立体变径支撑式管道打磨装置

摘要

本发明公开了一种立体变径支撑式管道打磨装置，呈六面体框架结构，其包括四组对称分布于六面体框架结构四个侧面上的剪叉变径支撑单元、公转驱动单元以及分布于六面体框架结构四个侧棱上的变径驱动单元、粗打磨单元、轴向驱动单元、精打磨单元；剪叉变径支撑单元之间通过直角铰接座铰接，直角铰接座位于六面体框架结构的顶点；公转驱动单元设于轴向驱动单元上并与轴向驱动单元传动连接；粗打磨单元、精打磨单元分别固定在一个打磨滑块上，打磨滑块两端分别通过打磨滑杆和缓冲弹簧浮动连接直角铰接座上；直角铰接座上朝外设有球轮定心单元；本发明可提高所需的径向刚性支撑，保障打磨精度和打磨效率，而粗精打磨单元浮动弹性连接，工作更稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种立体变径支撑式管道打磨装置。

背景技术

在管道内壁打磨加工环节，为了提高管道打磨设备能够适应多种规格的管道，而采用了变径机构与打磨机构配合的方式来增强设备的灵活性、适用性。

但是现有管道打磨设备中的变径机构为独立连接结构，刚性较差，导致打磨精度不高，同时较差的刚性无法承受过大的磨削力，影响打磨效率；还有变径机构与打磨机构之间采用刚性连接，当打磨过程中遇到打磨阻力的突然增加（如存在焊瘤凸起）会导致整个打磨设备失稳，甚至造成打磨设备损坏，进而损伤管道表面。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种立体变径支撑式管道打磨装置。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种立体变径支撑式管道打磨装置，所述管道打磨装置呈六面体框架结构，其包括四组剪叉变径支撑单元、变径驱动单元、粗打磨单元、精打磨单元、轴向驱动单元和公转驱动单元；

所述四组剪叉变径支撑单元对称分布于六面体框架结构的四个侧面上，相邻所述剪叉变径支撑单元之间通过两个直角铰接座转动副连接，所述直角铰接座分布于六面体框架结构的顶点上；

所述变径驱动单元、粗打磨单元、轴向驱动单元、精打磨单元沿周向依次分布于六面体框架结构的四个侧棱上、且分别对应连接在两个上下相对的直角铰接座之间，所述粗打磨单元与精打磨单元中心对称设置，所述公转驱动单元连接在轴向驱动单元上、并与轴向驱动单元传动连接；

所述粗打磨单元、精打磨单元分别固定在一个打磨滑块上，所述打磨滑块的两端分别通过打磨滑杆对应连接在直角铰接座上，所述打磨滑杆的一端固定在直角铰接座上，所述打磨滑杆的另一端活动贯穿打磨滑块，每个所述打磨滑杆上均套设有缓冲弹簧；所述粗打磨单元包括粗打磨盘，所述精打磨单元包括精打磨盘；

与所述变径驱动单元、粗打磨单元、精打磨单元分别对应连接的直角铰接座上均朝外设置有球轮定心单元；

所述变径驱动单元用于驱动四组剪叉变径支撑单元折叠运动而改变六面体框架结构内接圆的直径；

所述轴向驱动单元用于带动整个管道打磨装置沿管道的轴向移动；

所述公转驱动单元用于带动整个管道打磨装置在管道做圆周运动。

其中，所述球轮定心单元包括球轮柱和定心球轮，所述球轮柱的一端固定在直角铰接座上，所述定心球轮活动嵌设于球轮柱的自由端、且突出于球轮柱的表面。

其中，所述轴向驱动单元包括轴向驱动电机、单向齿轮、轴向驱动螺杆、轴向螺母块、滚动磁体和电磁锚定部件，所述轴向驱动电机对应固定在直角铰接座的外侧，所述轴向驱动螺杆的一端活动连接在直角铰接座的内侧并与轴向驱动电机的输出端连接，所述单向齿轮固定套接在轴向驱动螺杆的一端，所述轴向螺母块螺纹连接在轴向驱动螺杆上，所述滚动磁体通过一个磁铁架固定在轴向螺母块上，所述电磁锚定部件固定在相对的另一个直角铰接座上。

