管道打磨机器人旋转式快卡装置的制作方法

本发明涉及一种管道打磨机器人旋转式快卡装置

技术背景

根据《压力管道安全与监察规定》，工业上压力管道必须进行定期检测。石油化工、火力发电厂、锅炉等场所均有大量的压力管道。仅五大发电公司下属火电厂就有270多家，每年每家火电厂都有大量管道需要清理打磨。目前市面上人工打磨管道占绝大多数，但打磨工作环境艰苦、恶劣。工人要站在高脚手架上，持续打磨工作。疲劳、噪音、振动和灰尘都会对工人身体造成伤害，且在对压力管道进行打磨时，一旦发生事故，极易造成人员伤亡。运用较成熟的抛光打磨机并不能打磨安装在工作现场不可拆卸的管道。随着生活水平的提高，人们更注重健康问题，用于打磨施工现场不可拆卸的管道的机器人越来越成为人们的研究热点。作为外管道打磨机器人打磨工作的第一步，机器人安装问题的重要性尤为突出，如果打磨机器人打磨区域的轴线与管道轴线不重合，就会使打磨不均匀，影响打磨精度，且安全性差。因此提出一种结构简单，安装迅速并且能够科学解决管道打磨机器人安装问题的快速装卡装置，专用于管道打磨设备的安装。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用机械装置快速且准确将管道打磨设备固定在待打磨管道外表面的旋转式快速装卡装置。

本发明提供一种管道打磨机器人旋转式快卡装置由机架部件1、旋转进给部件2、制动机构3、同轴旋转关节4、插拔销机构5等组成；所述机架部件1为整个装置的基础，包围在待打磨的管道外部；所述旋转进给部件2与所述机架部件1按一定位置对应连接；所述机架部件1上分布有数个圆轴8；所述旋转进给部件2开有数个圆弧贯通槽，其特征在于装置安装后圆弧贯通槽与管道同轴，并且圆弧贯通槽被所述圆轴8穿过，数个圆弧贯通槽其中心线与数个所述圆轴8轴线所确定的圆共线，所述旋转进给部件2以所述圆轴8为导轨，圆弧贯通槽与所述圆轴8相切配合，从而所述旋转进给部件2可沿所述圆轴8做圆周运动；所述旋转进给部件2上还分布有数个形状一致的弧形贯通槽，其特征在于装置安装后每个弧形贯通槽两端与管道的距离不一样，其距离差为进给杆11的最大进给量；所述机架部件1安装有数个所述直线滑块9，所述直线滑块9的约束方向均为所述旋转进给部件2圆周运动的径向；所述径向运动指所述进给杆11组的轴线构成的平面与通过所述旋转进给部件2旋转运动所绕轴线形成焦点的方向；数个t字形所述进给杆11其一段安装在所述直线滑块9上，另一端穿过弧贯通槽，并与之相切；外力旋转所述旋转进给部件2沿所述圆轴8圆周运动，外形一致的数个弧贯通槽同时推动一组所述进给杆11运动，所述进给杆11又受所述直线滑块9约束从而实现一组所述进给杆11相对所述半圆形环状旋转构件10同步等速径向运动，起到同步进给作用，保证装置与管道轴线重合；所述进给杆沿径向运动至给定位置后可由所述制动机构3制动；所述制动机构3一部分与所述机架部件1连接，另一部分与所述旋转进给部件2连接；所述同轴旋转关节4和所述插拔销机构5均与所述机架部件1和所述旋转进给部件2连接；所述机架部件1与所述同轴旋转关节4连接为一体；所述机架部件1上的一对所述半圆形环状固定板6被所述同轴旋转关节4穿过，在所述同轴旋转关节4约束下，两件所述半圆形环状固定板6可绕所述同轴旋转关节4自由转动，从而实现所述同轴旋转关节4可将所述机架部件1整体刨分为2部分，确保所述机架部件1在施工现场不可拆卸的管道上快速安装与拆卸；所述旋转进给部件2其两件所述半圆形环状旋转构件10亦通过所述同轴旋转关节4连接，同样确保所述旋转进给部件2亦可绕所述同轴旋转关节4刨分为两部分，以便将所述旋转进给部件2使整个装置在施工现场不可拆卸管道上快速安装和拆卸；当所述旋转进给部件2转动至与所述机架部件1两者的所述同轴旋转关节4在同一直线上时，可实现所述机架部件1与所述旋转进给部件2同时刨分为两部分，即实现整个装置绕所述同轴旋转关节4刨分为两部分，确保整个装置可在施工现场不可拆卸的管道上快速安装与拆卸；所述插拔销机构5分别安装在所述机架部件1自由端和所述旋转进给部件2自由端的上，其作用在于所述插拔销5可将销26插入绕所述同轴旋转关节4自由转动的两件所述半圆形环状固定板6的两个自由端的通孔上，和插入绕所述同轴旋转关节4自由转动的两件所述半圆形环状旋转构件10的两个自由端的通孔上，在销26的固定下所述机架部件1和所述旋转进给部件2其可刨分的两部分均不再自由转动，当需要刨分装置时所述插拔销机构5再将所述销26拔出，此时所述机架部件1和所述旋转进给部件2便再次可绕所述同轴旋转关节4自由转动；与所述机架部件1连接的主轴29和转轴7上可安装具体的管道打磨机器人或其他设备，管道打磨机器人旋转式快卡装置将为其提供稳定固定在管道上的功能。

