市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备的制作方法

1.本发明属于市政工程设施设备技术领域，尤其涉及一种市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备。


背景技术：

2.市政基础设施是指在城市区、镇(乡)规划建设范围内设置、基于政府责任和义务为居民提供有偿或无偿公共产品和服务的各种建筑物、构筑物、设备等。城市生活配套的各种公共基础设施建设都属于市政工程范畴，其中城市排水管网是一项重要的市政基础设施。排水管是排放生产污水、生活污水的重要管道，然而市政排水管在使用过程中，市政道路的挤压容易造成市政排水管出现局部位置塌陷变形的情况。为了修复市政排水管的塌陷位置，而且对于采用具有一定弹性材质制成的排水管可以利用特定的施工设备来对其进行扩张修复。
3.目前，扩张修复排水管的设备一般为非开挖的施工形式，该施工形式能够满足现在道路交通流的需要，特别是保证城市正常运作的效率。现有的市政排水管扩张设备在进行扩张修复时，大多采用原地径向加载的方式，即施工设备进入待修复管道的变形位置后，通过向变形位置施加径向压力来令其恢复。但是，由于其直接接触管道的加载端与管道在修复过程中属于先点接触再逐渐变成面接触，这种原地径向加载的方式对径向脊状变形的修复效果较好，但是对于不规则的畸变如偏心趋势明显变形，该设备的修复效果则欠佳，而且修复后再次塌陷的概率也比较高，同时在加载过程中的作用容易对设备造成不可恢复的伤害，降低设备的综合利用率。


技术实现要素：

4.本发明针对上述的管道内壁扩张设备所存在的技术问题，提出一种设计合理、机动性较强、动态加载效果较好、修复能力较强且利用率较高的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备，包括渐进支撑系统，所述渐进支撑系统包括前后对接的两个直线渐进机构，所述直线渐进机构上均设置有伸缩式径向支撑机构，所述渐进支撑系统的前端设置有动力系统，所述动力系统包括旋转动力机构和液压动力机构，所述液压动力机构包括油箱和油泵，所述油泵的泵油管口设置有旋转接头，所述旋转接头的另一端设置有与旋转动力机构传动连接的泵油轴，所述泵油轴远离液压动力机构的一端设置有旋扩系统，所述旋扩系统包括与泵油轴连接的双向油缸，所述双向油缸包括多个双向活塞杆且均垂直于旋扩系统的直线移动方向，所述多个双向活塞杆均径向设置在旋扩机构的内侧，所述旋扩机构包括反向活动扣接的第一扩压圈和第二扩压圈，所述第一扩压圈和第二扩压圈的内壁与双向油缸连接，所述旋扩机构的中心设置有用来限制二者轴向传动的限位机构，所述旋扩系统的前侧设置有移动定心系统，所述移动定心系统的外侧用来与待修复的排水管内
壁滚动配合，所述移动定心系统包括朝向旋扩系统一侧设置的定心管，所述定心管的端部与设置在旋扩系统中心的实心轴套接。
6.作为优选，所述直线渐进机构包括筒型架，所述筒型架的轴端设置有液压连接器，所述液压连接器通过油管与油箱连通，所述筒型架的柱形面上设置有多对呈圆形阵列分布的行走轮，每对行走轮包括两个轴向排开的行走轮且行走轮的轮面朝向待修复的管道内壁。
7.作为优选，所述伸缩式径向支撑机构包括设置在筒型架内部的分布式油缸，所述分布式油缸包括缸体，所述缸体的一端与液压连接器连接，所述液压连接器包括两个套设的同心活塞杆，其中一个同心活塞杆的端部与分布式油缸的端部固定连接，所述缸体的中心设置有与另一个同心活塞杆活动配合的中心油腔，所述缸体的侧壁上设置有多个呈圆形阵列分布的分布式油腔组和与分布式油腔组连通的回油管路，所述分布式油腔组包括多个沿缸体长度方向分布的子油腔，所述子油腔中设置有径向活塞杆，所述径向活塞杆的端部设置有支撑块，所述支撑块用来与待修复的排水管内壁接触配合。
8.作为优选，所述回油管路包括多个与油箱连通的主回油管，所述主回油管上设置有多个沿其长度方向分布的子回油管，所述子回油管上设置有连通相邻子油腔的油嘴。
