一种管道非开挖式牵拉修复装置及修复方法

技术领域

本发明涉及管道修复技术领域，尤其涉及一种管道非开挖式牵拉修复装置及修复方法。

背景技术

城市排水管道作为排放污水的重要基础设施，在长期使用过程中，会在各种因素下受损，影响正常机理及功能。为了保证排水的正常进行，需要对受损的管道进行修复，修复方式包括开挖修复工艺和非开挖修复工艺，其中的开挖修复工艺是通过开挖土体至管道病害处更换新管的方式，对环境和交通影响较大，而非开挖修复工艺利用各种岩石挖掘设备和技术手段，进行敷设、更换和修复地下管线，对环境和交通无影响，因此具有更高的社会经济效果。

在现有技术中，中国专利公开号为CN109058646A公开了一种排水管道非开挖式修复装置，包括位于待修复排水管道内部塌陷变形处一侧的第一工作机构，位于另一侧的第二工作机构，设置在第一工作机构和第二工作机构之间的第三工作机构，设置在第一工作机构和/或第二工作机构上的监控机构，分别设置在第一工作机构右侧和第二工作机构左侧的切割机构，设置在切割机构上的第一快干水泥喷嘴，设置在第三工作机构上的第二快干水泥喷嘴，以及位于地表用于控制修复装置整体协调工作的控制机构。

上述专利通过将待修复水管切割成段、旋转此已切割段至侧面或底面、使用快干水泥对待修复水管的塌陷处和切割缝进行充填修复，此过程较为繁琐，需要大量机械结构配合，且通过润滑油填充待修复水管与土体之间缝隙以提高润滑度的方式在实际实施中不能证明是否可用，切割缝在以后使用过程中会不会造成病害点也是一个问题。

为此，我们提出一种管道非开挖式牵拉修复装置及修复方法来解决上述问题。

发明内容

本发明意在提供一种管道非开挖式牵拉修复装置及修复方法以解决背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种管道非开挖式牵拉修复装置，包括管道、管道内的待修复段和用于修复的快干水泥，还包括圆台头、第一电机、第一旋转箱、第二旋转箱、置于第一旋转箱内的滚动机构、与第二旋转箱连接的修复机构和用于带动第二旋转箱旋转的驱动机构；所述第一电机嵌设在圆台头的宽面端，且第一电机的输出端与第一旋转箱固定连接，所述第二旋转箱转动安装在第一旋转箱远离圆台头的一侧，所述圆台头的窄面端通过牵引绳连接有牵引机构；所述修复机构包括设于第二旋转箱内的料腔，所述料腔内设有加压器，所述加压器与料腔形成用于盛装快干水泥的空间，所述料腔的内壁开设有出泥口，所述出泥口连通有出泥管，所述出泥管的端部连接有喷头，所述第二旋转箱的外壁固定连接有固定箱，所述固定箱内弹性连接有活塞杆，所述活塞杆远离固定箱的一端固定连接有U型框，所述U型框内转动连接有按压辊。

优选地，所述活塞杆的一端截面呈T型并位于固定箱内，所述活塞杆与固定箱内壁相对固定连接有永磁块与电磁块，且永磁块与电磁块相吸设置，所述活塞杆与固定箱内壁共同固定连接有弹簧，且弹簧位于永磁块、电磁块外。

优选地，所述第二旋转箱的外壁周向均匀固定安装有至少三个摄像头，且各摄像头的摄像角度范围至少为120°。

优选地，所述滚动机构包括设于第一旋转箱内呈圆柱型的安装腔，所述安装腔内环形阵列分布有多个支撑板，各所述支撑板均转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有螺纹筒，所述螺纹筒的一端贯穿安装腔并转动安装有滚轮，所述螺纹筒与第一旋转箱之间连接有内方外圆的轴承，所述轴承内圈外表面设有电磁伸缩机构，所述螺纹杆的另一端同轴固定连接有第一锥齿轮，所述安装腔的一侧内壁嵌装有第二电机，所述第二电机的输出端同轴固定连接有与各第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，且第二锥齿轮的直径大于第一锥齿轮的直径，各所述螺纹杆位于支撑板内侧的部分固定套接有第一转动柱，所述安装腔的另一侧内壁转动安装有转动环，所述安装腔的另一侧内壁嵌装有第三电机，所述第三电机的输出端固定连接有第二转动柱，所述第一转动柱与转动环的一侧面齿接，所述第二转动柱与转动环的内表面齿接。

优选地，所述驱动机构包括同轴固定套接在第二旋转箱外的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮、用于驱动第二齿轮的第四电机，且第四电机固定安装在第一旋转箱外壁上。

