一種新型可變徑管道內(nèi)壁清潔防腐機(jī)器人

梁創(chuàng)烽　覃立明　原金強(qiáng)　曹銘航

摘 要：目前的生活和生產(chǎn)中大量使用到管道，而且所使用的管道樣式也極多，因此對于管道內(nèi)壁帶來的難以清潔以及防腐的問題迫切需要解決。最常見的解決方法是人工給管道內(nèi)壁清潔以及防腐噴涂，但是直徑過大、過小或者長度過長的管道都會(huì)給人工清潔、噴涂防腐帶來不便并且人工清潔效果差，工作效率低。除此之外，人工使用的防腐液通常會(huì)揮發(fā)有毒氣體，可能會(huì)對施工人員的健康造成危害。本文設(shè)計(jì)出了一種可變徑管道內(nèi)壁清潔防腐機(jī)器人，能夠自主完成對不同內(nèi)徑的管道內(nèi)壁進(jìn)行清潔和防腐噴涂的工作，提高了工作效率，也有效避免了人工防腐噴涂所帶來的危害。

關(guān)鍵詞：管道內(nèi)壁清潔;防腐噴涂

1、前言

本文設(shè)計(jì)的一種可變徑管道內(nèi)壁清潔防腐機(jī)器人具有可變徑和自主完成對管道內(nèi)壁清潔和防腐功能，因此對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新式設(shè)計(jì)[1]，利用清潔、驅(qū)動(dòng)、從動(dòng)、噴涂裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)對不同內(nèi)徑的管道內(nèi)壁進(jìn)行清潔和防腐噴涂的工作。相對于人工進(jìn)行此項(xiàng)工作，當(dāng)遇到變徑的環(huán)境時(shí)，會(huì)大大增加了人工對管道內(nèi)壁清潔和防腐噴涂的作業(yè)的工作難度，本文設(shè)計(jì)的裝置可以大大解放的人力，填補(bǔ)了機(jī)器代替人工進(jìn)行管道內(nèi)壁清潔及防腐技術(shù)的空白。同時(shí)，該裝置的的工作效率高，工作成本也較低。相對于傳統(tǒng)的人工作業(yè)來說，本裝置有很大的應(yīng)用前景。

2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的一種可變徑管道內(nèi)壁清潔防腐機(jī)器人主要包括主體機(jī)架、清潔裝置、動(dòng)力裝置、從動(dòng)裝置及噴涂裝置;所述清潔裝置固定于主體機(jī)架前端，所述動(dòng)力裝置固定于主體機(jī)架中央，所述從動(dòng)裝置固定于主體機(jī)架后端，所述噴涂裝置固定于主體機(jī)架后端。裝置的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

清潔裝置包括鋼刷、清潔固定架、清潔驅(qū)動(dòng)軸、清潔驅(qū)動(dòng)電機(jī)[2];動(dòng)力裝置包括動(dòng)力輪、第一液壓桿、第一連接桿、第一活動(dòng)鉸接、第二活動(dòng)鉸接及第三活動(dòng)鉸接;從動(dòng)裝置包括履帶、傳動(dòng)輪、支撐架、第二連接桿、第三連接桿、第二液壓桿、第四活動(dòng)鉸接、第五活動(dòng)鉸接、第六活動(dòng)鉸接及第七活動(dòng)鉸接;噴涂裝置包括霧化噴頭、涂料箱及液壓泵。

依靠車體中間的動(dòng)力裝置帶動(dòng)從動(dòng)裝置使整個(gè)車體在管道內(nèi)壁行進(jìn)[3]，當(dāng)車體遇到不同內(nèi)徑的管道時(shí)，動(dòng)力裝置和從動(dòng)裝置上的各液壓桿可以伸縮帶動(dòng)各連接桿從而使動(dòng)力裝置和從動(dòng)裝置在管道內(nèi)壁中的空間直徑發(fā)生變化，從而達(dá)到適應(yīng)不同內(nèi)徑的管道環(huán)境行進(jìn)，車體頂端的清潔裝置中的清潔驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)鋼刷快速轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到清潔管道內(nèi)壁作用，車體末端的噴涂裝置可以使涂料箱中的防腐液通過霧化噴頭均勻噴灑到管道內(nèi)壁上從而達(dá)到管道內(nèi)壁清潔作用。

