流體流速減慢時，爬行器兩側(cè)流體壓差增大減小，使得爬行器速度變小，同時也使葉輪轉(zhuǎn)速加變慢，葉輪轉(zhuǎn)速的減小又增加了爬行器兩側(cè)的壓力差，推力增大，降速下降，直到平衡；
因此，雙重驅(qū)動方式使得爬行器運(yùn)行穩(wěn)定，變速平緩。b.管徑自適應(yīng)過程
擋水翼[7] [8]是由兩組葉片組成的傘狀結(jié)構(gòu)，葉片由彈性材料制作，重疊交錯組成的特殊結(jié)構(gòu)，收張時無縫隙，既能起到導(dǎo)流的作用，又可以根據(jù)管徑的變化調(diào)節(jié)大小，滿足工作需要，驅(qū)動臂[23]與主支撐架殼體[9]通過轉(zhuǎn)軸[33]鉸接，中部與鉸接在套管[26]上的連桿[24]鉸接，套管[26]可以在副支撐架[4]上自由滑動，套管[26]內(nèi)有彈簧[25]進(jìn)行預(yù)緊，管徑變化時驅(qū)動臂[23]可以自行張開和收緊，帶動套管[26]前后滑動，以適應(yīng)管徑，而不影響傳動。套管[26]通過連桿把滑動動作傳遞給副支撐架[4]右端的滑環(huán)，滑環(huán)可以自由前后滑動，上面鉸接著連桿[22]，連桿[22]與擋水翼[7]中部鉸接，如此，管徑的變化可以從驅(qū)動輪臂[23]傳導(dǎo)到擋水翼[7]，做出相應(yīng)張開或收緊動作。三組從動輪機(jī)構(gòu)內(nèi)有彈簧[16]預(yù)緊，可以適應(yīng)不同的管徑，將從動輪牢牢壓在管道內(nèi)壁。從動輪架[14]里端裝有滑鍵，使從動輪架[14]只能滑動而不能轉(zhuǎn)動，保證從動輪沿軸線方向前進(jìn)。分流閥結(jié)構(gòu)是由裝在在主支撐架[9]是前后由兩個帶孔的配流盤——動盤[11]和定盤[18]組成，定盤固定在支撐架上，動盤軸向固定，但可以沿著周向一定范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。


附圖I是管道爬行器結(jié)構(gòu)主視示意圖 附圖2是圖I中B-B剖面示意圖
附圖3是圖I的左視不意圖
附圖4是配流盤結(jié)構(gòu)開孔示意圖，其中a為動盤，b為定盤 附圖5是擋水翼葉片組布置示意圖(I與II相同布置)圖中1-管道，2-驅(qū)動輪，3-蝸輪，4-副支撐架，5-支撐桿，6-擋水翼連桿，7-擋水翼葉片組II，8-擋水翼葉片組I，9_主支撐架，10-葉輪，11-配流盤動盤，12-擋圈，13-從動輪，14-從動輪架，15-端蓋，16-彈簧，17-滑鍵，18-配流盤定盤，19-主動軸，20-彈簧圈，21-滑環(huán)，22-連桿，23-驅(qū)動架，24-連桿，25-彈簧，26-套管，27-壓緊螺母，28-從動帶輪29-轉(zhuǎn)軸，30-平鍵，31-同步帶，32-平鍵，33-轉(zhuǎn)軸，34-主動帶輪，35-平鍵，36-主支撐架殼體，37-鎖緊螺母，38-平鍵，39-超越離合器，40-連接桿。
具體實施例方式a.驅(qū)動行走過程
參照圖廣3，爬行器在流體輸送管道工作條件下，流體流向如圖中箭頭所示方向。流體流至傘狀擋水翼[8][7]，改變方向而進(jìn)入導(dǎo)流管[9]，導(dǎo)流管內(nèi)裝有葉輪[10]，流體流過推動葉輪[10]旋轉(zhuǎn)，葉輪與動力軸[19]固連,使動力軸旋轉(zhuǎn),動力軸[19]后端為蝸桿,蝸桿旋轉(zhuǎn)并帶動與之同時嚙合的三個渦輪[3]旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動與之同軸的主動帶輪[34]旋轉(zhuǎn)，主動帶輪[34]通過同步帶[31]將功率傳送到從動帶輪[28]，在通過轉(zhuǎn)軸把動力傳輸?shù)津?qū)動輪[2]上。流體流速加快時，爬行器兩側(cè)流體壓差增大，使得爬行器速度變大，同時也使葉輪轉(zhuǎn)速加快，葉輪轉(zhuǎn)速的加快又降低了爬行器兩側(cè)的壓力差，推力減小，增速下降，直到平衡；流體流速減慢時，爬行器兩側(cè)流體壓差增大減小，使得爬行器速度變小，同時也使葉輪轉(zhuǎn)速加變慢，葉輪轉(zhuǎn)速的減小又增加了爬行器兩側(cè)的壓力差，推力增大，降速下降，直到平衡；因此，雙重驅(qū)動方式使得爬行器運(yùn)行穩(wěn)定，變速平緩。b.管徑自適應(yīng)過程
擋水翼[7] [8]是由兩組葉片組成的傘狀結(jié)構(gòu)，葉片由彈性材料制作，重疊交錯組成的特殊結(jié)構(gòu)，收張時無縫隙，既能起到導(dǎo)流的作用，又可以根據(jù)管徑的變化調(diào)節(jié)大小，滿足工作需要，驅(qū)動臂[23]與主支撐架殼體[9]通過轉(zhuǎn)軸[33]鉸接，中部與鉸接在套管[26]上的連桿[24]鉸接，套管[26]可以在副支撐架[4]上自由滑動，套管[26]內(nèi)有彈簧[25]進(jìn)行預(yù)緊，管徑變化時驅(qū)動臂[23]可以自行張開和收緊，帶動套管[26]前后滑動，以適應(yīng)管徑，而不影響傳動。套管[26]通過連桿把滑動動作傳遞給副支撐架[4]右端的滑環(huán)，滑環(huán)可以自由前后滑動，上面鉸接著連桿[22]，連桿[22]與擋水翼[7]中部鉸接，如此，管徑的變化可以從驅(qū)動輪臂[23]傳導(dǎo)到擋水翼[7]，做出相應(yīng)張開或收緊動作。三組從動輪機(jī)構(gòu)內(nèi)有彈簧[16]預(yù)緊，可以適應(yīng)不同的管徑，將從動輪牢牢壓在管道內(nèi)壁。從動輪架[14]里端裝有滑鍵，使從動輪架[14]只能滑動而不能轉(zhuǎn)動，保證從動輪沿軸線方向前進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種流體驅(qū)動為主，驅(qū)動輪驅(qū)動為輔的自適應(yīng)管道爬行器，其特征是它包括變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)、從動行走機(jī)構(gòu)和傘狀擋水翼機(jī)構(gòu)和分流閥結(jié)構(gòu)。