优选地，所述圆台头分为上部分与下部分，所述上部分的质量小于下部分的质量。

优选地，该装置还包括控制机构。

一种修复方法，包括以下步骤：

S1、将管道内部清理干净，并通过窨井放入该修复装置，使圆台头的重心偏下，第二电机通过相互啮合的第一锥齿轮与第二锥齿轮带动螺纹杆转动，进而使滚轮适用于不同内径的管道，并使用牵引机构对圆台头进行牵引移动；

S2、在牵引过程中，摄像头监视管道内部情况，一旦搜索到待修复段时，驱动机构驱动第二旋转箱以带动喷头处于待修复段，第三电机驱动第二转动柱，通过相互啮合的转动环与第一转动柱带动各螺纹杆旋转半周，使滚轮滚动侧面与管道径向面重合；

使用加压器将快干水泥压出至待修复段，而后对电磁块断电，按压辊与管道内壁滚动接触，驱动机构驱动第二旋转箱往复旋转，进而带动按压辊对充填在待修复段的快干水泥滚压，符合管道形状特征；

S3，重复上述S2多次，即可对管道修复完毕，将该装置牵引离开管道完成整个施工作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过修复机构、驱动机构、摄像头的相互配合，可在牵引过程中监视管道内壁受损情况，充填快干水泥后进行循环滚压，贴合管道内壁，减少了切割、润滑等不必要的步骤，减少施工步骤上的繁琐，且不会对管道造成二次伤害。

本发明通过滚动机构，可适用于不同截面直径的管道，并可在管道内进行驻停，实用性更强。

附图说明

图1为本发明提出的一种管道非开挖式牵拉修复装置正面的结构剖视图；

图2为图1中A处放大的结构示意图；

图3为图1中B处放大的结构示意图；

图4为本发明提出的一种管道非开挖式牵拉修复装置圆台头侧面的结构示意图。

图中：100管道、200待修复段、300快干水泥、1圆台头、2第一电机、3第一旋转箱、4出泥口、5安装腔、6支撑板、7螺纹杆、8螺纹筒、9滚轮、10第一锥齿轮、11第二锥齿轮、12第二电机、13第一转动柱、14转动环、15第二转动柱、16第三电机、17第二旋转箱、18第一齿轮、19第二齿轮、20第四电机、21料腔、22加压器、23固定箱、24活塞杆、25U型框、26按压辊、27永磁块、28电磁块、29弹簧、30出泥管、31喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种管道非开挖式牵拉修复装置，包括管道100、管道100内的待修复段200和用于修复的快干水泥300，还包括圆台头1、第一电机2、第一旋转箱3、第二旋转箱17、置于第一旋转箱3内的滚动机构、与第二旋转箱17连接的修复机构和用于带动第二旋转箱17旋转的驱动机构，参照图4，圆台头1分为上部分与下部分，上部分的质量小于下部分的质量，使圆台头1的重心稳定处于管道100的靠下位置，该装置还包括控制机构，控制机构采用现有技术中的计算机、控制器等，用于控制该装置中的用电结构组件；

第一电机2嵌设在圆台头1的宽面端，且第一电机2的输出端与第一旋转箱3固定连接，第二旋转箱17转动安装在第一旋转箱3远离圆台头1的一侧，圆台头1的窄面端通过牵引绳连接有牵引机构，牵引机构为现有技术中的卷扬机，作用是用来牵引该装置；

具体的，修复机构包括设于第二旋转箱17内的料腔21，料腔21内设有加压器22，挤压器22由活塞板和用于推动活塞板的电动伸缩杆，加压器22与料腔21形成用于盛装快干水泥300的空间，料腔21的内壁开设有出泥口4，出泥口4连通有出泥管30，出泥管30的端部连接有喷头31，第二旋转箱17的外壁固定连接有固定箱23，固定箱23内弹性连接有活塞杆24，活塞杆24的一端截面呈T型并位于固定箱23内，活塞杆24与固定箱23内壁相对固定连接有永磁块27与电磁块28，且永磁块27与电磁块28相吸设置，即两者磁吸方向一致，活塞杆24与固定箱23内壁共同固定连接有弹簧29，且弹簧29位于永磁块27、电磁块28外，活塞杆24远离固定箱23的一端固定连接有U型框25，U型框25内转动连接有按压辊26。第二旋转箱17的外壁周向均匀固定安装有至少三个摄像头，且各摄像头的摄像角度范围至少为120°，无论设置多少摄像头，摄像头均可对整个管道100内壁进行监视。

驱动机构包括同轴固定套接在第二旋转箱17外的第一齿轮18、与第一齿轮18啮合的第二齿轮19、用于驱动第二齿轮19的第四电机20，且第四电机20固定安装在第一旋转箱3外壁上。第四电机20通过相互啮合的第一齿轮18与第二齿轮19带动第二旋转箱17旋转，还可采用其他可传递转矩的机构或设备。