3、具體工作原理及應(yīng)用

第一步：啟動(dòng)動(dòng)力輪，由于有四組可伸縮的第一液壓桿帶動(dòng)四組第一連接桿的配合，使得四組動(dòng)力輪緊密貼合行進(jìn)時(shí)的管道內(nèi)壁，動(dòng)力輪帶動(dòng)動(dòng)力裝置從而帶動(dòng)從動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)裝置上也有四組可伸縮的第二液壓桿，從而使得從動(dòng)裝置上的履帶可以緊密貼合管道內(nèi)壁，從而保證行進(jìn)的穩(wěn)定順暢。

第二步：啟動(dòng)清潔裝置，通過清潔裝置中的清潔驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以使清潔裝置上的鋼刷轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以對管道內(nèi)壁進(jìn)行清潔，清潔驅(qū)動(dòng)電機(jī)還可以對不同的管道進(jìn)行人工調(diào)節(jié)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)來控制其輸出的轉(zhuǎn)速，從而控制鋼刷的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對不同的管道達(dá)到最佳的清潔效果。

第三步：當(dāng)車體進(jìn)入管道后啟動(dòng)液壓泵，液壓泵使得涂料箱中的防腐液加壓后通過霧化噴頭均勻地噴涂到管道內(nèi)壁的四周上，從而對管道內(nèi)壁進(jìn)行噴涂防腐。

第四步：當(dāng)遇到管道內(nèi)徑變化時(shí)，各液壓桿通過伸縮帶動(dòng)各連接桿使整個(gè)車體在管道內(nèi)壁的空間直徑變化，而最小直徑不會(huì)小于鋼刷清潔裝置的直徑，從而可以使車體適應(yīng)不同內(nèi)徑管道的行進(jìn)。

第五步：當(dāng)行進(jìn)中的管道內(nèi)徑發(fā)生變化時(shí)，霧化噴頭上設(shè)置有距離傳感器，能夠準(zhǔn)確檢測到霧化噴頭到管道內(nèi)壁之間的距離，反饋控制液壓泵的工作壓力從而控制霧化噴頭的流量，使得管道內(nèi)壁的防腐液噴涂均勻。

第六步：當(dāng)車體從管道內(nèi)壁行走出來后，即停止清潔和防腐噴涂。

本產(chǎn)品主要應(yīng)用于各種管道的清潔和噴涂防腐作業(yè)中?，F(xiàn)在的生活中很多的行業(yè)和方向都和管道相關(guān)，家中的上水、下水、暖氣、燃?xì)舛己凸艿烙嘘P(guān)，但是隨著使用年限的增長，管道的內(nèi)壁上會(huì)附著一定的垃圾雜質(zhì)久而久之就會(huì)造成管道的堵塞對生活造成影響，而人工對管道內(nèi)壁清潔和噴涂防腐的效率極低，而且成本較高。本產(chǎn)品能自動(dòng)化進(jìn)行管道內(nèi)壁的清潔及防腐噴涂，可用于替代人工;且可以適應(yīng)不同內(nèi)徑的管道進(jìn)行作業(yè)，工作效率高且適應(yīng)性強(qiáng)。生活生產(chǎn)中對于以上問題的解決一直存在剛性需求，因此，本產(chǎn)品具有巨大的需求市場。

4、結(jié)束語

本文的基于可變徑管道內(nèi)壁清潔防腐機(jī)器人及使用方法，能夠自主完成對不同內(nèi)徑的管道內(nèi)壁進(jìn)行清潔和噴涂防腐的工作，機(jī)器人具有可變徑的特點(diǎn)，能適應(yīng)變徑的環(huán)境進(jìn)行工作，增加了其應(yīng)用范圍且適應(yīng)性強(qiáng)，大大提高了對管道內(nèi)壁的清潔和噴涂防腐的工作效率，工作成本也較低，也避免了人工噴涂防腐所帶來的危害。相信在不久的將來，本裝置可以廣泛的應(yīng)用于各種管道內(nèi)壁的清潔和噴涂防腐作業(yè)中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李石. 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020， （11） ：189-190.

[2] 馮佳佳，邱國廷，安慶勇，牛海東. 慣性穩(wěn)定平臺力矩電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代防御技術(shù)， 2015， 43（04）： 106-111.

[3] 馬佰勝，金嘉琦.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].煤礦機(jī)械，2018，39（ 5） ： 69-70.

*基金項(xiàng)目：本文是桂林電子科技大學(xué)2020年國家級大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“管道腐蝕內(nèi)壁清潔機(jī)器人 ”的項(xiàng)目成果，項(xiàng)目編號：202010595035