一种旋转式管道砂轮打磨系统及其方法与流程

本发明属于管道打磨领域。

背景技术：

管道内壁的打磨工序往往处于人工不易触及的位置，往往需要借助机器人代替人工来完成，现有的打磨机器人往往结构异常复杂，而且打磨的完整性也不高。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单，打磨完整性高的一种旋转式管道砂轮打磨系统及其方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种旋转式管道砂轮打磨系统，包括砂轮打磨单元，所述砂轮打磨单元的前端设置有前行走机构，所述砂轮打磨单元的后端设置有后行走机构；所述前行走机构与后行走机构为相对于所述砂轮打磨单元前后对称；

所述前行走机构和后行走机构能带动所述砂轮打磨单元在管道内沿管道轴线方向行走；所述砂轮打磨单元能实时打磨所在位置的管道内壁。

进一步的，所述砂轮打磨单元包括长条形的砂轮机构支架；还包括支架驱动舵机；所述支架驱动舵机的舵机输出轴末端固定连接所述砂轮机构支架的中部一侧；所述支架驱动舵机能通过所述舵机输出轴带动所述砂轮机构支架沿所述舵机输出轴旋转；

所述砂轮机构支架的右端上侧沿长度方向设置有右导轨；所述砂轮机构支架的左端下侧沿长度方向设置有左导轨；所述右导轨延长度方向上活动设置有右滑块，所述左导轨延长度方向活动设置有左滑块；所述砂轮机构支架的右侧沿长度方向设置有右丝杆，所述右丝杆的两端通过轴承转动安装在两右丝杆座上；所述左丝杆的两端通过轴承转动安装在两左丝杆座上；所述右丝杆上螺纹传动连接有右丝杆螺母，所述左丝杆上螺纹传动连接有左丝杆螺母；所述右丝杆螺母通过右连接件与所述右滑块固定连接；所述左丝杆螺母通过左连接件与所述左滑块固定连接；所述右丝杆的旋转能通过右丝杆螺母联动所述右滑块沿所述右导轨长度方向位移；所述左丝杆的旋转能通过左丝杆螺母联动所述左滑块沿所述左导轨长度方向位移；

还包括左丝杆驱动机构和右丝杆驱动机构，所述左丝杆驱动机构和右丝杆驱动机构均包括固定安装的丝杆电机、第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述丝杆电机的输出端传动连接所述第一传动齿轮，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合连接；所述第二传动齿轮同轴心固定连接对应的左丝杆或右丝杆；

所述右滑块的上侧安装有右砂轮打磨机构，所述左滑块的下侧安装有左砂轮打磨机构；所述右砂轮打磨机构上的砂轮能随所述右滑块位移至砂轮机构支架的最左端；所述左砂轮打磨机构上的砂轮能随所述左滑块同步位移至砂轮机构支架的最右端。

进一步的，所述前行走机构包括前螺纹筒，所述前螺纹筒固定连接在所述支架驱动舵机的机壳尾部，且所述前螺纹筒与所述舵机输出轴同轴心设置；

所述前行走机构还包括前舵机座，所述前舵机座上安装有前舵机，所述前舵机座上还固定安装有前丝杆安装座，还包括与所述前螺纹筒同轴心的前丝杆，所述前丝杆的一端通过轴承与所述前丝杆安装座转动连接；所述前丝杆的另一端与所述前螺纹筒的内螺纹螺纹配合；所述前舵机的输出端通过第一联轴器与所述前丝杆传动连接，所述前舵机通过第一联轴器带动所述前丝杆旋转；

所述前螺纹筒远离所述支架驱动舵机的一端同轴心固定安装有环形的第一铰接件座，所述第一铰接件座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第一铰接件；所述前舵机座靠近所述支架驱动舵机的一端固定安装有环状的第二铰接座；所述第二铰接座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第二铰接件；

