一种管道非开挖修复用管道拆装机器人的制作方法

1.本实用新型属于管道非开挖修复设备技术领域，具体涉及大口径管道中穿插新管道自动拆装机器人。


背景技术：

2.地下管网的更新与修复是目前市政基础设施建设的重点和难点，城市地下管网普遍深埋地下，传统修复模式需封锁交通、开挖路面、更换管道、回填作业面、修复道路等，代价巨大且直接影响到城市交通、企业生产，同时存在噪音污染、安全隐患等问题。目前管道非开挖修复技术在我国也逐渐推广使用，受到重视。
3.管道非开挖修复穿插新管道需要作业人员从管道检修井进入地下管道对破损管道内部安装新管道进行整体结构修复。传统方法中作业人员将新管道运输到旧管道内使用手拉葫芦及横板等简易工具进行新管道的安装。由于管道内空间狭小不利于人工安装操作，所以导致效率低下，安装质量无法保证。
4.现有的管道安装方法大多是在两根需要对接安装的新管道的两端架设两块横板，然后把手拉葫芦的一端固定在一块横板上，另一端的链条固定在另一块横板上，通过拉紧手拉葫芦的链条来拖动新管道，最终将两根新管道安装在一起。因为手拉葫芦要克服新管道外壁与破损管道内壁的摩擦力以及新管道对接安装时密封橡胶的摩擦力，所以需要选用拉力较大的手拉葫芦，这样导致手拉葫芦需要很长时间作用才能收紧链条将新管道对接在一起。固定在新管道两端的横板需要达到一定的强度才能承受手拉葫芦的拉力，导致横板的质量大，架设及搬运都非常困难。实际工程中，一次修复需安装几十上百根新管道。每根管道对接安装后都需要将手拉葫芦及横板等工具拆卸下来搬运到下一根管道的安装位置，这样操作效率很低且作业人员的劳动强度大。
5.以上提到的工具只能用于安装管道，如果出现管道安装异常需要拆卸重新安装则无有效工具进行拆卸，所以研发一款能快速拆装管道的自动化设备是十分必要的。


技术实现要素：

6.本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种管道非开挖修复用管道拆装机器人，解决了管道非开挖修复作业中现有的管道拆装工具使用不便、耗费时间长、搬运不方便、自动化程度低、人工成本高等问题，并且填补了行业内在管道拆装机器人的技术空白。
7.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管道非开挖修复用管道拆装机器人，包括第一机器人及第二机器人两个独立的机器人，其中第一机器人包括第一收缩式撑板机构、卡板、第一电机、剪式抬升平台、行走轮支架、行走轮、驱动轮、蓄电池、第一控制箱，第二机器人包括第二收缩式撑板机构、第三收缩式撑板机构、卡板、第一电机、撑板承托板、滑块导轨机构、第一限位块、剪式抬升平台、行走轮支架、行走轮、驱动轮、液压油缸、液压站系统、蓄电池、第二控制箱、钢绞线、钢绞线锚具，所述第一机器人与第二机器人组合使用时可实现对接安装管道的功能，所述第二机器人单独使用时可实现拆卸管道的功
能；所述第一机器人的第一收缩式撑板机构两端底部焊接有底部安装板，其上具有安装孔，分别与两个剪式抬升平台的上部安装板通过螺栓固定连接，所述两个剪式抬升平台的下部安装板通过螺栓与集成安装板固定连接，所述行走轮支架底部装有两个行走轮和两个驱动轮，所述集成安装板上装有蓄电池和第一控制箱；所述第二机器人的第二收缩式撑板机构两端底部焊接有底部安装板，其上具有安装孔，所述两个撑板承托板的上表面分别与第二收缩式撑板机构两端的底部安装板相接触，所述两个撑板承托板的下表面分别与两个剪式抬升平台的上部安装板相接触，所述的第二收缩式撑板机构、撑板承托板、上部安装板通过螺栓与螺母固定在一起，所述两组滑块导轨机构分别固定在两个撑板承托板上方，第三收缩式撑板机构两端的底部安装板分别与两组滑块导轨机构上的滑块通过螺栓固定连接，所述第三收缩式撑板机构放置方向与第二收缩式撑板机构方向相反，所述两个剪式抬升平台的下部安装板通过螺栓与集成安装板固定连接，所述行走轮支架底部装有两个行走轮和两个驱动轮，所述集成安装板上装有蓄电池、第二控制箱和液压站系统，所述两个液压油缸通过螺栓分别固定安装在第二收缩式撑板机构两端的活动型加强撑板上；所述的卡板装入收缩式撑板机构两端的活动型加强撑板中，其具有不同的形状，可根据不同的功能更换不同形状的卡板；所述的两根钢绞线一端分别固定在两个液压油缸的y型接头上，另一端穿过第一收缩式撑板机构两端的活动型加强撑板，所述的钢绞线锚具夹紧在钢绞线上。