9.作为优选，所述旋转动力机构包括减速电机，所述减速电机的动力输出端设置有齿轮组，所述齿轮组与泵油轴通过键连接。
10.作为优选，所述泵油轴的内部设置有与其轴心线平行且中心距不同的进油孔和回油孔，所述旋转接头的内部设置有与进油通道和回油通道配合的第一环形油道和第二环形油道，所述第一环形油道和第二环形油道分别通过软管连接至油泵的进油口和回油口。
11.作为优选，所述双向活塞杆包括杆体，所述杆体的中间设置有活塞体，所述活塞体的两侧分别为进油室和回油室，所述进油室和回油室分别与进油孔和回油孔连通。
12.作为优选，所述第一扩压圈和第二扩压圈均包括圆圈体，所述圆圈体朝向另一个圆圈体的一侧设置有弧形的沉槽，所述沉槽与另一个圆圈体的凸出部分配合，所述第一扩压圈的圈体上设置有一对上下对称分布的横条孔，所述第二扩压圈的圈体上设置有与横条孔活动配合的导向螺栓，所述第一扩压圈的内壁和第二扩压圈的内壁分别与不同的双向活塞杆连接。
13.作为优选，所述限位机构包括分布在第一扩压圈和第二扩压圈内壁的两个挡圈，所述两个挡圈远离圆圈体的两侧均设置有凸轮板，所述凸轮板与设置在圆圈体端面的环形槽配合，所述凸轮板和挡圈的中心设置有法兰件，所述法兰件包括筒体，所述筒体的侧壁上设置有与双向活塞杆配合的通孔，所述筒体的端部设置有法兰板。
14.作为优选，所述移动定心系统包括从动行走架，所述从动行走架上设置有与待修复排水管内壁配合的从动轮，所述从动行走架远离旋扩系统的一侧设置有主动行走架，所述主动行走架上设置有与待修复排水管内壁配合的从动轮和与每个从动轮传动连接的舵机，所述主动行走架与从动行走架直接设置有横桥。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
16.1、本发明提供的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备，利用渐进支撑系统以逐步推进的方式将旋扩系统朝待修复的排水管区域移动，而旋扩系统可在动力系统的作用下逐渐伸展并且以旋扩方式对变形区域进行修复，同时由移动定心系统对逐步推进的旋
扩系统的转动中心进行限位，动态加载效果较好，这样不仅可以获得较高的旋扩质量，还有利于延长整个设备的实际使用寿命。
17.2、本发明提供的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备，其渐进支撑系统、动力系统、旋扩系统以及移动定心系统在设计的连接位置上可拆卸连接，可以满足非开挖修复管道的需要，而且能够有效适应地下排水管路，可操作性较好、机动能力强，修复效率较高且综合利用率较高，适合大规模推广。
18.3、本发明提供的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备，其旋扩系统中旋扩机构的两个扩压圈在被双向油缸驱动之后可以获得与待修复管道匹配的扩径，而且实际扩径可以逐步张大直到完全修复管道，再加上旋扩系统具有旋转和步进的动作，这样能够在每个修复段都能以面面接触的方式实现旋扩，从而令待修复的排水管道获得较高的修复质量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为实施例中市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备的轴测图；
21.图2为实施例提供的直线渐进机构、动力系统和旋扩系统的轴测图；
22.图3为实施例提供的图2中a结构的放大示意图；
23.图4为实施例提供的直线渐进机构、减速电机、油箱和旋扩系统的轴测图；
24.图5为实施例提供的液压连接器的内部结构示意图；
25.图6为实施例提供的旋扩系统的爆炸图；
26.图7为实施例提供的旋扩系统在非工作状态下的轴测图；
27.图8为实施例提供的旋扩系统的工作轴测图；
28.图9为实施例提供的第一扩压圈的轴测图；
29.图10为实施例提供的第二扩压圈的轴测图；
30.图11为实施例提供的双向油缸的轴测图；
