транспортное средство для перемещения по наружным поверхностям трубопроводов

Формула изобретения

1. ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПО НАРУЖНЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее движитель, выполненный в виде охватывающих трубу разъемных направляющих колец со свободновращающимися роликами, механизм фиксации колец на трубе, механизм их линейного перемещения по трубопроводу и систему управления шаговым перемещением колец, отличающееся тем, что механизм линейного перемещения колец выполнен в виде нескольких гибких пневмодвижителей линейного перемещения, имеющих возможность свободного осевого движения и смонтированных внутри направляющих кожуха, который соединен с одним из колес, а механизм фиксации последних выполнен в виде установленных на внутренней поверхности колец телескопических элементов, подвижные части которых расположены радиально.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что гибкий пневмодвижитель линейного перемещения выполнен в виде пружины растяжения, охватывающей трубку из эластичного материала.

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 транспортного устройства, содержащего многозвенный шарнирно сочлененный корпус с конечностями, которые снабжены рабочими органами, частично охватывающими наружный диаметр трубопровода и удерживающими всю конструкцию на поверхности. Перемещение устройства осуществляется путем последовательной перестановки и фиксации рабочих органов [1].

Недостатками известной конструкции является низкая надежность крепления транспортного устройства к поверхности трубопровода, сложность конструктивного исполнения.

Известна также самоходная тележка для перемещения по наружной поверхности трубы, содержащая раму с ведущими опорными катками, охватывающий трубу направляющий механизм, выполненный в виде петель гибкого вала, замкнутых через опорные катки, и противовес с выдвижным упором с роликом [2].

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

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шагающий движитель, содержащий корпус с двумя входящими в него штоками поступательного перемещения, на оппозитных концах которых закреплены разъемные кольца, охватывающие наружные диаметры двух близко расположенных трубопроводов. Передвижение транспортного устройства осуществляется попеременным выдвижением штоков с соответствующей фиксацией и разжиманием разъемных колес [3].

Недостатками известной конструкции являются: низкая мобильность, обуславливаемая невозможностью преодоления движителем поворотов магистрали; необходимость наличия двух близко расположенных параллельных трубопроводов; возможность передвижения только лишь по трубопроводу с заданным диаметром наружной поверхности.

Целью изобретения является повышение надежности перемещения транспортного средства по трубам различных наружных диаметров и различной пространственной ориентации.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит охватывающие трубу разъемные направляющие кольца со свободными роликами, снабженные механизмом фиксации колец на трубе и механизмом их линейного перемещения по трубопроводу, и систему управления шаговым перемещением колец, при этом механизм линейного перемещения колец выполнен в виде нескольких гибких пневмодвижителей линейного перемещения, имеющих возможность свободного осевого движения внутри направляющих введенного в конструкцию кожуха, а механизм фиксации колец выполнен в виде установленных на внутренней поверхности колец телескопических элементов, подвижная часть которых перемещается в радиальном направлении.

При этом конструктивное исполнение гибкого пневмодвижителя линейного перемещения включает пружину растяжения, охватывающую трубку из эластичного материала, которая и образует рабочую полость пневмодвижителя.

Исполнение механизма линейного перемещения транспортного средства по трубопроводу в виде нескольких соединяющих направляющие кольца гибких пневмодвижителей, каждый из которых может перемещаться по направляющей кожуха практически независимо от перемещения остальных пневмодвижителей, обеспечивает автоматическую приспосабливаемость транспортного средства к конфигурации преодолеваемого участка трубопровода, а наличие предлагаемого механизма фиксации колец на трубе, в частном случае исполнения которого могут быть использованы пневматические цилиндры одностороннего действия, позволяет применять транспортное устройство в диапазоне диаметров трубопроводов, который перекрывается ходом подвижных частей телескопических элементов. Указанные возможности повышают надежность перемещения транспортного средства по наружной поверхности трубопровода.

Предлагаемая конструкция транспортного средства предполагает размещение элементов распределительной и регулировочной аппаратуры системы управления шагового перемещения колец вне движителя. Однако следует отметить, что некоторые распределительные устройства могут размещаться непосредственно на самом движителе. В этом случае значительно сокращается число подводящих воздуховодов движителя, но возникает проблема рационального размещения распределителей на направляющих разъемных кольцах. Поэтому наиболее оптимальное исполнение предлагаемого транспортного средства определяется прежде всего функциональными задачами, для которых оно используется, и техническими условиями эксплуатации.

На фиг. 1 изображен общий вид движителя предлагаемого транспортного средства для перемещения по наружной поверхности трубопровода; на фиг. 2 - гибкий пневмодвижитель линейного перемещения; на фиг.3 - кожух; на фиг. 4 - конструкция разъемного кольца; на фиг. 5 - элемент разъемного кольца; на фиг. 6 поясняется работа быстродействующего замка разъемных колец; на фиг. 7 - телескопический элемент, устанавливаемый на внутренней поверхности разъемных колец; на фиг. 8 показана схема передвижения движителя при преодолении поворота магистрали трубопровода; на фиг. 9 - система управления шаговым перемещением колец.