8.进一步的，所述的第一收缩式撑板机构、第二收缩式撑板机构和第三收缩式撑板机构的结构是相同的，所述收缩式撑板机构包括左侧加强方管、右侧加强方管、连接方块、固定型加强撑板、活动型加强撑板、齿轮齿条机构、第二限位块、齿轮齿条安装座、齿轮轴、齿轮轴用轴承、滚珠轮、底部安装板。所述的左侧加强方管与右侧加强方管结构类似，均为中空的方形管状结构，其一端的四个面分布有圆形通孔，另一端根据固定型加强撑板的形状做有开槽。所述的固定型加强撑板是由钢板焊接而成的中空的方形柱状结构，其两侧焊接有加强筋板，其上部与下部的钢板处还在内侧装有滚珠轮。所述底部安装板为方形钢板，其上分布有数个安装孔，并焊接在固定型加强撑板的下部。所述的两个固定型加强撑板分别嵌套进左侧加强方管与右侧加强方管的开槽上，然后将撑板与方管焊接固定。所述齿轮齿条安装座有用于放置齿条的安装槽和安装齿轮轴用轴承的安装孔，齿轮齿条安装座通过螺栓固定在加强方管内部。所述齿轮齿条机构中的齿条一端与活动型加强撑板固定连接，另一端装有第二限位块，齿条放置在齿轮齿条安装座的安装槽上。所述齿轮齿条机构中的齿轮装入齿轮轴及齿轮轴用轴承后固定在齿轮齿条安装座的安装孔中，且齿轮与齿条相互啮合，所述齿轮轴一端穿出加强方管，与安装在加强方管外侧的第一电机相连接。所述活动型加强撑板是由钢板焊接而成的中空的方形柱状结构，其一端有用于与齿条固定连接的安装孔，另一端有用于与液压油缸固定连接的安装孔，其中在与液压油缸固定连接的一端还有方形开槽。所述连接方块为中空的方形柱状结构，其两端的外周长比中部的外周长略短，且两端的外周长刚好为左侧加强方管及右侧加强方管的内周长，所述连接方块的两端的四个面分布有圆形安装孔。所述的左侧加强方管的右端面装入连接方块的左侧，并用螺栓固定，所述的右侧加强方管的左端面装入连接方块的右侧，并用螺栓固定。两个加强方管可装入同一个连接方块，也可装入两个不同的连接方块，然后在两个连接方块之间装入加长方管来延长收缩式撑板机构的总长度，以此来适应不同管道的直径。
9.进一步的，所述的剪式抬升平台包括上部安装板、剪式抬升机构、下部安装板、传
动丝杆、固定块、活动块、第二电机。所述的下部安装板两端装有两个固定块，所述传动丝杆穿过两个固定块中的圆形通孔，所述的活动块内部有带螺纹的圆形通孔，将活动块装入传动丝杆，并放置在两个固定块之间。所述的第二电机装在下部安装板及固定块上，第二电机的输出轴与传动丝杆相连。所述的剪式抬升机构一端连接在下部安装板以及活动块上，另一端连接在上部安装板上。
10.进一步的，所述的行走轮支架是由中空方形管件焊接成型的类“工”字形结构，其上部焊接有集成安装板，底部焊接有四块行走轮安装板。
11.进一步的，在第二机器人中，所述的第二收缩式撑板机构和第三收缩式撑板机构上焊接有四块快速夹钳安装板用于安装两组快速夹钳。
12.进一步的，所述的第一控制箱和第二控制箱集成了两台机器人的各种控制按钮，且控制箱中装有无线控制模块，可通过遥控器远程控制机器人的动作。
13.本实用新型对管道非开挖修复行业的有益效果为：
14.（1）本实用新型提供的管道拆装机器人，通过设置在机器人底部的行走轮及驱动轮，实现了机器人在管道内部快速行走的功能，不再需要作业人员另外使用搬运车来搬运各种工具，减少了作业量。
15.（2）本实用新型提供的管道拆装机器人，通过剪式抬升平台实现了调整收缩式撑板机构高度的功能，有利于撑板固定在对接安装的管道两端并调整撑板的高度，使撑板能通过管道圆心放置在直径位置上，提高管道的安装效率和质量。
16.（3）本实用新型提供的管道拆装机器人，在行走过程中，将活动型加强撑板收进撑板机构内部，减小了机器人的体积，这对在狭小的地下管道内进行作业十分有利。收缩式撑板机构可通过更换机构中间的加长方管来延长撑板的总长度，能够根据不同的管径选定最合适的长度，具备良好的通用性。
