CN109047854B - 一种水下管道自动钻孔机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种水下管道自动钻孔机。包括钢丝绳引导机构、进给驱动机构、钻孔驱动机构、夹紧机构、管道定位机构和上下支架，上下支架通过销轴构成机身主体部分，钢丝绳引导机构、管道定位机构、进给驱动机构和钻孔驱动机构、管道夹紧机构安装于机身主体部分上。本发明用于实现一次下水对不同尺寸管道的钻孔工作。既可以自动控制又可以ROV操作的进给系统、管道定位机构、钢丝绳收紧机构能在不同的作业工况下选择不同的驱动方式，应用灵活、便于水下作业。可以适应海底管道与地面空间狭小的工作环境。

Description

一种水下管道自动钻孔机

技术领域

本发明涉及的是一种钻孔机，具体地说是一种水下管道钻孔机。

背景技术

水下管道自动钻孔机，凭借其对管道加工质量好，操作方便，作业对象广，并且结构轻巧方便，它被应用于海底管道的维修等特殊领域的工作中。水下管道自动钻孔机通常由ROV(水下有缆机器人)携带，并辅助操作，进行水下作业。由于海底管道工作环境复杂特性，管道尺寸的多变性，管道与海底的空间狭小性使钻机在钻孔作业上工作量巨大，并且常常由于需要钻孔的管道尺寸变化而不得不将钻机进行多次打捞调节在下放，大大的影响了作业效率；当管道与海底的空间狭小或者机具出现故障时ROV不能完成辅助作用，必须由潜水员进行操作，出现工作繁琐、操作人员受伤等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适用于不同尺寸水下管道下水钻孔维修的水下管道自动钻孔机。

本发明的目的是这样实现的：包括钢丝绳引导机构、进给驱动机构、钻孔驱动机构、夹紧机构、管道定位机构和上下支架，其特征是：上下支架通过销轴构成机身主体部分，钢丝绳引导机构、管道定位机构、进给驱动机构和钻孔驱动机构、管道夹紧机构安装于机身主体部分上，

钢丝绳引导机构包括上下两个呈鱼钩形状的导线架，且安装有ROV操作手柄，

管道定位机构通过液压马达驱动安装在管道定位支架上的定位丝杠调整由左右两个带有滑槽可调节V形块在上下支架前端左右移动，

进给驱动机构通过液压马达驱动链传动机构，带动丝杠在支撑架上转动，通过进给丝杠、丝母的配合将动力传递给钻孔驱动机构的支撑架上

钻孔驱动机构由液压马达驱动减速器带动钻头旋转，通过与进给机构的配合实现钻孔的加工，

夹紧机构包括收丝支架、液压马达、收丝蜗杆、蜗轮、收丝轮、连接轴、钢丝绳、锁紧机构以及钢丝绳引导快，所述锁紧机构包括可ROV操作的锁紧提手、辊子和弹簧。

本发明还可以包括：

1.钢丝绳引导机构的导线架通过销轴安装在上下支架上，导线架上设置引导机构定位凸台和钢丝绳存放槽。

2.进给驱动机构的组成包括支撑座、进给马达、滑动导轨、进给丝杠、丝母固定架、链条、可扳手调节的T型ROV旋钮、大链轮、小链轮和键，支撑座安装在上支架上，进给马达驱动小链轮，链条设置在小链轮与大链轮之间，大链轮连接进给丝杠，进给丝杠与固定在丝母固定架上的丝母配合，钻孔驱动机构支撑架固定在丝母固定架上，进给丝杠的端部设置有可扳手调节的T型ROV旋钮。

3.管道定位机构包括液压马达、定位丝杠、丝杠支座和左右两个带有滑槽的可调节V形块，定位丝杠的一端与液压马达相连，定位丝杠另一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，左右两个可调节V形块利用其上设置的滑槽在上下支架前端设置的滑轨中滑动，两个可调节V形块上设置有丝母与定位丝杠进行配合实现其左右滑动调整两可调节V形块之间的距离。