所述前行走机构还包括三组沿前丝杆轴线呈圆周阵列分布的前行走轮支架；每组所述前行走轮支架均包括第一连杆和第二连杆，各所述第一连杆的一端铰接连接对应的第二铰接件，各所述第二连杆的一端铰接连接对应的第一铰接件；各所述第一连杆的另一端均固定连接有主动轮单元；各所述主动轮单元与第一连杆的连接处设置有第三铰接件，各所述第二连杆的另一端与所对应的第三铰接件铰接连接。

进一步的，所述后行走机构包括后螺纹筒，所述后螺纹筒固定连接在所述砂轮机构支架远离支架驱动舵机的一侧，且所述后螺纹筒与所述舵机输出轴同轴心设置；

所述后行走机构还包括后舵机座，所述后舵机座上安装有后舵机，所述后舵机座上还固定安装有后丝杆安装座，还包括所述后螺纹筒同轴心的后丝杆，所述后丝杆的一端通过轴承与所述后丝杆安装座转动连接；所述后丝杆的另一端与所述后螺纹筒的内螺纹螺纹配合；所述后舵机的输出端通过第二联轴器与所述后丝杆传动连接，所述后舵机通过第二联轴器带动所述后丝杆旋转；

所述后螺纹筒远离所述支架驱动舵机的一端同轴心固定安装有环形的第三铰接件座，所述第三铰接件座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第四铰接件；所述后舵机座靠近所述支架驱动舵机的一端固定安装有环状的第四铰接座；所述第四铰接座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第五铰接件；

还包括三组沿后丝杆轴线呈圆周阵列分布的后行走轮支架；每组所述后行走轮支架均包括第三连杆和第四连杆，各所述第三连杆的一端铰接连接对应的第五铰接件，各所述第四连杆的一端铰接连接对应的第四铰接件；各所述第四铰接件的另一端均固定连接有主动轮单元；各所述主动轮单元与第三连杆的连接处设置有第六铰接件，各所述第四连杆的另一端与所对应的第六铰接件铰接连接。

进一步的，各所述主动轮单元均包括行走机壳，所述行走机壳内包括固定安装的主动电机；还包括转动设置的输出伞齿轮、传动伞齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮和主动轮；所述主动电机通过第三联轴器传动连接所述输出伞齿轮，所述输出伞齿轮与所述传动伞齿轮啮合连接，所述传动伞齿轮与所述第一传动齿轮通过传动轴同轴心同步连接；所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合连接，所述第二传动齿轮通过第二传动轴与所述主动轮同步连接；各所述主动轮的轴线均与所述前丝杆垂直；各所述主动轮能在所述管道内壁沿轴线方向滚动。

进一步的，一种旋转式管道砂轮打磨系统的打磨方法：包括如下步骤：

步骤一，将前行走机构、后行走机构和砂轮打磨单元所构成的整体结构沿轴线放入管道中，然后控制前丝杆和后丝杆旋转，通过控制前丝杆和后丝杆的旋向，使前舵机座与前螺纹筒做相互靠近的运动，后舵机座与后螺纹筒做相互靠近的运动；

进而使前行走机构和后行走机构上的各个主动轮单元做逐渐远离前丝杆/后丝杆轴线的运动，直至各个主动轮单元上的主动轮的轮面均接触到被测管道的内壁，随着丝杆的继续旋转，最终前行走机构和后行走机构上的各个主动轮单元上的主动轮的轮面均紧密顶压被测管道的内壁；

此时砂轮打磨单元被架空在被测管道的轴线位置；并此时的砂轮打磨单元两端的左砂轮打磨机构和右砂轮打磨机构上的砂轮均处于与被测管道的内壁不接触的状态；

步骤二，同步启动前行走机构和后行走机构上的主动电机，进而使前行走机构和后行走机构上的所有主动轮以同一旋向转动，进而使各个主动轮沿被测管道滚动，进而带动前行走机构、后行走机构和砂轮打磨单元所构成的整体结构沿被测管道内的轴线方向行走，直至砂轮打磨单元到达被测管道内的预定打磨段；然后暂停所有主动轮旋转；