2.變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu)是驅(qū)動架[23]殼體一端通過轉(zhuǎn)軸[33]與副支撐架殼體[4]鉸接，副支撐架[4]后端滑管上有可自由滑動的套管[26]，連桿[24]分別與驅(qū)動架[23]殼體的一端與套管一端鉸接，套管內(nèi)有彈簧[25]，前端與套管[26]接觸，后端由螺紋連接在副支撐架上[4]的調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母[27]壓緊，三根導(dǎo)桿[22] —端與套管[26]鉸接，另一端與滑環(huán)[21]鉸接，滑環(huán)[21]可在副支撐架[4]前端滑管上自由滑動，通過連桿與傘狀擋水翼[7]中部鉸接。
3.驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)是通過滾動軸承安裝在支撐架上的爬行器主動力軸[19]后端裝有葉輪[10]，葉輪[10]固定在軸上，主動力軸前端為蝸桿，同時與三個相互呈120°角的蝸輪[3]嚙合，蝸輪[3]分別通過普通平鍵鍵[35]連在三根轉(zhuǎn)軸[33]上，轉(zhuǎn)軸[33]穿過副支撐架殼體[4]和驅(qū)動架殼體[23]，另一端通過平鍵[32]連接著主動帶輪[34]，主動帶輪[34]與從動帶輪[28]通過同步帶[31]連接，從動帶輪[28]固連在轉(zhuǎn)軸[29]上，轉(zhuǎn)軸[29]另一端通過螺母[37]固定驅(qū)動輪[2]，驅(qū)動輪與轉(zhuǎn)軸間裝有超越離合器[39]。
4.從動行走機(jī)構(gòu)是在主支撐架[9]前端裝有三組結(jié)構(gòu)相同均勻分布的從動輪結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是套筒固連在主支撐架[9]上，從動輪架[14] 一端可以插在套筒內(nèi)，滑鍵[17]由三根螺釘固定在從動架上，從動輪架[14]可以在套管內(nèi)定向滑動，套筒內(nèi)裝有預(yù)緊彈簧[16]，彈簧一端與套筒中部臺階接觸，另一端被固定在從動輪架[14]上的擋圈[12]壓緊，套筒口處裝有端蓋[15]。
5.傘狀擋水翼結(jié)構(gòu)是在主支撐架上導(dǎo)流管[9]入口處鉸接有擋水翼結(jié)構(gòu)，由兩層葉片組I [8]和葉片組II [7]交錯組成，每個葉片組沿周向均勻分布的12個葉片組成，葉片組I [8]在前面，中間裝有預(yù)緊彈簧圈[20]，葉片組II [7]在后面，每個葉片中部與導(dǎo)桿[6]一端鉸接，導(dǎo)桿[6]另一端與滑環(huán)[21]鉸接，組成傘狀結(jié)構(gòu)。
6.分流閥結(jié)構(gòu)是由裝在在主支撐架[9]是前后由兩個帶孔的配流盤——動盤[11]和定盤[18]組成,定盤固定在支撐架上,動盤軸向固定,但可以沿著周向一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明是一種流體驅(qū)動的自適應(yīng)管道爬行器，它包括變徑適應(yīng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)、從動行走機(jī)構(gòu)、傘狀擋水翼機(jī)構(gòu)和分流閥結(jié)構(gòu)。其特點是驅(qū)動方式為流體驅(qū)動為主，驅(qū)動輪驅(qū)動為輔，使運(yùn)動速度均勻。變徑機(jī)構(gòu)可以有效的根據(jù)管徑的變化自行調(diào)節(jié)適應(yīng)，并可以通過傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)改變傘狀擋水翼的開度。導(dǎo)流管入口處裝有葉輪，流體流過時葉輪旋轉(zhuǎn)，并通過主軸將動力傳動到驅(qū)動輪上。本設(shè)計由流體驅(qū)動，無需額外能源避免了拖纜等帶來的阻力，可以滿足超長距離的在線作業(yè)要求，可以適應(yīng)管徑變化較大的場合，流體壓差和主動輪雙重驅(qū)動使裝置運(yùn)動速度平穩(wěn)，還具有對管道內(nèi)壁環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、制造方便、成本低等優(yōu)點。
文檔編號F16L55/38GK102878385SQ201110194250
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者張有忱, 李志勇 申請人:北京化工大學(xué)