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专利名称：一种管道内高性能驱动装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110354485.4

专利申请（专利权）人：中石化石油工程技术服务有限公司,中石化胜利石油工程有限公司,中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
权利人地址：山东省东营市东营区北一路827

专利发明（设计）人：孙永泰,王宏安,傅忠尧,张士华,初新杰,崔希君,任红伟,尹慧敏

专利摘要：本发明涉及管道内部的监检测、维护、维修等作业用的牵拉驱动装置领域，特别涉及一种管道内高性能驱动装置。由驱动机构、连臂、调整机构组成；驱动机构以调整机构为中心周向均匀布置，每个驱动机构的两端分别通过两个连臂连接到调整机构对应位置上；驱动机构设置有导轮驱动系统负重轮、驱动轮、履带等，采用模块化设计，可根据不同管道内径要求选择连臂长度，适用于多种规格的管道，同时，可根据牵引力需求选择驱动机构的数量；调整机构设有两个调整器、两个弹簧，相互配合使用，提高了驱动能力并满足越障要求，在遇意外情况时还可自行调整，提高了安全可靠性。

主权利要求：
1.一种管道内高性能驱动装置，其特征在于，包括：驱动机构（1）、连臂（2）和调整机构（3），所述驱动机构（1）以调整机构（3）为中心周向均匀布置，所述驱动机构（1）至少为3个，所述每个驱动机构（1）的两端通过连臂（2）与所述调整机构（3）的两端铰接；所述驱动机构（1）包括：导轮（1A）、导轮轴（1B）、导轮盖（1C）、驱动系统（1D）、负重轮（1E）、负重轮撑臂（1F）、驱动箱体（1G）、固轴盖（1H）、锥轮系（1I）、驱动轴（1J）、驱动封体（1K）、驱动轮（1L）和履带（1M）组成；所述驱动箱体（1G）空腔内布置驱动系统（1D），前端设置导轮盖（1C），后端设置固轴盖（1H）和驱动封体（1K），相对于调整机构3的外侧设置负重轮撑臂（1F），驱动箱体（1G）、导轮盖（1C）、固轴盖（1H）、驱动封体（1K）间组成的内部空腔均为密封腔体；所述导轮盖（1C）的前端设置与导轮轴（1B）相配合的孔，导轮轴（1B）的两侧、自最外面开始依次对称安装连臂（2）、导轮（1A）、导轮盖（1C）；锥轮系（1I）安装在固轴盖（1H）与驱动封体（1K）组成的密封腔体内，驱动轴（1J）安装在驱动封体（1K）上并伸出到驱动封体（1K）的外侧，在驱动封体（1K）两侧依次对称安装有驱动轮（1L）、连臂（2）；所述负重轮撑臂（1F）上安装有负重轮（1E）；履带（1M）缠绕安装在导轮（1A）、负重轮（1E）、驱动轮（1L）上，为闭环结构，履带（1M）外侧为弧形并与管道（4）的内壁弧形吻合，内侧的两边对称设置齿形结构并与导轮（1A）、驱动轮（1L）的齿配合，内侧中部为平面结构并与负重轮（1E）配合；所述调整机构（3）包括：前调整器（3A）、前箱体（3B）、前连器（3C）、前固体（3D）、前丝杠（3E）、前端盖（3F）、前螺母（3G）、前簧定筒（3H）、前簧固盖（3I）、前弹簧（3J）、前簧滑筒（3K）、前耳环（3L）、后耳环（3M）、后簧滑筒（3N）、后弹簧（3O）、后簧固盖（3P）、后簧定筒（3Q）、后螺母（3R）、后端盖（3S）、后丝杠（3T）、后固体（3U）、后箱体（3V）、后连器（3W）和后调整器（3X）组成；所述前箱体（3B）、前连器（3C）、前固体（3D）、后箱体（3V）、后连器（3W）和后固体（3U）相互