进一步地，所述机架部件1由半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30、转轴7、l型连接板28、直线滑块9、圆轴8等组成；半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30为一对，两者形状基本一致，功能一致；机架部件1主体为一对所述半圆形环状固定板，一对所述半圆形环状固定板各有两端，两端分别通过所述同轴旋转关节4和所述插拔销机构5对应连接，并形成一封闭整体；所述半圆形环状固定板6和半圆形环状固定板30各自开有一个或多个凹槽，所述凹槽个数大于或等于所述进给杆11数，并且相同数量的凹槽与进给杆11同分布；所述l型连接板28固定在所述凹槽上；所述直线滑块9通过所述l型连接板28安装在半圆形环状固定板6和所述半圆形环状固定板30上；所述圆轴8一端安装于所述半圆环形环状固定板6和所述半圆形环状固定板30上。

进一步地，所述旋转进给部件2由半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31、进给杆11、手柄杆12等组成；所述半圆形环状旋转构件10和所述半圆形环状旋转构件31为一对，两者形状基本一致，功能一致；一对所述半圆形环状旋转构件各有两端，两端分别通过所述同轴旋转关节4和所述插拔销机构5对应连接并形成一封闭整体；所述半圆形环状旋转构件10和所述半圆形环状旋转构件31开有一组圆弧贯通槽和一组弧贯通槽；所述进给杆11一端安装在所述直线滑块9上另一端穿过所述弧贯通槽，并与之相切；所述圆弧贯通槽被所述圆轴8穿过并与之相切；装置安装后，圆弧贯通槽组的中心线确定一圆，圆心在待打磨管道的轴线上，每个弧贯通槽的两端与待打磨管道轴线的距离不同，弧贯通槽组中心线上的对应点与管道轴线距离相同。

进一步地，所述制动机构3由直轴15、三角连杆14、连杆16、坐管夹13、小连杆17等组成；一对平行分布的所述直轴15安装在所述机架部件1上；所述三角连杆14至少有三端，一端固定在所述进给杆11一端上，另两端连接在所述直轴15上；两个所述坐管夹13分别固定在所述三角连杆14与所述直轴15连接的两端上；所述小连杆17连接所述两个坐管夹13；所述连杆16连接一对所述直轴15。

进一步地，所述同轴旋转关节4由衬套19、销轴32或转轴7、轴套18等组成；所述同轴旋转关节4共有两种，其一：两件所述衬套19套在所述转轴7外，所述半圆形环状固定板6一端的通孔和所述半圆形环状固定板30一端的通孔分套在所述衬套19外；其二：两件所述衬套19套在所述销轴32外，所述半圆形环状旋转构件10一端的通孔和所述半圆形环状旋转构件31一端的通孔分套在所述衬套19外；所述轴套18安装在所述销轴32和转轴7上。

进一步地，所述插拔销机构5由底座21、立板25、坐管夹13、短轴23、小转轴24、一对摇杆27、连接块22、销26等组成；所述立板25固定在所述底座21上；所述摇杆27连接所述小转轴24、短轴23、连接块22；所述短轴23固定在所述销26上；所述销26穿过所述底座21。

本发明创造具有以下有益技术效果：

将本装置上下两层分布的机架部件和旋转进给部件同时绕各自同轴旋转机构抱合并围住待打磨管道，插拔销机构将销各自插入机架部件和旋转进给部件；旋转进给部件上均匀分布有一组圆弧槽，机架部件同样均匀分布有一组圆轴，且在上述安装后这组圆弧槽中心线确定的圆的圆心与这组圆轴的轴线确定的圆的圆心相同；圆轴与圆弧槽相切配合，在这组圆轴的约束下，旋转进给部件受外力作用绕圆轴组做圆周运动，驱动既受旋转进给部件上均匀分布的弧贯通槽组约束又受机架部件上均匀分布的直线滑块组约束的进给杆组沿圆周运动的径向同步等速进给，逐步逼近待打磨管道，并挤压管道，实现装卡，且压力的反作用力均匀作用在进给杆组上。最后制动机构利用坐管夹挤压轴产生摩擦力制动进给杆组；进给杆组的径向同步等速进给，从根本上解决管道打磨机器人打磨区域的轴线与管道轴线不重合问题，同时进给杆组受力均匀安全性良好，为后续管道打磨机器人的打磨工作打下可靠的基础。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明的机架部件示意图。

