транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода

Формула изобретения

Транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода, содержащее корпус с установленным на нем устройством перемещения, выполненным в виде двух охватывающих наружную поверхность трубопровода разъемных направляющих колец с установленными внутри них колесными механизмами их качения и фиксации на указанной поверхности и соединенных между собой силовым приводом их шагового перемещения друг относительно друга по трубопроводу, отличающееся тем, что указанный силовой привод шагового перемещения колец выполнен в виде пружинных пневматических вибраторов, работающих на резонансном режиме, а колесные механизмы качения и фиксации колец снабжены храповыми колесами с подвижными упорами, управляемыми магнитным полем катушек электромагнитов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленным транспортным средствам, в частности к самоходным устройствам для перемещения различного технологического оборудования по наружной поверхности трубопроводов.

Известна конструкция самоходной тележки для перемещения по наружной поверхности трубы, содержащая раму с ведущими опорными катками и охватывающий трубу направляющий механизм, выполненный в виде петель гибкого вала, замкнутых через опорные катки и противовес с выдвижным упором с роликом (а.с. СССР N 712313, В 62 D 57/00, 1980).

Недостатками известной конструкции являются необходимость определенной пространственной ориентации узлов самоходной тележки относительно пространственного положения трубопровода и связанная с этим сложность осуществления перемещения транспортного устройства.

Известно транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода, содержащее корпус с установленным на нем устройством перемещения, выполненным в виде двух охватывающих наружную поверхность трубопровода разъемных направляющих колец с установленными внутри них колесными механизмами их качения и фиксации на указанной поверхности и соединенных между собой силовым приводом их шагового перемещения друг относительно друга по трубопроводу (патент Японии N 33992, кл. В 52 D 57/02, 1987 прототип).

Недостатком указанного транспортного устройства является необходимость наличия для реализации его перемещения двух близко расположенных трубопроводов, что значительно снижает область eгo возможного использования.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности передвижения транспортного средства за счет эффективного использования работы подвижных узлов аппарата на резонансных режимах.

Указанный технический результат достигается тем, что для перемещения по наружной поверхности трубопровода в транспортном средстве, содержащем корпус с установленным на нем устройством перемещения, выполненным в виде двух охватывающих наружную поверхность трубопровода разъемных направляющих колец с установленными внутри них колесными механизмами их качения и фиксации на указанной поверхности и соединенных между собой силовым приводом их шагового перемещения друг относительно друга по трубопроводу, указанный силовой привод шагового перемещения колец выполнен в виде пружинных пневматических вибраторов, работающих на резонансном режиме, а колесные механизмы качения и фиксации колец снабжены храповыми колесами с подвижными упорами, управляемыми магнитным полем катушек электромагнитов.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид предложенного устройства; на фиг.2 - пневматический пружинный вибратор; на фиг.3 конструкция разъемного направляющего кольца; на фиг.4 элемент разъемного направляющего кольца (разрез радиальной секущей плоскостью); на фиг.5 схема работы замкового механизма разъемного направляющего кольца (разрез); на фиг.6 пневматический элемент; на фиг. 7 общий вид колесного механизма качения и фиксации колец; на фиг. 8 вид А храпового механизма и схема работы механизма; на фиг. 9 - вид Б храпового механизма; на фиг.10 вид В колесного механизма и разрез электромагнитной части механизма.

Заявляемое транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода содержит охватывающие трубу 1 разъемные направляющие кольца 2, соединенные между собой посредством нескольких пневматических пружинных вибраторов 3, каждый из которых содержит эластичную трубку 4, например из резины, которая помещается внутри пружины растяжения сжатия 5. Концы эластичной трубки 4 надеваются на внешнюю поверхность опорных колец так, как показано на фиг.2, и фиксируются кольцами 7, установленными с натягом. Торцы пружины 5 опираются на торцы опорных колей 6 и фиксируются в таком положении шайбой 8, прижимаемой накидной гайкой 9, которая навинчивается на основание 10. Одно из оснований 10 пружинного вибратора 3 имеет подводящий штуцер 11, к которому подсоединяется воздухопровод 12 для подачи и отвода сжатого воздуха в рабочую полость 13. Прокладка 14, устанавливаемая между эластичной трубкой 4 и буртом основания 10 препятствует перетеканию сжатого воздуха из полости 13 в атмосферу.