31.图12为实施例提供的旋转接头与泵油轴的工作剖视图；
32.以上各图中：
33.1、渐进支撑系统；11、直线渐进机构；111、筒型架；112、液压连接器；1121、同心活塞杆；113、行走轮；12、伸缩式径向支撑机构；121、分布式油缸；1211、缸体；1212、中心油腔；1213、分布式油腔组；1214、子油腔；122、径向活塞杆；123、支撑块；124、回油管路；1241、主回油管；1242、子回油管；1243、油嘴；
34.2、动力系统；21、旋转动力机构；211、减速电机；212、齿轮组；22、液压动力机构；221、油箱；222、泵油轴；2221、进油孔；2222、回油孔；223、旋转接头；2231、第一环形油道；2232、第二环形油道；
35.3、旋扩系统；31、双向油缸；311、双向活塞杆；3111、杆体；3112、活塞体；32、旋扩机构；32a、第一扩压圈；32b、第二扩压圈；321、圈体；322、沉槽；323、横条孔；324、环形槽；324、
导向螺栓；33、限位机构；331、挡圈；332、凸轮板；333、法兰件；3331、筒体；3332、法兰板；3333、通孔；34、实心轴；
36.4、移动定心系统；41、定心管；42、从动行走架；43、主动行走架；44、舵机；45、横桥。
具体实施方式
37.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
39.实施例，如图1、图6、图7和图8所示，本发明提供的市政排水管非开挖修复用管道内壁扩张设备，包括渐进支撑系统1，所述渐进支撑系统1包括前后对接的两个直线渐进机构11，直线渐进机构11上均设置有伸缩式径向支撑机构12，渐进支撑系统1的前端设置有动力系统2，动力系统2包括旋转动力机构21和液压动力机构22，液压动力机构22包括油箱221和油泵，油泵的泵油管口设置有旋转接头223，旋转接头223的另一端设置有与旋转动力机构21传动连接的泵油轴222，泵油轴222远离液压动力机构22的一端设置有旋扩系统3，旋扩系统3包括与泵油轴222连接的双向油缸31，双向油缸31包括多个双向活塞杆311且均垂直于旋扩系统3的直线移动方向，多个双向活塞杆311均径向设置在旋扩机构32的内侧，旋扩机构32包括反向活动扣接的第一扩压圈32a和第二扩压圈32b，第一扩压圈32a和第二扩压圈32b的内壁与双向油缸31连接，旋扩机构32的中心设置有用来限制二者轴向传动的限位机构33，旋扩系统3的前侧设置有移动定心系统4，移动定心系统4的外侧用来与待修复的排水管内壁滚动配合，移动定心系统4包括朝向旋扩系统3一侧设置的定心管41，定心管41的端部与设置在旋扩系统3中心的实心轴34套接。
40.在本装置中，渐进支撑系统1中的直线渐进机构11可以沿着待修复的管道内壁进行直线移动，而其移动的基础是另一个直线渐进机构11上的伸缩式径向支撑机构12撑在其所处的位置，需要移动的直线渐进机构11在其自身动力作用下进行直线推进或后撤。对于需要前进旋扩的时候，直线渐进机构11驱动旋扩系统3朝待修复区域移动，直到旋扩系统3的端部抵达修复的初始端；动力系统2的旋转动力机构21驱动泵油轴222带动旋扩系统3转动，旋扩系统3的油压由液压动力机构22提供。旋扩系统3的第一扩压圈32a与第二扩压圈32b在被双向油缸31驱动之后可以获得与待修复管道区域匹配的扩径，而且实际扩径可以逐步张大，边旋扩边张大，直到完全修复管道，再加上旋扩系统3具有旋转和步进的动作，令待修复区分成了多个连续的修复段，而每个修复段都能与第一扩压圈32a和第二扩压圈32b以面面接触的方式实现旋扩，从而令待修复的排水管道获得较高的修复质量，同时有利于延长泵油轴222的实际使用寿命。渐进支撑系统1以逐步推进的方式将旋扩系统3朝待修复的排水管区域移动，而旋扩系统3可在动力系统2的作用下逐渐伸展并且以旋扩方式对变形区域修复段逐步进行修复，同时由移动定心系统4对逐步推进的旋扩系统3的转动中心进行限位，这样可以令旋扩系统3在连续修复的过程中具有较好的动态加载效果，进一步提高本
