一種行進于管道內(nèi)的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種行進于管道內(nèi)的裝置，包括蝸桿、三個同步帶-蝸輪和三組行進機構(gòu)。同步帶-蝸輪輪齒的齒面包括能與蝸桿嚙合的蝸輪齒面和能與同步帶嚙合的同步帶輪齒面，三個同步帶-蝸輪沿蝸桿圓周方向間隔120°分布并與蝸桿嚙合；行進機構(gòu)的同步帶套在滑輪組外側(cè)，每組行進機構(gòu)中遠離蝸桿一側(cè)的同步帶壓緊在管道內(nèi)壁上。主動蝸桿轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使同步帶-蝸輪轉(zhuǎn)動，通過同步帶-蝸輪與同步帶的嚙合，使行進機構(gòu)中壓緊在管道內(nèi)壁上的同步帶獲得等速同向的運動，實現(xiàn)裝置沿管道的行進。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，制造、安裝、維護方便，成本低廉；主動蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，行進機構(gòu)僅向前運動一個同步帶的節(jié)距，傳動比大，易于獲得預(yù)期的推進力。
【專利說明】一種行進于管道內(nèi)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種在管道中行進的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]城市的自來水管、燃氣管、電線電纜的布線管、污水的排水管等大多埋設(shè)于地下，構(gòu)成縱橫交叉、累計長度難以精確統(tǒng)計的地下管網(wǎng)系統(tǒng)。將管道埋設(shè)于地下，雖然美化了城市環(huán)境，但也明顯增加了管道使用、檢查和維護的難度。
[0003]對于電線電纜的布線管及其線纜在管道中的布設(shè)，現(xiàn)有的常規(guī)操作方法是:將布線管預(yù)埋在地下，在線纜布設(shè)時，先在布線管中穿一根細鋼絲，再通過細鋼絲將需布設(shè)的線纜曳引入布線管。其中，在布線管中穿細鋼絲的過程比較費時費力，并且，由于細鋼絲剛度有限，在布線管中所能穿過的距離不可能很大，所以，現(xiàn)有的線纜布設(shè)工藝只能小距分段式的將線纜曳引入布線管，相應(yīng)地，沿布線管的道路上必須相隔一小段距離留一個操作井口，既會增加道路的施工難度，又會影響道路的美感、降低車輛運行的舒適性。
[0004]自來水管經(jīng)過長期運行，管道內(nèi)壁總會有污垢累積，累積在管道內(nèi)壁的污垢一方面會降低管道輸送自來水的能力，另一方面還會影響所輸送的自來水的質(zhì)量，所以，自來水供水管道最好應(yīng)定期疏浚。目前，去除自來水管道內(nèi)壁污垢的常規(guī)操作方法是短時間的提高自來水的供水水壓、增加自來水的流速。這種去污垢方法存在諸多缺陷:首先，提高水壓有可能導(dǎo)致自來水管網(wǎng)薄弱部位的爆裂，引起必須停水搶修的事故；其次，高壓水流沖刷下來的污垢只能從居民的用水終端排出，會影響居民的正常用水；再次，自來水加壓去污的效果也不是很理想。對于內(nèi)徑較大的管道，還有二種可供選擇的管道疏浚方法:一種是將柔性軟管插入管道中，通過軟管用高壓水對管道內(nèi)壁進行沖刷；另一種是在管道中皮碗狀疏通器，封閉管道，然后向管道內(nèi)輸入高壓水或高壓氣，通過高壓水或高壓氣，驅(qū)使皮碗狀疏通器沿管道移動，從而實現(xiàn)去除管道內(nèi)壁污垢的目的。這二種可選的管道疏浚方法都存在明顯的缺陷:前者，軟管插入困難，能插入的距離有限，高壓水的沖刷位置和沖刷效果難控制；后者，需要產(chǎn)生高壓水或高壓氣的裝備，管道必須具備足夠的承壓能力，一旦管道爆裂，管道中的皮碗狀疏通器不易取出；上述缺陷使之較難獲得廣泛的工程應(yīng)用。另外，為發(fā)現(xiàn)潛藏的自來水滲漏點或管道的可能故障位置，檢查自來水管的內(nèi)部情況也很重要，目前，攝像頭的尺寸及功能已完全能滿足管道內(nèi)部檢查的要求，但是，由于缺乏適當(dāng)?shù)墓艿佬羞M裝置來攜帶攝像頭，所以管道的巡管檢查還難以實現(xiàn)。燃氣管道、暖氣供氣管道等也存在著與自來水管類似的問題。
