[发明专利]流体驱动自适应管道爬行器

说明书

技术领域

本发明涉及流体驱动式中小型管道爬行机械领域，是一种采用流体驱动为主，驱动轮驱动为辅的新型驱动方式的管道爬行装置，它能够搭载管道作业装置在输送流体的管道内进行在线作业，并且可以在超长距离的输送管道工作。

背景技术

 现有管道爬行器要克服管壁和异物的阻力, 拖动电缆线阻力和机器人在上升管道内自身的重力等, 如果依靠传统的电池或电缆提供能量, 其行走距离将受到很大限制, 使得机器人行走机构的设计与制造相对也比较复杂。流体驱动式爬行器，完全依靠流体压差产生的推力行走，难以适应管径变化，且由于管壁异物或粗糙不平导致的摩擦力不均匀，使行走速度不稳定，难以顺利准确的完成管道检测等任务。

发明内容

 本发明目的是发明一种流体驱动式管道爬行器，它采用一种新型驱动方式，既以流体驱动为主动力，驱动轮驱动为辅动力，使装置行走速度平稳。有管径自适应调节机构，可以较大程度的适应管径变化，结构简单，成本低，制造方便，使用寿命长，无需额外能源，可以通过搭载相应的工具完成对长距离管道的检查、检测等任务。

本发明具体方案是：一种流体驱动为主，主动轮驱动为辅的自适应管道爬行器，其特征是：它包括变径适应机构、驱动行走机构、从动行走机构和伞状挡水翼机构和分流阀结构。

变径适应机构是：驱动架[23]壳体一端通过转轴[33]与副支撑架壳体[4]铰接，副支撑架[4]后端滑管上有可自由滑动的套管[26]，连杆[24]分别与驱动架[23]壳体的一端与套管[26]一端铰接。套管内有弹簧[25]，前端与套管[26]接触，后端由螺纹连接在副支撑架上[4]的调节预紧螺母[27]压紧。三根导杆[22]一端与套管[26]铰接，另一端与滑环[21]铰接。滑环[21]可在副支撑架[4]前端滑管上自由滑动，通过连杆与伞状挡水翼[7]中部铰接。

驱动行走机构结构是：通过滚动轴承安装在支撑架上的爬行器主动轴[19]后端装有叶轮[10]，固定在轴上，主动力轴前端为蜗杆，同时与三个相互呈120°角的涡轮[3]啮合。涡轮[3]分别通过普通平键键[35]连在三根转轴[33]上，转轴[33]穿过副支撑架壳体[4]和驱动架壳体[23]，另一端通过平键[32]连接着主动带轮[34]，主动带轮[34]与从动带轮[28]通过同步带[31]连接，从动带轮[28]固连在转轴[29]上，转轴[29]另一端通过螺母[37]固定驱动轮[2]。驱动轮与转轴间装有超越离合器[39]。

从动行走机构是：在主支撑架[9]前端装有三组结构相同均匀分布的从动轮结构，其结构是套筒固连在主支撑架[9]上，从动轮架[14]一端可以插在套筒内，滑键[17]由三根螺钉固定在从动架上，从动轮架[14]可以在套管内定向滑动，套筒内装有预紧弹簧[16]，弹簧一端与套筒中部台阶接触，另一端被固定在从动轮架[14]上的挡圈[12]压紧，套筒口处装有端盖[15]。

伞状挡水翼结构是：在主支撑架上导流管[9]入口处铰接有挡水翼结构，由两层叶片组Ⅰ[8]和叶片组Ⅱ[7]交错组成，每个叶片组沿周向均匀分布的12个叶片组成，叶片组Ⅰ[8]在前面，中间装有预紧弹簧圈[20]，叶片组Ⅱ[7]在后面，每个叶片中部与导杆[6]一端铰接，导杆[6]另一端与滑环[21]铰接，组成伞状结构。

a.驱动行走过程

参照图1~3，爬行器在流体输送管道工作条件下，流体流向如图中箭头所示方向。流体流至伞状挡水翼[8][7]，改变方向而进入导流管[9]，导流管内装有叶轮[10]，流体流过推动叶轮[10]旋转，叶轮与动力轴[19]固连，使动力轴旋转，动力轴[19]后端为蜗杆，蜗杆旋转并带动与之同时啮合的三个涡轮[3]旋转，涡轮带动与之同轴的主动带轮[34]旋转，主动带轮[34]通过同步带将功率传送到从动带轮[28]，在通过转轴把动力传输到驱动轮[2]上。

流体流速加快时，爬行器两侧流体压差增大，使得爬行器速度变大，同时也使叶轮转速加快，叶轮转速的加快又降低了爬行器两侧的压力差，推力减小，增速下降，直到平衡；流体流速减慢时，爬行器两侧流体压差增大减小，使得爬行器速度变小，同时也使叶轮转速加变慢，叶轮转速的减小又增加了爬行器两侧的压力差，推力增大，降速下降，直到平衡；

因此，双重驱动方式使得爬行器运行稳定，变速平缓。

b．管径自适应过程