17.（4）本实用新型提供的管道拆装机器人，其对接安装管道以及拆卸管道的功能都是通过液压站系统控制液压油缸来实现，液压油缸的速度、力度可调可控，能够根据不同的工况设定最合适的值。
18.（5）本实用新型提供的管道拆装机器人，其所有操作均能通过远程遥控完成，作业人员只需在一旁通过遥控器控制机器人便能快速的完成管道的对接安装及拆卸，减轻了作业人员的劳动强度，提高了安装效率，降低了施工成本，同时提高了管道内施工的安全性。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：
20.图1是本实用新型的整体结构示意图；
21.图2是本实用新型所述第一机器人的结构示意图；
22.图3是本实用新型所述第二机器人的结构示意图；
23.图4是本实用新型所述收缩式撑板机构的结构示意图；
24.图5是本实用新型所述收缩式撑板机构加长方案的结构示意图；
25.图6是本实用新型对接安装管道时的示意图；
26.图7是本实用新型拆卸管道时的示意图。
27.图中1.第一机器人,2.第二机器人，3.第一收缩式撑板机构，3-1.左侧加强方管，
3-2.右侧加强方管，3-3.连接方块，3-4.固定型加强撑板，3-4-1.加强筋板，3-5.活动型加强撑板，3-6.齿轮齿条机构，3-6-1.齿条，3-6-2.齿轮，3-7.第二限位块，3-8.齿轮齿条安装座，3-9.齿轮轴，3-10.齿轮轴用轴承，3-11.滚珠轮，3-12.底部安装板，3-13.加长方管，3-14.快速夹钳安装板，3-15.快速夹钳，4.卡板，5.第一电机，6.剪式抬升平台，6-1.上部安装板，6-2.剪式抬升机构，6-3.下部安装板，6-4.传动丝杆，6-5.固定块，6-6.活动块，6-7.第二电机，7.行走轮支架，7-1.集成安装板，7-2.行走轮安装板，8.行走轮，9.驱动轮，10.蓄电池，11.第一控制箱，12.第二收缩式撑板机构，13.第三收缩式撑板机构，14.撑板承托板，15.滑块导轨机构，15-1.滑块，15-2.导轨，16.第一限位块，17.液压油缸，17-1.y型接头，17-2.油缸杆，18.液压站系统，19.第二控制箱，20.钢绞线，21.钢绞线锚具,22.地下土层，23.破损管道，24-1.第一新管道，24-2.第二新管道，25.接头，26.预留接缝。
具体实施方式
28.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施案例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基础结构，因此仅显示与本实用新型有关的构成。
29.图1至图7所示的一种管道非开挖修复用管道拆装机器人，包括第一机器人1及第二机器人2两个独立的机器人，其中第一机器人1包括第一收缩式撑板机构3、卡板4、第一电机5、剪式抬升平台6、行走轮支架7、行走轮8、驱动轮9、蓄电池10、第一控制箱11，第二机器人2包括第二收缩式撑板机构12、第三收缩式撑板机构13、卡板4、第一电机5、撑板承托板14、滑块导轨机构15、第一限位块16、剪式抬升平台6、行走轮支架7、行走轮8、驱动轮9、液压油缸17、液压站系统18、蓄电池10、第二控制箱19、钢绞线20、钢绞线锚具21，所述第一机器人1与第二机器人2组合使用时可实现对接安装管道的功能，所述第二机器人2单独使用时可实现拆卸管道的功能；所述第一机器人1的第一收缩式撑板机构3两端底部焊接有底部安装板3-12，其上具有安装孔，分别与两个剪式抬升平台6的上部安装板6-1通过螺栓固定连接，所述两个剪式抬升平台6的下部安装板6-3通过螺栓与集成安装板7-1固定连接，所述行走轮支架7底部装有两个行走轮8和两个驱动轮9，所述集成安装板7-1上装有蓄电池10和第一控制箱11；所述第二机器人2的第二收缩式撑板机构12两端底部焊接有底部安装板3-12，其上具有安装孔，所述两个撑板承托板14的上表面分别与第二收缩