本发明提供了一种水下管道自动钻孔机，用于完成水下不同尺寸管道一次下水钻孔维修。

机身的主体部分由上下支架通过销轴等连接而成，在支架上设置有钻孔驱动机构、进给驱动机构、管道定位机构、管道夹紧机构、钢丝绳引导机构。工作过程为：由ROV携带机具到达工作地点并进行初步定位，将管道定位机构的张角通过液压系统自动调节到合理大小，以适应管道的尺寸；再通过调整钢丝绳引导机构将钢丝绳带到相应位置；驱动管道夹紧机构使钢丝绳收拢，钢丝绳脱离钢丝绳引导机构并且勒紧在管道上从而实现管道夹紧工作；钻孔驱动机构工作使钻头旋转；进给驱动机构工作使钻孔驱动机构沿着机架进给与退回，完成海底管道钻孔的工作。本设计的主要特点为：管道定位机构可以自动或ROV操作调整可调节V形块的张角大小实现机具一次下水对海底不同尺寸管道的加工工作，提高工作效率；钢丝绳引导机构可以辅助管道夹紧机构将钢丝绳穿过海底管道与地面的狭小空间；管道夹紧机构通过收丝轮的旋转收拢钢丝绳与管道定位机构、钢丝绳引导机构进行配合实现管道夹紧，操作简单。

所述的进给驱动机构包括安装在上支架上的支撑座、安装在支撑座后方的进给马达、与进给马达连接的减速器、安装在减速器输出端的链传动机构以及安装在支撑座上的进给丝杠。进给丝杠的尾部设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，该旋钮设置的T形结构可以由ROV操作，六角螺头形结构可以方便在下水前人用扳手调节。当在水下液压驱动的自动调节功能出现故障时ROV可以操作该旋钮进行调节。

所述的管道定位机构设置在上下支架的前端，并且与上下上支架之间有相互配合的关系。该机构由液压马达、定位丝杠、丝杠支座和左右两个带有滑槽的可调节V形块组成。其中定位丝杠的一端与液压马达相连，以适应水下进管道尺寸变化时的调节，定位丝杠另一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，该旋钮设置的T形结构可以由ROV操作，六角螺头形结构可以方便在下水前人用扳手调节。当在水下液压驱动的自动调节功能出现故障时ROV可以操作该旋钮进行调节；左右两个可调节V形块可以利用其上设置的滑槽在上下支架前端设置的滑轨中滑动，两个可调节V形块上设置有丝母以便与定位丝杠进行配合进而实现其左右滑动以调整两可调节V形块之间的距离从而适应不同管道的尺寸，两可调节V形块由于形状的设定使之配合起来正好构成V形块的形状，以方便管道的定位，为接下来的钻孔加工做准备。

所述的管道夹紧部分的工作原理是先通过钢丝绳引导机构将钢丝绳绕过管道，然后通过钢丝绳收紧机构收紧钢丝绳，将钢丝绳勒紧在管道上，与管道定位机构配合达到管道夹紧作用。其重点部分在于钢丝绳收紧机构，钢丝绳收紧机构安装在上下支架的中间处于钻机的中后方，其主要结构由收丝支架、液压马达、收丝蜗杆、蜗轮、收丝轮、连接轴、钢丝绳、锁紧机构以及钢丝绳引导快等组成。其中锁紧机构是由可ROV操作的锁紧提手、辊子和弹簧等组成，夹紧时，钢丝绳的一端固定在钢丝绳引导快上由ROV操作插入锁紧机构中，由于钢丝绳引导快斜面的原理推动锁紧提手向上移动，其中辊子的作用是减少摩擦，弹簧用来使锁紧提手自动回位以实现钢丝绳一端的锁紧作用；收丝蜗杆的一端与液压马达连接，另一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，该旋钮设置的T形结构可以由ROV操作，六角螺头形结构可以方便在下水前人用扳手调节。当在水下液压驱动的自动调节功能出现故障时ROV可以操作该旋钮进行调节；收丝蜗杆带动涡轮再由涡轮通过连接轴将动力传给收丝轮，收丝轮旋转将钢丝绳缠绕在轮上以实现夹紧作用。

所述的钢丝绳引导机构是由上下两个导线架，连接销，操作旋钮组成。其中上下导线架设置有钢丝绳存放槽，可以实现当钢丝绳收紧机构未收紧钢丝绳的时候钢丝绳可以在钢丝绳存放槽中随着钢丝绳引导机构运动，当钢丝绳收紧机构收紧钢丝绳的时候钢丝绳可以从钢丝绳存放槽中脱落；下导线架的底部设置有引导机构定位凸台，其弧形斜面以便钢丝绳引导机构运动到相应位置时靠弧形斜面与下支架提供摩擦力从而达到钢丝绳引导机构的定位作用，当操作完成时推开手柄就可以将钢丝绳引导机构推回相应位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.管道定位机构能在水下管道尺寸发生变化时，通过该机构的自动调节实现不同尺寸管道的一次性下水的钻孔作业；

