一种自适应管径的管道内壁柔性清理机构及清理装置

技术领域

本发明涉及管道清理技术领域，具体涉及一种自适应管径的管道内壁柔性清理机构及清理装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

由于管道具有密封、狭长且管径可变等特点，在不拆解管道的前提下对管道进行清理十分困难。现有的高压水清洗对管道要求高，工作距离短。现有的PI G清管技术适用于长距离输送流体的管道清洗，能排出长管道内的体积小、较易清理的污垢，但是无法解决管道堵塞、体积较大、较坚硬污垢清理等问题。现有的机械清洗方法可以清理顽固污垢，但是设备变径困难，对不同管径管道适应性差，且对管道材料要求高，普适性差。

目前出现了管道清理设备，通过伸缩机构带动清洗部件进行伸缩运动，以满足不同管径管道内壁的清理要求，但是，上述管道清理设备中，伸缩机构需要较高的刚度，旋转清理时一旦出现偏心转动就会对管道内壁进行冲击，与管道内壁出现时接触时冲击的不稳定性，轻则影响清洁能力，重则损坏管道，机械结构对管道要求很高。其次，伸缩性机械结构需要提前准确知道所清理管道内径，在狭长、变径、内径突变、内壁污垢堆积导致内径减小的情况下无法对管道内径进行合理评估，无法准确定位伸缩机构伸缩长度，进而影响清理工作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自适应管径的管道内壁柔性清理机构及清理装置，能够自适应管道内径，在满足不同直径管道清理的同时，避免了对管道的损坏，而且无需对管道内径进行精确的评估，降低了清理难度。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种自适应管径的管道内壁柔性清理机构，包括动力机构，动力机构与内轴一端连接以带动内轴转动，内轴另一端与外壳固定，内轴转动连接有旋转体，旋转体通过切换机构与内轴连接以实现与内轴动力连接和断开状态的切换，旋转体与多个连接绳的一端连接，连接绳的另一端穿过外壳后连接清理打磨头。

可选的，所述外壳包括底壳壁，底壳壁的外边缘设有侧壳壁，底壳壁的内表面与内轴端部固定连接，外表面设有陶瓷纤维刷。

可选的，所述陶瓷纤维刷沿环向设置多束，陶瓷纤维刷与固定壳固定连接，固定壳套在外壳外周且与外壳固定连接。

可选的，所述切换机构包括弹性件和顶推组件，弹性件设置在旋转体一侧侧面和外壳之间，旋转体的另一侧端面具有第一锯齿面，所述内轴端部设有连接部，连接部设有能够与第一锯齿面啮合的第二锯齿面，第一锯齿面在弹性件的作用下与第二锯齿面啮合与实现旋转体与内轴固定，顶推组件用于对旋转体施加轴向荷载以使得第一锯齿面和第二锯齿面脱离啮合。

可选的，所述顶推组件包括固定在动力机构外壳的伸缩驱动件，伸缩驱动件与吸盘式电磁铁连接，旋转体的端面设有与吸盘式电磁铁相对应的导磁金属片。

可选的，所述伸缩驱动件采用推拉式电磁铁。

可选的，所述旋转体的外周面设有连接绳容纳槽。

可选的，所述动力机构包括伺服电机，伺服电机的输出轴与法兰轴连接，法兰轴包括轴段和位于轴段端部的法兰盘，法兰盘与内轴固定连接。

可选的，所述连接绳一端设有锁紧环，并通过锁紧环和螺纹紧固件与旋转体固定连接，连接绳的另一端与接头固定连接，接头与清理打磨头固定连接。

第二方面，本发明的实施例提供了一种自适应管径的管道内壁柔性清理装置，设置有第一方面所述的自适应管径的管道内壁柔性清理机构，所述动力机构与移动支撑机构连接以带动整个自适应管径的管道内壁柔性清理机构沿管道移动。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的柔性清理机构，动力机构与内轴连接，内轴与外壳固定连接，内轴能够通过切换机构与旋转体连接，旋转体与连接绳连接，连接绳连接有清理打磨头，当动力机构带动内轴转动时，能够通过切换机构带动旋转体和外壳转动，在转动离心力作用下，清理打磨头能够与管道内表面接触，对管道内壁进行清理，连接绳为柔性部件，能够在离心力的作用下自适应贴紧管道内壁，相对于通过伸缩机构将清洗部件贴合管道内壁，不会对管道产生刚性冲击，即不会损坏管道，也起到好的清洁性，且变径方便可靠，无需预先对管道内径进行评估，操作和结构简单，也无需额外增加伸缩机构，减小了能源和成本消耗。

