CN105822868B - 液压反馈控速管道机器人 - Google Patents

液压反馈控速管道机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液压反馈控速管道机器人，它包括壳体、皮碗、支撑轮、活塞装置、调节阀、流体泵和速度采集轮，壳体的一端端面上开有开口，活塞装置包括活塞缸体、活塞和伸缩杆，伸缩杆的一端固定于活塞位于非油腔一侧，伸缩杆的另一端设置有可调节开口开度的调节阀，活塞缸体的油腔与进液管的一端连通，流体泵的出液口与进液管的另一端连通，活塞缸体的油腔还与回液管的一端连通，流体泵的进液口与回液管的另一端连通，回液管上还设置有节流阀和可平衡内外压差的储液容器，速度采集轮通过弹性臂安装在壳体的尾部，速度采集轮与流体泵传动相连。本发明的优点在于：采用液压的反馈回路，充分利用管道内流体的能源，同时大大提高控速管道机器人的可靠性。

Description

液压反馈控速管道机器人
技术领域
本发明涉及管内作业机械，特别是液压反馈控速管道机器人。
背景技术
管道作为流体输送的主要手段，被广泛应用于生产生活的方方面面，在石油化工领域尤为突出。长输管道作为油气输送的主要手段，已经占整个油气输送的80%以上。长输管道在运营一端时间后，都需要进行维护和检测。在维护阶段，需要进行低速清管作业；在检测方面，希望检测设备低速运行。常规的作业办法，是将输被输送流体的流速降低，以达到低速清管，低速检测的目的。但这大大影响了生产效率，而且由于管道机器人运行状态的不可控，速度波动较大，检测维护的效果都不理想。
目前比较广泛使用的流体驱动的管道机器人的控速均是采用电子的方式。管道机器人自身需要消耗大量电能用以时时刻刻调节阀门开度，以改变流体对机器人产生的作用力的大小。由于电池自身能量有限，使得电子控速的管道机器人作业距离受到极大限制。同时，采用电子结构，需要附带很多传感器、电机、驱动器、执行器等，使得控速管道机器人的结构很复杂，在恶劣工况下使用时，可靠性难以保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可靠性高、原理简单的液压反馈控速管道机器人，采用液压的反馈回路，通过流体泵控制活塞缸体内的压力，从而调节阀门开度，实现机器人在管道内部的行走速度控制。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：液压反馈控速管道机器人，它包括壳体和皮碗，壳体的外壁上套装有至少两个皮碗，所述的液压反馈控速管道机器人还包括设置于壳体内部的活塞装置、设置于壳体一端的调节阀、流体泵和用于检测所述的机器人速度的速度采集轮，壳体的一端端面上开有开口，所述的活塞装置包括活塞缸体、活塞和伸缩杆，活塞缸体固定于壳体内，活塞滑动配合安装在活塞缸体内，活塞将活塞缸体分为油腔和非油腔，伸缩杆的一端固定于活塞位于非油腔一侧，伸缩杆的另一端连接有可调节开口开度的调节阀，调节阀与所述的开口配合，活塞缸体的油腔与进液管的一端连通，流体泵的出液口与进液管的另一端连通，活塞缸体的油腔还与回液管的一端连通，流体泵的进液口与回液管的另一端连通，回液管的管路上还设置有节流阀和可平衡内外压差的储液容器，所述的速度采集轮通过弹性臂安装在壳体的尾部，速度采集轮与流体泵传动相连。
所述的调节阀为板式结构，调节阀位于壳体外侧，伸缩杆的另一端与调节阀端面中心处固定连接，所述的开口的外侧壁上设置有锥面A，所述调节阀朝向开口的端面上设置有与锥面A配合的锥面B。
所述的调节阀为蝶阀，调节阀安装在开口内壁上，伸缩杆的另一端与调节阀的端面边缘处铰接相连。
所述的调节阀为旋转阀，旋转阀包括转子和定子，定子固定在开口内，伸缩杆的另一端设置有可将直线运动转换成旋转运动的转换机构，转子与转换机构的输出端传动连接。
所述的活塞缸体的非油腔内还设置有弹簧，弹簧套装于伸缩杆上，且弹簧的一端固定在活塞的端面上，另一端固定在活塞缸体的内侧端面上。
所述的壳体的两端分别安装有支撑轮支架，每个支撑轮支架上安装有支撑轮，支撑轮支撑于管道的内壁上。
本发明具有以下优点：