2.既可以自动控制又可以ROV操作的进给系统、管道定位机构、钢丝绳收紧机构能在不同的作业工况下选择不同的驱动方式，应用灵活、便于水下作业；

3.钢丝绳收紧机构能够实现自动收紧或放松钢丝绳以实现管道的夹紧与放松；

4.采用钢丝绳引导机构，使机具可以适应海底管道与地面空间狭小的工作环境；

5.进给驱动机构、管道定位机构的丝杠尾部和管道夹紧机构收丝蜗杆的一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，该旋钮设置的T形结构可以由ROV操作，六角螺头形结构可以方便在下水前人用扳手调节。当在水下液压驱动的自动调节功能出现故障时ROV可以操作该旋钮进行调节。

附图说明

图1是本发明总体结构视图；

图2是本发明总体结构侧视图；

图3是本发明部分结构视图；

图4是本发明采用钢丝绳引导机构示意图；

图5是本发明采用钢丝绳引导机构变换角度示意图；

图6a是本发明采用钢丝绳引导机构爆炸图，图6b是导线架的示意图；

图7是本发明进给驱动机构结构图；

图8是本发明进给驱动机构爆炸图；

图9是本发明钢丝绳收紧机构结构图。

图10是本发明钢丝绳收紧机构爆炸。

图11是本发明钢丝绳收紧机构工作部分示意图。

图12是本发明管道定位机构结构图。

图13是本发明管道定位机构爆炸图。

图14是本发明上下支架构结构图。

图15是本发明管道定位机构的支座和滑块结构图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

本发明的各附图标记的含义为：

1.水下管道，2.钢丝绳引导机构，3.进给驱动机构，4.钻孔驱动机构，5.钢丝绳，6.夹紧机构，7.钻头，8.管道定位机构，9.钢丝绳引导块，10.钻孔驱动机构支撑架，11.上支架，12.下支架，13.液压油管，14.吊装环，15和16.上下支架连接销轴，201.导线架，202.销轴，203.钢丝绳引导机构操作手柄，204.引导机构定位凸台，205.钢丝绳存放槽，301.支撑座，302.进给马达，303.滑动导轨，304.进给丝杠，305.丝母固定架，306.链条，307.可扳手调节的T型ROV旋钮，308.大链轮，309.小链轮，310.键，601.收丝支架，602.锁紧提环，603.弹簧，604.辊子，605.涡轮，606.收丝轮，607.收丝马达，608.收丝涡杆，609连接轴，801.可调节V形块，802.管道定位丝杠，803.管道定位液压马达，804.管道定位支架。

如图1、图4、图7、图10、图13所示，主要由钢丝绳引导机构2、进给驱动机构3、钻孔驱动机构4、夹紧机构6和管道定位机构8组成。钢丝绳引导机构2安装于上下支架11、12之间，位于机具的中前方，通过ROV操作钢丝绳引导机构2的操作手柄203带动机构实现角度变化以达到合适的位置，导线架201底部设置的引导机构定位凸台204以便钢丝绳引导机构2运动到相应位置是靠引导机构定位凸台204的弧形斜面与下支架提供摩擦力从而达到钢丝绳引导机构的定位作用，当钢丝绳受力收紧时钢丝绳可以从205钢丝绳存放槽中脱落，当操作完成时推开手柄203就可以将钢丝绳引导机构2推回相应位置。

进给驱动机构3通过支撑座301安装在上支架11上，通过进给马达302驱动小链轮309，再由链条306将动力传递给大链轮308，大链轮308带动进给丝杠304的一端在支撑座301上转动进而驱动固定在丝母固定架305上的丝母实现钻孔驱动机构支撑架10在轨道303上的进给运动。此外进给丝杠304的另一端设置有307可扳手调节的T型ROV旋钮，该旋钮设置的T形结构可以由ROV操作，六角螺头形结构可以方便在下水前人用扳手调节。当在水下液压驱动的自动调节功能出现故障时ROV可以操作该旋钮进行调节。

夹紧机构6通过收丝支架601安装于上下支架11、12之间，位于机具的中后方，钢丝绳5的一端与钢丝绳引导块9相连，ROV操作钢丝绳引导块9带动钢丝绳插入钢丝锁紧机构中，插入时，锁紧提环602上的辊子604与钢丝绳引导块9上的斜面接触滚动以减少摩擦，通过接触锁紧提环602带着辊子604向上运动，此时弹簧603被压缩，当钢丝绳引导块9插入一定深度时，辊子604运动到斜面的尽头，在弹簧603的作用下使锁紧提环602带着辊子604向下回位运动，实现钢丝一端的锁紧。钢丝绳5的另一端通过收丝马达607驱动收丝蜗杆608的一端，使收丝蜗杆608在收丝支架601上转动，再由收丝蜗杆将动力传递给涡轮605，涡轮带动连接轴609进而驱动收丝轮606旋转将钢丝绳5缠绕在收丝轮606上，钢丝绳5受力从钢丝绳引导机构2上脱落勒紧在管道1上，在与管道定位机构8配合实现机具在管道上的定位夹紧。此外收丝蜗杆608的另一端设置与可扳手调节的T型ROV旋钮307相同的旋钮。

