一种浮动式螺旋行走计程装置的制作方法

本发明涉及水平向滑坡位移测量设备技术领域，尤其涉及一种浮动式螺旋行走计程装置。

背景技术：

水平向管道位移测量一般借助带有霍尔传感器的计程轮进行，通过对霍尔传感器间接应用的方式将计程轮的位移数据转变成电量来进行检测，从而实现管道长度测量。

申请公布号为CN107894239A的发明公开了一种内隐式轨迹仪弹性支撑扶正计程装置，包括与惯性测量系统连接的轴座和扶正计程机构，所述扶正计程机构包括弹性件、滑动轴和与所述滑动轴啮合的若干支撑机构，所述轴座内部开设有腔体，所述弹性件和所述滑动轴均沿所述腔体的轴向设置于所述腔体内，且所述弹性件位于所述惯性测量系统和所述滑动轴之间，所述支撑机构穿过所述腔体的侧壁而伸出所述轴座，每一所述支撑机构伸出所述腔体的一端均设有与所述管道内壁接触的滚轮，至少其中一所述支撑机构为计程支撑结构，所述计程支撑结构与所述惯性测量系统电连接，且所述计程支撑结构上的所述滚轮为计程滚轮。

上述计程装置为固定直进式行走机构，计程滚轮同时具有计程和行走的功能，但在行走过程中，其装置本体启动和加速不稳定，也不具有自定心能力，极易发生转动，计程滚轮的行走路径也将随之改变，从而使计程的准确度降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种浮动式螺旋行走计程装置，利用螺旋运动原理，使整个装置启动、加速、减速更稳定且始终保持自定心，独立的计程轮进行位移测量，不会被行走轮的行走轨迹干扰，测量准确度高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种浮动式螺旋行走计程装置，包括装置本体、通过端盖分别安装在装置本体前后两端的两行走机构，所述装置本体分为仪器仓和计程仓，仪器仓用于装载测量仪器，计程仓用于计量行走的路程，所述行走机构包括中心轴、旋转支架座、滑动支架座、第一弹簧、第二弹簧、压紧件和3组浮动定心机构，中心轴一端固定在端盖上，中心轴另一端设有牵拉孔，旋转支架座、第一弹簧、滑动支架座和第二弹簧依次嵌套在中心轴上，旋转支架座与中心轴通过轴承连接，在旋转支架座处形成转动副，第一弹簧、滑动支架座和第二弹簧通过压紧件逐个压紧在旋转支架座的端面上，在滑动支架座处形成圆柱副，使滑动支架座具有沿中心轴滑动和绕中心轴旋转的自由度，每组浮动定心机构与旋转支架座和滑动支架座均连接，使浮动机构具有绕中心轴旋转的自由度，浮动定心机构沿中心轴周向均匀分布，浮动定心机构用于在管道内支撑装置本体并带动装置本体移动。

上述技术方案，所述浮动定心机构包括3根等长连杆、连杆平台、行走轮支撑架和行走轮，行走轮通过行走轮支撑架与连杆平台连接，每组浮动定心机构的3根连杆位于同一平面内，其中2根连杆一端与滑动支架座外壁铰接且另一端分别与连杆平台两端铰接，另1根连杆一端与旋转支架座外壁铰接且另一端与连杆平台一端铰接，使行走轮具有沿垂直和平行于中心轴方向移动的自由度。

在其中一个实施例中，每组浮动定心机构中，行走轮所在平面相对于连杆所在平面的偏转角度均为a，0°＜a＜180°且a≠90°。

在其中一个实施例中，所述装置本体前端的每组浮动定心机构中，行走轮所在平面与连杆所在平面的偏转角度为b，0°＜b＜180°且b≠90°，所述装置本体后端的每组浮动定心机构中，行走轮所在平面与连杆所在平面的偏转角度为c，0°＜c＜180°c≠90°，b+c＝180°。

进一步的，所述计程仓中设有开口向下的安装槽，安装槽内设有计程机构，计程机构包括计程轮和计程轮支撑架，计程轮通过计程轮支撑架与安装槽内壁连接，计程轮支撑架与安装槽内壁间连接有扭簧，使计程轮始终向安装槽外撑开，计程轮内圈均匀设有若干磁钢，计程轮支撑架上与磁钢位置对应处设有霍尔元件。

