專利名稱：一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種管道的加工裝置及加工方法。
背景技術(shù)：
目前，減阻技術(shù)在國內(nèi)的油氣輸送管道上應(yīng)用得極少且大多采用涂層減阻和減阻劑減阻兩種方法，這存在很大弊端。涂層減阻存在使用壽命不長、適用范圍較窄和工藝較為復(fù)雜的缺點(diǎn)，并且管道涂層減阻所能達(dá)到的效果十分微弱。 減阻劑減阻存在減阻劑消耗過快、含有毒性和不便于運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)，并且管道采用減阻劑減阻會增加減阻劑注入裝置，使其整個系統(tǒng)的操作量和故障率大為提高。所以，目前油氣輸送管道并沒有較好的減阻方法。國內(nèi)一些研究者也進(jìn)行了關(guān)于溝槽減阻的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，V形和T形兩種溝槽面管道的減阻性能明顯優(yōu)于光滑管道，其中V形的減阻性能較T形更為理想。海軍工程大學(xué)采用計(jì)算流體力學(xué)方式研究了 V形溝槽尖頂圓角半徑對減阻效果的影響，結(jié)果表明，圓角半徑越小的V形溝槽其減阻效果越好，最大減阻率可達(dá)16%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能夠在管道內(nèi)壁保護(hù)涂層表面上加工出減阻溝槽結(jié)構(gòu)的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置及加工方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是包括行走部分、行走部分電機(jī)、加工部分、加工部分電機(jī)，行走部分包括引導(dǎo)行走部分、前段行走部分、后段行走部分，前段行走部分的上半部分包括調(diào)節(jié)螺栓、擋板、輪支撐桿、支撐桿、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)電機(jī)、外殼，調(diào)節(jié)螺栓連接擋板并調(diào)整擋板位置，安裝在外殼上的輪支撐桿一端被擋板卡住、另一端安裝輪，支撐桿一端安裝在外殼上、另一端安裝支撐塊，調(diào)節(jié)電機(jī)、調(diào)節(jié)板固定在外殼里，調(diào)節(jié)電機(jī)伸出的桿調(diào)整調(diào)節(jié)板在外殼里的位置，調(diào)節(jié)桿一端連接調(diào)節(jié)板、另一端連接支撐桿，前段行走部分下半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、沿調(diào)節(jié)電機(jī)軸線上下對稱；行走部分電機(jī)安裝在前段行走部分和后段行走部分之間，行走部分電機(jī)包括可伸縮的桿，桿連接后段行走部分，后段行走部分與前段行走部分結(jié)構(gòu)相同、對稱布置；引導(dǎo)行走部分、加工部分與加工部分電機(jī)組成的機(jī)構(gòu)、前段行走部分、行走部分電機(jī)、后段行走部分依次相連。本發(fā)明一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工方法，采用本發(fā)明所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是將管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置置于管道內(nèi)，驅(qū)動前段行走部分和后段行走部分的調(diào)節(jié)電機(jī)，使后段行走部分的支撐塊壓緊管道內(nèi)壁、前段行走部分的支撐塊松開管道內(nèi)壁，驅(qū)動行走部分電機(jī)，使行走部分電機(jī)的桿推出從而使管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置本體前進(jìn)，然后驅(qū)動前段行走部分和后段行走部分的調(diào)節(jié)電機(jī)，使前段行走部分的支撐塊壓緊管道內(nèi)壁、后段行走部分的支撐塊松開管道內(nèi)壁，完成一步的行走過程，重復(fù)上述行走過程直至管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置本體到達(dá)預(yù)加工管道內(nèi)壁的待加工位置，之后調(diào)節(jié)所有的調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)電機(jī)，使得所有的輪和支撐塊壓緊管道內(nèi)壁，啟動加工部分電機(jī)，加工部分開始工作，完成管道內(nèi)壁的加工。