2.本发明的柔性清理机构，设置有切换机构，切换机构能够将旋转体与内轴之间的动力传递切断，从而使得外壳转动的同时，旋转体不转动，从而实现了连接绳收起在旋转体上，改变连接绳伸出至外壳外部的长度，进一步满足了不同管径管道内壁清理的需求。

3.本发明的柔性清理机构，外壳还连接有陶瓷纤维刷，陶瓷纤维刷为柔性部件，能够随外壳转动，在离心力的作用下自适应贴合管道内壁，陶瓷纤维刷能够对细小微尘和粘稠污垢进行清洁，清理打磨头能够对陶瓷纤维刷无法清除的顽固污垢进行清洁，二者功能相互补充，保证了对管道内壁的清理效果。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例1动力机构结构示意图；

图3是本发明实施例1清理打磨头连接示意图；

图4是本发明实施例1清理打磨头连接前视图；

图5是本发明实施例1清理打磨头连接后视图；

图6是本发明实施例1清理打磨头连接剖视图；

图7是本发明实施例1第一锯齿面和第二锯齿面结构示意图；

图8是本发明实施例1连接绳与清理打磨头连接示意图；

图9是本发明实施例1连接绳与清理打磨头连接剖视图；

图10是本发明实施例1陶瓷纤维刷与固定壳装配示意图；

图11是本发明实施例1第一锯齿面和第二锯齿面啮合状态示意图；

图12是本发明实施例1第一锯齿面和第二锯齿面脱离啮合状态示意图；

图13是本发明实施例2清理较大内径管道时工作状态示意图；

图14是本发明实施例2清理较小内径管道时工作状态示意图；

其中，1.清理打磨头，2.接头，3.固定壳，4.连接绳，5.内轴，6.导磁铁片，7.旋转体，8.外壳，9.轴套，10.螺栓，11.弹簧，12.第一锯齿面，13.螺钉，14.第二锯齿面，15.螺钉，16.陶瓷纤维刷，17.伺服电机，18.平键，19.法兰轴，20.螺母，21.螺栓，22.吸盘式电磁铁，23.磁铁连接头，24.推拉式电磁铁，25.螺钉，26.锁紧环，27.管道，28.移动支撑机构。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种自适应管径的管道内壁柔性清理机构，如图1所示，包括动力机构，动力机构与内轴5连接，能够带动内轴5绕自身轴线转动，内轴5与外壳8固定连接，外壳8设置在内轴5的外周，内轴5能够带动外壳8做同步转动。内轴5上转动连接有旋转体7，旋转体7通过切换机构与内轴5连接以实现与内轴5连接和断开状态之间的切换。

旋转体7连接有多个连接绳4，连接绳4端部连接有清理打磨头1，旋转体7随内轴5转动过程中，在离心力的作用下，清理打磨头1与管道内壁接触，对管道27内壁顽固污垢进行清理。

所述外壳8还连接有陶瓷纤维刷16，在离心力的作用下，陶瓷纤维刷16与管道内壁接触，对细小微尘以及粘稠污垢进行清理。

如图2所示，本实施例中，所述动力机构采用伺服电机17，伺服电机17的输出轴与法兰轴19连接以带动法兰轴19绕自身轴线转动。

本实施例中，所述法兰轴19包括轴段和固定在轴段端部的法兰盘，所述轴段采用空心轴结构，其端部套在伺服电机17的输出轴外周并通过平键18连接的方式与伺服电机17的输出轴连接，所述法兰盘通过多个螺栓21、螺母20与内轴端5部固定连接。