图3是本发明的l型连接板示意图。

图4是本发明的半圆形环状固定板示意图。

图5是本发明的另一件半圆形环状固定板示意图。

图6是本发明的旋转进给部件示意图。

图7是本发明的进给杆示意图。

图8是本发明的半圆形环状旋转构件示意图。

图9是本发明的另一件半圆形环状旋转构件示意图。

图10是本发明的制动机构示意图。

图11是本发明的三角连杆示意图。

图12是本发明的一种同轴旋转关节示意图。

图13是本发明的另一种同轴旋转关节示意图。

图14是本发明的插拔销机构示意图。

图15是本发明的底座示意图。

其中：1.机架部件2.旋转进给部件3.制动机构4.同轴旋转关节5.插拔销机构6.半圆形环状固定板7.转轴8.圆轴9.直线滑块10.半圆形环状旋转构件11.进给杆12.手柄杆13.坐管夹14.三角连杆15.直轴16.连杆17.小连杆18.轴套19.衬套20.销钉21.底座22.连接块23.短轴24.小转轴25.立板26.销27.摇杆28.l型连接板29.主轴30.半圆形环状固定板31.半圆形环状旋转构件32.销轴33.垫片

具体实施方式

下面结合图1对本发明进行说明。

如图1所示，本发明主要由机架部件1、旋转进给部件2、制动机构3、同轴旋转关节4、插拔销机构5组成；共有两种同轴旋转关节4在机架部件1和旋转进给部件2上分别安装一种，保证机架部件1和旋转进给部件2分别可实现自身的开合运动。当两种同轴旋转关节4轴线重合时整个装置便可刨分为两部分，每部分均可绕同轴旋转关节4自由转动，实现整个装置在施工现场不可拆卸管道上快速安装与拆卸；插拔销机构5在机架部件1和旋转进给部件2上也分别安装一套，保证机架部件1和旋转进给部件2分别可实现自身牢固闭合；机架部件1为第一层、旋转进给部件2为第二层，第二层整体套在第一层上面，两层形成一个整体并包围住待打磨管道。机架部件1上有一组圆轴8，旋转进给部件2开有一组圆弧贯通槽，圆轴8穿过圆弧贯通槽，并与之相切配合，旋转进给部件2将依这组约束绕圆轴8做圆周运动。机架部件1上有一组直线滑块9，直线滑块9的约束方向均为上述圆周运动的径向。旋转进给部件2上还开有一组外形一致的弧贯通槽，弧贯通槽的两端与圆周运动圆心距离不一致，距离差便是进给杆11的进给最大距离。旋转进给部件2上安装有一组进给杆11，进给杆11呈t字形，其一段均连接直线滑块9，另一段均穿过弧贯通槽，并与之想切配合。旋转进给部件2绕圆轴8圆周运动，其上进给杆11组在直线滑块8和弧贯通槽的约束下做同步等速径向运动。制动机构3与机架部件1和旋转进给部件2连接，维持旋转进给部件2上的进给杆11组卡住管道而不松动。与所述机架部件1连接的主轴29和转轴7上可安装具体的管道打磨机器人或其他设备，管道打磨机器人旋转式快卡装置将为其提供稳定固定在管道上的功能。

下面结合图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14和图15对本发明进行详细说明。

图2为本发明的机架部件1。下面结合图2、图3、图4和图5对机架部件1做详细解释。图4为半圆形环状固定板6、图5为半圆形环状固定板30，两件外形结构相似，作用相同。如图4、5半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30各有两端，且每端均开有圆孔。半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30各取一端为固定端，两端圆孔同心配合，在圆孔上安装图12所示的同轴旋转关节4，且两圆孔分别套在两衬套19外。从而机架部件1上的半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30便可绕同轴旋转关节4自由转动。保证机架部件1可在施工现场不可拆卸管道上快速安装。半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30的另一端也开有孔，装置装卡时固定在机架部件1上的插拔销机构5可将销26插入两孔内，半圆形环状固定板6、半圆形环状固定板30形成完整闭环包围住待打磨管道；装置拆卸时插拔销机构5将销26从孔中拔出。如图2、3l型连接板28固定在半圆形环状固定板6上。三个直线滑块9互呈120°分别通过l型连接板28固定在半圆形环状固定板6上，均用于限制进给杆11的自由度，使进给杆11只能沿待打磨管道径向运动。三个圆轴8也互呈120°分别与旋转进给构件的一组圆弧贯通槽相切约束旋转进给部件2只能绕圆轴8做圆周运动。此外圆轴8的台阶面向上支撑旋转进给部件2。

