专利名称：气动履带式管道内行走机构的制作方法
技术领域：
气动履带式管道内行走机构技术领域[0001 ] 本实用新型涉及一种管道内行走机构。
背景技术：
[0002]管道的封闭性以及工作环境决定了管道施工的艰难性。管道机器人是管道施工中 必备的一种工具。时至今日，经过各国学者的努力，出现了各种各样的管道机器人。从结构 形式来看，主要分为轮式管道机器人、脚式管道机器人、履带式管道机器人和蠕动式管道机 器人。轮式管道机器人通常采用气动方式。日本东芝公司于1997年研制了第一台轮式管 道机器人，为了增加牵引力该机器人采用了多轮驱动，但轮径太小，越障能力有限，而且结 构复杂；西门子公司Werner Neubern等人研制的蜘蛛型微管道机器人有3,6,8支脚三种 类型，其原理是用腿推压管壁来运动，多腿可以方便地在各种形状的弯管道内移动；加拿大 Inuktun和BioVac System Inc公司的履带式管道机器人已经商业化；上海交通大学研发 了小口径管道蠕动式移动机构，它是模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进和后退的动作设计 的。发明内容[0003]为了克服已有管道内行走器的爬坡能力较差的不足，本实用新型提供一种提高爬 坡能力的气动履带式管道内行走机构。[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是[0005]一种气动履带式管道内行走机构，包括车架、驱动轮和行走轮，所述车架上沿车架 的中心轴方向依次布置两个行走轮、驱动轮和两个行走轮，从轴向上看行走轮位于车架的 下半圆，驱动轮位于车架的上半圆；径向分布为两个行走轮关于Y轴对称，行走轮安装在 车架上，所述驱动轮与传动机构连接，所述传动机构包括支撑臂、滑套和车架中心轴，驱动 轮通过一个销轴安装在支撑臂的一端，支撑臂的另一端通过铰链与滑套联接，所述支撑臂 可转动地安装在其回转轴上，所述回转轴安装在车架上，所述中心轴座与车架中心轴固定 连接，所述车架中心轴安装在车架上，所述车架中心轴上可滑动套装滑套，所述滑套的下端 与第一驱动气缸活塞杆固定连接，所述第一气缸安装在车架上；气马达固定在车架上，所述 气马达包括气马达轴，所述气马达轴、回转轴和驱动轮轴上安装链轮，通过链传动将动力从 气马达传递到驱动轮上。[0006]进一步，所述中心轴的中孔内设有带锥形头的顶杆，所述顶杆与第二气缸的活塞 杆连接，所述第二气缸安装在车架上，所述中心轴和滑套上开有径向夹角相等的至少三个 键槽，所述键槽的轴向形状为平行四边形结构，键槽内安装有可以滑动的异形键，其轴向主 要轮廓为平行四边形，但其中靠中心轴线的一钝角被圆锥体切除一小部分，切除部分与中 心轴线夹角和所述锥形头顶杆的锥度相同。通常异形键位于中心轴的键槽及中心轴孔内， 当中心轴和滑套上的键槽位置对上时，顶杆伸出可以使异形键沿径向向外滑入滑套的键槽 中，从而将滑套锁定在中心轴上。采用上述结构实现了驱动臂的锁止。[0007]再进一步，所述驱动轮为一个，从轴向上看，所述驱动轮与行走轮之间的夹角为 120。。[0008]或者是所述驱动轮有两个，径向分布为两个行走轮的夹角为120°，两个驱动轮 之间的夹角也为120°并关于Y轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹角为 60° ;每个驱动轮分别与其支撑臂连接。[0009]再或者是所述驱动轮有4个,所述车架上沿车架的中心轴方向依次布置两个行 走轮、两个驱动轮、两个驱动轮和两个行走轮，径向分布为两个行走轮的夹角为120°，两个 驱动轮之间的夹角也为120°并关于Y轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹 角为60° ;每个驱动轮分别与其支撑臂连接。[0010]所述行走轮和驱动轮为履带式轮。[0011 ] 所述车架为圆柱笼形车架。[0012]所述的履带为三层结构，内侧为有齿形的橡胶层，中间为硬质材料层，外侧为胶 层，各层通过胶粘接。[0013]所述硬质材料层与胶层沿带的宽度方向切割成为平行四边形条。[0014]本实用新型的有益效果主要表现在(1)采用压缩空气作动力，清洁高效，符合 HSE施工管理要求，适合在危险、野外场合工作。[0015](2)这种驱动轮的连杆滑套传动机构可以大大增加轮与管道壁的正压力，轮作用 在管道壁上的压力值不仅取决于气缸的推力，而且随着支撑臂和管道壁的法向夹角的减小 而增大数倍甚至更多。[0016](3)采用一种异形键实现滑套位置锁定的机构，当中心顶杆离开异形键后，在异形 键受到的径向力作用下，异形键能够自动缩回到中心轴孔内，从而释放滑套。[0017](4)当滑套锁定后，可以使气缸卸荷，更节能。[0018](5)采用履带轮比普通的滚轮增加了附着系数和接触面积，增加了附着力，减少了 单位表面上的压力，避免破坏管道内表面的涂层。[0019](6)履带轮有多个负重轮，单个负重轮直径比相当整个履带轮大小的滚轮直径小 很多，因此，同等驱动力矩下，履带轮能提供的牵引力更大。