Транспортное средство для перемещения по наружной поверхности трубопровода включает два основных функциональных узла: движитель и систему управления шаговым перемещением.

Движитель содержит два последовательно расположенных разъемных кольца 1, полностью охватывающих трубопровод 2, которые соединены между собой посредством нескольких гибких пневмодвижителей линейного перемещения 3, каждый из которых может свободно перемещаться внутри направляющей 4 кожуха 5.

На внутренних поверхностях разъемных колец 1, каждое из которых состоит из двух полуколец 6 и 7, жестко устанавливаются телескопические элементы 8, рабочие полости которых соединяются посредством воздуховода 9 через штуцер 10 с кольцевыми полостями 11 и 12, выполненными на внутренних поверхностях каждого из полуколец 6 и 7. В зависимости от цикла работы движителя кольцевые полости 11 и 12 одновременно могут соединяться либо с источником сжатого воздуха (не показан), либо с атмосферой посредством воздухопроводов 13 и 14. Полукольца 6 и 7 шарнирно соединяются между собой посредством петель 15 и 16 при помощи оси 17, которая фиксируется в рабочем положении гайкой 18.

С целью сокращения времени установки движителя на трубопроводе разъемные кольца 1 снабжены быстродействующими замками. Конструкция быстродействующего замка включает крюк 19, жестко присоединяемый к полукольцу 7, и стопорный механизм 20, устанавливаемый на полукольце 6. Стопорный механизм 20 состоит из установленной на оси 21 поворотной пластины 22 со стопором 23, которая прижимается к корпусу стопорного механизма 24 пружиной 25.

Телескопический элемент 8 выполнен в виде пневматического цилиндра, содержащего корпус 26, базирующийся на крепежной плите 27 с цилиндрической опорной поверхностью. Внутри корпуса 26 расположен поршень 28 с двумя штоками 29. Бесштоковая поверхность поршня 28 образует с внутренней поверхностью корпуса 26 рабочую полость 30, которая соединяется с кольцевой полостью 11 посредством штуцера 31 через воздуховод 9. Уплотнение 32 поршня 28 препятствует перетеканию воздуха из рабочей полости 30 в штоковую полость 3, которая соединена с атмосферой дренажным отверстием 34. Обратный ход поршня пневматического элемента осуществляется под действием пружин 35.

Штоки 29 каждого пневматического цилиндра оканчиваются жестко связанной с ними опорной пластиной 36, к которой крепится при помощи винтов 37 пластина 38, выполненная из упругого материала с большим коэффициентом трения, например из резины.

К боковым поверхностям корпуса 26 крепятся опоры 39, несущие ролики 40, которые устанавливаются на осях 41. При этом конструктивные размеры элементов подобраны таким образом, чтобы поверхности качения роликов 40 выступали над поверхностью пластины 38 при полностью задвинутых штоках 29 не менее, чем на 1/4 диаметра ролика 40.

Гибкий пневмодвижитель линейного перемещения 3 выполнен в виде пружины растяжения 42, внутри которой устанавливается трубка 43 из эластичного материала, например из резины. Оба конца эластичной трубки 43 закрепляются на опорных кольцах 44 при помощи пружинных колец 45 так, как показано на фиг. 2. Пружина 42 опирается своими концами на опорные кольца 44 и фиксируется в таком положении при помощи фиксирующих элементов 46 накидными гайками 47, которые навинчиваются на заглушки 48 и 49. Прокладка 50, устанавливаемая между опорным кольцом 44 и заглушкой, препятствует утечке воздуха из рабочей полости 51. Подвод и отвод воздуха в пневмодвижитель осуществляется соединением воздуховода 52, который присоединяется к штуцеру 53, установленному на одной из заглушек, соответственно либо с источником сжатого воздуха, либо с атмосферой.

Крепление гибких пневмодвижителей 3, предварительно установленных в направляющих 4 кожуха 5, к разъемным кольцам 1 осуществляется по одной из образующих полостей 11 и 12 за основание заглушек 48 и 49.

Кожух 5 выполнен из прочной, легко сгибаемой ткани, например из капрона, в виде двух прямоугольных полос 54 и 55, имеющих направляющие 4, в которые вставляются гибкие линейные пневмодвижители 3. Ширина прямоугольных полос 54 и 55 принимается равной длине средней части пневмодвижителя 3, заключенной между накидными гайками 47, при соединении рабочей полости 51 последнего с атмосферой. Ширина направляющих 4 должна иметь минимально возможное значение, при котором осуществляется беспрепятственное перемещение средней части пневмодвижителя 3 по направляющим 4. Полосы 54 и 55 соединяются между собой при помощи ремней 56 и 57, прикрепленных к ним, и образуют охватывающий трубопровод 2 кожух 5, который обеспечивает устойчивость гибких линейных пневмодвижителей 3 при их удлинении и предохраняет эластичную трубку 43.