Пружинные вибраторы 3 крепятся за опорные плиты с крепежными отверстиями 15 к кольцевым выступам 16 разъемных колец 2.

Каждое разъемное кольцо состоит их двух полуколец 17 и 18, которые соединяются между собой при помощи оси 19, входящей в отверстия петель 20 и 21 и фиксирующейся в таком положении гайкой 22. Внутренние поверхности полуколец имеют кольцевые выступы 16, к которым крепятся опорными плитами вибраторы 3. Кольцевые выступы образуют с внутренней поверхностью полуколец полости, в которые подается сжатый воздух. Причем конструкция кольцевых выступов разъемного кольца, к которому крепятся основания вибраторов, имеющих штуцер 11 с воздуховодом 12, образует две кольцевых полости 23 и 24, в то время как другое разъемное кольцо имеет одну кольцевую полость.

Кольцевые полости 23 и 24 соединяются с источниками сжатого воздуха (на чертежах не показаны) посредством воздухопроводов 25 и 26 соответственно. Из кольцевой полости 23 воздух через штуцеры 27 и воздуховоды 12 поступает в рабочие полости 13 вибраторов 3. Полость 24 сообщается с полостями 28 пневматических элементов 29 посредством штуцеров 30 и воздуховодов 31.

Пневматические элементы 29 с установленными на их опорных плитах 32 механизмами качения и фиксации колец 33 крепятся по обе стороны кольцевых выступов 16 на внутренних поверхностях полуколец 17 и 18, как показано на фиг.3.

Разъемные кольца 2 снабжены быстродействующими замковыми механизмами, которые включают замок 34, расположенный на полукольце 17, и крюк 35, находящийся на полукольце 18.

Конструкция замка 34 включает поворотную пластину 36 со стопором 37, установленную на оси 38. Поворотная пластина прижимается к корпусу замка пружиной 39.

Пневматические элементы 29 представляют собой пневматические цилиндры с прямоугольным поршнем 40. Такая форма поршня пневмоцилиндра препятствует повороту поршня 40 в корпусе 41 и обеспечивает компактную конструкцию всего пневматического элемента.

Корпус 41 устанавливается на крепежной плите 42, имеющей цилиндрический подпятник, что упрощает установку пневматических элементов на поверхности полуколец. Крепление пневматических элементов осуществляется за отверстия 43 крепежной плиты.

К поршню 40 с одной стороны жестко крепятся два штока 44, подпружиненных пружинами 45. К торцам штоков 44 при помощи винтов 46 присоединяется опорная плита 32, на которой базируется механизм качения и фиксации колец 33.

Уплотнение 47 поршня 40 препятствует перетеканию сжатого воздуха из бесштоковой полости, которая сообщается посредством штуцера 48 и воздуховода 31 с кольцевой полостью 24, в полость, содержащую штоки 44. Штоковая полость сообщается с атмосферой дренажным отверстием 49.

Механизм качения и фиксаций колец 33 включает установленное на оси 50 колесо 51, обод 52 которого изготовлен из материала с хорошими фрикционными свойствами, например из резины, и жестко соединен с колесом. По обе стороны колеса 51 к нему жестко крепятся храповые колеса 53 и 54. При этом храповые колеса устанавливаются таким образом, что колесо 53 при взаимодействии зубьев колеса с упором 55 обеспечивает вращение в одну сторону, а колесо 54 при взаимодействии зубьев колеса с упором 56 в другую сторону. Ось 50 устанавливается в подшипниках качения 57, которые базируются в кольцевых проточках опорных стоек 58 и 59 и фиксируются в таком положении гайками 60.