1、在壳体上设置用于检测机器人速度的速度采集轮，并通过速度采集轮驱动流体泵，转速越快，泵入活塞缸体内的液体就越多，而节流阀的开口为一定值，单位时间流出去的液体有限，使得伸缩杆往前移动量越大，调节阀与开口之间的开度变大，泄流量增大，机器人速度减慢，速度采集轮的速度减慢，流体泵泵入活塞缸体内的液体减少，调节阀与开口之间的开度变小，泄流量又减小，机器人速度又提升，如此反复，实现液压反馈控速。
2、采用液压方式的控速管道机器人，由于直接使用液压能作为控速的能量来源，控速机构也巧妙采用液压的方式且原理简单，这使得该种机器人理论上可以在流体管道内无限长度的运行下去,同时，液压控速管道机器人使用的零件相比于电子式管道机器人更少，液压元件的可靠性相比于大量电子元件的可靠性更高，该种控速管道机器人的可靠性更高，更有利于适用于恶劣工况。
附图说明
图1 为本发明第一个实施例的结构示意图；
图2 为本发明第二个实施例的结构示意图；
图3 为本发明第三个实施例的结构示意图；
图中：1-壳体，2-皮碗，3-支撑轮支架，4-支撑轮，5-活塞缸体，6-活塞，7-伸缩杆，8-调节阀，9-开口，10-锥面A，11-弹簧，12-流体泵，13-进液管，14-回液管，15-节流阀，16-储液容器，17-速度采集轮，18-弹性臂，19-管道，20-转子，21-定子，22-转换机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】
如图1所示，液压反馈控速管道机器人，它包括壳体1和皮碗2，壳体1的外壁上套装有至少两个皮碗2，所述的液压反馈控速管道机器人还包括设置于壳体1内部的活塞装置、设置于壳体1一端的调节阀8、流体泵12和用于检测所述的机器人速度的速度采集轮17，壳体1的一端端面上开有开口9，所述的活塞装置包括活塞缸体5、活塞6和伸缩杆7，活塞缸体5固定于壳体1内，活塞6滑动配合安装在活塞缸体5内，活塞6将活塞缸体5分为油腔和非油腔，伸缩杆7的一端固定于活塞6位于非油腔一侧，伸缩杆7的另一端连接有可调节开口9开度的调节阀8，调节阀8与所述的开口9配合，所述的调节阀8为板式结构，调节阀8位于壳体1外侧，伸缩杆7的另一端与调节阀8端面中心处固定连接，所述的开口9的外侧壁上设置有锥面A10，所述调节阀8朝向开口9的端面上设置有与锥面A10配合的锥面B，活塞缸体5的油腔与进液管13的一端连通，流体泵12的出液口与进液管13的另一端连通，活塞缸体5的油腔还与回液管14的一端连通，流体泵12的进液口与回液管14的另一端连通，回液管14的管路上还设置有节流阀15和可平衡内外压差的储液容器16，所述的速度采集轮17通过弹性臂18安装在壳体1的尾部，速度采集轮17与流体泵12传动相连。
进一步地，所述的活塞缸体5的非油腔内还设置有弹簧11，弹簧11套装于伸缩杆7上，且弹簧11的一端固定在活塞6的端面上，另一端固定在活塞缸体5的内侧端面上，当油缸内液压力减小时，弹簧11提供回复力，使得调节阀板8向远离开口9一侧移动。
进一步地，所述的壳体1的两端分别安装有支撑轮支架3，每个支撑轮支架3上安装有支撑轮4，支撑轮4支撑于管道19的内壁上，支撑轮4起到辅助支撑作用。
工作时，将液压反馈控速管道机器人放在管道19内，假设初始速度为零，此时速度采集轮17所采集到的速度也为零，流体泵12不工作，即活塞缸体5内的活塞6位于最右端，同时调节阀8的锥面B与开口9的锥面A10紧密配合，在管道19内的流体压差状态下，液压反馈控速管道机器人向前移动，速度采集轮17开始转动，同时驱动流体泵12，随着液压反馈控速管道机器人移动速度增大，速度采集轮17的转动速度越大，同时流体泵12泵入活塞缸体5内的液体也就越多，而节流阀15的开度保持一定，当流体泵12的泵入流量大于节流阀15的开度临界流量时，从而推动活塞6向左移动，调节阀8与开口9之间的开度增大，泄流量增大，液压反馈控速管道机器人的速度减慢，速度采集轮17的转动速度变小，流体泵12泵入活塞缸体5内的液体减少，当流体泵12的泵入流量小于节流阀15的开度临界流量时，调节阀8又向右移动，调节阀8与开口9之间的开度减小，液压反馈控速管道机器人的速度又开始提升，如此周而复始，实现控速。