装置的旋扩质量，提高管道修复的效率。
41.进一步地，本装置中的渐进支撑系统1、动力系统2、旋扩系统3以及移动定心系统4在设计的连接位置上可拆卸连接，可以满足非开挖修复管道的需要，而且能够有效适应地下排水管路，可操作性较好、机动能力强，修复效率较高且综合利用率较高。
42.如图2、图3和图4所示，为了提高直线渐进机构11的步进能力，本发明提供的直线渐进机构11包括筒型架111，筒型架111的轴端设置有液压连接器112，液压连接器112通过油管与油箱221连通，筒型架111的柱形面上设置有多对呈圆形阵列分布的行走轮113，每对行走轮113包括两个轴向排开的行走轮113且行走轮113的轮面朝向待修复的管道内壁。其中，筒型架111一方面作为动力系统2和旋扩系统3的步进基础，同时也作为伸缩式径向支撑机构12的的安装基础。筒型架111的筒径小于管道的直径，由液压连接器112驱动其活动的筒型架111进行直线移动。行走轮113的主要作用是保证筒型架111能够沿着管道壁进入其内部，降低工人将本装置装入管道的难度；而在整个渐进过程中，由于另一个直线渐进机构11上的伸缩式径向支撑机构12需要处于伸张支撑的状态，所以行走轮113实际是处于架空的状态。
43.如图2、图3和图5所示，为了提高渐进支撑系统1的支撑稳定性，本发明提供的伸缩式径向支撑机构12包括设置在筒型架111内部的分布式油缸121，分布式油缸121包括缸体1211，缸体1211的一端与液压连接器112连接，液压连接器112包括两个套设的同心活塞杆1121，其中一个同心活塞杆1121为驱动缸体1211的外同心活塞杆，外同心活塞杆的端部与分布式油缸121的端部固定连接，而另一同心活塞杆1121为内同心活塞杆，内同心活塞杆与设置在缸体1211中心的中心油腔1212活动配合，而且外同心活塞杆的内腔与中心油缸构成相对独立但可以对内同心活塞杆两端发挥压力平衡功能的两个腔室，而且位于内同心活塞杆后侧的腔室有独立的油管接口。进一步地，缸体1211的侧壁上设置有多个呈圆形阵列分布的分布式油腔组1213和与分布式油腔组1213连通的回油管路124，分布式油腔组1213包括多个沿缸体1211长度方向分布的子油腔，子油腔中设置有径向活塞杆122，径向活塞杆122的端部设置有支撑块123，支撑块123用来与待修复的排水管内壁接触配合。缸体1211的中心油腔1212和子油腔作为驱动径向活塞杆122移动的主要油腔，其内部的油压由动力系统2的油箱221提供。通过控制中心油腔1212和子油腔的油压可以令径向活塞杆122实现径向伸缩动作，从而满足支撑与泄压的需要，令直线渐进机构11能够在管道内部合理地前进或倒退。
44.进一步地，对于伸缩式径向支撑机构12，其中心油腔1212的设计工作截面积是可调节的，如内同心活塞杆的端头直径小于中心油腔1212的直径，而其在中心油腔1212中的不同延伸长度可以改变中心油腔1212的实际体积但每个分布式油腔组1213仍然具有贯通的供给油路。这样的话，通过控制内同心活塞杆后侧与其前侧的油压比能够调节内同心活塞杆在中心油腔1212的延伸长度，从而达到调节分布式油缸121的伸缩动作效率的目的，进而提高本装置的步进效率。
45.再进一步地，回油管路124包括多个与油箱221连通的主回油管1241，主回油管1241上设置有多个沿其长度方向分布的子回油管1242，子回油管1242上设置有连通相邻子油腔的油嘴1243。主回油管1241可以同时对多个子回油管1242进行供油或抽油，这样能够与中心油腔1212中油压的供给端相匹配，满足多个径向活塞杆122和支撑块123同时伸缩动
作的需要。同时，在缸体1211上还设置有与主回油管1241、子回油管1242和油嘴1243匹配的结构槽，有利于精简设备的管路，提高回油管路124在筒型架111内部的统筹性。
46.如图4和图7所示，为了提高旋转动力机构21的利用率，本发明提供的旋转动力机构21包括减速电机211，减速电机211的动力输出端设置有齿轮组212，齿轮组212中的一个齿轮与泵油轴222通过键连接。