配合组成密封腔体，腔体内前端布置前调整器（3A）、后端布置后调整器（3X）；前固体（3D）后端面与前箱体（3B）配合，前端面固定前端盖（3F），内设阶梯孔分别布置有前丝杠（3E）、前连器（3C），外圆面上设置前簧定筒（3H），在前固体（3D）上、前丝杠（3E）与前簧定筒（3H）间开有与前螺母（3G）相配合的沟槽；所述前螺母（3G）与前簧定筒（3H）固定并与前丝杠（3E）配合；前簧定筒（3H）内腔与前固体（3D）配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在后端，小圆柱面上依次设置前簧滑筒（3K）、前弹簧（3J）、前簧固盖（3I）；前簧滑筒内设阶梯孔，小孔与前固体（3D）配合，大孔分别与前簧固盖（3I）、前弹簧（3J）配合，外圆面前端设置与连臂（2）相配合的前耳环（3L）；所述前连器（3C）前端与前丝杠（3E）配合，后端与前调整器（3A）配合；后固体（3U）前端面与后箱体（3V）配合，后端面固定后端盖（3S），内设阶梯孔分别布置有后丝杠（3T）、后连器（3W），外圆面上设置后簧定筒（3Q），在后固体（3U）上、后丝杠（3T）与后簧定筒（3Q）间开有与后螺母（3R）相配合的沟槽；所述后螺母（3R）与后簧定筒（3Q）固定并与后丝杠（3T）配合；后簧定筒（3Q）内腔与后固体（3U）配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在前端，小圆柱面上依次设置后簧滑筒（3N）、后弹簧（3O）、后簧固盖（3P）；所述后簧滑筒（3N）内设阶梯孔，小孔与后固体（3U）配合，大孔分别与后簧固盖（3P）、后弹簧（3O）配合，外圆面后端设置与连臂（2）相配合的后耳环（3M）；所述后连器（3W）后端与后丝杠（3T）配合，前端与后调整器（3X）配合。
2.根据权利要求1所述的一种管道内高性能驱动装置，其特征在于，所述连臂（2）在作
业状态时与管道中心线呈一定角度。
3.根据权利要求2所述的一种管道内高性能驱动装置，其特征在于，所述导轮（1A）和驱动轮（1L）的轴的连线平行于管道（4）的中心线，其外圆线与管道（4）壁的最小距离大于负重轮（1E）的外圆线与管道（4）壁的最小距离。
4.根据权利要求3所述的一种管道内高性能驱动装置，其特征在于，所述导轮轴（1B）、驱动轴（1J）与负重轮（1E）的轴的中心线平行，导轮（1A）与驱动轮（1L）完全相同，且在安装到位后处于垂直于导轮轴（1B）中心线的同一平面内。
5.根据权利要求4所述的一种管道内高性能驱动装置，其特征在于，所述前螺母（3G）、后螺母（3R）的外表面上均设有凸起，分别对应于前固体（3D）和后固体（3U）并与之配合。
6.根据权利要求1?5任一所述的一种管道(4)内高性能驱动装置，其特征在于，所述连
臂(2)是由伸缩杆和连接叉(9)组成的可调节连接机构。
7.根据权利要求6所述的一种管道(4)内高性能驱动装置，其特征在于，所述伸缩杆包
括：调节丝杆(5)、旋转螺套(6)、接杆(7)，所述接杆(7)一端和连接叉(9)固定连接，所述旋转螺套(6)转动连接于所述接杆(7)的另一端，所述调节丝杆(5)与所述旋转螺套(6)螺纹传动配合作直线往复运动，所述接杆(7)内设有容纳所述调节丝杆(5)作直线往复运动的空间。
8.根据权利要求7所述的一种管道(4)内高性能驱动装置，其特征在于，所述旋转螺套