本發(fā)明還可以包括I、所述的引導(dǎo)行走部分的上半部分包括引導(dǎo)調(diào)節(jié)螺栓、引導(dǎo)擋板、引導(dǎo)輪支撐桿、引導(dǎo)外殼，引導(dǎo)調(diào)節(jié)螺栓連接引導(dǎo)擋板并調(diào)整引導(dǎo)擋板位置，安裝在引導(dǎo)外殼上的引導(dǎo)輪支撐桿一端被引導(dǎo)擋板卡住、另一端安裝引導(dǎo)輪；引導(dǎo)行走部分的下半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、且沿螺栓軸線上下對稱。2、所述的加工部分包括滾壓刀具、加熱棒、軸、錐齒輪，錐齒輪連接軸，軸上安裝凸輪，滾壓刀具和加熱棒均安裝在支架上，凸輪連接支架；加工部 分電機(jī)連接錐齒輪傳動軸，錐齒輪傳動軸連接第一加工部分電機(jī)錐齒輪和第二加工部分電機(jī)錐齒輪；所述的加工部分有四個，第一加工部分和第二加工部分共用第一軸并根據(jù)第一軸對稱布置，第三加工部分和第四加工部分共用第二軸并根據(jù)第二軸對稱布置，第一加工部分錐齒輪連接第一加工部分電機(jī)錐齒輪，第三加工部分錐齒輪連接第二加工部分電機(jī)錐齒輪。3、所述的前段行走部分還包括左半部分和右半部分，左半部分和右半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、分別置于前段行走部分本體的左右兩側(cè)。本發(fā)明的優(yōu)勢在于內(nèi)壁滾壓加工時采用多刀頭反向旋轉(zhuǎn)，避免了單刀具繞管道軸線旋轉(zhuǎn)滾壓受到的管道的切向反力，滾壓加工兩組刀具所受到的切向反力相互抵消，從而達(dá)到受力平衡，不會產(chǎn)生彎曲變形和扭轉(zhuǎn)移位，保證了機(jī)器人加工作業(yè)質(zhì)量。加工裝置使用一個動力源，借助傳動機(jī)構(gòu)來進(jìn)行動力傳遞，帶動四個刀具實(shí)現(xiàn)輥壓動作，使加工裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得緊湊。滾壓的深度通過機(jī)械結(jié)構(gòu)凸輪實(shí)現(xiàn)，不需要額外的動力部件。管道機(jī)器人作業(yè)管徑范圍大，可在Φ440-Φ520πιπι管徑的管道內(nèi)作業(yè)，并且具有很好定心和定位功能。采用絲杠螺母調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)管徑變化對需要電機(jī)輸出的有效扭矩影響不大，結(jié)構(gòu)布局簡單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖I為加工裝置總體布局圖；圖2為行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖2的局部剖視圖；圖4為圖2的局部剖視圖；圖5為圖2的局部剖視圖；圖6為加工部分結(jié)構(gòu)圖；圖7為圖2的局部剖視圖；圖8為圖7的局部剖視圖；圖9為圖7的局部剖視圖；圖10為圖7的局部剖視圖；圖11為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的三維圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖I 11，本發(fā)明的作業(yè)過程主要通過行走和加工兩個運(yùn)動環(huán)節(jié)來完成，按其功能不同將其分為動力頭和加工組件兩大模塊。其中動力頭負(fù)責(zé)整個機(jī)器人的行走功能，加工組件只需要完成仿生減阻表面結(jié)構(gòu)的加工。如圖I所示，管道加工機(jī)器人采用動力頭在前、加工組件在后、動力頭與加工組件之間采用對接卡口形式連接的總體布局形式。管道加工機(jī)器人動力頭采用蠕動式行進(jìn)方式，動力頭包括前段行走部分、后段行走部分和驅(qū)動模塊三部分組成，其結(jié)構(gòu)如下圖2所示。管道機(jī)器人動力頭部分主要包括推進(jìn)組件、夾緊組件、支撐組件。推進(jìn)組件由驅(qū)動電機(jī)18、電機(jī)固定座13、電機(jī)推桿座19、電機(jī)安裝板12組成。夾緊組件由支撐塊26、支撐桿25、支撐調(diào)節(jié)桿27支撐桿固定座22組成。