在本发明中，第一电机2可驱动第二旋转箱17转动，以使滚动机构相对于管道100的位置发生变化，摄像头用于监视管道100内壁受损情况，在搜索到待修复段200后，通过驱动机构带动第二旋转箱17旋转至喷头31朝向待修复段200，加压器22将快干水泥300推出，并通过出泥管30、喷头31流出至待修复段200，通过驱动机构带动第二旋转箱17在待修复段200角度范围内往复转动，使按压辊26在弹簧29弹力作用下对快干水泥300进行滚压，贴合管道100形状特征。

需要指出的是，该装置在牵引过程中，电磁块28对永磁块27产生磁吸力，弹簧29产生部分压缩，以避免按压辊26与管道100内壁之间存在滑动摩擦，在找到待修复段200后，对电磁块28断电，使按压辊26在弹簧29弹力下与管道100内壁滚动接触。

具体的，滚动机构包括设于第一旋转箱3内呈圆柱型的安装腔5，安装腔5内环形阵列分布有多个支撑板6，各支撑板6均转动连接有螺纹杆7，螺纹杆7上螺纹连接有螺纹筒8，螺纹筒8的一端贯穿安装腔5并转动安装有滚轮9，螺纹筒8与第一旋转箱3之间连接有内方外圆的轴承，即轴承内圈为内方外圆结构，轴承内圈外表面设有电磁伸缩机构，此机构与本发明中的永磁块27与电磁块28的配合方式基本相同，通过对轴承外圈内表面的按压，以增大摩擦力，实现锁死，螺纹杆7的另一端同轴固定连接有第一锥齿轮10，安装腔5的一侧内壁嵌装有第二电机12，第二电机12的输出端同轴固定连接有与各第一锥齿轮10啮合的第二锥齿轮11，且第二锥齿轮11的直径大于第一锥齿轮10的直径，第二锥齿轮11的直径是根据第一锥齿轮10的数量来进行设置的，第一锥齿轮10的数量越多，第二锥齿轮11的直径越大，各螺纹杆7位于支撑板6内侧的部分固定套接有第一转动柱13，安装腔5的另一侧内壁转动安装有转动环14，安装腔5的另一侧内壁嵌装有第三电机16，第三电机16的输出端固定连接有第二转动柱15，第一转动柱13与转动环14的一侧面齿接，第二转动柱15与转动环14的内表面齿接。

本发明中的滚动机构可适用于不同截面直径的管道100以及在管道100内形成驻停，减少外界影响，具体如下：

第二电机12通过相互啮合的第一锥齿轮10与第二锥齿轮11带动螺纹杆7转动，此时的轴承处于锁死状态，对螺纹筒8进行限位，滚轮9便会进行轴向位移以适用于不同类型的管道100；在找到待修复段200后，第三电机16通过相互啮合的第二转动柱15与转动环14、第一转动柱13与转动环14带动各螺纹杆7转动，此时的轴承处于自由状态，以此带动滚轮9旋转半周，进行驻停，轴承的锁死与自由状态通过控制机构控制。

本发明中的第一电机2、第四电机20采用蜗轮蜗杆电机，以避免第一旋转箱3与第二旋转箱17发生自转，且第四电机20可伺服控制，以使第二旋转箱17在一定角度范围内往复旋转。

一种修复方法，包括以下步骤：

S1、将管道100内部清理干净，并通过窨井放入该修复装置，使圆台头1的重心偏下，第二电机12通过相互啮合的第一锥齿轮10与第二锥齿轮11带动螺纹杆7转动，进而使滚轮9适用于不同内径的管道100，并使用牵引机构对圆台头1进行牵引移动；

S2、在牵引过程中，摄像头监视管道100内部情况，一旦搜索到待修复段200时，驱动机构驱动第二旋转箱17以带动喷头31处于待修复段200，第三电机16驱动第二转动柱15，通过相互啮合的转动环14与第一转动柱13带动各螺纹杆7旋转半周，使滚轮9滚动侧面与管道100径向面重合；

使用加压器22将快干水泥300压出至待修复段200，而后对电磁块28断电，按压辊26与管道100内壁滚动接触，驱动机构驱动第二旋转箱17往复旋转，进而带动按压辊26对充填在待修复段200的快干水泥300滚压，符合管道100形状特征；

S3，重复上述S2多次，即可对管道100修复完毕，将该装置牵引离开管道100完成整个施工作业。

本发明通过修复机构、驱动机构、摄像头的相互配合，可在牵引过程中监视管道100内壁受损情况，充填快干水泥300后进行循环滚压，贴合管道100内壁，减少了切割、润滑等不必要的步骤，减少施工步骤上的繁琐，且不会对管道100造成二次伤害。

本发明通过滚动机构，可适用于不同截面直径的管道100，并可在管道100内进行驻停，实用性更强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。