其中，所述轴向驱动单元还包括柔性高度补偿垫，所述柔性高度补偿垫设于轴向螺母块与磁铁架之间。

其中，所述电磁锚定部件包括锚定固定板、锚定电磁铁和锚定微动垫片，所述锚定固定板连接在直角铰接座上，所锚定微动垫片设于锚定固定板上，所述锚定电磁铁设于锚定微动垫片上。

其中，所述公转驱动单元包括公转连接板、公转驱动齿轮和滚轮轴，所述公转连接板固定套接在螺杆上并位于单向齿轮与直角铰接座之间，所述滚轮轴转动连接在公转连接板上，所述公转驱动齿轮固定套接在滚轮轴上并位于公转连接板与滚轮轴之间，所述公转驱动齿轮与单向齿轮啮合，所述公转驱动齿轮的齿顶圆直径与滚轮轴的直径相匹配，所述滚轮轴上呈圆周阵列轴接有多个公转滚轮，所述公转滚轮沿径向设置、且其轴向与滚轮轴的径向垂直，所述公转滚轮的外圆周表面向外突出滚轮轴的外圆周表面。

其中，所述粗打磨单元、精打磨单元均包括压电微动片、打磨电机和L形的打磨支架，所述压电微动片固定在打磨滑块上，所述打磨支架的一端固定在压电微动片上，所述打磨电机固定在打磨支架的另一端，所述粗打磨单元的打磨电机的输出端穿过打磨支架后与粗打磨盘连接，所述精打磨单元的打磨电机的输出端穿过打磨支架后与精打磨盘连接。

其中，所述变径驱动单元包括变径驱动电机、变径螺杆和变径螺母杆，所述变径驱动电机对应固定在直角铰接座的外侧，所述变径螺杆的一端转动连接在直角铰接座的内侧并与变径驱动电机的输出端连接，所述变径螺母杆的一端螺纹连接在变径螺杆的另一端，所述变径螺母杆的另一端固定在相对的另一个直角铰接座上。

其中，所述直角铰接座呈八边形结构。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明通过将四组剪叉变径支撑单元沿轴向依次相互铰接在一起而形成闭合式六面体框架结构，保证粗打磨单元、精打磨单元在打磨过程中所需的径向刚性支撑，保障打磨精度和打磨效率；同时将粗打磨单元和精打磨单元浮动弹性连接在两个直角铰接座之间，从而使缓冲弹簧为粗打磨单元和精打磨单元在打磨过程中吸收冲击能量，起到缓冲作用，保障打磨工作的正常运行。

附图说明

图1是本发明处于展开状态时的立体图；

图2是本发明处于收拢状态时置入管道内的示意图；

图3是本发明的四组剪叉变径支撑单元配合连接的示意图；

图4是本发明的轴向驱动单元的立体图；

图5是本发明的公转驱动单元的立体图；

图6是本发明中粗打磨单元或精打磨单元的立体图；

附图标记说明：剪叉变径支撑单元-1；直角铰接座-11；变径驱动单元-2；变径驱动电机-21；变径螺杆-22；变径螺母杆-23；粗打磨单元-3；精打磨单元-4；轴向驱动单元-5；轴向驱动电机-51；单向齿轮-52；轴向驱动螺杆-53；轴向螺母块-54；滚动磁体-55；电磁锚定部件-56；锚定固定板-561；锚定电磁铁-562；锚定微动垫片-563；磁铁架-57；柔性高度补偿垫-58；公转驱动单元-6；公转连接板-61；公转驱动齿轮-62；滚轮轴-63；公转滚轮-64；打磨滑块-7；打磨滑杆-8；缓冲弹簧-9；球轮定心单元-10；球轮柱-101；定心球轮-102；压电微动片-m1；打磨电机-m2；打磨支架-m3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。

如图1至图6所示，本实施例所述的一种立体变径支撑式管道打磨装置，所述管道打磨装置呈六面体框架结构，其包括四组剪叉变径支撑单元1、变径驱动单元2、粗打磨单元3、精打磨单元4、轴向驱动单元5和公转驱动单元6；

所述四组剪叉变径支撑单元1对称分布于六面体框架结构的四个侧面上，相邻所述剪叉变径支撑单元1之间通过两个直角铰接座11转动副连接，所述直角铰接座11分布于六面体框架结构的顶点上；