步骤三，控制右砂轮打磨机构上的砂轮随右滑块位移至砂轮机构支架的最左端；并且控制左砂轮打磨机构上的砂轮随左滑块同步位移至砂轮机构支架的最右端；此时右砂轮打磨机构上的砂轮和左砂轮打磨机构上的砂轮均开始接触到被测管道的内壁；

步骤四，通过单独控制后丝杆旋转，使后行走机构上各主动轮单元做逐渐靠近后丝杆轴线的运动，直至各个后行走机构上的主动轮的轮面均脱离被测管道的内壁；进而使右砂轮打磨机构整体处于架空状态；

步骤五，启动支架驱动舵机，由于右砂轮打磨机构整体处于架空状态，进而支架驱动舵机使砂轮打磨单元和后行走机构所构成的整体沿被测管道缓慢旋转；与此同时控制右砂轮打磨机构上的砂轮和左砂轮打磨机构上的砂轮旋转，进而使右砂轮打磨机构上的砂轮和左砂轮打磨机构上的砂轮开始打磨被测管道的内壁，待支架驱动舵机使砂轮打磨单元和后行走机构所构成的整体完整旋转一周后，右砂轮打磨机构上的砂轮和左砂轮打磨机构上的砂轮均对被测管道的内壁打磨了一圈；进而完成了一次打磨工序。

有益效果：本发明的结构简单，支架驱动舵机使砂轮打磨单元和后行走机构所构成的整体完整旋转一周后，右砂轮打磨机构上的砂轮和左砂轮打磨机构上的砂轮均对被测管道的内壁打磨了一圈，打磨完整性高；而且该结构还可以适应多种内径的管道。

附图说明

附图1为该机构的整体结构示意图；

附图2为该机构在管道内时的示意图；

附图3为该机构的前段放大示意图；

附图4为该机构后段放大示意图；

附图5为砂轮打磨单元的示意图；

附图6为附图5的一端放大示意图；

附图7为该砂轮打磨单元的剖开示意图；

附图8为主动轮单元内部的传动示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至8所示的一种旋转式管道砂轮打磨系统，包括砂轮打磨单元33，所述砂轮打磨单元33的前端设置有前行走机构32，所述砂轮打磨单元33的后端设置有后行走机构34；所述前行走机构32与后行走机构34为相对于所述砂轮打磨单元33前后对称；

所述前行走机构32和后行走机构34能带动所述砂轮打磨单元33在管道内沿管道50轴线方向行走；所述砂轮打磨单元33能实时打磨所在位置的管道50内壁。

所述砂轮打磨单元33包括长条形的砂轮机构支架17；还包括支架驱动舵机16；所述支架驱动舵机16的舵机输出轴18末端固定连接所述砂轮机构支架17的中部一侧；所述支架驱动舵机16能通过所述舵机输出轴18带动所述砂轮机构支架17沿所述舵机输出轴18旋转；

所述砂轮机构支架17的右端上侧沿长度方向设置有右导轨018；所述砂轮机构支架17的左端下侧沿长度方向设置有左导轨017；所述右导轨018延长度方向上活动设置有右滑块49，所述左导轨017延长度方向活动设置有左滑块46；所述砂轮机构支架17的右侧沿长度方向设置有右丝杆58，所述右丝杆58的两端通过轴承转动安装在两右丝杆座078上；所述左丝杆53的两端通过轴承转动安装在两左丝杆座55上；所述右丝杆58上螺纹传动连接有右丝杆螺母62，所述左丝杆53上螺纹传动连接有左丝杆螺母52；所述右丝杆螺母62通过右连接件59与所述右滑块49固定连接；所述左丝杆螺母52通过左连接件51与所述左滑块46固定连接；所述右丝杆58的旋转能通过右丝杆螺母62联动所述右滑块49沿所述右导轨018长度方向位移；所述左丝杆53的旋转能通过左丝杆螺母52联动所述左滑块46沿所述左导轨017长度方向位移；