进一步的，所述行走轮支撑架与连杆平台为转动连接，行走轮支撑架通过紧定件锁定转角。

作为优选的，所述第一弹簧的弹性系数为K1，第二弹簧的弹性系数为K2，K1≤K2。

作为优选的，所述滑动支架座内壁上嵌有减磨金属层。

作为优选的，所述仪器仓的底部固定有偏重块，偏重块为实心金属长条，用于降低装置本体的重心。

本发明的有益效果为：

1、旋转支架座与中心轴通过轴承连接，在旋转支架座处形成转动副，第一弹簧、滑动支架座和第二弹簧通过压紧件逐个压紧在旋转支架座的端面上，在滑动支架座处形成圆柱副，旋转副和圆柱副配合使浮动定心机构在沿管道行进的过程中，始终绕中心轴旋转，而装置本体不会随之旋转，利用螺旋运动原理，使整个装置启动、加速、减速更稳定且始终保持自定心，有助于霍尔元件平稳监测，通过装置本体中独立设计的计程轮进行位移测量，不会被行走轮的行走轨迹干扰，测量准确度高；

2、装置本体前后两端的浮动定心机构中，行走轮的偏转角度大小相同、方向相反，使装置本体前端的浮动定心机构沿管壁顺时针螺旋行进，装置本体后端的浮动定心机构沿管壁逆时针螺旋行进，从而抵消前后行走轮螺旋转动的摩擦力，避免对装置本体的周向位姿产生影响；

3、行走轮支撑架与连杆平台为转动连接，行走轮支撑架通过紧定件锁定转角，通过调整行走轮支撑架的转角改变行走轮的偏转角度，使其适应不同的行进速度；

4、第二弹簧的弹性系数大于第一弹簧的弹性系数时，两根弹簧产生压力差，推动滑动支架座靠近装置本体，从而使浮动定心机构保持向外的撑开力，行走轮与管壁之间贴合更紧密；

5、仪器仓的底部固定有偏重块，当装置本体受到周向扰动时，可以尽量避免其不发生偏转，若发生偏转，也可以快速回中。

附图说明

附图1为本发明的立体图；

附图2为本发明的主视图；

附图3为本发明行走机构的主视图；

附图4为本发明计程仓处的结构示意图；

附图5为本发明行走轮处的结构示意图；

附图6为本发明计程仓的剖面结构示意图。

标注说明：1、仪器仓，2、计程仓，3、端盖，4、行走机构，5、中心轴，6、压紧件，7、滑动支架座，8、第一弹簧，9、旋转支架座，10、牵拉孔，11、第二弹簧，12、连杆，13、行走轮支撑架，14、行走轮，15、连杆平台，16、偏重块，17、紧定件，18、扭簧，19、计程轮支撑架，20、计程轮。

具体实施方式

请参阅图1所示，一种浮动式螺旋行走计程装置，包括装置本体、通过端盖3分别安装在装置本体前后两端的两行走机构4，装置本体分为仪器仓1和计程仓2，仪器仓1用于装载测量仪器，计程仓2用于计量行走的路程。

请参阅图4所示，所述计程仓2中设有开口向下的安装槽，安装槽内设有计程机构，计程机构包括计程轮20和计程轮支撑架19，计程轮20通过计程轮支撑架19与安装槽内壁连接，计程轮支撑架19与安装槽内壁间连接有扭簧18，使计程轮20始终向安装槽外撑开，在装置本体行进过程中，计程轮20始终与管壁贴合。计程轮20内圈均匀设有若干磁钢，计程轮支撑架19上与磁钢位置对应处设有霍尔元件，霍尔元件记录计程轮20转动过程中经过霍尔元件处磁钢的数量。

独立计程轮20的设计，可以选用直径更大的计程轮20，从而可以安装数量更多的磁钢以提高测量精度。通过独立计程轮20也可以测得装置本体运动方向的线加速度，进而推导出该方向的加速度，从而消除在该方向上测量俯仰角时所引入的误差，提高测量精度。

请参阅图3所示，所述行走机构包括中心轴5、旋转支架座9、滑动支架座7、第一弹簧8、第二弹簧11、压紧件6和3组浮动定心机构。实际应用时，压紧件6选用压紧螺母。中心轴5一端固定在端盖3上，中心轴5另一端设有穿入钢缆的牵拉孔10，旋转支架座9、第一弹簧8、滑动支架座7和第二弹簧11依次嵌套在中心轴5上，旋转支架座9与中心轴5通过轴承连接，在旋转支架座9处形成转动副。第一弹簧8、滑动支架座7和第二弹簧11通过压紧件6逐个压紧在旋转支架座9的端面上，在滑动支架座7处形成圆柱副，使滑动支架座7具有沿中心轴5滑动和绕中心轴5旋转的自由度。每组浮动定心机构与旋转支架座9和滑动支架座7均连接，使浮动机构具有绕中心轴5旋转的自由度。浮动定心机构沿中心轴5周向均匀分布，浮动定心机构用于在管道内支撑装置本体并带动装置本体移动，浮动定心机构为3组，构成稳定的三角形结构，测量误差最小。