所述变径驱动单元2、粗打磨单元3、轴向驱动单元5、精打磨单元4沿周向依次分布于六面体框架结构的四个侧棱上、且分别对应连接在两个上下相对的直角铰接座11之间，所述粗打磨单元3与精打磨单元4中心对称设置，所述公转驱动单元6连接在轴向驱动单元5上、并与轴向驱动单元5传动连接；

所述粗打磨单元3、精打磨单元4分别固定在一个打磨滑块7上，所述打磨滑块7的两端分别通过打磨滑杆8对应连接在直角铰接座11上，所述打磨滑杆8的一端固定在直角铰接座11上，所述打磨滑杆8的另一端活动贯穿打磨滑块7，每个所述打磨滑杆8上均套设有缓冲弹簧9；所述粗打磨单元3包括粗打磨盘，所述精打磨单元4包括精打磨盘；

与所述变径驱动单元2、粗打磨单元3、精打磨单元4分别对应连接的直角铰接座11上均朝外设置有球轮定心单元10；

所述变径驱动单元2用于驱动四组剪叉变径支撑单元1折叠运动而改变六面体框架结构内接圆的直径；

所述轴向驱动单元5用于带动整个管道打磨装置沿管道的轴向移动；

所述公转驱动单元6用于带动整个管道打磨装置在管道做圆周运动。

本实施例的工作方式是：首先变径驱动单元2通过驱动剪叉变径支撑单元1折叠运动，使得整个管道打磨装置处于收拢状态，然后将整个管道打磨装置置入待打磨的管道内，然后变径驱动单元2再次驱动剪叉变径支撑单元1折叠运动，使得整个管道打磨装置向外展开，直至各个直角铰接座11上的球轮定心单元10与管道内壁接触实现定心，通过多个球轮定心单元10形成多维度多点支撑，极大提高四组剪叉变径支撑单元1在径向刚度的支撑，保障粗打磨单元3和精打磨单元4的打磨精度，同时粗打磨单元3的粗打磨盘也与管道内壁接触，然后轴向驱动单元5带动整个管道打磨装置沿管道的轴向移动，同时轴向驱动单元5带动公转驱动单元6工作，公转驱动单元6驱动整个管道打磨装置绕管道的中心轴线座做圆周运动，同时粗打磨单元3的粗打磨盘对管道内壁进行打磨，由于粗打磨单元3与精打磨单元4中心对称，因此随着整个管道打磨装置的移动，精打磨单元4的精打磨盘逐渐与管道内壁接触并对经由粗打磨盘打磨后的管道内壁进行精打磨，如此使得粗精打磨同时进行，打磨效率大大提高；粗打磨单元3和精打磨单元4在打磨过程中，由于粗打磨单元3和精打磨单元4分别安装在打磨滑块7上，打磨滑块7两侧的缓冲弹簧9对向压紧打磨滑块7，弹力相等，使得粗打磨单元3和精打磨单元4自由状态时处于保持静止，当磨削过程中出现阻力突然增加时，粗打磨单元3或精打磨单元4带动打磨滑块7挤压缓冲弹簧9，缓冲弹簧9压缩吸收冲击能力，从而对粗打磨单元3或精打磨单元4起到保护作用，同时外界控制机构也可以通过监测缓冲弹簧9的弹力变化情况来调整轴向驱动单元5的进给速率，保证管道内壁打磨质量。

本实施例通过将四组剪叉变径支撑单元1沿轴向依次相互铰接在一起而形成闭合式六面体框架结构，保证粗打磨单元3、精打磨单元4在打磨过程中所需的径向刚性支撑，保障打磨精度和打磨效率；同时将粗打磨单元3和精打磨单元4浮动弹性连接在两个直角铰接座11之间，从而使缓冲弹簧9为粗打磨单元3和精打磨单元4在打磨过程中吸收冲击能量，起到缓冲作用，保障打磨工作的正常运行。