Система управления шаговым перемещением транспортного средства может быть выполнена в виде самостоятельного функционального узла, в состав которого входят: два управляющих пневмораспределителя 58 телескопических элементов 8 разъемных колец, в качестве которых могут быть использованы стандартные двухпозиционные пневмораспределители, и несколько управляющих пневмораспределителей 59, каждый из которых управляет работой отдельного из входящих в систему пневмодвижителей линейного перемещения 3. В качестве пневмораспределителей 59 могут использоваться стандартные трехпозиционные распределители. С целью обеспечения возможности дистанционного управления пневмораспределители 58 и 59 выполнены электроуправляемыми.

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

Движитель с разведенными разъемными кольцами 1 и разъединенными полосами 54 и 55 кожуха 5 подносят к поверхности трубопровода 2 и соединяют между собой полукольца каждого из колец 1 посредством введения крюка 19 в стопорный механизм 20 так, чтобы поверхность трубопровода была охвачена кольцами 1. После этого с помощью ремней 56 и 57 соединяют между собой полосы 54 и 56.

Для осуществления перемещения движителя по трубопроводу управляющий пневмораспределитель 58 заднего по ходу движения кольца 1 устанавливают в положение, при котором воздух от источника через воздуховоды 13 и 14 поступает в кольцевые полости 11 и 12, а далее по воздуховодам 9 - в рабочие полости 30 пневматических телескопических элементов 8. Под действием давления, преодолевания усилия пружин 35, поршни 28 перемещаются до тех пор, пока пластины 38, связанные со штоками 29, не достигнут поверхности трубопровода 2. Таким образом происходит фиксация заднего кольца 1 на трубопроводе. При этом управляющий пневмораспределитель переднего по ходу движения кольца 1 установлен в положение, когда кольцевые полости 11 и 12 переднего кольца остаются соединенными воздуховодами с атмосферой, а штоки 29 телескопических элементов 8 втянуты усилием пружин 35. Поэтому переднее кольцо движителя опирается на поверхность трубопровода роликами 40 телескопических элементов и остается в незафиксированном положении.

Затем управляющие пневмораспределители 59 пневмодвижителей 3 устанавливают в положение, при котором полости 51 последних посредством воздуховодов 52 соединяются с источником сжатого воздуха (не показан). Под действием сжатого воздуха происходит удлинение эластичных трубок 43, которые, преодолевая усилие сжатия пружин 42, перемещают прикрепленное к заглушкам 47 переднее разъемное кольцо 1. При этом пружина 42 ограничивает радиальное расширение эластичной трубки 43, а охват направляющими 4 кожуха 5 средней части пневматических движителей 3 значительно повышает их устойчивость к продольным изгибам.

После осуществления перемещения переднего кольца движителя на расстояние шага h, осуществляется переключение пневмораспределителей 59 в положение "Закрыто" и пневмодвижители линейного перемещения 3 вследствие наличия в их замкнутых полостях 51 сжатого воздуха сохраняют полученное удлинение. Затем соответствующим переключением управляющего распределителя 58 осуществляют соединение кольцевых полостей 11 и 12 переднего кольца с источником сжатого воздуха, а результате чего происходит фиксация кольца на поверхности трубопровода 2.

Следует отметить, что из условия обеспечения устойчивости к продольным изгибам гибких пневмодвижителей 3 при их удлинении величина шага перемещения не должна превышать 1/2 ширины кожуха 5.

После фиксации переднего кольца 1 пневмораспределитель 58 заднего кольца и вслед за ним управляющие распределители 59 устанавливаются в положение, при котором рабочие полости телескопических элементов 8 и пневмодвижителей 3 соединяются с атмосферой. В результате штоки элементов 8 заднего кольца полностью втягиваются усилием пружин 35 и заднее кольцо опирается на поверхность трубопровода 2 роликами 40. Под действием сжимающих усилий пружин 42 воздух из рабочей полости 51 будет удаляться в атмосферу и гибкие пневмодвижители 3, уменьшая свою длину, перемещают заднее кольцо 1 на величину шага h. Таким образом, осуществляется перемещение всего движителя.

После этого соответствующим переключением управляющих распределителей 58 осуществляют фиксацию заднего по ходу движения кольца 1, а переднее кольцо расфиксируется и цикл работы движителя транспортного средства повторяется.

Регулировка величины шагового перемещения движителя осуществляется дозировкой количества сжатого воздуха, поступающего в рабочие полости 51 пневмодвижителей 3 за время, когда пневмораспределители 59 соединяют полости 51 с источником сжатого воздуха. При этом величина удлинения каждого пневмодвижителя 3 зависит от времени нахождения соответствующего распределителя 59 в указанной позиции. Поэтому при преодолении транспортным средством поворотов магистрали трубопровода пневмораспределители 59 переключаются в указанную позицию и находятся в ней различные отрезки времени, в результате чего соответствующие пневмодвижители 3 получают различное удлинение, а сам движитель изгибается, повторяя изгиб трубы. Схема преодоления поворотов трубопровода показана на фиг. 8.

Предлагаемое транспортное средство может быть использовано для размещения на нем технологического оборудования для проведения на трубопроводе таких операций, как контроль швов, их зачистка, сверление отверстий, газовая резка, покраска.