К боковым поверхностям опорных стоек 58 и 59 крепятся опоры П-образного сердечника 61 электромагнита. Каждая опора состоит из верхней 62 и нижней 63 половинок, которые при соединении охватывают поверхность полюсов сердечника 61, а направляющие 64 образуют пазы, в которых перемещаются упоры 55 и 56. В качестве материала для опор сердечника должен быть использован материал, не обладающий ферромагнитными свойствами и имеющий низкий коэффициент трения, например медь или латунь. Сердечник 61 изготавливается из магнитомягкого материала, имеющего петлю гистерезиса с малым остаточным магнитным полем, например из железа АРМКО или супермаллоя.

Упоры 55 и 56 изготавливают из легкого, износостойкого, неферромагнитного материала. К тыльной поверхности упоров крепятся полюсами постоянные магниты 65 и 66 таким образом, чтобы упоры 55 и 56 с присоединенными постоянными магнитами оканчивались одноименными полюсами. Габариты и магнитные свойства постоянных магнитов выбираются с таким расчетом, чтобы сила отталкивания, возникающая при взаимодействие магнитных полей электромагнита и постоянного магнита, была больше силы веса упоров 55 и 56 с присоединенными к ним постоянными магнитами 65 и 66. Это условие обеспечивает удовлетворительную работу упоров при любом пространственном положении механизма одностороннего передвижения.

Магнитное поле электромагнита управляется величиной и направлением электрического тока, проходящего по катушке возбуждения 67, намотанной в центральной части П-образного сердечника 61. Электрическое питание катушки возбуждения осуществляется от источника постоянного тока ( на фиг. не показан) при помощи проводов 68.

Сердечник 61 фиксируется в охватывающих его поверхность опорах при помощи фиксирующих винтов 69, которые вставляются в отверстия верхних и нижних половинок опор и ввинчиваются в резьбовые отверстия 70 сердечника 61.

Крепление механизма качения и фиксации, колец 33 к опорной плите 32 осуществляется за лапы опорных стоек 58 и 59 при помощи крепежных винтов, вставляемых в отверстия лап. При этом ширина лап h равна ширине площадки опорной плиты, огражденной внешним буртом, что обеспечивает надежную фиксацию механизма на опорной плите 32.

Транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода работает следующим образом.

Аппарат с разведенными разъемными кольцами 2 подносят к поверхности трубопровода 1 и соединяют между собой полукольца разъемных колец. При этом крюк 35 полукольца 18 входит в замок 34 полукольца 17. Стопор 37, скользя по наклонной поверхности крюка 35, поворачивает поворотную пластину 36, пропуская крюк в полость замка. Когда стопор 37 попадает в паз крюка 35, поворотная пластина 36 притягивается пружиной 39 в первоначальное положение, осуществляя фиксацию крюка 35 в замке 34. Таким образом, трубопровод 1 оказывается охваченным разъемными кольцами 2.

После этого в полость 24 по воздухопроводам 26 от источника подается сжатый воздух. Из кольцевой полости 24 сжатый воздух поступает по воздуховодам 31 в полости 28 пневматических элементов 29. Под действием сжатого воздуха поршень 40 перемещает опорную плиту 32 с закрепленным на ней механизмом качения и фиксации колец 33 до упора колес 51 в поверхность трубопровода 1. При этом пружины 45 сжимаются, а воздух из штоковой полости удаляется через дренажное отверстие 49. Таким образом происходит базирование разъемных колец 2 на поверхности трубопровода. Усилие прижатия колес 51 к поверхности трубопровода может регулироваться изменением рабочего давления в полости 24, которое определяется давлением источника сжатого воздуха. Возможность перемещения в радиальном направлении механизмов 33 на величину хода поршня пневмоэлементов 29 позволяет использовать транспортное средство в определенном диапазоне диаметров трубопроводов.

После установки разъемных колец 2 на поверхности трубопровода 1, в зависимости от необходимого направления перемещения аппарата, провода 68, соединяющие катушки возбуждения 67 электромагнитов, установленных на механизмах качения и фиксации колен 33 заднего по ходу движения кольца 2, подключают таким образом, чтобы полюс электромагнита, расположенный вблизи храпового колеса, позволяющего вращение колеса 51 в нужную сторону, например храпового колеса 54, имел одинаковую полярность со свободным полюсом постоянного магнита 66, присоединяемого к упору 56. Под действием сил магнитного взаимодействия упор 55 притягивается к полюсу сердечника 61, а упор 56 прижимается к зубьям храпового колеса 54 силой отталкивания постоянного магнита 66 и электромагнита.