調(diào)節(jié)組件由調(diào)節(jié)螺栓I、預(yù)緊螺母2、深溝球軸承17、輪支撐桿23、輪支撐桿擋板6、輪支撐桿安裝座22組成。管道加工機(jī)器人加工部分主要由驅(qū)動電機(jī)、左右兩組刀具 系統(tǒng)、輪系傳動系統(tǒng)、凸輪傳動系統(tǒng)等部分組成。其具體結(jié)構(gòu)如下圖6所示。刀具系統(tǒng)由加熱棒28、光軸軸承座29、套環(huán)30、滾輪固定架31、深溝球軸承32、滾壓刀具33組成。輪系傳動系統(tǒng)由錐齒輪47、錐齒輪54、錐齒輪53深溝球軸承、平鍵57，錐齒輪傳動軸56和錐齒輪固定軸49組成。凸輪傳動系統(tǒng)主要由凸輪45、滾輪固定軸66、滑塊固定板60、直線導(dǎo)軌61、直線滑塊62、連接塊63、滾輪座固定板64組成。本發(fā)明由動力頭和加工組件模塊組成。動力頭由前段行走部分、驅(qū)動模塊和后段行走部分組成。輪支撐桿7通過輪支撐桿座安裝在上端板5上，滾輪安裝在輪夾持座24上，輪夾持座24通過螺栓滾定在輪支撐桿7上。滾輪通過深溝球軸承和銷軸安裝在輪夾持座上。銷軸和深溝球軸承的配合屬于過盈配合。輪支撐桿成90度分布，能有效地減小機(jī)器人與管道內(nèi)壁的摩擦阻力。螺栓I和調(diào)節(jié)螺母2通過擋板6組成預(yù)緊結(jié)構(gòu)，在管道加工機(jī)器人進(jìn)入工作狀態(tài)之前，手動調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母將輪支撐桿壓緊在管道內(nèi)壁。支撐機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由支撐塊26、支撐桿25調(diào)節(jié)板10和調(diào)節(jié)桿27組成。支撐塊通過銷軸和深溝球軸承安裝在支撐桿25上，銷軸和深溝球軸承的配合屬于過盈配合。深溝球軸承與支撐桿的配合也屬于過盈配合。在工作過程中調(diào)節(jié)板10在驅(qū)動電機(jī)8帶動下直線滑動，滑塊帶動曲柄擺動實(shí)現(xiàn)支撐塊的俯仰運(yùn)動，以此達(dá)到支撐塊在管道內(nèi)壁加緊和松開動作。將徑向調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)在圓周方向上設(shè)計(jì)成空間成90°周向均勻分布的結(jié)構(gòu)，兩兩相對的結(jié)構(gòu)便于抵消來自固定塊壓緊管道內(nèi)壁時，施加到電機(jī)絲杠上的作用反力，有效避免了電機(jī)絲杠由于受到單方向的作用反力而產(chǎn)生彎曲的現(xiàn)象。定向?qū)к壗M件由滑道光軸、直線軸承、軸支架和導(dǎo)軌支座幾部分組成。電機(jī)輸出軸伸長和回拉時，蠕動前關(guān)節(jié)和蠕動后關(guān)節(jié)通過直線軸承而沿著光軸導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動。管道加工機(jī)器人加工部分主要由驅(qū)動電機(jī)、左右兩組刀具、輪系傳動系統(tǒng)、凸輪傳動系統(tǒng)等部分組成。其具體結(jié)構(gòu)如下圖6所示。驅(qū)動電機(jī)51滾定在擋板47、59、52上。電機(jī)軸通過平鍵55與軸56連接，軸承59與軸56過盈配合。斜齒輪54通過平鍵57與軸56配合。滾壓頭33通過連接件31連接，軸承32安裝在連接塊中，能讓滾壓頭自由滾動。套環(huán)(30)防止軸承的軸向移動。加熱頭28通過光軸支撐架35滾定，安裝完后對光軸支持坐上的緊固螺釘進(jìn)行預(yù)警，防止加熱棒28的軸向移動。斜齒輪47與深溝球軸承過盈配合，安裝在軸49上，右端滾定在右端板48上，采用右端板48和套環(huán)44防止軸承的軸向運(yùn)動。由于滾壓的深度為滾定值，采用凸輪45，并使用套環(huán)44滾定。外套筒46右端與斜齒輪47滾定，左端與左擋圈41連接，外套筒43與深溝球軸承42過盈配合。深溝球軸承的軸向通過擋圈41和套環(huán)44滾定。定位銷40與零件39連接達(dá)到定位的作用。位于機(jī)器人行走模塊前段的前徑向調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)下降，松開管道內(nèi)壁，與此同時，位于行走模塊后段的后徑向調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)升起，壓緊管道內(nèi)壁。