一種新型可變徑管道內壁清潔防腐機器人

梁創烽　覃立明　原金強　曹銘航

摘 要：目前的生活和生產中大量使用到管道，而且所使用的管道樣式也極多，因此對于管道內壁帶來的難以清潔以及防腐的問題迫切需要解決。最常見的解決方法是人工給管道內壁清潔以及防腐噴涂，但是直徑過大、過小或者長度過長的管道都會給人工清潔、噴涂防腐帶來不便并且人工清潔效果差，工作效率低。除此之外，人工使用的防腐液通常會揮發有毒氣體，可能會對施工人員的健康造成危害。本文設計出了一種可變徑管道內壁清潔防腐機器人，能夠自主完成對不同內徑的管道內壁進行清潔和防腐噴涂的工作，提高了工作效率，也有效避免了人工防腐噴涂所帶來的危害。

關鍵詞：管道內壁清潔;防腐噴涂

1、前言

本文設計的一種可變徑管道內壁清潔防腐機器人具有可變徑和自主完成對管道內壁清潔和防腐功能，因此對機械結構進行了創新式設計[1]，利用清潔、驅動、從動、噴涂裝置的協調運作，能實現對不同內徑的管道內壁進行清潔和防腐噴涂的工作。相對于人工進行此項工作，當遇到變徑的環境時，會大大增加了人工對管道內壁清潔和防腐噴涂的作業的工作難度，本文設計的裝置可以大大解放的人力，填補了機器代替人工進行管道內壁清潔及防腐技術的空白。同時，該裝置的的工作效率高，工作成本也較低。相對于傳統的人工作業來說，本裝置有很大的應用前景。

2、主體結構設計

本文設計的一種可變徑管道內壁清潔防腐機器人主要包括主體機架、清潔裝置、動力裝置、從動裝置及噴涂裝置;所述清潔裝置固定于主體機架前端，所述動力裝置固定于主體機架中央，所述從動裝置固定于主體機架后端，所述噴涂裝置固定于主體機架后端。裝置的主要結構如圖1所示。

清潔裝置包括鋼刷、清潔固定架、清潔驅動軸、清潔驅動電機[2];動力裝置包括動力輪、第一液壓桿、第一連接桿、第一活動鉸接、第二活動鉸接及第三活動鉸接;從動裝置包括履帶、傳動輪、支撐架、第二連接桿、第三連接桿、第二液壓桿、第四活動鉸接、第五活動鉸接、第六活動鉸接及第七活動鉸接;噴涂裝置包括霧化噴頭、涂料箱及液壓泵。

依靠車體中間的動力裝置帶動從動裝置使整個車體在管道內壁行進[3]，當車體遇到不同內徑的管道時，動力裝置和從動裝置上的各液壓桿可以伸縮帶動各連接桿從而使動力裝置和從動裝置在管道內壁中的空間直徑發生變化，從而達到適應不同內徑的管道環境行進，車體頂端的清潔裝置中的清潔驅動電機可以驅動鋼刷快速轉動從而達到清潔管道內壁作用，車體末端的噴涂裝置可以使涂料箱中的防腐液通過霧化噴頭均勻噴灑到管道內壁上從而達到管道內壁清潔作用。

3、具體工作原理及應用

第一步：啟動動力輪，由于有四組可伸縮的第一液壓桿帶動四組第一連接桿的配合，使得四組動力輪緊密貼合行進時的管道內壁，動力輪帶動動力裝置從而帶動從動裝置的轉動，從動裝置上也有四組可伸縮的第二液壓桿，從而使得從動裝置上的履帶可以緊密貼合管道內壁，從而保證行進的穩定順暢。

第二步：啟動清潔裝置，通過清潔裝置中的清潔驅動電機，可以使清潔裝置上的鋼刷轉動，從而可以對管道內壁進行清潔，清潔驅動電機還可以對不同的管道進行人工調節或者自動調節來控制其輸出的轉速，從而控制鋼刷的轉速，實現對不同的管道達到最佳的清潔效果。

第三步：當車體進入管道后啟動液壓泵，液壓泵使得涂料箱中的防腐液加壓后通過霧化噴頭均勻地噴涂到管道內壁的四周上，從而對管道內壁進行噴涂防腐。

第四步：當遇到管道內徑變化時，各液壓桿通過伸縮帶動各連接桿使整個車體在管道內壁的空間直徑變化，而最小直徑不會小于鋼刷清潔裝置的直徑，從而可以使車體適應不同內徑管道的行進。

第五步：當行進中的管道內徑發生變化時，霧化噴頭上設置有距離傳感器，能夠準確檢測到霧化噴頭到管道內壁之間的距離，反饋控制液壓泵的工作壓力從而控制霧化噴頭的流量，使得管道內壁的防腐液噴涂均勻。

第六步：當車體從管道內壁行走出來后，即停止清潔和防腐噴涂。

本產品主要應用于各種管道的清潔和噴涂防腐作業中。現在的生活中很多的行業和方向都和管道相關，家中的上水、下水、暖氣、燃氣都和管道有關，但是隨著使用年限的增長，管道的內壁上會附著一定的垃圾雜質久而久之就會造成管道的堵塞對生活造成影響，而人工對管道內壁清潔和噴涂防腐的效率極低，而且成本較高。本產品能自動化進行管道內壁的清潔及防腐噴涂，可用于替代人工;且可以適應不同內徑的管道進行作業，工作效率高且適應性強。生活生產中對于以上問題的解決一直存在剛性需求，因此，本產品具有巨大的需求市場。

4、結束語

本文的基于可變徑管道內壁清潔防腐機器人及使用方法，能夠自主完成對不同內徑的管道內壁進行清潔和噴涂防腐的工作，機器人具有可變徑的特點，能適應變徑的環境進行工作，增加了其應用范圍且適應性強，大大提高了對管道內壁的清潔和噴涂防腐的工作效率，工作成本也較低，也避免了人工噴涂防腐所帶來的危害。相信在不久的將來，本裝置可以廣泛的應用于各種管道內壁的清潔和噴涂防腐作業中。

參考文獻：

[1] 李石. 機械結構設計中的創新設計[J]. 科學技術創新，2020， （11） ：189-190.

[2] 馮佳佳，邱國廷，安慶勇，牛海東. 慣性穩定平臺力矩電機選擇及驅動系統設計[J].現代防御技術， 2015， 43（04）： 106-111.

[3] 馬佰勝，金嘉琦.機器人運動學分析[J].煤礦機械，2018，39（ 5） ： 69-70.

*基金項目：本文是桂林電子科技大學2020年國家級大學生創業訓練項目“管道腐蝕內壁清潔機器人 ”的項目成果，項目編號：202010595035