ВНУТРИТРУБНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 1997 года по МПК B65G51/00 B08B9/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении различных работ в трубах различного сечения и конфигурации.

Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее сочлененный корпус и средство перемещения, выполненное в виде опор, снабженных перемещаемыми вакуумными присосками (см. авт.св. СССР N 1710430, кл. B 62 D 57/02, 1992).

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, малая скорость перемещения и невозможность прохода в трубах, имеющих сочленение под углом 90^o.

Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее корпус и движители с приводом, выполненные в виде тел вращения (колес) (см. патент Франции N 2662989, кл. B 62 D 57/028, 1990).

Недостатком известного устройства является громоздкость конструкции, не позволяющая использовать его в трубах малого сечения и невозможность перемещения в трубопроводах сложной конструкции, например с Т-образными или крестообразными сочленениями.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является известное внутритрубное транспортное средство, содержащее корпус в виде тела вращения (комбинация цилиндра и двух полусфер) и движители в виде тел вращения (колес) с приводом (см. 91 ICAR Fifth International Conference on Anvanced Robotics. Robots in Unstructured Environment, Jul 19-22, 1991, p. 297-302).

Известное устройство позволяет преодолеть Т-образные колена трубопроводов.

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, заключающаяся в наличии большого числа движителей и сложного привода, обеспечивающего их вращение, а также недостаточной маневренностью.

Заявляемое внутритрубное транспортное средство направлено на упрощение конструкции.

Указанный результат достигается тем, что внутритрубное транспортное средство содержит корпус в виде тела вращения и выполненные в виде тел вращения движители, снабженные приводами, при этом корпус выполнен в виде полой сферы, внутри которой размещены выполненные в виде расположенных в диаметральной плоскости двух выступающих наружу шаров движители и их приводы, каждый из которых выполнен в виде снабженного движителем ролика, контактирующего с шаром, при этом приводы подпружинены с возможностью поворота в диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости размещения упомянутых шаров.

Отличительными признаками заявляемого внутритрубного транспортного средства являются:
выполнение корпуса в виде полой сферы;
выполнение движителей в виде шаров;
размещение шаров внутри сферы с выступом наружу;
размещение шаров-движителей в диаметральной плоскости;
размещение приводов внутри сферы;
выполнение привода в виде контактирующего с шаром ролика, снабженного двигателем;
выполнение приводов подпружиненными;
размещение внутри корпуса снабженного приводом диска, установленного с возможностью вращения в диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости размещения шаров.

Выполнение корпуса в виде полой сферы упрощает конструкцию устройства, так как позволяет оптимально разместить все необходимые узлы и повышает маневренность.

Выполнение движителей в виде шаров с выступом наружу позволяет наиболее просто решать задачу повышения маневренности для обеспечения изменения направления движения достаточно изменить направление вращения шаров вокруг оси, лежащей в плоскости, параллельной поверхности перемещения. Для этого достаточно изменить положение вращающего ролика привода относительно шара, а это обеспечивается поворотом диска в плоскости, перпендикулярной размещению шаров. Размещение шаров в диаметральной плоскости обеспечивает надежный контакт с поверхностью перемещения внутри трубы. Выполнение приводов подпружиненными обеспечивает передачу необходимого усиления от привода на шар, что обеспечивает его вращение без проскальзывания.

На фиг. 1 показано поперечное сечение предлагаемого транспортного средства, находящегося в Т-образном колене трубопровода; на фиг.2, 3 показано конструктивное решение крепления шарового движителя в корпусе; на фиг. 4 7 показаны схемы маневрирования транспортного средства при преодолении Т-образных и крестообразных сочленений трубопроводов; на фиг. 8 схематично показано взаимное пространственное расположение шаров-движителей и роликов привода при осуществлении маневрирования.

Внутритрубное транспортное средство, размещаемое в трубе 1, содержит шарообразный корпус 2, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубы. На оси, проходящей через центр шарообразного корпуса, расположены диаметрально противоположно два шарообразных движителя 3, которые касаются внутренней поверхности трубы, обеспечивая сцепление с ней. С корпусом шарообразные движители имеют подвижное соединение 4. Шарообразный движитель помещается в кольцо 5 с внутренней сферической поверхностью 6, которая с поверхностью шарообразного движителя имеет зазор 7, обеспечивающий свободное вращение его во всех направлениях. Кольцо с двух сторон по диаметру имеет два выступа 8, которые размещаются в пазах 9 корпуса. С наружной стороны пазы 9 закрыты предохранителем 10, предохраняющим от выпадения колец с шаровыми движителями.

В плоскости корпуса, проходящей через его диаметр и перпендикулярной плоскости, в которой расположены два шарообразных движителя, установлена в подшипнике 11 платформа 12 в форме диска, вращающаяся вокруг оси. На одной и другой поверхностях этой платформы через пружины 13 и направляющие 14 установлены опорные рамы 15, на которых крепятся приводы, обеспечивающие движение транспортного средства.

Механизм движения состоит из приводного цилиндрического ролика 16, который соприкасается с шарообразным движителем. Через редуктор 17 приводной цилиндрический ролик соединен с электродвигателем 18.

Сила сцепления шарообразных движителей с внутренней поверхностью трубы, обеспечивающая движение транспортного средства в трубах с различной ориентацией в пространстве, обеспечивается жесткостью специально подобранных пружин 13, усилие от которых передается через приводной ролик 16.