電動推桿開始運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的推桿伸長，帶動行走模塊的前段部分向前行進(jìn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定位置后，電動推桿停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的推桿停止伸長，位于行走模塊前段的前徑向調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)升起，壓緊管道內(nèi)壁，與此同時，位于行走模塊后段的后徑向調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)下降，松開管道內(nèi)壁。電動推桿反向運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的推桿往回收縮的同時帶動管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工機(jī)器人向前行進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定位置后，電動推桿停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
下面結(jié)合附圖11說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。一個加工周期包括熱滾壓加工和行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動。在熱滾壓加工過程中，第一步①、④、⑦擰緊且⑤、⑥升高，頂緊內(nèi)壁。第二步②順時針③逆時針方向同步旋轉(zhuǎn)240°。第三步⑥徑向下降15mm,松開內(nèi)壁，電動推桿A伸長95mm。第四步⑥徑向升高15mm,頂緊內(nèi)壁；⑤徑向下降15mm,松開內(nèi)壁，電動推桿A回縮95mm,帶動機(jī)器人前進(jìn)95_。第五步⑤徑向升高15mm,頂緊內(nèi)壁；②逆時針③順時針方向同步旋轉(zhuǎn)240°。第六步重復(fù)3、4、5步兩次。在行走機(jī)構(gòu)行走過程中，第一步⑥徑向下降15_，松開內(nèi)壁，電動推桿A伸長95mm。第二步⑥徑向升高15mm,頂緊內(nèi)壁；⑤徑向下降15mm,松開內(nèi)壁，電動推桿A回縮95mm,帶動機(jī)器人前進(jìn)95mm。第三步⑤徑向升高15mm,頂緊內(nèi)壁。第四步重復(fù)1、2、3步三次。
權(quán)利要求
1.一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是包括行走部分、行走部分電機(jī)、加工部分、加工部分電機(jī),行走部分包括引導(dǎo)行走部分、前段行走部分、后段行走部分,前段行走部分的上半部分包括調(diào)節(jié)螺栓、擋板、輪支撐桿、支撐桿、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)電機(jī)、外殼，調(diào)節(jié)螺栓連接擋板并調(diào)整擋板位置，安裝在外殼上的輪支撐桿一端被擋板卡住、另一端安裝輪，支撐桿一端安裝在外殼上、另一端安裝支撐塊，調(diào)節(jié)電機(jī)、調(diào)節(jié)板固定在外殼里，調(diào)節(jié)電機(jī)伸出的桿調(diào)整調(diào)節(jié)板在外殼里的位置，調(diào)節(jié)桿一端連接調(diào)節(jié)板、另一端連接支撐桿，前段行走部分下半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、沿調(diào)節(jié)電機(jī)軸線上下對稱；行走部分電機(jī)安裝在前段行走部分和后段行走部分之間，行走部分電機(jī)包括可伸縮的桿，桿連接后段行走部分，后段行走部分與前段行走部分結(jié)構(gòu)相同、對稱布置；引導(dǎo)行走部分、加工部分與加工部分電機(jī)組成的機(jī)構(gòu)、前段行走部分、行走部分電機(jī)、后段行走部分依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是所述的引導(dǎo)行走部分的上半部分包括引導(dǎo)調(diào)節(jié)螺栓、引導(dǎo)擋板、引導(dǎo)輪支撐桿、引導(dǎo)外殼，引導(dǎo)調(diào)節(jié)螺栓連接引導(dǎo)擋板并調(diào)整引導(dǎo)擋板位置，安裝在引導(dǎo)外殼上的引導(dǎo)輪支撐桿