【实施例2】
如图2所示，液压反馈控速管道机器人，它包括壳体1和皮碗2，壳体1的外壁上套装有至少两个皮碗2，所述的液压反馈控速管道机器人还包括设置于壳体1内部的活塞装置、设置于壳体1一端的调节阀8、流体泵12和用于检测所述的机器人速度的速度采集轮17，壳体1的一端端面上开有开口9，所述的活塞装置包括活塞缸体5、活塞6和伸缩杆7，活塞缸体5固定于壳体1内，活塞6滑动配合安装在活塞缸体5内，活塞6将活塞缸体5分为油腔和非油腔，伸缩杆7的一端固定于活塞6位于非油腔一侧，伸缩杆7的另一端连接有可调节开口9开度的调节阀8，调节阀8与所述的开口9配合，所述的调节阀8为蝶阀，调节阀8安装在开口9内壁上，伸缩杆7的另一端与调节阀8的端面边缘处铰接相连，活塞缸体5的油腔与进液管13的一端连通，流体泵12的出液口与进液管13的另一端连通，活塞缸体5的油腔还与回液管14的一端连通，流体泵12的进液口与回液管14的另一端连通，回液管14的管路上还设置有节流阀15和可平衡内外压差的储液容器16，所述的速度采集轮17通过弹性臂18安装在壳体1的尾部，速度采集轮17与流体泵12传动相连。
所述的活塞缸体5的非油腔内还设置有弹簧11，弹簧11套装于伸缩杆7上，且弹簧11的一端固定在活塞6的端面上，另一端固定在活塞缸体5的内侧端面上，当油缸内液压力减小时，弹簧11提供回复力，使得调节阀板8向远离开口9一侧移动。
所述的壳体1的两端分别安装有支撑轮支架3，每个支撑轮支架3上安装有支撑轮4，支撑轮4支撑于管道19的内壁上，支撑轮4起到辅助支撑作用。
工作时，将液压反馈控速管道机器人放在管道19内，假设初始速度为零，此时速度采集轮17所采集到的速度也为零，流体泵12不工作，即活塞缸体5内的活塞6位于最右端，此时调节阀8处于闭合状态，在管道19内的流体压差状态下，液压反馈控速管道机器人向前移动，速度采集轮17开始转动，同时驱动流体泵12，随着液压反馈控速管道机器人移动速度增大，速度采集轮17的转动速度越大，同时流体泵12泵入活塞缸体5内的液体也就越多，而节流阀15的开度保持一定，当流体泵12的泵入流量大于节流阀15的开度临界流量时，从而推动活塞6向左移动，调节阀8与开口9之间的开度增大，泄流量增大，液压反馈控速管道机器人的速度减慢，速度采集轮17的转动速度变小，流体泵12泵入活塞缸体5内的液体减少，当流体泵12的泵入流量小于节流阀15的开度临界流量时，调节阀8与开口9之间的开度减小，液压反馈控速管道机器人的速度又开始提升，如此周而复始，实现控速。
【实施例3】
如图3所示，液压反馈控速管道机器人，它包括壳体1和皮碗2，壳体1的外壁上套装有至少两个皮碗2，所述的液压反馈控速管道机器人还包括设置于壳体1内部的活塞装置、设置于壳体1一端的调节阀8、流体泵12和用于检测所述的机器人速度的速度采集轮17，壳体1的一端端面上开有开口9，所述的活塞装置包括活塞缸体5、活塞6和伸缩杆7，活塞缸体5固定于壳体1内，活塞6滑动配合安装在活塞缸体5内，活塞6将活塞缸体5分为油腔和非油腔，伸缩杆7的一端固定于活塞6位于非油腔一侧，伸缩杆7的另一端连接有可调节开口9开度的调节阀8，调节阀8与所述的开口9配合，所述的调节阀8为旋转阀，旋转阀包括转子20和定子21，定子21固定在开口9内，伸缩杆7的另一端设置有可将直线运动转换成旋转运动的转换机构22，转子20与转换机构22的输出端传动连接，活塞缸体5的油腔与进液管13的一端连通，流体泵12的出液口与进液管13的另一端连通，活塞缸体5的油腔还与回液管14的一端连通，流体泵12的进液口与回液管14的另一端连通，回液管14的管路上还设置有节流阀15和可平衡内外压差的储液容器16，所述的速度采集轮17通过弹性臂18安装在壳体1的尾部，速度采集轮17与流体泵12传动相连。
所述的活塞缸体5的非油腔内还设置有弹簧11，弹簧11套装于伸缩杆7上，且弹簧11的一端固定在活塞6的端面上，另一端固定在活塞缸体5的内侧端面上，当油缸内液压力减小时，弹簧11提供回复力，使得调节阀板8向远离开口9一侧移动。