На уровне поворотной платформы на внутренней поверхности корпуса транспортного средства установлено кольцо 19 с зубчатой нарезкой. По условиям прохождения транспортным средством Т-образных соединений кольцо 19 не обязательно по длине должно быть равно длине окружности, на которой оно крепится. Достаточно установить лишь часть кольца 19, которая будет обеспечивать разворот платформы 12 на угол от 0 до 90^o.

В зацеплении с зубчатым кольцом 19 находится шестерня 20, которая через редуктор 21, вал 22 соединена с электродвигателем 23. Электродвигатель 23 неподвижно закреплен на диске 12.

Питание на двигатели может подаваться как от автономного источника, размещаемого в корпусе (на чертежах не показан), так и от стационарного по проводам.

Устройство работает следующим образом. Оператор помещает транспортное средство в срезе трубы 1, по которой ему предстоит перемещаться. Для этого шары-движители 3 "утапливаются" в сферическом корпусе 2, перемещаясь по пазам 9 вместе с кольцом 5, преодолевая сопротивление пружин 13. После установки транспортного средства в трубе на электродвигатели 18 подается питание. Двигатели начинают вращать ролики 16, вращение от которых передается на шары 3, и транспортное средство перемещается внутри трубы до достижения Т-образного пересечения. При достижении пересечения транспортное средство останавливается отключением питания двигателей 18. Затем включается двигатель 23, который поворачивает платформу-диск 12 на угол 90^o. Вместе с платформой перемещаются и приводы движителей, в результате чего ролики 16 поворачиваются относительно шаров 3 на 90^o. В результате после включения двигателей 18 шары будут вращаться вокруг оси, развернутой относительно первоначальной на 90^o, и соответственно транспортное средство начнет перемещаться по направлению, перпендикулярному первоначальному.

Для обнаружения местонахождения Т-образного сочленения транспортное средство может быть оснащено известными видеокамерами, а оператор осуществляет управление, контролируя перемещение транспортного средства по экрану телемонитора.

В частных случаях реализации для автоматизации процесса, транспортное средство может быть оснащено различными сенсорными системами, например, из числа указанных в статье, в которой описан прототип. Например, может быть установлен сенсорный датчик наклона, который следит за определенным расположением транспортного средства, его шарообразных движителей в трубе по отношению к горизонту, т.е. фактически обеспечивает выход транспортного средства в Т-образное пересечение на стартовую позицию для дальнейшего перехода в вертикальный участок трубы (фиг. 3,а).

Если, например, оператор разместил в трубе транспортное средство, не сориентировав его соответствующим образом относительно горизонта, то система управления, приняв сигнал от датчика наклона, в установленной последовательности включает электродвигатель 23 поворотной платформы 12, которая разворачивает механизмы привода шарообразных движителей на 90^oC (в соответствии с рабочей программой); затем в зависимости от угла отклонения оси шарообразных движителей от горизонта включает электродвигатели 18 на необходимое (контролируемое) время, чтобы транспортное средство сориентировать по горизонту. После указанной ориентации по горизонту система управления включает электродвигатель 23 поворотной платформы 12, которая возвращает механизмы привода шарообразных движителей в первоначальное положение.

После выполненной корректировки исходного положения система управления включает электродвигатели 18 привода шарообразных движителей и транспортное средство начинает движение к Т-образному пересечению под контролем датчика наклона с гарантией выхода на стартовую позицию.

В верхней и нижней частях поверхности шаровидного корпуса транспортного средства на оси, перпендикулярной плоскости поворотной платформы 12, могут быть смонтированы тактильные датчики соприкосновения (давления). При подходе транспортного средства к стартовой позиции для перехода на вертикальный участок Т-образного пересечения труб (под контролем датчика наклона) в определенный момент верхний датчик соприкосновения теряет контакт с внутренней поверхностью трубы. Сигнал подается в систему управления, которая через установленный промежуток времени, определяемый заданной скоростью продвижения и внутренним размером трубы, останавливает транспортное средство.

В соответствии с рабочей программой система управления в установленной последовательности включает электродвигатель 23 поворотной платформы 12 и электродвигатели 18 привода шарообразных движителей 3 и транспортное средство продолжает движение в вертикальный участок трубы.

Использование: при проведении различных работ в трубах различного сечения и конфигурации. Сущность изобретения: внутритрубное транспортное средство содержит корпус 2 в виде тела вращения и выполненные в виде тел вращения движители, снабженные приводами, при этом корпус 2 выполнен в виде полой сферы, внутри которой размещены выполненные в виде расположенных в диаметральной плоскости двух выступающих наружу шаров движители 3 и их приводы, каждый из которых выполнен в виде снабженного двигателем ролика 16, контактирующего с шаром, при этом приводы подпружинены относительно снабженного приводом диска 12, установленного с возможностью поворота в диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости размещения упомянутых шаров 3. 8 ил.

Внутритрубное транспортное средство, содержащее корпус в виде тела вращения и выполненные в виде тел вращения движители, снабженные приводами, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде полой сферы, внутри которой размещены выполненные в виде расположенных в диаметральной плоскости двух выступающих наружу шаров движители и их приводы, каждый из которых выполнен в виде снабженного двигателем ролика, контактирующего с шаром, при этом приводы подпружинены относительно снабженного приводом диска, установленного с возможностью поворота в диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости размещения упомянутых шаров.