图6为本发明的旋转进给部件2。下面结合图6、图7、图8和图9对旋转进给部件2做详细解释。图8为半圆形环状旋转构件10、图9为半圆形环状旋转构件31，两件外形结构相似，作用相同。如图半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31各有两端，且每端均开有圆孔。半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31各取一端为固定端，两端圆孔同心配合，在圆孔上安装图13所示的同轴旋转关节4，且两圆孔分别套在两衬套19外。从而旋转进给部件2上的半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31便可绕同轴旋转关节4自由转动。保证旋转进给部件2可在施工现场不可拆卸管道上快速安装。半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31的另一端也开有孔，装置装卡时固定在旋转进给部件2上的插拔销机构5可将销26插入两孔内，半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31形成完整闭环包围住待打磨管道；装置拆卸时插拔销机构5将销26从孔中拔出。半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31上有一组圆弧贯通槽和一组弧贯通槽，并且这组弧贯通槽上的弧贯通槽形状完全一致，装置安装后，每个圆弧贯通槽的中性线的圆心在待打磨管道的轴线上，每个弧贯通槽的两端与待打磨管道轴线的距离不同，距离差为进给杆11的最大进给量。旋转进给部件2上的一组圆弧贯通槽被机架部件1上的一组圆轴8相切穿过，使其可绕这组圆轴8圆周运动。旋转进给部件2上的一组弧贯通槽被进给杆11相切穿过。半圆形环状旋转构件10、半圆形环状旋转构件31绕圆轴8圆周运动时就会带动这组进给杆11沿圆周运动的径向运动。如图6，当半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31顺时针旋转时，其上的一组外形完全一致的弧贯通槽推动被直线滑块9约束下的进给杆11组朝圆周运动圆心径向同步等速运动，当半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31逆时针旋转时，其上的一组外形完全一致的弧贯通槽推动被直线滑块9约束下的进给杆11组背离圆周运动圆心径向同步等速运动。手柄杆12是旋转进给部件2旋转运动的受力体，手柄杆12可增加手对旋转进给部件2产生的力偶。

图7是旋转进给部件2上的进给杆11。装置通过进给进给杆11并挤压待打磨管道从而固定在待打磨管道外部。如图7，进给杆11外形呈t字形，分为上下两部分。下部结构与机架部件1的直线滑块9连接，在直线滑块9约束下进给杆11仅能沿着圆周运动的径向运动，上部与半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31上的一组弧贯通槽相切连接，半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31的圆周运动通过弧贯通槽驱动进给杆11运动。

图10为本发明的制动机构3。一对直轴15平行连接在机架部件1上，起到滑轨的作用。如图11，三角连杆14上端与进给杆11外头固定连接，三角连杆14如图11，下端两头分别套在上述一对平行直轴15上，当进给杆11朝旋转运动圆心径向进给时拉动三角连杆14沿直轴15向内运动，当进给杆11背离旋转运动圆心径向运动时推动三角连杆14沿直轴15向外运动。两个坐管夹13分别套在三角连杆14下端两头上，坐管夹13可向三角连杆14施加压力，使三角连杆14夹住直轴15，从而制动进给杆11的运动。小连杆17连接两坐管夹13，防止坐管夹13转动。连杆16连接这对直轴15的末端，保证这对直轴15始终平行。

图12和图13为本发明的两种功能一致的同轴旋转关节4。图12所示的同轴旋转关节4安装在机架部件1上，图13所示的同轴旋转关节4安装在旋转进给部件2上。下面解释两种同轴旋转关节4：其一，如图12两件衬套19套在转轴7上，安装时机架部件1上的半圆形环状固定板6和半圆形环状固定板30的两固定端圆孔分别套在两件衬套19上，销钉20将两件轴套18固定在转轴7上相向挤压半圆形环状固定板6和半圆形环状固定板30，避免其从衬套18上脱落；其二，如图13两件衬套19套在销轴32上，安装时旋转进给部件2上的半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31的两固定端圆孔分别套在两件衬套19上，销钉20将一件轴套18固定在转轴7和垫片33相向挤压半圆形环状旋转构件10和半圆形环状旋转构件31，避免其从衬套18上脱落。两个衬套19避免转动构件与转轴7或销轴32直接接触，减小磨损，提高使用寿命。

图14为本发明的插拔销机构5。如图15，底座21是整个机构的基础。销26插入底座21的开口，可在开口处上下运动。坐管夹13套住底座21，通过挤压可制动销26。立板25连接底座21和小转轴24。短轴23固定在销26上。一对摇杆27连接小转轴24和短轴23，可绕小转轴24转动从而带动短轴23实现插拔销26。连接块22连接摇杆27与手柄杆12，加长力臂。