CN110949553A - 一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及履带爬行装置，特别是一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置。包括履带机构和履带角度变换机构，履带机构包括环形履带、主动转动轮、被动转动轮和履带侧板，履带机构包括两根平行设置的环形履带，履带角度变换机构位于两环形履带之间，环形履带的内侧固定有履带侧板。其实现了对大型海洋平台、海底管道、陆上管道的行进检修任务，在施工过程中该检修机器人可以自由变更履带角度，完成自适应多种管径检修的任务，无需人员进入施工范围内，经济实用，安全高效。

Description

一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置

技术领域

本发明涉及履带爬行装置，特别是一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置。

背景技术

近年来，随着海洋平台油气开采、中国西气东输工程的全面启动，大型管道或类似管道装置的组合处理***设施因其高质量的工作效率、圆形管道结构，具有占地少、有效工作空间大、美化生活环境等优点，得到了广泛的应用。同时该管道***也存在一定的缺陷，由于腐蚀、地质灾害等原因，目前海底管道、陆上管道已多次发生泄漏，并造成油田停产，这些事故不仅带来了巨大的经济损失，更重要的是对企业、居民造成了诸多不利影响。而现有检修爬管机器人在检修过程中无法自适应管径，在完成不同管径的检修任务时，需要机器人返回后进行机构的变更，以适应具体的工作管径。这种工作方式费时费力，在这种情况下，一种适应海底与水空金属管道爬行的履带机构就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其实现了对大型海洋平台、海底管道、陆上管道的行进检修任务，在施工过程中该检修机器人可以自由变更履带角度，完成自适应多种管径检修的任务，无需人员进入施工范围内，经济实用，安全高效。

本发明的技术方案是：一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其中，包括履带机构和履带角度变换机构，履带机构包括环形履带、主动转动轮、被动转动轮和履带侧板，履带机构包括两根平行设置的环形履带，履带角度变换机构位于两环形履带之间，环形履带的内侧固定有履带侧板；

所述履带角度变换机构包括蜗轮蜗杆仓、齿轮摆***和合页支撑板，齿轮摆***包括齿轮摆、主动齿轮和被动齿轮Ⅰ，齿轮摆包括齿轮和摆杆，摆杆的顶端固定在齿轮的底部，摆杆的底部与履带侧板固定连接，齿轮摆包括齿轮摆Ⅰ、齿轮摆Ⅱ、齿轮摆Ⅲ和齿轮摆Ⅳ，蜗轮蜗杆仓的输出轴与主动齿轮连接，主动齿轮的两侧分别与被动齿轮Ⅰ、齿轮摆Ⅱ的齿轮相啮合，被动齿轮Ⅰ与齿轮摆Ⅰ的齿轮啮合，齿轮摆Ⅱ的齿轮和齿轮摆Ⅰ的齿轮转动方向相反；

所述齿轮摆Ⅱ的齿轮通过齿轮连接杆与齿轮摆Ⅳ的齿轮连接，齿轮摆Ⅰ的齿轮通过齿轮连接杆与齿轮摆Ⅲ的齿轮连接；

两侧履带的履带侧板之间通过合页支撑板连接，合页支撑板包括三块支撑板，相邻两支撑板之间通过合页连接，合页支撑板的一侧面与一侧履带的履带侧板固定连接，对应的合页支撑板的另一侧面与另一履带的履带侧板固定连接。

本发明中，环形履带内设有间隔设置的主动转动轮和被动转动轮，主动转动轮位于环形履带的端部，主动转动轮与履带电机连接，履带电机动作，带动主动转动轮转动，从而带动整个环形履带转动，实现整个装置沿空金属管的轴向运动。被动转动轮起到了导向的作用。

所述蜗轮蜗杆仓内设有相互啮合的蜗轮和蜗杆，电机带动蜗杆动作，通过蜗轮与蜗杆之间的啮合带动蜗轮转动，蜗轮与齿轮摆***连接，蜗轮中心固定有输出轴，输出轴与主动齿轮键连接。