[0005]上述的在布線管內(nèi)穿細鋼絲以及管道的內(nèi)部清污和檢查等之所以困難，關(guān)鍵在于缺乏適當(dāng)?shù)墓艿佬羞M裝置。中國發(fā)明專利(CN101058095)公開了一種管道行進脹縮除垢裝置，該裝置有前后二個行進機，二個行進機用氣缸相連，在管中行進時，當(dāng)后行進機撐住管壁時，前后行進機的連接氣缸伸長，推動前行進機向前運動；當(dāng)連接氣缸伸至最長時，前行進機撐住管壁，連接氣缸縮短，帶著后行進機向前運動；如此循環(huán)，實現(xiàn)裝置在管道中的行進。顯然，該裝置只能在管道中間歇行進，并且為保證該裝置的正常運行，還必須要有壓縮氣源和高壓輸氣管，這些都阻礙該裝置的工程應(yīng)用。德國的iPEK公司(http://www.1pek.at/index.php?id=l&no_cache=l&L=hwbqeyrkafIm)研發(fā)了 iPEK 管道攝像檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以類似于普通四輪或履帶式玩具車為運載工具，攜帶攝像和照明裝置，組成管道內(nèi)窺檢測系統(tǒng)，可用于內(nèi)徑150_以上的管道的內(nèi)窺檢測。由于該系統(tǒng)以傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛(縮小版)為運載工具，所以運載工具的最大推進力完全取決于系統(tǒng)自重和輪或履帶與管壁的摩擦系數(shù)；又由于為適應(yīng)小管徑管道的檢測，系統(tǒng)必須盡量小巧，自重必然較輕，所以該系統(tǒng)的最大推進力非常有限，當(dāng)電源線與數(shù)據(jù)線的拖曳阻力大于最大推進力時，該系統(tǒng)就無法前行了，也就是說該系統(tǒng)的管道檢測距離是非常有限的；還由于管道內(nèi)壁呈圓形，不管傳統(tǒng)輪式或履帶式車輛的車輪或履帶的外形如何設(shè)計，輪或履帶與管內(nèi)壁的無滑動接觸都僅限于一個點，其他接觸位置都是有滑動接觸，所以輪或履帶的工作壽命以及整個系統(tǒng)的推進力都會受影響。
[0006]由上可見，在布線管中穿細鋼絲、管道的清污或檢查等都有賴于管道行進裝置，但到目前為止，尚未見到體積小、質(zhì)量輕且推進力大的行進裝置的報道，更沒有相關(guān)的工程應(yīng)用實例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型所要解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中管道行進裝置存在的體積大，推力小的不足，提供一種適合于在管道中行進的裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，制造、使用和維護方便，推進力可調(diào)的優(yōu)點。
[0008]為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種行進于管道內(nèi)的裝置，它包括蝸桿、三個同步帶-蝸輪和對應(yīng)的三組行進機構(gòu)；所述的蝸桿通過軸承座和軸承安裝在管殼中；所述的同步帶-蝸輪為圓柱齒輪狀零件，其輪齒的齒面包括能與蝸桿嚙合的蝸輪齒面和能與同步帶嚙合的同步帶輪齒面，同步帶-蝸輪通過聯(lián)接螺栓安裝在支架上，支架固定在管殼上，三個同步帶-蝸輪沿蝸桿圓周方向間隔120°分布并與蝸桿嚙合；所述的行進機構(gòu)每組包括同步帶、若干個滑輪、滑輪架和聯(lián)接螺栓，若干個滑輪通過聯(lián)接螺栓安裝在滑輪架上，同步帶套在滑輪組外側(cè)，所述的行進機構(gòu)通過聯(lián)接螺栓固定在安裝架上，安裝架固定在管殼上；每組行進機構(gòu)中遠離蝸桿一側(cè)的同步帶壓緊在管道內(nèi)壁上。
[0009]本實用新型技術(shù)方案所述的同步帶-蝸輪是一種圓柱齒輪狀零件，其輪齒的齒面為部分與蝸桿嚙合的蝸輪齒面、部分與同步帶帶齒嚙合的同步帶輪齒面；因此，所述的同步帶-蝸輪既能與蝸桿哨合傳動，又能與同步帶哨合傳動。