如图3-图7所示，本实施例中，内轴5用于与法兰盘固定的端部设置有连接部，连接部采用直径大于内轴直径的圆板结构，圆板结构通过多个螺栓、螺母与法兰轴固定。

所述内轴5的外周套接固定有轴套9，旋转体7套在轴套9外周且与轴套9转动连接。

所述外壳8包括底壳壁，底壳壁采用圆板结构，底部壳壁朝向动力机构的侧面设有沿边缘设置的侧壳壁，旋转体7、内轴5位于侧壳壁内部空间。

所述底壳壁的后侧面中心位置通过螺栓10与内轴5的端部固定连接，底壳壁的前侧设置有多束陶瓷纤维刷16，伺服电机17能够带动内轴5转动，内轴5能够带动外壳8转动，外壳8带动多束陶瓷纤维刷16运动，在离心力的作用下，陶瓷纤维刷16与管道27内表面接触，对管道27内表面进行清理。

所述切换机构包括弹性件和顶推组件。

所述弹性件设置在旋转体7和外壳8的底壳壁之间，本实施例中，所述弹性件采用弹簧11，弹簧11套在内轴5外周，弹簧11的一端与底壳壁连接，另一端与轴套9端部的环形折边连接。

所述旋转体7的一侧侧面与底壳壁之间设有弹性件，另一侧侧面具有第一锯齿面12，第一锯齿面12包括多个交替设置的锯齿和凹槽，锯齿和凹槽均沿旋转体7的径向设置。

所述内轴5端部的连接部靠近旋转体的侧面设有与第一锯齿面12相匹配的第二锯齿面14，第二锯齿面14也包括读个交替设置的锯齿和凹槽，锯齿和凹槽均沿旋转体和连接部的径向设置。

在弹簧11的弹力作用下，第一锯齿面12和第二锯齿面14相互啮合，实现了内轴5与旋转体7的连接，旋转体7能够随内轴5做同步的绕自身轴线的转动。

所述顶推组件用于对旋转体施加朝向远离伺服电机方向的轴向力，使得第一锯齿面12和第二锯齿面14脱离啮合，从而使得旋转体7无法随内轴做同步转动。

本实施例中，所述顶推组件安装在伺服电机17的外壳上，包括伸缩驱动件，伸缩驱动件能够输出朝向或远离旋转体且沿旋转体轴线方向的运动。

优选的，所述伸缩驱动件采用推拉式电磁铁24，推拉式电磁铁24通电时，能够产生朝向旋转体7方向的伸出运动。

所述推拉式电磁铁24采用现有设备即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述推拉式电磁铁24的伸缩部分通过电磁铁连接头23与吸盘式电磁铁22连接，所述电磁铁连接头23与吸盘式电磁铁22以及推拉式电磁铁24的伸缩部分采用螺纹连接或者插接连接。

所述旋转体7靠近伺服电机17的端面设置有与吸盘式电磁铁22相对应的导磁金属片，导磁金属片采用环形结构，优选的，所述导磁金属片采用导磁铁片6。

推拉式电磁铁24和吸盘式电磁铁22通电，推拉式电磁铁24能够推出吸盘式电磁铁22，吸盘式电磁铁22与导磁铁片6接触后吸附固定，推拉式电磁铁24继续做伸出运动，使得旋转体7压缩弹簧11，第一锯齿面12和第二锯齿面14脱离啮合。

当吸盘式电磁铁22和推拉式电磁铁24断电后，吸盘式电磁铁22和推拉式电磁铁24复位，在弹簧11弹力作用下，第一锯齿面12和第二锯齿面14重新啮合。

所述旋转体7与多个连接绳4的一端连接，连接绳4的另一端通过外壳8设置的通孔伸出至外壳8外部并连接有清理打磨头1。

本实施例中，设置有两条连接绳4，优选的，连接绳4采用塑料尼龙绳，相应的，外壳8上设置有两个通孔，两个通孔相对设置即间隔180°设置。

所述旋转体7的外周面设置有连接绳容纳槽，由于设置有两条连接绳4，因此设置两个连接绳容纳槽，连接绳容纳槽由设置在旋转体外7周面的三个环形凸台形成。

其中一根连接绳4的端部与位于旋转体一侧的环状凸台固定，另一根连接绳与旋转体另一侧的环状凸台固定。

所述连接绳用于与环状凸台固定的端部设有锁紧环26，锁紧环26通过螺纹紧固件固定在环状凸台的侧面，优选的，所述螺纹紧固件采用螺钉13，连接绳4通过设置在环状凸台的通孔有环状凸台的外侧绕至环状凸台的内侧后通过通孔伸出至外壳外部。