所述齿轮摆Ⅱ的齿轮、主动齿轮、被动齿轮Ⅰ、齿轮摆Ⅰ的齿轮均设置在齿轮仓内，齿轮摆Ⅱ的齿轮、主动齿轮、被动齿轮Ⅰ、齿轮摆Ⅰ的齿轮均与齿轮仓的侧壁转动连接；齿轮摆Ⅱ的齿轮、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ和齿轮摆Ⅳ的齿轮均设置在齿轮仓内，齿轮摆Ⅱ1的齿轮、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ和齿轮摆Ⅳ的齿轮与齿轮仓的侧壁转动连接，前、后两齿轮仓之间通过齿轮仓连接板固定连接。

所述齿轮摆Ⅲ的齿轮和齿轮摆Ⅳ的齿轮之间设有齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ，齿轮Ⅲ与齿轮摆Ⅲ的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅳ与齿轮摆Ⅳ的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合传动连接。

本发明的有益效果是：

(1)通过设置履带角度变换机构，实现了履带机构中的两履带相对于底板的角度变换，达到自适应管径的要求，通过两履带之间的开合，使履带的底面始终保持与所爬管道面平行，使检修机器人的前进动力最大化；

(2)该装置结构简单，便于实现履带角度的调节，在行进过程中通过履带角度变换机构，实现了履带针对管道的自适应调节，提高了检修效率，大大降低了检修成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是履带角度变换机构的结构示意图；

图3是本发明闭合爬管的结构示意图。

图中：1履带机构；2履带电机；3蜗轮蜗杆仓；4主动转动轮；5被动转动轮；6合页支撑板；7齿轮摆Ⅲ；8履带角度变换机构；9齿轮仓；10齿轮连接杆；11齿轮仓连接板；12环形履带；13齿轮摆Ⅱ；14主动齿轮；15被动齿轮Ⅰ；16齿轮摆Ⅰ；17齿轮摆Ⅳ；18履带侧板；19空金属管；20齿轮Ⅲ；21齿轮Ⅳ。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明所述的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置包括履带机构1和履带角度变换机构8，履带机构1包括环形履带12、主动转动轮4、被动转动轮5和履带侧板18，履带机构1包括两根平行设置的环形履带12，履带角度变换机构8位于两环形履带12之间。环形履带12内设有间隔设置的主动转动轮4和被动转动轮5，主动转动轮4位于环形履带12的端部，主动转动轮4与履带电机2连接，履带电机2动作，带动主动转动轮4转动，从而带动整个环形履带12转动，实现整个装置沿空金属管的轴向运动。被动转动轮5起到了导向的作用。环形履带12的内侧固定有履带侧板18，履带侧板18与履带角度变换机构连接，从而实现了履带机构与履带角度变换机构的连接。

履带角度变换机构8包括蜗轮蜗杆仓3、齿轮摆***和合页支撑板6，蜗轮蜗杆仓3内设有相互啮合的蜗轮和蜗杆，电机带动蜗杆动作，通过蜗轮与蜗杆之间的啮合带动蜗轮转动，蜗轮与齿轮摆***连接。蜗轮蜗杆仓的作用，一方面可以带动履带变换角度装置中的主动齿轮转动，另一方面，通过蜗轮蜗杆的自锁特性可以使履带保持固定的角度完成爬管运动。