式撑板机构12两端的底部安装板3-12相接触，所述两个撑板承托板14的下表面分别与两个剪式抬升平台6的上部安装板6-1相接触，所述的第二收缩式撑板机构12、撑板承托板14、上部安装板6-1通过螺栓与螺母固定在一起，所述两组滑块导轨机构15分别固定在两个撑板承托板14上方，第三收缩式撑板机构13两端的底部安装板3-12分别与两组滑块导轨机构15上的滑块15-1通过螺栓固定连接，所述第三收缩式撑板机构13放置方向与第二收缩式撑板机构12方向相反，所述两个剪式抬升平台6的下部安装板6-3通过螺栓与集成安装板7-1固定连接，所述行走轮支架7底部装有两个行走轮8和两个驱动轮9，所述集成安装板7-1上装有蓄电池10、第二控制箱19和液压站系统18，所述两个液压油缸17通过螺栓分别固定安装在第二收缩式撑板机构12两端的活动型加强撑板3-5上；所述的卡板4装入收缩式撑板机构3、12、13两端的活动型加强撑板3-5中，其具有不同的形状，可根据不同的功能更换不同形状的卡板4；所述的两根钢绞线20一端分别固定在两个液压油缸17的y型接头17-1上，另一端穿过第一收缩式撑
板机构3两端的活动型加强撑板3-5，所述的钢绞线锚具21夹紧在钢绞线20上。
30.进一步的，所述的第一收缩式撑板机构3、第二收缩式撑板机构12和第三收缩式撑板机构13的结构是相同的，所述收缩式撑板机构3、12、13包括左侧加强方管3-1、右侧加强方管3-2、连接方块3-3、固定型加强撑板3-4、活动型加强撑板3-5、齿轮齿条机构3-6、第二限位块3-7、齿轮齿条安装座3-8、齿轮轴3-9、齿轮轴用轴承3-10、滚珠轮3-11、底部安装板3-12。所述的左侧加强方管3-1与右侧加强方管3-2结构类似，均为中空的方形管状结构，其一端的四个面分布有圆形通孔，另一端根据固定型加强撑板3-4的形状做有开槽。所述的固定型加强撑板3-4是由钢板焊接而成的中空的方形柱状结构，其两侧焊接有加强筋板3-4-1，其上部与下部的钢板处还在内侧装有滚珠轮3-11。所述底部安装板3-12为方形钢板，其上分布有数个安装孔，并焊接在固定型加强撑板3-4的下部。所述的两个固定型加强撑板3-4分别嵌套进左侧加强方管3-1与右侧加强方管3-2的开槽上，然后将撑板与方管焊接固定。所述齿轮齿条安装座3-8有用于放置齿条3-6-1的安装槽和安装齿轮轴用轴承3-10的安装孔，齿轮齿条安装座3-8通过螺栓固定在加强方管3-1、3-2内部。所述齿轮齿条机构3-6中的齿条3-6-1一端与活动型加强撑板3-5固定连接，另一端装有第二限位块3-7，齿条3-6-1放置在齿轮齿条安装座3-8的安装槽上。所述齿轮齿条机构3-6中的齿轮3-6-2装入齿轮轴3-9及齿轮轴用轴承3-10后固定在齿轮齿条安装座3-8的安装孔中，且齿轮3-6-2与齿条3-6-1相互啮合，所述齿轮轴3-9一端穿出加强方管3-1、3-2，与安装在加强方管3-1、3-2外侧的第一电机5相连接。所述活动型加强撑板3-5是由钢板焊接而成的中空的方形柱状结构，其一端有用于与齿条3-6-1固定连接的安装孔，另一端有用于与液压油缸17固定连接的安装孔3-5-1，其中在与液压油缸17固定连接的一端还有方形开槽。所述连接方块3-3为中空的方形柱状结构，其两端的外周长比中部的外周长略短，且两端的外周长刚好为左侧加强方管3-1及右侧加强方管3-2的内周长，所述连接方块3-3的两端的四个面分布有圆形安装孔。所述的左侧加强方管3-1的右端面装入连接方块3-3的左侧，并用螺栓固定，所述的右侧加强方管3-2的左端面装入连接方块3-3的右侧，并用螺栓固定。两个加强方管3-1、3-2可装入同一个连接方块3-3，也可装入两个不同的连接方块3-3，然后在两个连接方块3-3之间装入加长方管3-13来延长收缩式撑板机构3、12、13的总长度，以此来适应不同管道的直径。