[0020]图[0021]图[0022]图[0023]图[0024]图[0025]图[0026]图[0027]图[0028]图[0029]图[0030]图[0031]图12是图11的各轮位置轴向示意图。[0032]图13是四轮驱动时的布局图。[0033]图14是图13的各轮位置轴向示意图。
具体实施方式
[0034]
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。[0035]参照图1 图14，一种气动履带式管道内行走机构，包括车架1、驱动轮2和行走 轮3，所述车架I上沿车架的中心轴方向依次布置两个行走轮3、驱动轮2和两个行走轮3， 从轴向上看行走轮3位于车架的下半圆，驱动轮2位于车架的上半圆；径向分布为两个行走 轮关于Y轴对称，行走轮3安装在车架I上，所述驱动轮2与传动机构连接，所述传动机构 包括支撑臂4、滑套6和车架中心轴9，驱动轮2通过一个销轴安装在支撑臂4的一端，支撑 臂4的另一端通过铰链与滑套6联接，所述支撑臂4可转动地安装在回转轴7上，所述回转 轴7安装在车架I上，中心轴座8与车架中心轴9固定连接，所述中心轴座8安装在车架上， 所述车架中心轴9上可滑动套装滑套6，所述滑套6的下端与第一气缸10活塞杆固定连接， 所述第一气缸10安装在中心轴座8上；气马达5固定在车架I上，所述气马达5包括气马 达轴，所述气马达轴、回转轴7和驱动轮轴上安装链轮，通过链传动将动力从气马达5传递 到驱动轮3上。[0036]进一步，所述中心轴9的中孔内设有带锥形头的顶杆11，所述顶杆11与第二气缸 12连接，所述第二气缸12安装在车架上1，所述中心轴和滑套上开有径向夹角相等的至少 三个键槽，所述键槽的轴向形状为平行四边形结构，键槽内安装有可以滑动的异形键13，其 轴向主要轮廓为平行四边形，但其中靠中心轴线的一钝角被圆锥体切除一小部分，切除部 分与中心轴线夹角和所述锥形头顶杆11的锥度相同。通常异形键13位于中心轴的键槽及 中心轴孔内，当中心轴和滑套上的键槽位置对上时，顶杆11伸出可以使异形键13沿径向向 外滑入滑套的键槽中，从而将滑套锁定在中心轴上。采用上述结构实现了驱动臂的锁止。[0037]再进一步，所述驱动轮3为一个，从轴向上看，所述驱动轮与行走轮之间的夹角为 120。。[0038]或者是所述驱动轮2有两个，径向分布为两个行走轮的夹角为120°，两个驱动 轮之间的夹角也为120°并关于Y轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹角 为60° ;每个驱动轮分别与其支撑臂连接。[0039]再或者是所述驱动轮3有4个，所述车架上沿车架的中心轴线依次布置两个行走 轮、两个驱动轮、两个驱动轮和两个行走轮，径向分布为两个行走轮的夹角为120°，两个驱 动轮之间的夹角也为120°并关于Y轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹角 为60° ;每个驱动轮分别与其支撑臂连接。[0040]所述行走轮2和驱动轮3为履带式轮。所述车架I为圆柱笼形车架。[0041]本实施例中，该行走装置的圆柱笼形车架上布置6个轮子，沿车架的中心轴线依 次布置两个行走轮、两个驱动轮和两个行走轮，径向分布为两个行走轮的夹角为120°并 关于Y轴对称，两个驱动轮的夹角也为120°并关于Y轴对称，驱动轮与行走轮的夹角为 60°。行走轮直接安装在车架上，驱动轮通过一个销轴安装在支撑臂的一端。车架安装了 2 套驱动轮及其支撑臂。支撑臂可以绕固定在车架上的回转轴转动，其中一端通过销轴与驱动轮联接，支撑臂的另一端通过铰链与滑套联接。气马达安装在机架上，气马达轴、支撑臂 回转轴和驱动轮轴上安装链轮，通过链传动将动力从气马达传递到驱动轮上。有一个空心 的车架中心轴安装在机座上，轴上滑套通过铰链与支撑臂联接，中心轴孔内有一个锥形头 顶杆，中心轴与滑套上开有径向夹角为90°的4个键槽，键槽的轴向形状为平行四边形结 构，4个异形键安装在键槽中。[0042]当固定在机架上的气缸I活塞杆伸出时，推动滑套并使支撑臂转动，驱动轮随着 支撑臂的运动压在管道壁上，当滑套与中心轴键槽对上后，气缸2伸出推动锥形头顶杆使 异形键插入滑套键槽中，从而锁定支撑壁位置。这时，车架上的6个轮子都牢牢地压在管道 壁上。当气马达转动时，通过链传动带动驱动轮转动，从而牵引车架在管道内行走。当气缸 2活塞杆先退回后，若气缸I活塞杆退回，在径向力的作用下使异形键缩回到中心轴孔内， 滑套随着活塞杆的退回拉动支撑臂使驱动轮脱离管道壁。[0043]参照图4和图5，行走轮为履带式轮，包括多个小带轮、轴承、轮架、带张紧机构、齿 形带。[0044]参照图6和图7，驱动轮为履带式轮，包括多个承重小带轮、驱动带轮、轴承、轮架、 带张紧机构、齿形带。[0045]参照图8，带分三层，橡胶层外面为硬材料层14 (如使用聚氨脂)，按图示结构将 硬材料层沿带的宽度方向切割，使其成为若干平行四边形条，聚氨脂层与橡胶层15用胶粘 接。硬材料层切割后能够弯曲并最大限度地使带上的压力分布均匀。硬材料层外面是胶层 16用于增加带的摩擦力。[0046]参照图9和图10，行走装置驱动轮及支撑机构的布局方案，适合拖动小直径重量 轻的装置。参照图11和图12，适合拖动中等直径重量IOOOKg的装置。参照图13和图14， 适合拖动大直径重量IOOOKg以上的装置。