如图2所示齿轮摆***包括齿轮摆、主动齿轮14和被动齿轮Ⅰ15，齿轮摆包括齿轮和摆杆，摆杆的顶端固定在齿轮的底部，摆杆的底部与履带侧板18固定连接。齿轮摆包括齿轮摆Ⅰ16、齿轮摆Ⅱ13、齿轮摆Ⅲ7和齿轮摆Ⅳ17。蜗轮中心固定有输出轴，输出轴与主动齿轮14键连接，蜗轮转动的同时带动主动齿轮14转动，主动齿轮14的两侧分别设置被动齿轮Ⅰ15和齿轮摆Ⅱ13，且主动齿轮14分别与被动齿轮Ⅰ15、齿轮摆Ⅱ13的齿轮相啮合。主动齿轮14转动的同时分别带动被动齿轮Ⅰ15、齿轮摆Ⅱ13的齿轮反向转动，齿轮摆Ⅱ13的齿轮转动过程中，其摆杆也随之转动，从而带动一侧的履带转动。被动齿轮Ⅰ15与齿轮摆Ⅰ16的齿轮啮合，被动齿轮Ⅰ15转动带动齿轮摆Ⅰ16的齿轮转动，齿轮摆Ⅰ16的齿轮过程中，其摆杆也随之转动，从而带动另一侧的履带转动。由于齿轮摆Ⅱ13的齿轮和齿轮摆Ⅰ16的齿轮转动方向相反，实现了两侧履带同时向内或向外运动，从而实现了履带机构的开合运动。齿轮摆Ⅱ13的齿轮、主动齿轮14、被动齿轮Ⅰ15、齿轮摆Ⅰ16的齿轮均设置在齿轮仓9内，齿轮摆Ⅱ13的齿轮、主动齿轮14、被动齿轮Ⅰ15、齿轮摆Ⅰ16的齿轮均与齿轮仓9的侧壁转动连接。

齿轮摆Ⅱ13的齿轮通过齿轮连接杆10与齿轮摆Ⅳ17的齿轮连接，齿轮摆Ⅰ16的齿轮通过齿轮连接杆10与齿轮摆Ⅲ7的齿轮连接。齿轮摆Ⅱ13的齿轮转动过程中，通过齿轮连接杆10，带动齿轮摆Ⅳ17的齿轮转动。齿轮摆Ⅰ16的齿轮转动过程中，通过齿轮连接杆10，带动齿轮摆Ⅲ7的齿轮转动。通过设置两个齿轮连接杆10，分别连接左右两侧的一对齿轮摆，起到扭矩传导的作用，同时减轻了履带张合齿轮相互运动过程中，齿轮齿之间的扭转力，提升了齿轮的稳定性，强度，使履带变换角度装置更加安全。齿轮摆Ⅲ7的齿轮和齿轮摆Ⅳ17的齿轮之间设有齿轮Ⅲ20和齿轮Ⅳ21，其中齿轮Ⅲ20与齿轮摆Ⅲ7的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅳ21与齿轮摆Ⅳ17的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅲ20与齿轮Ⅳ21啮合传动连接，通过设置齿轮Ⅲ20和齿轮Ⅳ21，对齿轮摆Ⅲ7和齿轮摆Ⅳ17起到了支撑作用，提高了齿轮摆Ⅲ7和齿轮摆Ⅳ17的强度。齿轮摆Ⅱ13的齿轮、齿轮Ⅲ20、齿轮Ⅳ21和齿轮摆Ⅳ17的齿轮均设置在齿轮仓9内，齿轮摆Ⅱ13的齿轮、齿轮Ⅲ20、齿轮Ⅳ21和齿轮摆Ⅳ17的齿轮与齿轮仓9的侧壁转动连接。前、后两齿轮仓9之间通过齿轮仓连接板11固定连接，使整个装置成为一个整体。

两侧履带的履带侧板18之间通过合页支撑板6连接，合页支撑板6包括三块支撑板，相邻两支撑板之间通过合页连接，合页支撑板6的一侧面与一侧履带的履带侧板固定连接，对应的合页支撑板6的另一侧面与另一履带的履带侧板固定连接。在履带角度变换机构8的带动下，两侧履带之间开合的同时，两履带之间的合页支撑板6也随之开合，对整个装置起到了支撑作用。

本发明的工作过程如下所述：首先，电机带动蜗轮蜗杆仓内的蜗轮蜗轮运动，通过蜗轮蜗杆将电机输出的动力传递至输出轴，输出轴带动主动齿轮14转动。主动齿轮14转动过程中，通过齿轮摆机构中各齿轮之间的啮合，带动外侧两齿轮摆完成相反方向运动。由于两齿轮摆与履带侧板之间固定连接，实现了齿轮摆带动两侧的履带完成开合运动。通过履带角度变换机构完成履带角度变换后，履带电机2带动履带机构1中的主动转动轮4转动，完成整个装置的前进后退运动。