На катушки возбуждения электромагнитов, установленных на механизмах качения и фиксации колец 33 переднего по ходу движения кольца 2, питание не подается, и упоры 55 и 56 притягиваются силой притяжения постоянных магнитов 65 и 66 к сердечнику 61. Таким образом обеспечивается возможность вращения колес 51 механизмов 33, установленных на заднем по ходу движения кольце, лишь в одну сторону, а установленных на переднем по ходу движения кольце в обе стороны.

После этого кольцевую полость 23 одного из разъемных колец 2 посредством воздухопровода 25 соединяют с источником сжатого воздуха (не показан), работающего в пульсирующем режиме "нагнетание разряжение". В качестве такого источника сжатого воздуха может быть использован компрессор или цеховая магистраль, на выходе которых устанавливается электроуправляемый двухпозиционный пневмораспределитель. В одной позиции распределитель перекрывает линию сжатого воздуха и сообщает кольцевую полость 23 с атмосферой, а в другой перекрывает линию сообщения с атмосферой и соединяет полость 23 с магистралью сжатого воздуха. Попеременное переключение позиций пневмораспределителя обеспечивает поступление и отвод сжатого воздуха вниз кольцевой полости 23.

На полупериоде нагнетания воздух из кольцевой полости 23 по воздуховодам 31 поступает в рабочие полости 13 вибраторов 3. Под действием сжатого воздуха вибраторы 3 удлиняются и, преодолевая силы сопротивления со стороны переднего по ходу движения кольца 2, перемещают последнее вперед, относительно неподвижного заднего кольца. На полупериоде разряжения воздух из полостей 13 вибраторов 3 под действием сжимающей силы растянутой пружины 5 отводится в кольцевую полость 23. При этом вибродвижители 3 сжимаются и перемещают переднее по ходу движения кольцо 2 в обратную сторону. Таким образом переднее по ходу выбранного направления перемещения аппарата кольцо совершает колебания относительно заднего. Частота и амплитуда колебаний определяется мощностью источника сжатого воздуха и частотой переключений позиций пневмораспределителя.

На рабочем режиме частота переключений позиций пневмораспределителя устанавливается такой, чтобы колебания переднего по ходу движения разъемного кольца осуществлялись в резонансном режиме. В этом случае работа вибродвижителя реализуется с максимальным значением КПД, а передвижение осуществляется следующим образом. В начале полупериода нагнетания переднее разъемное кольцо вибродвижителя получает импульс от вибраторов 3, в результате чего оно начинает двигаться в выбранном направлении относительно неподвижного заднего кольца. По мере продвижения переднего кольца импульс его движения передается через упругую связь, реализуемую вибраторами 3, к заднему разъемному кольцу, которое начинает двигаться вслед за передним. На стадии разряжения переднее кольцо движется в сторону, противоположную движению транспортного средства. Посредством вибраторов 3 его импульс также передается заднему кольну, однако вследствие срабатывания механизмов качения и фиксации колец 33 заднее кольцо фиксируется на трубопроводе силами трения ободов колес 51 с поверхностью трубы и перемещения аппарата в обратную сторону не происходит, а энергия движения переднего кольца переходит в энергию сжатия вибраторов 3. После этого снова осуществляется цикл нагнетания. Таким образом, перемещение транспортного средства осуществляется на периоде времени нагнетания, а величина шага перемещения определяется величиной перемещения заднего разъемного кольца 2.

Величина шага перемещения вибродвижителя может регулироваться соответствующей настройкой режимов работы источника сжатого воздуха.

При необходимости осуществления перемещения аппарата в обратную сторону производят переключение проводов 58 в соответствии с представленными выше требованиями подключения катушек возбуждения 67 механизмов качения и фиксации 33, установленных на разъемных кольцах 2. 2 4