权利要求1.一种气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述行走器包括车架、驱动轮和行走轮，所述车架上沿车架的中心轴方向依次布置2个行走轮、驱动轮和2个行走轮，从轴向上看行走轮位于车架的下半圆，驱动轮位于车架的上半圆；径向分布为2个行走轮关于Y轴对称，行走轮安装在车架上，所述驱动轮与传动机构连接，所述传动机构包括支撑臂、滑套和车架中心轴，驱动轮通过一个销轴安装在支撑臂的一端，支撑臂的另一端通过铰链与滑套联接，所述支撑臂可转动地安装在回转轴上，所述回转轴安装在车架上，所述中心轴座与车架中心轴固定连接，所述车架中心轴安装在车架上，所述车架中心轴上可滑动套装滑套， 所述滑套与第一气缸连接，所述第一气缸安装在车架上；气马达固定在车架上，所述气马达包括气马达轴，所述气马达轴、回转轴和驱动轮轴上安装链轮，通过链传动将动力从气马达传递到驱动轮上。
2.如权利要求1所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述中心轴的中孔内设有带锥形头的顶杆，所述顶杆与第二气缸连接，所述第二气缸安装在车架上，所述中心轴和滑套上开有径向夹角相等的至少三个键槽，所述键槽的轴向形状为平行四边形结构， 键槽内安装有可以滑动的异形键，其轴向主要轮廓为平行四边形，但其中靠中心轴线的一钝角被圆锥体切除一小部分，切除部分与中心轴线夹角和所述锥形头顶杆的锥度相同。
3.如权利要求1或2所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述驱动轮为一个，从轴向上看，所述驱动轮与行走轮之间的夹角为120°。
4.如权利要求1或2所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述驱动轮有2 个，径向分布为2个行走轮的夹角为120°，2个驱动轮之间的夹角也为120°并关于Y轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹角为60° ;每个驱动轮分别与支撑臂连接。
5.如权利要求1或2所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述驱动轮有 4个，所述车架上沿车架的中心轴方向依次布置2个行走轮、2个驱动轮、2个驱动轮和2个行走轮，径向分布为2个行走轮的夹角为120°，2个驱动轮之间的夹角也为120°并关于Y 轴对称，从轴向上看，所述驱动轮与相邻行走轮的夹角为60° ;每个驱动轮分别与支撑臂连接。
6.如权利要求1或2所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述行走轮和驱动轮为履带式轮。
7.如权利要求1或2所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述的履带为三层结构，内侧为有齿形的橡胶层，中间为硬质材料层，外侧为胶层，各层通过胶粘接。
8.如权利要求7所述的气动履带式管道内行走机构，其特征在于所述硬质材料层与胶层沿带的宽度方向切割成为平行四边形条。
专利摘要一种气动履带式管道内行走机构，包括车架、驱动轮和行走轮，车架上沿车架的中心轴方向依次布置两个行走轮、驱动轮和两个行走轮，从轴向上看行走轮位于车架的下半圆，驱动轮位于车架的上半圆；径向分布为两个行走轮关于Y轴对称，行走轮安装在车架上，驱动轮通过一个销轴安装在支撑臂的一端，支撑臂的另一端通过铰链与滑套联接，支撑臂可转动地安装在回转轴上，中心轴座与车架中心轴固定连接，车架中心轴上可滑动套装滑套，滑套与第一驱动气缸连接。气马达安装在机架上，气马达轴、回转轴和驱动轮轴上安装链轮，通过链传动将动力从气马达传递到驱动轮上。本实用新型采用履带式轮，提高了驱动轮和行走轮与管道壁的正压力，适应在大坡度管道内行走。
文档编号F16L55/32GK202834572SQ20122024283
公开日2013年3月27日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者邢彤, 孟彬 申请人:浙江工业大学