所述的壳体1的两端分别安装有支撑轮支架3，每个支撑轮支架3上安装有支撑轮4，支撑轮4支撑于管道19的内壁上，支撑轮4起到辅助支撑作用。
工作时，将液压反馈控速管道机器人放在管道19内，假设初始速度为零，此时速度采集轮17所采集到的速度也为零，流体泵12不工作，即活塞缸体5内的活塞6位于最右端，此时旋转阀处于闭合状态，在管道19内的流体压差状态下，液压反馈控速管道机器人向前移动，速度采集轮17开始转动，同时驱动流体泵12，随着液压反馈控速管道机器人移动速度增大，速度采集轮17的转动速度越大，同时流体泵12泵入活塞缸体5内的液体也就越多，而节流阀15的开度保持一定，当流体泵12的泵入流量大于节流阀15的开度临界流量时，从而推动活塞6向左移动，伸缩杆7向左伸出，转换机构22将伸缩杆7的直线运行转换成旋转运动，从而带动转子20转动，旋转阀开度增大，泄流量增大，液压反馈控速管道机器人的速度减慢，速度采集轮17的转动速度变小，流体泵12泵入活塞缸体5内的液体减少，当流体泵12的泵入流量小于节流阀15的开度临界流量时，调节阀8的开度减小，液压反馈控速管道机器人的速度又开始提升，如此周而复始，实现控速。

Claims (6)

1.液压反馈控速管道机器人，它包括壳体（1）和皮碗（2），壳体（1）的外壁上套装有至少两个皮碗（2），其特征在于：所述的液压反馈控速管道机器人还包括设置于壳体（1）内部的活塞装置、设置于壳体（1）一端的调节阀（8）、流体泵（12）和用于检测所述的机器人速度的速度采集轮（17），壳体（1）的一端端面上开有开口（9），所述的活塞装置包括活塞缸体（5）、活塞（6）和伸缩杆（7），活塞缸体（5）固定于壳体（1）内，活塞（6）滑动配合安装在活塞缸体（5）内，活塞（6）将活塞缸体（5）分为油腔和非油腔，伸缩杆（7）的一端固定于活塞（6）位于非油腔一侧，伸缩杆（7）的另一端设置有可调节开口（9）开度的调节阀（8），调节阀（8）与所述的开口（9）配合，活塞缸体（5）的油腔与进液管（13）的一端连通，流体泵（12）的出液口与进液管（13）的另一端连通，活塞缸体（5）的油腔还与回液管（14）的一端连通，流体泵（12）的进液口与回液管（14）的另一端连通，回液管（14）的管路上还设置有节流阀（15）和可平衡内外压差的储液容器（16），所述的速度采集轮（17）通过弹性臂（18）安装在壳体（1）的尾部，速度采集轮（17）与流体泵（12）传动相连。
2.根据权利要求1所述的液压反馈控速管道机器人，其特征在于：所述的调节阀（8）为板式结构，调节阀（8）位于壳体（1）外侧，伸缩杆（7）的另一端与调节阀（8）端面中心处固定连接，所述的开口（9）的外侧壁上设置有锥面A（10），所述调节阀（8）朝向开口（9）的端面上设置有与锥面A（10）配合的锥面B。
3.根据权利要求1所述的液压反馈控速管道机器人，其特征在于：所述的调节阀（8）为蝶阀，调节阀（8）安装在开口（9）内壁上，伸缩杆（7）的另一端与调节阀（8）的端面边缘处铰接相连。
4.根据权利要求1所述的液压反馈控速管道机器人，其特征在于：所述的调节阀（8）为旋转阀，旋转阀包括转子（20）和定子（21），定子（21）固定在开口（9）内，伸缩杆（7）的另一端设置有可将直线运动转换成旋转运动的转换机构（22），转子（20）与转换机构（22）的输出端传动连接。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的液压反馈控速管道机器人，其特征在于：所述的活塞缸体（5）的非油腔内还设置有弹簧（11），弹簧（11）套装于伸缩杆（7）上，且弹簧（11）的一端固定在活塞（6）的端面上，另一端固定在活塞缸体（5）的内侧端面上。
6.根据权利要求1所述的液压反馈控速管道机器人，其特征在于：所述的壳体（1）的两端分别安装有支撑轮支架（3），每个支撑轮支架（3）上安装有支撑轮（4），支撑轮（4）支撑于管道（19）的内壁上。
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