所述浮动定心机构包括3根等长连杆12、连杆平台15、行走轮支撑架13和行走轮14，行走轮14通过行走轮支撑架13与连杆平台15连接，每组浮动定心机构的3根连杆12位于同一平面内，其中2根连杆12一端与滑动支架座7外壁铰接且另一端分别与连杆平台15两端铰接，构成平行四边形，浮动过程中，连杆平台15与中心轴5保持平行，另1根连杆12一端与旋转支架座9外壁铰接且另一端与连杆平台15一端铰接，使行走轮14具有沿垂直和平行于中心轴5方向移动的自由度。当管径变小时，行走轮14受压，行走轮支撑架13推动连杆平台15使其下降，所有连杆12倾斜角度增大，此时滑动支架座7下远离端盖3；当管径变大时，行走轮14撑开，行走轮支撑架13带动连杆平台15使其上升，所有连杆12倾斜角度减小，此时滑动支架座7靠近端盖3。浮动定心机构的连杆结构设计使行走机构4能够适应不同管径，实现浮动变化。

所述第一弹簧8的弹性系数为K1，第二弹簧11的弹性系数为K2，K1≤K2。当K2＞K1时，两根弹簧产生压力差，推动滑动支架座7靠近装置本体，从而使浮动定心机构保持向外的撑开力，行走轮14与管壁之间贴合更紧密。

上述结构设计的优点在于，旋转支架座9与中心轴5通过轴承连接，在旋转支架座9处形成转动副，第一弹簧8、滑动支架座7和第二弹簧11通过压紧件6逐个压紧在旋转支架座9的端面上，在滑动支架座7处形成圆柱副，旋转副和圆柱副配合使浮动定心机构在沿管道行进的过程中，始终绕中心轴5旋转，形成螺旋运动，而装置本体不会随之旋转，使整个装置启动、加速、减速更稳定且始终保持自定心，有助于霍尔元件平稳监测，通过装置本体中独立设计的计程轮20进行位移测量，不会被行走轮14的行走轨迹干扰，测量准确度高。

请参阅图5所示，所述行走轮支撑架13与连杆平台15为转动连接，行走轮支撑架13通过紧定件17锁定转角。实际应用时，紧定件17选用紧定螺钉。通过调整行走轮支撑架13的转角改变行走轮14的偏转角度，使其适应不同的行进速度，当行进速度较大时，应将偏转角度调小。

在其中一个实施例中，每组浮动定心机构中，行走轮14所在平面相对于连杆12所在平面的偏转角度均为a，0°＜a＜180°且a≠90°。满足上述条件时，装置本体前后两端的浮动定心机构中，行走轮14的偏转角度大小相同、方向相同。

在其中一个实施例中，请参阅图2-3所示，所述装置本体前端的每组浮动定心机构中，行走轮14所在平面与连杆12所在平面的偏转角度为b，0°＜b＜180°且b≠90°，所述装置本体后端的每组浮动定心机构中，行走轮14所在平面与连杆12所在平面的偏转角度为c，0°＜c＜180°c≠90°，b+c＝180°。满足上述条件时，装置本体前后两端的浮动定心机构中，行走轮14的偏转角度大小相同、方向相反，使装置本体前端的浮动定心机构沿管壁顺时针螺旋行进，装置本体后端的浮动定心机构沿管壁逆时针螺旋行进，从而抵消前后行走轮14螺旋转动的摩擦力，避免对装置本体的周向位姿产生影响。

具体的，在使用过程中，管道一端的操作者手持装置本体，将装装置本体前后两端的浮动定心机构收紧并依次塞入管内，调整计程轮20的位置，使其初始为竖直位。管道另一端的操作者，拽着中心轴5上的钢缆以3m/s的速度匀速拖动整个装置前进。在前进过程中，装置本体前端的浮动定心机构以顺时针螺旋线旋转前进，装置本体后端的浮动定心机构以逆时针螺旋线旋转前进，计程轮20紧贴管道内壁连续测量行驶里程。

请参阅图6所示，作为优选的，所述仪器仓1的底部固定有偏重块16，偏重块16为实心金属长条，用于降低装置本体的重心。当装置本体受到周向扰动时，可以尽量避免其不发生偏转，若发生偏转，也可以快速回中。

作为优选的，所述滑动支架座7内壁上嵌有减磨金属层。减磨金属层在市场上比较常见，增加减磨金属层后，可以使圆柱副处更易转动，并减少滑动支架座7和中心轴5的磨损。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。