还包括左丝杆驱动机构和右丝杆驱动机构，所述左丝杆驱动机构和右丝杆驱动机构均包括固定安装的丝杆电机54、第一传动齿轮57和第二传动齿轮56；所述丝杆电机54的输出端传动连接所述第一传动齿轮57，所述第一传动齿轮57与第二传动齿轮56啮合连接；所述第二传动齿轮56同轴心固定连接对应的左丝杆53或右丝杆58；

所述右滑块49的上侧安装有右砂轮打磨机构48，所述左滑块46的下侧安装有左砂轮打磨机构47；所述右砂轮打磨机构48上的砂轮能随所述右滑块49位移至砂轮机构支架17的最左端；所述左砂轮打磨机构47上的砂轮能随所述左滑块46同步位移至砂轮机构支架17的最右端。

所述前行走机构32包括前螺纹筒15，所述前螺纹筒15固定连接在所述支架驱动舵机16的机壳尾部，且所述前螺纹筒15与所述舵机输出轴18同轴心设置；

所述前行走机构32还包括前舵机座5，所述前舵机座5上安装有前舵机1，所述前舵机座5上还固定安装有前丝杆安装座6，还包括与所述前螺纹筒15同轴心的前丝杆8，所述前丝杆8的一端通过轴承与所述前丝杆安装座6转动连接；所述前丝杆8的另一端与所述前螺纹筒15的内螺纹螺纹配合；所述前舵机1的输出端通过第一联轴器2与所述前丝杆8传动连接，所述前舵机1通过第一联轴器带动所述前丝杆8旋转；

所述前螺纹筒15远离所述支架驱动舵机16的一端同轴心固定安装有环形的第一铰接件座14，所述第一铰接件座14的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第一铰接件13；所述前舵机座5靠近所述支架驱动舵机16的一端固定安装有环状的第二铰接座4；所述第二铰接座4的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第二铰接件7；

所述前行走机构32还包括三组沿前丝杆8轴线呈圆周阵列分布的前行走轮支架；每组所述前行走轮支架均包括第一连杆9和第二连杆10，各所述第一连杆9的一端铰接连接对应的第二铰接件7，各所述第二连杆10的一端铰接连接对应的第一铰接件11；各所述第一连杆9的另一端均固定连接有主动轮单元12；各所述主动轮单元12与第一连杆9的连接处设置有第三铰接件11，各所述第二连杆10的另一端与所对应的第三铰接件11铰接连接。

所述后行走机构34包括后螺纹筒24，所述后螺纹筒19固定连接在所述砂轮机构支架17远离支架驱动舵机16的一侧，且所述后螺纹筒19与所述舵机输出轴18同轴心设置；

所述后行走机构34还包括后舵机座007，所述后舵机座007上安装有后舵机29，所述后舵机座007上还固定安装有后丝杆安装座28，还包括所述后螺纹筒19同轴心的后丝杆24，所述后丝杆24的一端通过轴承与所述后丝杆安装座28转动连接；所述后丝杆24的另一端与所述后螺纹筒19的内螺纹螺纹配合；所述后舵机29的输出端通过第二联轴器30与所述后丝杆24传动连接，所述后舵机29通过第二联轴器30带动所述后丝杆24旋转；

所述后螺纹筒19远离所述支架驱动舵机16的一端同轴心固定安装有环形的第三铰接件座23，所述第三铰接件座23的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第四铰接件22；所述后舵机座007靠近所述支架驱动舵机16的一端固定安装有环状的第四铰接座25；所述第四铰接座25的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第五铰接件27；

还包括三组沿后丝杆24轴线呈圆周阵列分布的后行走轮支架；每组所述后行走轮支架均包括第三连杆26和第四连杆21，各所述第三连杆26的一端铰接连接对应的第五铰接件27，各所述第四连杆21的一端铰接连接对应的第四铰接件22；各所述第四铰接件22的另一端均固定连接有主动轮单元12；各所述主动轮单元12与第三连杆26的连接处设置有第六铰接件20，各所述第四连杆21的另一端与所对应的第六铰接件20铰接连接。