47.如图7和图12所示，考虑到旋扩系统3的旋转动作的需要，为了提高旋扩系统3的油压供给稳定性，本发明在泵油轴222的内部设置有与其轴心线平行且中心距不同的进油孔2221和回油孔2222，旋转接头223的内部设置有与进油通道和回油通道配合的第一环形油道2231和第二环形油道2232，第一环形油道2231和第二环形油道2232分别通过软管连接至油泵的进油口和回油口。这样的话，泵油轴222在旋转动力机构21的驱动下能够始终与旋转接头223保持旋转关系，并且建立与油箱221的连续且有效的进油路径和回油路径。本泵油轴222和旋转接头223设计巧妙，实用性较强且利用率较高。
48.如图11所示，为了提高旋扩机构32的驱动动作效率，本发明提供的双向活塞杆311包括杆体3111，杆体3111的中间设置有活塞体3112，活塞体3112的两侧分别为进油室和回油室，进油室和回油室分别与进油孔2221和回油孔2222连通。其中，控制不同扩压圈的杆体3111移动方向相反，同时，二者的进油室和回油室的分布位置相反，泵油轴222的进油路径可同时控制两个双向活塞杆311的进油室并令杆体3111反向运动，从而令旋扩机构32达到扩径目的，而油轴的回油路径可同时控制两个双向活塞杆311的回油室并令杆体3111反向运动，从而令旋扩机构32达到回缩的目的，
49.如图6—10所示，为了提高旋扩机构32的工作性能，本发明提供的第一扩压圈32a和第二扩压圈32b均包括圆圈体321，圆圈体321朝向另一个圆圈体321的一侧设置有弧形的沉槽322，沉槽322与另一个圆圈体321的凸出部分配合，第一扩压圈32a的圈体上设置有一对上下对称分布的横条孔323，第二扩压圈32b的圈体上设置有与横条孔323活动配合的导向螺栓324，第一扩压圈32a的内壁和第二扩压圈32b的内壁分别与不同的双向活塞杆311连接。这样的话，双向油缸31在驱动两个扩压圈的同时，扩压圈能够在导向螺栓324与横条孔323导向作用下沿着二者的沉槽322面平移，而且沉槽322设计一方面提高旋扩机构32的空间利用率，另一方面减小旋扩机构32的轴向体积，缩短修复段的单位长度，有利于提高修复质量。
50.如图1、图6和图9所示，为了提高第一扩压圈32a与第二扩压圈32b的防脱性能，本发明提供的限位机构33包括分布在第一扩压圈32a和第二扩压圈32b内壁的两个挡圈331，两个挡圈331远离圆圈体321的两侧均设置有凸轮板332，凸轮板332与设置在圆圈体321端面的环形槽324配合，凸轮板332和挡圈331的中心设置有法兰件333，法兰件333包括筒体3331，筒体3331的侧壁上设置有与双向活塞杆311配合的通孔3333，筒体3331的端部设置有法兰板3332。其中，圆圈体321的径向扩张移动方向与凸轮板332的远心端方向一致；挡圈331作为圆圈体321内壁的增面结构，增加了其与凸轮板332的接触面积，保证凸轮板332的近心端与远心端能够完全挡在挡板前侧，但挡圈331的最小圈径为圆圈体321的径向扩张预留足够的移动空间，从而令第一扩压圈32a与第二扩压圈32b的轴向长度被两个凸轮板332有效限定，而法兰件333则对凸轮板332进行终极定位，既满足两个扩压圈的扩张需要，能能避免两个扩压圈出现脱扣的情况。
51.如图1所示，为了提高移动定心系统4的工作性能，本发明中的移动定心系统4包括从动行走架42，从动行走架42上设置有与待修复排水管内壁配合的从动轮，从动行走架42远离旋扩系统3的一侧设置有主动行走架43，主动行走架43上设置有与待修复排水管内壁配合的从动轮和与每个从动轮传动连接的舵机44，主动行走架43与从动行走架42直接设置有横桥45。其中，从动轮和主动轮始终与待修复排水管的内壁接触配合，而舵机44能够令驱动主动行走架作直线运动，并带动从动行走架42一起随旋扩系统3的步进位移进行动态调整，充分保证旋扩系统3在修复过程中的平衡能力，提高修复质量。
52.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。