[0010]本實用新型技術(shù)方案所述的行進機構(gòu)包括同步帶、滑輪架、聯(lián)接螺栓和若干個滑輪；同步帶的帶齒位于帶節(jié)面的外側(cè)，滑輪活套在與滑輪架固定連接的聯(lián)接螺栓上，同步帶套在滑輪組的外側(cè)，整個行進機構(gòu)用螺栓與安裝架固定連接，安裝架焊接在管殼上；滑輪組的布置和整個行進機構(gòu)在管殼上的安裝位置，使靠邊近蝸桿一側(cè)的同步帶繞過同步帶-蝸輪并與其嚙合，遠離蝸桿一側(cè)的同步帶與蝸桿軸線平行。
[0011]由于上述技術(shù)方案的運用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0012]1、本實用新 型提供的管道行進裝置為純機械裝置，并且結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，制造、安裝和維護方便，成本低廉。
[0013]2、本實用新型提供的管道行進裝置，除主動蝸桿外，其余轉(zhuǎn)動零件的支承軸均為固定心軸，可與聯(lián)接螺栓制成一體，制造、安裝和調(diào)整方便；滑輪架、安裝同步帶-蝸輪的支架及固定行進機構(gòu)的安裝架等都是板類零件，且尺寸精度要求不高，制造方便。
[0014]3、本實用新型提供的管道行進裝置，同步帶兼作裝置的爬行履帶，其基體常為聚氨酯或氯丁橡膠，具有良好的受力形變?nèi)嵝?，抗拉體通常是鋼絲繩或玻璃纖維繩，抗拉強度高，具有易于彎曲、耐磨性好、工作壽命長、能在有水或多塵等惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點；并且，同步帶為標準件，可市購，價格低。
[0015]4、本實用新型提供的管道行進裝置，其三組行進機構(gòu)沿蝸桿圓周方向間隔120°均勻分布，主動蝸桿轉(zhuǎn)動時，通過三個與蝸桿嚙合傳動的同步帶-蝸輪，驅(qū)使三組行進機構(gòu)中的同步帶沿管道內(nèi)壁等速同向爬行，運動穩(wěn)定可靠，并且，僅需適當(dāng)調(diào)節(jié)行進機構(gòu)的徑向位置，即可調(diào)節(jié)同步帶與管道內(nèi)壁之間的正壓力，從而使裝置獲得預(yù)期的推進力。
[0016]5、本實用新型提供的管道行進裝置，主動蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，裝置僅沿管道行進一個同步帶節(jié)距的距離，傳動比大，從而較小的動力源即能使裝置獲得足夠大的推進力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例提供的同步帶-蝸輪齒寬中間的橫截面示意圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例提供的管道行進裝置沿一行進機構(gòu)的軸剖圖；
[0019]圖3為本實用新型實施例提供的管道行進裝置的橫剖圖；
[0020]圖中:1、管殼；2、軸承座；3、軸承；4、蝸桿；5、支架；6、同步帶-蝸輪；7、安裝架；
8、同步帶；9、滑輪；10、滑輪架；11、聯(lián)接螺栓。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0022]實施例一:
[0023]本實施例提供一種管道行進裝置，主要包括蝸桿、三個同步帶-蝸輪和三組行進機構(gòu)；參見附圖1，它為本實用新型實施例提供的同步帶-蝸輪齒寬中間的橫截面示意圖。同步帶-蝸輪的加工采用蝸輪滾刀向同步帶輪徑向進給以切出預(yù)期齒深時，刀齒中線沿同步帶輪齒槽中線徑向進給。由于滾刀刀齒為螺旋齒，所以用上述方法切制的同步帶-蝸輪，滾刀螺旋齒的兩側(cè)齒面會分別切入同步帶輪的兩側(cè)齒面，展成蝸輪齒面，并且在同步帶輪齒槽兩側(cè)展成的兩片蝸輪齒面分別位于同步帶輪中截面的兩側(cè)。得到的同步帶-蝸輪的輪齒齒面為部分能與蝸桿嚙合的蝸輪齒面、部分能與同步帶嚙合的同步帶輪齒面，既能與蝸桿哨合傳動又能與同步帶哨合傳動。
[0024]參見附圖2它是本實施例提供的一種行進于管道內(nèi)的裝置沿一組行進機構(gòu)的軸剖圖；參見附圖3，它是本實施例提供的管道行進裝置的橫剖圖；由圖2和3可以看出該行進裝置的結(jié)構(gòu)為:蝸桿4通過軸承座2和軸承3安裝在管殼I中；同步帶-蝸輪6通過聯(lián)接螺栓11安裝在支架5上，支架焊接在管殼上，行進機構(gòu)包括同步帶8、滑輪9、滑輪架10和聯(lián)接螺栓11，滑輪用聯(lián)接螺栓安裝在滑輪架上，同步帶套在滑輪組外側(cè)，整個行進機構(gòu)用聯(lián)接螺栓固定在安裝架7上，安裝架焊接在管殼上。