各所述主动轮单元12均包括行走机壳35，所述行走机壳35内包括固定安装的主动电机45；还包括转动设置的输出伞齿轮36、传动伞齿轮42、第一传动齿轮37、第二传动齿轮38和主动轮41；所述主动电机45通过第三联轴器44传动连接所述输出伞齿轮36，所述输出伞齿轮36与所述传动伞齿轮42啮合连接，所述传动伞齿轮42与所述第一传动齿轮37通过传动轴40同轴心同步连接；所述第一传动齿轮37与所述第二传动齿轮38啮合连接，所述第二传动齿轮38通过第二传动轴39与所述主动轮41同步连接；各所述主动轮41的轴线均与所述前丝杆8垂直；各所述主动轮41能在所述管道50内壁沿轴线方向滚动。

本实施例的管道打磨方法和主要过程，包括如下步骤：

步骤一，将前行走机构32、后行走机构34和砂轮打磨单元33所构成的整体结构沿轴线放入管道50中，然后控制前丝杆8和后丝杆24旋转，通过控制前丝杆8和后丝杆24的旋向，使前舵机座5与前螺纹筒15做相互靠近的运动，后舵机座007与后螺纹筒19做相互靠近的运动；

进而使前行走机构32和后行走机构34上的各个主动轮单元12做逐渐远离前丝杆8/后丝杆24轴线的运动，直至各个主动轮单元12上的主动轮41的轮面均接触到被测管道50的内壁，随着丝杆8的继续旋转，最终前行走机构32和后行走机构34上的各个主动轮单元12上的主动轮41的轮面均紧密顶压被测管道50的内壁；

此时砂轮打磨单元33被架空在被测管道50的轴线位置；并此时的砂轮打磨单元33两端的左砂轮打磨机构47和右砂轮打磨机构48上的砂轮均处于与被测管道50的内壁不接触的状态；

步骤二，同步启动前行走机构32和后行走机构34上的主动电机45，进而使前行走机构32和后行走机构34上的所有主动轮41以同一旋向转动，进而使各个主动轮41沿被测管道50滚动，进而带动前行走机构32、后行走机构34和砂轮打磨单元33所构成的整体结构沿被测管道50内的轴线方向行走，直至砂轮打磨单元33到达被测管道50内的预定打磨段；然后暂停所有主动轮41旋转；

步骤三，控制右砂轮打磨机构48上的砂轮随右滑块49位移至砂轮机构支架17的最左端；并且控制左砂轮打磨机构47上的砂轮随左滑块46同步位移至砂轮机构支架17的最右端；此时右砂轮打磨机构48上的砂轮和左砂轮打磨机构47上的砂轮均开始接触到被测管道50的内壁；

步骤四，通过单独控制后丝杆24旋转，使后行走机构34上各主动轮单元12做逐渐靠近后丝杆24轴线的运动，直至各个后行走机构34上的主动轮41的轮面均脱离被测管道50的内壁；进而使右砂轮打磨机构48整体处于架空状态；

步骤五，启动支架驱动舵机16，由于右砂轮打磨机构48整体处于架空状态，进而支架驱动舵机16使砂轮打磨单元33和后行走机构34所构成的整体沿被测管道50缓慢旋转；与此同时控制右砂轮打磨机构48上的砂轮和左砂轮打磨机构47上的砂轮旋转，进而使右砂轮打磨机构48上的砂轮和左砂轮打磨机构47上的砂轮开始打磨被测管道50的内壁，待支架驱动舵机16使砂轮打磨单元33和后行走机构34所构成的整体完整旋转一周后，右砂轮打磨机构48上的砂轮和左砂轮打磨机构47上的砂轮均对被测管道50的内壁打磨了一圈；进而完成了一次打磨工序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。