另外，本实施例还可与外界控制机构配合，通过监测缓冲弹簧9的弹力变化情况调整轴向驱动单元5的进给速率，进一步保证打磨质量。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述球轮定心单元10包括球轮柱101和定心球轮102，所述球轮柱101的一端固定在直角铰接座11上，所述定心球轮102活动嵌设于球轮柱101的自由端、且突出于球轮柱101的表面。如此设置，通过定心球轮102与管道内壁接触，减少整个管道打磨装置在轴向移动和圆周运动时与管道的摩擦力，也利于保护打磨完成的管壁。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述轴向驱动单元5包括轴向驱动电机51、单向齿轮52、轴向驱动螺杆53、轴向螺母块54、滚动磁体55和电磁锚定部件56，所述轴向驱动电机51对应固定在直角铰接座11的外侧，所述轴向驱动螺杆53的一端活动连接在直角铰接座11的内侧并与轴向驱动电机51的输出端连接，所述单向齿轮52固定套接在轴向驱动螺杆53的一端，所述轴向螺母块54螺纹连接在轴向驱动螺杆53上，所述滚动磁体55通过一个磁铁架57固定在轴向螺母块54上，所述电磁锚定部件56固定在相对的另一个直角铰接座11上。

本实施例中，所述单向齿轮52包括圆柱齿轮、棘轮、棘爪和簧片，所述圆柱齿轮的一侧开设有与棘轮配合的容置槽内，所述棘轮固定套接在轴向驱动螺杆53上，所述圆柱齿轮活动套接于棘轮上，所述圆柱齿轮与轴向驱动螺杆53配合使棘轮限位于容置槽内，所述棘爪的一端轴接在圆柱齿轮的容置槽内，所述棘爪的另一端与棘轮啮合，所述簧片的一端固定在圆柱齿轮上，所述簧片的另一端弹性压紧在棘爪的另一端上，使得棘爪始终保持与棘轮啮合的趋势；如此设置，轴向驱动螺杆53正传时，棘轮通过棘爪将旋转力矩传递至圆柱齿轮上，带动圆柱齿轮旋转，进而带动公转驱动单元6工作；而轴向驱动螺杆53反转时，棘爪无法将旋转力矩传递至圆柱齿轮上，即棘轮随着轴向驱动螺杆53旋转，而圆柱齿轮不转，从而实现单向传递动力。

实际使用时，变径驱动单元2驱动四组剪叉变径支撑单元1逐渐展开，直至各个球轮定心单元10的定心球轮102与管道内壁接触，然后滚动磁体55吸附住管道内壁，然后轴向驱动电机51驱动轴向驱动螺杆53正向旋转，由于轴向螺母块54位置固定，从而使得轴向驱动螺杆53带动整个管道打磨装置沿轴向移动，同时轴向驱动螺杆53带动单向齿轮52转动，单向齿轮52驱动公转驱动单元6工作，公转驱动单元6又带动整个管道打磨装置公转，如此使得整个管道打磨装置在轴向移动的同时也在做圆周运动，从而带动粗打磨单元3和精打磨单元4对管道内壁进行打磨处理；当轴向驱动螺杆53行程走完之后，即完成一个步进位移，滚动磁体55松开，电磁锚定部件56吸附住管壁，然后轴向驱动电机51带动轴向驱动螺杆53反转，此时单向齿轮52空转，即单向齿轮52不会传动动力至公转驱动单元6上，轴向驱动螺杆53驱动轴向螺母块54带动滚动磁体55移动，以便进行下一个轴向步进位移。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述轴向驱动单元5还包括柔性高度补偿垫58，所述柔性高度补偿垫58设于轴向螺母块54与磁铁架57之间。如此设置，以便确保滚动磁体55能够与管道内壁接触并吸附在管道上，避免因管道内径出现微变时滚动磁体55无法与管道接触进而影响整个管道打磨装置的工作，整体结构更可靠。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述电磁锚定部件56包括锚定固定板561、锚定电磁铁562和锚定微动垫片563，所述锚定固定板561连接在直角铰接座11上，所锚定微动垫片563设于锚定固定板561上，所述锚定电磁铁562设于锚定微动垫片563上。实际使用时，锚定微动垫片563工作，抬升锚定电磁铁562与管道内壁的距离，使得锚定电磁铁562接触管道内壁并吸附在管道内壁，从而便于轴向驱动电机51带动轴向驱动螺杆53反转时，轴向螺母块54带动滚动磁体55移动，实现滚动磁体55位移的改变，以便整个管道打磨装置进行下一个轴向步进位移。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述公转驱动单元6包括公转连接板61、公转驱动齿轮62和滚轮轴63，所述公转连接板61固定套接在螺杆上并位于单向齿轮52与直角铰接座11之间，所述滚轮轴63转动连接在公转连接板61上，所述公转驱动齿轮62固定套接在滚轮轴63上并位于公转连接板61与滚轮轴63之间，所述公转驱动齿轮62与单向齿轮52啮合，所述公转驱动齿轮62的齿顶圆直径与滚轮轴63的直径相匹配，所述滚轮轴63上呈圆周阵列轴接有多个公转滚轮64，所述公转滚轮64沿径向设置、且其轴向与滚轮轴63的径向垂直，所述公转滚轮64的外圆周表面向外突出滚轮轴63的外圆周表面。