(6)的下端通过固设于所述接杆(7)上端的轴承转动连接于所述接杆(7)上端。 说明书 : 一种管道内高性能驱动装置技术领域[0001] 本发明涉及管道内部的监检测、维护、维修等作业用的牵拉驱动装置领域，特别涉及一种管道内高性能驱动装置。背景技术[0002] 随着经济的发展，各种管道已成为重要的基础设施。管道在长期服役后会存在各种缺陷或地理位置不明，需通过管内对管道进行监检测、维护、维修、位置信息测量等作业，因此，管道内驱动装置对于保障管道使用安全具有重要意义。[0003] 目前已有的管内机器人基本采用轮式、靠自身重力所产生的摩擦力驱动的方式，普遍存在驱动能力弱、越障能力差等问题。发明内容[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种管道内高性能驱动装置，应用于管道内部的监检测、维护、维修等作业用的牵拉驱动或类似领域，针对在役管道内部作业需求而设计，为拖动进入管内的相关专业装备提供高的牵拉动力，并具备高的越障能力。[0005] 其技术方案如下：[0006] 一种管道内高性能驱动装置，包括：[0007] 驱动机构、连臂和调整机构，所述驱动机构以调整机构为中心周向均匀布置，所述驱动机构至少为3个，所述每个驱动机构的两端通过连臂与所述调整机构的两端铰接。[0008] 所述驱动机构包括：[0009] 导轮、导轮轴、导轮盖、驱动系统、负重轮、负重轮撑臂、驱动箱体、固轴盖、锥轮系、驱动轴、驱动封体、驱动轮和履带组成；[0010] 所述驱动箱体空腔内布置驱动系统，前端设置导轮盖，后端设置固轴盖和驱动封体，相对于调整机构3的外侧设置负重轮撑臂，驱动箱体、导轮盖、固轴盖、驱动封体间组成的内部空腔均为密封腔体；[0011] 所述导轮盖的前端设置与导轮轴相配合的孔，导轮轴的两侧、自最外面开始依次对称安装连臂、导轮、导轮盖；锥轮系安装在固轴盖与驱动封体组成的密封腔体内，驱动轴安装在驱动封体上并伸出到驱动封体的外侧，在驱动封体两侧依次对称安装有驱动轮、连臂；[0012] 所述负重轮撑臂上安装有负重轮；履带缠绕形安装在导轮、负重轮、驱动轮上，为闭环结构，履带外侧为弧形并与管道的内壁弧形吻合，内侧的两边对称设置齿形结构并与导轮、驱动轮的齿配合，内侧中部为平面结构并与负重轮配合。[0013] 所述调整机构包括：[0014] 前调整器、前箱体、前连器、前固体、前丝杠、前端盖、前螺母、前簧定筒、前簧固盖、前弹簧、前簧滑筒、前耳环、后耳环、后簧滑筒、后弹簧、后簧固盖、后簧定筒、后螺母、后端盖、后丝杠、后固体、后箱体、后连器和后调整器组成；[0015] 所述前箱体、前连器、前固体、后箱体、后连器和后固体相互配合组成密封腔体，腔体内前端布置前调整器、后端布置后调整器；前固体后端面与前箱体配合，前端面固定前端盖，内设阶梯孔分别布置有前丝杠、前连器，外圆面上设置前簧定筒，在前固体上、前丝杠与前簧定筒间开有与前螺母相配合的沟槽；[0016] 所述前螺母与前簧定筒固定并与前丝杠配合；前簧定筒内腔与前固体配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在后端，小圆柱面上依次设置前簧滑筒、前弹簧、前簧固盖；前簧滑筒内设阶梯孔，小孔与前固体配合，大孔分别与前簧固盖、前弹簧配合，外圆面前端设置与连臂相配合的前耳环；[0017] 所述前连器前端与前丝杠配合，后端与前调整器配合；后固体前端面与后箱体配合，后端面固定后端盖，内设阶梯孔分别布置有后丝杠、后连器，外圆面上设置后簧定筒，在后固体上、后丝杠与后簧定筒间开有与后螺母相配合的沟槽；[0018] 所述后螺母与后簧定筒固定并与后丝杠配合；后簧定筒内腔与后固体配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在前端，小圆柱面上依次设置后簧滑筒、后弹簧、后簧固盖；[0019] 所述后簧滑筒内设阶梯孔，小孔与后固体配合，大孔分别与后簧固盖、后弹簧配合，外圆面后端设置与连臂相配合的后耳环；[0020] 所述后连器后端与后丝杠配合，前端与后调整器配合。