一端被引導(dǎo)擋板卡住、另一端安裝引導(dǎo)輪；引導(dǎo)行走部分的下半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、且沿螺栓軸線上下對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是所述的加工部分包括滾壓刀具、加熱棒、軸、錐齒輪，錐齒輪連接軸，軸上安裝凸輪，滾壓刀具和加熱棒均安裝在支架上，凸輪連接支架；加工部分電機(jī)連接錐齒輪傳動軸，錐齒輪傳動軸連接第一加工部分電機(jī)錐齒輪和第二加工部分電機(jī)錐齒輪；所述的加工部分有四個，第一加工部分和第二加工部分共用第一軸并根據(jù)第一軸對稱布置，第三加工部分和第四加工部分共用第二軸并根據(jù)第二軸對稱布置，第一加工部分錐齒輪連接第一加工部分電機(jī)錐齒輪，第三加工部分錐齒輪連接第二加工部分電機(jī)錐齒輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是所述的前段行走部分還包括左半部分和右半部分，左半部分和右半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、分別置于前段行走部分本體的左右兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是所述的前段行走部分還包括左半部分和右半部分，左半部分和右半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同、分別置于前段行走部分本體的左右兩側(cè)。
6.一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工方法，采用權(quán)利要求I所述的一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征是將管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置置于管道內(nèi)，驅(qū)動前段行走部分和后段行走部分的調(diào)節(jié)電機(jī)，使后段行走部分的支撐塊壓緊管道內(nèi)壁、前段行走部分的支撐塊松開管道內(nèi)壁，驅(qū)動行走部分電機(jī)，使行走部分電機(jī)的桿推出從而使管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置本體前進(jìn)，然后驅(qū)動前段行走部分和后段行走部分的調(diào)節(jié)電機(jī)，使前段行走部分的支撐塊壓緊管道內(nèi)壁、后段行走部分的支撐塊松開管道內(nèi)壁，完成一步的行走過程，重復(fù)上述行走過程直至管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置本體到達(dá)預(yù)加工管道內(nèi)壁的待加工位置，之后調(diào)節(jié)所有的調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)電機(jī)，使得所有的輪和支撐塊壓緊管道內(nèi)壁，啟動加工部分電機(jī)，力口工部分開始工作，完成管道內(nèi)壁的加工。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種管道內(nèi)壁減阻結(jié)構(gòu)加工裝置及加工方法，包括行走部分、行走部分電機(jī)、加工部分、加工部分電機(jī)，行走部分包括引導(dǎo)行走部分、前段行走部分、后段行走部分，前段行走部分下半部分與上半部分結(jié)構(gòu)相同；行走部分電機(jī)安裝在前段行走部分和后段行走部分之間，行走部分電機(jī)包括可伸縮的桿，桿連接后段行走部分，后段行走部分與前段行走部分結(jié)構(gòu)相同、對稱布置；引導(dǎo)行走部分、加工部分與加工部分電機(jī)組成的機(jī)構(gòu)、前段行走部分、行走部分電機(jī)、后段行走部分依次相連。本發(fā)明作業(yè)管徑范圍大，具有很好定心和定位功能，結(jié)構(gòu)布局簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號B21D17/04GK102764804SQ201210230008
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者于偉波, 劉文博, 李照遠(yuǎn), 汝晶, 臧東陽, 谷云慶, 趙剛, 趙洋, 鄭金興, 馬長順 申請人:哈爾濱工程大學(xué)