[0025]參見附圖3，本實施例采用三個同步帶-蝸輪和三組行進機構(gòu)，三個同步帶-蝸輪沿蝸桿圓周方向間隔120°分布并與蝸桿嚙合。由于此種結(jié)構(gòu)，下部左、右兩側(cè)的二個行進機構(gòu)的中間平面與鉛垂方向的夾角^和^為式(I)所示:
[0026]φ2 =Φ3 = 60°(1)
[0027]當(dāng)把行進裝置塞入管道后，設(shè)管道內(nèi)壁對上部行進機構(gòu)的正壓力為％，若不計行進裝置的自重，則管道內(nèi)壁對下部左側(cè)行進機構(gòu)的正壓力4和對下部右側(cè)的行進機構(gòu)的正壓力M可確定如下:
[0028]水平方向的力平衡條件由式(2)所示:
[0029]N2·sin φ2 = N3 · sin φ3(2)
[0030]鉛垂方向的力平衡條件由式(3)所示:
[0031]AK =N' -COSφ2 * COS A(3)
[0032]聯(lián)列式⑴、⑵和(3)，可解得式(4):
[0033]N1 =N2 = N3 = N(4)
[0034]也就是說，在不考慮自重的情況下，管道內(nèi)壁作用在三組行機構(gòu)上的正壓力相同，本實用新型提供的管道行進裝置受力性能好。
[0035]采用單頭蝸桿時，主動蝸桿轉(zhuǎn)動一周，驅(qū)使同步帶-蝸輪轉(zhuǎn)過一個輪齒，進而通過同步帶-蝸輪與同步帶的嚙合，驅(qū)使同步帶沿管道內(nèi)壁向前爬行一個同步帶節(jié)距，增力效果明顯。
[0036]設(shè)蝸桿轉(zhuǎn)速為/7(r/min)，輸入功率為P(W)，行進裝置的傳動總效率為/?，同步帶的節(jié)距為外(mm)，同步帶與管道內(nèi)壁的摩擦第數(shù)為f,則本實用新型提供的管道行進裝置的總推進力A可確定如下:
[0037]行進裝置的行進速度^由式(5)所示:
[0038]V = η.pb /(I OOOx 60) (m/s)(5)
[0039]一支行進機構(gòu)與管道內(nèi)壁的摩擦力——爬行的推進力Z7i由式(6)所示:
[0040]Fj =Z-Ni =f-N (i = L23)(6)
[0041]行進裝置的總推進力A等于三支行進機構(gòu)的爬行推進力A之和，即為式(7)所示:
[0042]F = [ Fj =3 JN (N)(7)
[0043]行進裝置的行進總功率P為由式(8)所示:
[0044]Q=Fv = F- npb /(I OOOx 60) (W)(8)
[0045]行進裝置的效率η由式(9)所示:
[0046]rj = Q/P = F' npb /(6000QP)(9)
[0047]為獲得行進裝置的推進力K主動蝸桿所需的輸入功率產(chǎn)由式(10)所示:
[0048]P = F'nph/60000/(?ο)
[0049]為獲得行進裝置的推進力F，管道內(nèi)壁對行進機構(gòu)所需施加的正壓力Λ/為式(11)所示:[0050]J
【權(quán)利要求】
1.一種行進于管道內(nèi)的裝置，其特征在于:它包括蝸桿(4)、三個同步帶-蝸輪(6)和對應(yīng)的三組行進機構(gòu)；所述的蝸桿(4)通過軸承座(2)和軸承(3)安裝在管殼(I)中；所述的同步帶-蝸輪出)為圓柱齒輪狀零件，其輪齒的齒面包括能與蝸桿嚙合的蝸輪齒面和能與同步帶嚙合的同步帶輪齒面，同步帶-蝸輪(6)通過聯(lián)接螺栓(11)安裝在支架(5)上，支架(5)固定在管殼(I)上，三個同步帶-蝸輪沿蝸桿圓周方向間隔120°分布并與蝸桿嚙合；所述的行進機構(gòu)每組包括同步帶(8)、若干個滑輪(9)、滑輪架(10)和聯(lián)接螺栓(11)，若干個滑輪(10)通過聯(lián)接螺栓(11)安裝在滑輪架(10)上，同步帶(8)套在滑輪組外側(cè)，所述的行進機構(gòu)通過聯(lián)接螺栓固定在安裝架(7)上，安裝架(7)固定在管殼(I)上；每組行進機構(gòu)中遠離蝸桿一側(cè)的同步帶壓緊在管道內(nèi)壁上。
【文檔編號】F16L55/32GK203585710SQ201320781885
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】錢志良 申請人:蘇州大學(xué)張家港工業(yè)技術(shù)研究院