31.进一步的，所述的剪式抬升平台6包括上部安装板6-1、剪式抬升机构6-2、下部安装板6-3、传动丝杆6-4、固定块6-5、活动块6-6、第二电机6-7。所述的下部安装板6-3两端装有两个固定块6-5，所述传动丝杆6-4穿过两个固定块6-5中的圆形通孔，所述的活动块6-6内部有带螺纹的圆形通孔，将活动块6-6装入传动丝杆6-4，并放置在两个固定块6-5之间。所述的第二电机6-7装在下部安装板6-3及固定块6-5上，第二电机6-7的输出轴与传动丝杆6-4相连。所述的剪式抬升机构6-2一端连接在下部安装板6-3以及活动块6-6上，另一端连接在上部安装板6-1上。
32.进一步的，所述的行走轮支架7是由中空方形管件焊接成型的类“工”字形结构，其上部焊接有集成安装板7-1，底部焊接有四块行走轮安装板7-2。
33.进一步的，在第二机器人2中，所述的第二收缩式撑板机构12和第三收缩式撑板机构13上焊接有四块快速夹钳安装板3-14用于安装两组快速夹钳3-15。
34.进一步的，所述的第一控制箱11和第二控制箱19集成了两台机器人的各种控制按钮，且控制箱中装有无线控制模块，可通过遥控器远程控制机器人的动作。
35.本实用新型的工作原理为：
36.如图6所示，将第一新管道24-1运输至损坏管道23的修复起点，然后将第二新管道24-2放置在第一新管道24-1的尾侧，并尽量靠近第一新管道24-1尾侧的接头25；
37.控制驱动轮，将第一机器人1放置在第一新管道24-1的头侧，将第二机器人2放置在第二新管道24-2的尾侧；
38.控制剪式抬升平台6上的第二电机6-7转动，第二电机6-7带动传动丝杆6-4转动，传动丝杆6-4带动活动块6-6前后移动，活动块6-6带动剪式抬升机构6-2上下移动，以此来调节收缩式撑板机构3、12的高度；
39.将收缩式撑板机构3、12调节到合适的高度后控制第一电机5转动，第一电机5带动齿轮轴3-9转动，齿轮轴3-9带动齿轮3-6-2转动，齿轮3-6-2与齿条3-6-1互相啮合，且齿条3-6-1一端固定在活动型加强撑板3-5上，齿轮3-6-2带动齿条3-6-1及活动型加强撑板3-5向外伸出；
40.将活动型加强撑板3-5调节至合适的位置后控制第二收缩式撑板机构12上的液压油缸17，将液压油缸17的油缸杆17-2伸长至最长位置，然后将两根钢绞线20的一端分别固定在两个y型接头17-1上，另一端穿过第一收缩式撑板机构3两侧的活动型加强撑板3-5上的开槽，最后在第一收缩式撑板机构3的活动型加强撑板3-5外侧的钢绞线20上装入钢绞线锚具21；
41.控制第二收缩式撑板机构12上的液压油缸17将y型接头17-1往回收，此时钢绞线20一端连接在y型接头17-1上，另一端通过钢绞线锚具21固定在第一收缩式撑板机构3两侧的活动型加强撑板3-5上的开槽处，且各个活动型加强撑板3-5中的卡板4均固定在新管道24的外端面上。通过液压油缸17拉动钢绞线20，钢绞线20上的钢绞线锚具21带动第一收缩式撑板机构3往第二收缩式撑板机构12靠近，而第一收缩式撑板机构3以及第二收缩式撑板机构12上的卡板4带动第二新管道24-2向第一新管道24-1靠近，最终完成管道的对接安装。
42.如图7所示，在进行管道拆卸作业时，将第二收缩式撑板机构12和第三收缩式撑板机构13上的卡板4更换成拆卸管道专用的卡板4；
43.控制驱动轮将第二机器人2放置在两根对接安装完成的管道的预留接缝26处；
44.控制剪式抬升平台6上的第二电机6-7转动，将第二收缩式撑板机构12调节至合适的高度；
45.控制第二收缩式撑板机构12和第三收缩式撑板机构13上的第一电机5转动，将四个活动型加强撑板3-5上的卡板4伸进管道的预留接缝26处；
46.松开第二收缩式撑板机构12上的两个快速夹钳3-15；
47.控制液压油缸17将油缸杆17-2伸长，油缸杆17-2前端的y型接头17-1向前伸出。当y型接头17-1接触到第三收缩式撑板机构13上的活动型加强撑板3-5后第三收缩式撑板机构13开始向前移动。此时四块卡板4伸进管道的预留接缝26里面，第三收缩式撑板机构13往前移动会带动两根管道互相脱离，最终将第二新管道24-2拆卸下来。
48.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。