[0021] 所述连臂在作业状态时与管道中心线呈一定角度。[0022] 所述导轮和驱动轮的轴的连续平行于管道的中心线，其外圆线与管道壁的最小距离大于负重轮的外圆线与管道壁的最小距离。[0023] 所述导轮轴、驱动轴与负重轮的轴的中心线平行，导轮与驱动轮完全相同，且在安装到位后处于垂直于导轮轴中心线的同一平面内。[0024] 所述前螺母、后螺母的外表面上均设有凸起，分别对应于前固体和后固体并与之配合。[0025] 所述连臂是由伸缩杆和连接叉组成的可调节连接机构。[0026] 所述伸缩杆包括：[0027] 调节丝杆、旋转螺套、接杆，所述接杆一端和连接叉固定连接，所述旋转螺套转动连接于所述接杆的另一端，所述调节丝杆与所述旋转螺套螺纹传动配合作直线往复运动，所述接杆内设有容纳所述调节丝杆作直线往复运动的空间。[0028] 所述旋转螺套的下端通过固设于所述接杆上端的轴承转动连接于所述接杆上端。[0029] 本发明的有益效果是：[0030] 驱动机构模块化设计，可根据不同管道内径要求选择连臂长度，适用于多种规格的管道，同时，可根据牵引力需求选择驱动机构的数量；前调整器、后调整器分别配合前弹簧和后弹簧使用，提高了驱动力、满足越障要求，在遇意外情况时还可进行调整，提高了安全可靠性；采用履带形式，驱动轮和导轮外圆线与管壁的最小距离大于负重轮的外圆线与管壁的最小距离的设置，提高了越障性能；整套装置设计结构紧凑，具有驱动力大、越障能力强、遇阻自调整、经济性好等特点。附图说明[0031] 图1为图2中B?B视图；[0032] 图2为图1中A?A视图；[0033] 图3为一种管道内高性能驱动装置驱动系统主视图；[0034] 图4为一种管道内高性能驱动装置前调整系统主视图；[0035] 图5为一种管道内高性能驱动装置前调整系统主视图；[0036] 图6为连臂结构示意图；[0037] 图7为连臂主视图；[0038] 图8为图7中C?C视图；[0039] 图9为图8中Ⅱ处的局部放大视图；[0040] 图中：1、驱动机构，2、连臂，3、调整机构，4、管道，5、调节丝杆，6、旋转螺套，7、接杆，9、连接叉，1A、导轮，1B、导轮轴，1C、导轮盖，1D、驱动系统，1E、负重轮，1F、负重轮撑臂，1G、驱动箱体，1H、固轴盖，1I、锥轮系，1J、驱动轴，1K、驱动封体，1L、驱动轮，1M、履带，3A、前调整器，3B、前箱体，3C、前连器，3D、前固体，3E、前丝杠，3F、前端盖，3G、前螺母，3H、前簧定筒，3I、前簧固盖，3J、前弹簧，3K、前簧滑筒，3L、前耳环，3M、后耳环，3N、后簧滑筒，3O、后弹簧，3P、后簧固盖，3Q、后簧定筒，3R、后螺母，3S、后端盖，3T、后丝杠，3U、后固体，3V、后箱体，3W、后连器，3X、后调整器。具体实施方式[0041] 下面结合说明书附图及具体实施例对本发明做进一步具体说明。[0042] 本发明的技术思路是通过驱动机构1沿管道轴向均布，通过连臂2与处于管道中心的调整机构3连接，调整机构3上设置两个预紧电机和弹簧，使驱动机构1能够贴紧管壁，驱动机构1通过驱动电机、驱动轮驱动整套装置前后移动，实现其牵拉作业功能。[0043] 实施例一：[0044] 一种管道内高性能驱动装置，装设于管道4中，主要由驱动机构1、连臂2、调整机构3组成。