实际使用时，四组剪叉变径支撑单元1展开，使得各个球轮定心单元10与管道内壁接触，同时滚轮轴63上有公转滚轮64管道内壁接触，然后轴向驱动单元5工作时，单向齿轮52带动公转驱动齿轮62旋转，公转驱动齿轮62带动滚轮轴63转动，滚轮轴63带动多个公转滚轮64旋转，使得多个公转滚轮64依次循环与管道内壁接触，公转滚轮64与管道内壁之间产生摩擦力，随着滚轮轴63的不断旋转，使得管道内壁对公转滚轮64的摩擦力推动公转驱动单元6沿着管壁做公转运动，公转驱动单元6带动整个管道打磨装置旋转，从而实现粗打磨单元3和精打磨单元4对管道内壁进行周向打磨，同时结合轴向移动，实现对整个管道内壁的打磨处理。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述粗打磨单元3、精打磨单元4均包括压电微动片m1、打磨电机m2和L形的打磨支架m3 ，所述压电微动片m1固定在打磨滑块7上，所述打磨支架m3 的一端固定在压电微动片m1上，所述打磨电机m2固定在打磨支架m3 的另一端，所述粗打磨单元3的打磨电机m2的输出端穿过打磨支架m3 后与粗打磨盘连接，所述精打磨单元4的打磨电机m2的输出端穿过打磨支架m3 后与精打磨盘连接。

实际使用时，粗打磨单元3的压电微动片m1调整粗打磨盘与管道内壁的间距，使粗打磨盘逐渐与管道内壁接触，然后粗打磨单元3的打磨电机m2驱动粗打磨盘旋转，使得粗打磨盘随着轴向移动和公转运动对管道内壁进行粗打磨处理，而精打磨单元4滞后粗打磨单元3，随着轴向移动，精打磨单元4逐渐进入经粗打磨单元3打磨后的管道区域，然后精打磨单元4的压电微动片m1工作，使得精打磨盘与经粗打磨处理的管道内壁接触，然后精打磨单元4的打磨电机m2驱动精打磨盘旋转，对管道内壁进行精打磨处理，如此使得粗精打磨在同时进行，提高打磨效率。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述变径驱动单元2包括变径驱动电机21、变径螺杆22和变径螺母杆23，所述变径驱动电机21对应固定在直角铰接座11的外侧，所述变径螺杆22的一端转动连接在直角铰接座11的内侧并与变径驱动电机21的输出端连接，所述变径螺母杆23的一端螺纹连接在变径螺杆22的另一端，所述变径螺母杆23的另一端固定在相对的另一个直角铰接座11上。

实际使用时，变径驱动电机21经由变径螺杆22旋转驱动变径螺母杆23沿变径螺杆22的轴向移动，进而改变相对的两个直角铰接座11之间的距离，两个直角铰接座11驱动对应的剪叉变径支撑单元1做折叠运动，而该剪叉变径支撑单元1同步驱动其余三个剪叉变径支撑单元1折叠运动，进而使四组剪叉变径支撑单元1收拢或展开，实现粗打磨单元3和精打磨单元4的变径，以适应当前的管道内径。

基于上述实施例的基础上，进一步地，所述直角铰接座11呈八边形结构。如此设置，使得位于同一侧的四个直角铰接座11能够在完成收拢状态下时合并贴靠在一起，进而减少整个管道打磨装置的收拢体积，以适应管径更小的管道；同时也便于相邻剪叉变径支撑单元1之间的铰接。

以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。