以上对本发明所提供的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其特征在于：包括履带机构(1)和履带角度变换机构(8)，履带机构(1)包括环形履带(12)、主动转动轮(4)、被动转动轮(5)和履带侧板(18)，履带机构(1)包括两根平行设置的环形履带(12)，履带角度变换机构(8)位于两环形履带(12)之间，环形履带(12)的内侧固定有履带侧板(18)；

所述履带角度变换机构(8)包括蜗轮蜗杆仓(3)、齿轮摆***和合页支撑板(6)，齿轮摆***包括齿轮摆、主动齿轮(14)和被动齿轮Ⅰ(15)，齿轮摆包括齿轮和摆杆，摆杆的顶端固定在齿轮的底部，摆杆的底部与履带侧板(18)固定连接，齿轮摆包括齿轮摆Ⅰ(16)、齿轮摆Ⅱ(13)、齿轮摆Ⅲ(7)和齿轮摆Ⅳ(17)，蜗轮蜗杆仓的输出轴与主动齿轮(14)连接，主动齿轮(14)的两侧分别与被动齿轮Ⅰ(15)、齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮相啮合，被动齿轮Ⅰ(15)与齿轮摆Ⅰ(16)的齿轮啮合，齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮和齿轮摆Ⅰ(16)的齿轮转动方向相反；

所述齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮通过齿轮连接杆(10)与齿轮摆Ⅳ(17)的齿轮连接，齿轮摆Ⅰ(16)的齿轮通过齿轮连接杆(10)与齿轮摆Ⅲ7的齿轮连接；

两侧履带的履带侧板(18)之间通过合页支撑板(6)连接，合页支撑板(6)包括三块支撑板，相邻两支撑板之间通过合页连接，合页支撑板(6)的一侧面与一侧履带的履带侧板固定连接，对应的合页支撑板(6)的另一侧面与另一履带的履带侧板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其特征在于：环形履带(12)内设有间隔设置的主动转动轮(4)和被动转动轮(5)，主动转动轮(4)位于环形履带(12)的端部，主动转动轮(4)与履带电机(2)连接。

3.根据权利要求1所述的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其特征在于：所述蜗轮蜗杆仓(3)内设有相互啮合的蜗轮和蜗杆，电机带动蜗杆动作，蜗轮中心固定有输出轴，输出轴与主动齿轮(14)键连接。

4.根据权利要求1所述的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其特征在于：所述齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮、主动齿轮(14)、被动齿轮Ⅰ(15)、齿轮摆Ⅰ(16)的齿轮均设置在齿轮仓(9)内，齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮、主动齿轮(14)、被动齿轮Ⅰ(15)、齿轮摆Ⅰ(16)的齿轮与齿轮仓(9)的侧壁转动连接；齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮、齿轮Ⅲ(20)、齿轮Ⅳ(21)和齿轮摆Ⅳ(17)的齿轮均设置在齿轮仓(9)内，齿轮摆Ⅱ(13)的齿轮、齿轮Ⅲ(20)、齿轮Ⅳ(21)和齿轮摆Ⅳ(17)的齿轮与齿轮仓(9)的侧壁转动连接，前、后两齿轮仓(9)之间通过齿轮仓连接板(11)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种适应海底与水空金属管道爬行的履带装置，其特征在于：所述齿轮摆Ⅲ(7)的齿轮和齿轮摆Ⅳ(17)的齿轮之间设有齿轮Ⅲ(20)和齿轮Ⅳ(21)，齿轮Ⅲ(20)与齿轮摆Ⅲ(7)的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅳ(21)与齿轮摆Ⅳ(17)的齿轮啮合传动连接，齿轮Ⅲ(20)与齿轮Ⅳ(21)啮合传动连接。

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