[0045] 驱动机构1以调整机构3为中心周向均匀布置，每个驱动机构1的两端分别通过两个连臂2连接到调整机构3对应位置上；[0046] 驱动机构1由导轮1A、导轮轴1B、导轮盖1C、驱动系统1D、负重轮1E、负重轮撑臂1F、驱动箱体1G、固轴盖1H、锥轮系1I、驱动轴1J、驱动封体1K、驱动轮1L、履带1M组成。[0047] 驱动箱体1G空腔内布置驱动系统1D，前端设置导轮盖1C，后端设置固轴盖1H和驱动封体1K，相对于调整机构3的外侧设置负重轮撑臂1F，驱动箱体1G、导轮盖1C、固轴盖1H、驱动封体1K间组成的内部空腔均为密封腔体；驱动系统1D由驱动电机和行星减速器一体构成并固定在固轴盖1H上，输出轴依次与固定在固轴盖1H上的轴承配合、与锥齿轮的内孔键连接；导轮盖1C的前端设置与导轮轴1B相配合的孔，导轮轴1B的两侧、自最外面开始依次对称安装连臂2、导轮1A、导轮盖1C；锥轮系1I安装在固轴盖1H与驱动封体1K组成的密封腔体内，驱动轴1J安装在驱动封体1K上并伸出到驱动封体1K的外侧，在驱动封体1K两侧依次对称安装有驱动轮1L、连臂2；负重轮撑臂1F上安装有负重轮1E；履带1M缠绕形安装在导轮1A、负重轮1E、驱动轮1L上，为闭环结构，履带1M外侧为弧形并与管道4的内壁弧形吻合，内侧的两边对称设置齿形结构并与导轮1A、驱动轮1L的齿配合，内侧中部为平面结构并与负重轮1E配合。[0048] 调整机构3由前调整器3A、前箱体3B、前连器3C、前固体3D、前丝杠3E、前端盖3F、前螺母3G、前簧定筒3H、前簧固盖3I、前弹簧3J、前簧滑筒3K、前耳环3L、后耳环3M、后簧滑筒3N、后弹簧3O、后簧固盖3P、后簧定筒3Q、后螺母3R、后端盖3S、后丝杠3T、后固体3U、后箱体3V、后连器3W、后调整器3X组成。[0049] 前箱体3B、前连器3C、前固体3D、后箱体3V、后连器3W、后固体3U相互配合组成密封腔体，腔体内前端布置前调整器3A、后端布置后调整器3X；前调整器3A由前预紧电机和行星减速器构成并固定在前箱体3B上；前固体3D后端面与前箱体3B配合，前端面固定前端盖3F，内设阶梯孔分别布置有前丝杠3E、前连器3C，外圆面上设置前簧定筒3H，在前固体3D上、前丝杠3E与前簧定筒3H间开有与前螺母3G相配合的沟槽；前螺母3G与前簧定筒3H固定并与前丝杠3E螺纹传动配合；前簧定筒3H内腔与前固体3D配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在后端，小圆柱面上依次设置前簧滑筒3K、前弹簧3J、前簧固盖3I；前簧滑筒3H内设阶梯孔，小孔与前固体3D配合，大孔分别与前簧固盖3I、前弹簧3J配合，外圆面前端设置与连臂2相铰接的前耳环3L；前连器3C前端与前丝杠3E配合，后端与前调整器3A输出轴键连接；后调整器3X由后预紧电机和行星减速器构成并固定在后箱体3V上；后固体3U前端面与后箱体3V配合，后端面固定后端盖3S，内设阶梯孔分别布置有后丝杠3T、后连器3W，外圆面上设置后簧定筒3Q，在后固体3U上、后丝杠3T与后簧定筒3Q间开有与后螺母3R相配合的沟槽；后螺母3R与后簧定筒3Q固定并与后丝杠3T配合；后簧定筒3Q内腔与后固体3U配合，外圆面为阶梯状，大圆柱面布置在前端，小圆柱面上依次设置后簧滑筒3N、后弹簧3O、后簧固盖3P；后簧滑筒3N内设阶梯孔，小孔与后固体3U配合，大孔分别与后簧固盖3P、后弹簧3O配合，外圆面后端设置与连臂2相铰接的后耳环3M；后连器3W后端与后丝杠3T配合，前端与后调整器3X输出轴键连接。[0050] 驱动机构1沿管道4均匀周向分布，数量不少于三个。