管道定位机构8安装在机具的前端，工作时固定在管道定位支架804上的管道定位液压马达803驱动管道定位丝杠802的一端，管道定位丝杠802在管道定位支架804上旋转与可调节V形块801上的丝母配合，可以将动力传递给可调节V形块801实现其左右移动，可调节V形块801上设置有上下两个滑槽可以与上支架11和下支架12前端设置的轨道配合为可调节V形块801左右移动提供导向定位作用，通过可调节V形块801的运动可以实现两个可调节V形块之间形成的V槽开口的大小以实现不同尺寸管道的定位功能，此外管道定位丝杠802的另一端设置与可扳手调节的T型ROV旋钮307相同的旋钮。

Claims (5)

1.一种水下管道自动钻孔机，包括钢丝绳引导机构、进给驱动机构、钻孔驱动机构、夹紧机构、管道定位机构和上下支架，其特征是：上下支架通过销轴构成机身主体部分，钢丝绳引导机构、管道定位机构、进给驱动机构和钻孔驱动机构、管道夹紧机构安装于机身主体部分上，

钢丝绳引导机构包括上下两个呈鱼钩形状的导线架，且安装有ROV操作手柄，

管道定位机构通过液压马达驱动安装在管道定位支架上的定位丝杠，调整左右两个带有滑槽的可调节V形块在上下支架前端左右移动，

进给驱动机构通过液压马达驱动链传动机构，带动丝杠在支撑架上转动，通过进给丝杠、丝母的配合将动力传递给钻孔驱动机构的支撑架上，

钻孔驱动机构由液压马达驱动减速器带动钻头旋转，通过与进给驱动机构的配合实现钻孔的加工，

夹紧机构包括收丝支架、液压马达、收丝蜗杆、蜗轮、收丝轮、连接轴、钢丝绳、锁紧机构以及钢丝绳引导块，所述锁紧机构包括可ROV操作的锁紧提手、辊子和弹簧；钢丝绳的一端与钢丝绳引导块相连，钢丝绳的另一端通过收丝马达驱动收丝蜗杆的一端使收丝蜗杆在收丝支架上转动，再由收丝蜗杆将动力传递给涡轮，涡轮带动连接轴进而驱动收丝轮旋转将钢丝绳缠绕在收丝轮上。

2.根据权利要求1所述的一种水下管道自动钻孔机，其特征是：钢丝绳引导机构的导线架通过销轴安装在上下支架上，导线架上设置引导机构定位凸台和钢丝绳存放槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下管道自动钻孔机，其特征是：进给驱动机构的组成包括支撑座、进给马达、滑动导轨、进给丝杠、丝母固定架、链条、可扳手调节的T型ROV旋钮、大链轮、小链轮和键，支撑座安装在上支架上，进给马达驱动小链轮，链条设置在小链轮与大链轮之间，大链轮连接进给丝杠，进给丝杠与固定在丝母固定架上的丝母配合，钻孔驱动机构支撑架固定在丝母固定架上，进给丝杠的端部设置有可扳手调节的T型ROV旋钮。

4.根据权利要求1或2所述的一种水下管道自动钻孔机，其特征是：管道定位机构包括液压马达、定位丝杠、丝杠支座和左右两个带有滑槽的可调节V形块，定位丝杠的一端与液压马达相连，定位丝杠另一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，左右两个可调节V形块利用其上设置的滑槽在上下支架前端设置的滑轨中滑动，两个可调节V形块上设置有丝母与定位丝杠进行配合实现其左右滑动调整两可调节V形块之间的距离。

5.根据权利要求3所述的一种水下管道自动钻孔机，其特征是：管道定位机构包括液压马达、定位丝杠、丝杠支座和左右两个带有滑槽的可调节V形块，定位丝杠的一端与液压马达相连，定位丝杠另一端设置有可扳手调节的T型ROV旋钮，左右两个可调节V形块利用其上设置的滑槽在上下支架前端设置的滑轨中滑动，两个可调节V形块上设置有丝母与定位丝杠进行配合实现其左右滑动调整两可调节V形块之间的距离。

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