如图8-图9所示，所述连接绳4的一端与旋转体7固定，另一端通过螺钉25与接头2一端固定，接头2另一端通过螺钉与清理打磨头1固定。

本实施例中，所述接头2采用筒状结构，连接绳4的端部插入接头内部并通过螺纹连接的接头2的螺钉25固定，所述清理打磨头1插入接头2内部并通过螺纹连接在接头2的螺钉固定。

通过接头2可以方便更换不同材质和形状的清理打磨头1，与管道27材料进行匹配，既不损伤管道27又能彻底清理管道27内壁。

所述清理打磨头1具有设定的质量和粗糙度，能够对管道27内侧面的顽固污垢进行清理。

如图10所示，所述陶瓷纤维刷16与固定壳3固定连接，所述固定壳3包括环形的底板和设在底板边缘的侧板，侧板套在外壳8外周并通过多个沿环向等间隔设置的螺钉15与外壳8固定连接。

本实施例的管道内壁柔性清理机构的工作方法为：

如图11所示，吸盘式电磁铁22和推拉式电磁铁24断电，在弹簧11的弹力作用下，第一锯齿面12和第二锯齿面14相互啮合。

伺服电机17工作，通过法兰轴19带动内轴5正向转动，内轴5带动外壳8转动，由于第一锯齿面12和第二锯齿面14相互啮合，所以内轴5带动旋转体7转动，在离心力的作用下，两个连接绳4带动清理打磨头1与管道内管面接触，对管道内表面进行清理，同时在离心力的作用下，陶瓷纤维刷16的纤维束扩张并与管道内表面接触，陶瓷纤维刷16对管道27内表面进行清理。

其中，陶瓷纤维刷16位于前侧，首先对管道27内表面细小微尘以及粘稠污垢进行清理，然后清理打磨头1对陶瓷纤维刷16无法清理的顽固污垢进行清理。

清理打磨头1和陶瓷纤维刷16在功能上相互补充，保证了较好的清理效果。

如图12所示，当推拉式电磁铁24和吸盘式电磁铁22通电，推拉式电磁铁24能够将吸盘式电磁铁22推出，同时吸盘式电磁铁22与导磁铁片6吸附固定，在推拉式电磁铁24的作用下，第一锯齿面12和第二锯齿面14脱离啮合，弹簧11被压缩，内轴5在伺服电机17的作用下做反向转动，内轴5的动力无法传递给旋转体7，而使得旋转体7和外壳8之间产生转速差，连接绳4收纳到连接绳容纳槽中，连接绳伸4出至外壳8外部的长度减小，清理打磨头1的旋转直径变小，此时可适配较小管径管道内壁的清理。

内轴5带动外壳8正向旋转，则可将连接绳4从连接绳容纳槽中放出，连接绳伸4出至外壳8外部的部分长度增加，清理打磨头1的旋转直径变大，适合与大管径管道内壁清理，通过改变陶瓷纤维旋转刷16的长短，使陶瓷纤维刷16适应大管径和小管径管道内壁的清洁工作。

本实施例的清理机构，连接绳4和陶瓷纤维刷16为柔性部件，能够在离心力的作用下自适应贴紧管道内壁，相对于通过伸缩机构将清洗部件贴合管道内壁，不会对管道产生刚性冲击，即不会损坏管道，也起到好的清洁性，且变径方便可靠，无需预先对管道内径进行评估，操作和结构简单，也无需额外增加伸缩机构，减小了能源和成本消耗。

实施例2

本实施例提供了一种自适应管径的管道内壁柔性清理装置，如图13-图14所示，设置有实施例1所述的自适应管径的管道内壁柔性清理机构，所述伺服电机的外壳与移动支撑机构28连接，移动支撑机构28采用现有的与管道相匹配的电动行走车即可，能够在管道内部沿管道行走，其具体结构在此不进行详细叙述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。