[0051] 连臂2长度可根据管道4内径的变化进行更换，在作业状态时与管道中心线呈一定角度。[0052] 导轮1A、驱动轮1L的轴的连续平行于管道4的中心线，其外圆线与管道4壁的最小距离大于负重轮1E的外圆线与管道4壁的最小距离。[0053] 导轮轴1B、驱动轴1J与负重轮1E的轴的中心线平行，导轮1A与驱动轮1L完全相同，且在安装到位后处于垂直于导轮轴1B中心线的同一平面内。[0054] 前螺母3G、后螺母3R的外表面上均设有凸起，分别对应于前固体3D和后固体3U,并与之配合。[0055] 实施例二：[0056] 所述连臂2为一种可调节连臂，主要由调节丝杆5、旋转螺套6、接杆7组成，调节丝杆5与旋转螺套6螺纹连接，旋转螺套6通过轴承旋转套接于接杆7端部，所述接杆7内开设有容纳调节丝杆5直线往复运动的空腔。[0057] 安装过程：[0058] 驱动机构1安装：将驱动系统1D安装到驱动箱体1G、导轮盖1C、固轴盖1H组成的密封箱体内，将锥轮系1I安装到驱动箱体1G、驱动封体1K、固轴盖1H组成的密封箱体内，两个驱动轮1L分别安装到驱动封体1K两侧的驱动轴1J上，两个导轮1A通过导轮轴1B安装到导轮盖1C上，负重轮1E通过负重轮撑臂1F安装到驱动箱体1G上，履带1M安装到导轮1A、负重轮1E和驱动轮1L上，通过调整导轮1A使履带1M张紧到合适程度。[0059] 调整机构3安装：将前螺母3G旋拧到前丝杠3E的适当位置上并使凸出部位对应于前固体3D的沟槽，将前丝杠3E安装到前固体3D内腔内，将前端盖3F安装到前固体3D的前端部上，将前簧定筒3H安装到前固体3D的外圆面上并与前螺母3G固定在一起，将前簧滑筒3K、前弹簧3J、前簧固盖3I安装到前簧定筒3H上，将前连器3C安装到前固体3D内腔，前端与前丝杠3E配合，将前调整器3A安装到前箱体3B内，前端与前连器3C配合，将前固体3D与前箱体3B配合安装，即可完成调整机构3的前部的安装，同样依照上述方法可完成后部的安装，最后可将前箱体3B和后箱体3V配合安装，即可完成调整机构3的安装。[0060] 整套驱动装置的安装：一套驱动装置由一套调整机构3和三套或三套以上驱动机构1组成，多套驱动机构1沿调整机构3轴向中心线圆周方向均布；两个连臂2的开口端分别连接到驱动机构1上的导轮轴1B和驱动轴1J上，另一端分别通过销轴连接到调整机构3上的前耳环3L和后耳环3M上，调整前簧固盖3I和后簧固盖3P使前弹簧3J和后弹簧3O处于压缩状态并使驱动机构1与调整机构3平行，这样既可完成一个驱动机构1与调整机构3的安装，按同样方法再进行其他驱动机构1与调整机构3的安装，注意使所有驱动机构1中心线与调整机构3中心线距离相等。[0061] 作业过程：同步启动驱动系统1D，使驱动装置放置到管道4内，根据对驱动装置牵引力的需求，启动前调整器3A和后调整器3X，使前弹簧3J和后弹簧3O进一步压缩，从而增大履带1M与管道4内壁间的压力，然后，启动驱动系统1D即可在管道4内进行运动；若遇到卡阻不能前行，则启动前调整器3A和后调整器3X使驱动机构1与调整机构3之间的距离缩。此跣∏爸弥本叮蝗舫鱿执蚧窒，则启动前调整器3A和后调整器3X使驱动机构1与调整机构3之间的距离增大。[0062] 应该认为，此次公开的实施方式为例示，并不是限制性的。上述的实施方式也可以在不脱离附加的权利要求书及其主旨的情况下以各种各样的形态进行省略、置换、变更。

专利地区：山东

专利申请日期：2021-04-01

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115163977B