一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置

1.本发明涉及cipp非开挖管道修复后支线位置处内衬复合管材开孔技术，具体为一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其包含行走支撑组件、切割组件、检测装置、旋转驱动组件和行走驱动组件，行走支撑组件、行走驱动组件、切割组件和检测装置用万向节连接，切割组件与行走支撑组件间隔设置，将行走切割装置放入待切割的复合管材管道中，行走驱动组件驱动行走切割装置在复合管材内沿其轴向移动，旋转驱动组件驱动所述行走切割装置被万向节直接连接的部件绕待切割的复合管材轴线转动，行走支撑组件导向所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动，应用所述行走切割装置能满足小管径钢制管道非开挖修复时管道支线开孔处复合管材的切割需求。


背景技术：

2.在非开挖管道修复方面，cipp方法在待修复管道内附加一层纤维或织物增强的复合管材，一般情况下，复合管材与待修复管接触的一面是起到粘结作用的粘结剂，复合管材内壁为防止渗透的防渗膜。当用cipp方法所修复管道存在支线管时，cipp修复后需要将内衬的复合管材在原管道支线管位置处切开，保证修复后的支线管畅通，管径较大时，工作人员可以进入主干管道中将支线管位置处的内衬复合管材切除，但是当主干管径较小时，人无法进入主干管道内，需要开发专门的管道机器人完成支线管接头位置处的内衬复合管材切割。一般情况下，把覆盖支线管开口的复合管材圆周切割下来之后，切割下来的复合管材会落入管中，需要进行清理(或称为回收)，以防止残片、残渣残留堵塞管道，便于后续切割。
3.目前，国内外管道修复行业切割内衬复合管材均采用管道机器人作为载具载着高速旋转的气动铣刀头切割内衬管材，操作过程中，操作人员一般在管道外遥控进行切割，当机器人行走到需要切割的支管孔的位置，操控机械臂用铣刀头沿着支管孔的边缘附近切割复合管材，这种行走切割方式将需要切割的复合管材切割成不规则的碎片或粉末，无法将切割下来的复合管材携带出管道，操作人员容易操作失误。为了保持管道内的清洁，便于切割机器人在管道内的行走切割，行走切割装置需要将复合管材沿支线管开口处的圆周整片切下，并能够将切下的片状复合管材整片携带出管外。
4.鉴于以上问题，本发明公开一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，所述行走切割装置是能在复合管内行走的“蛇”形结构，为了能将支线管位置处的复合管材切掉，配置有检测支线管开口位置的传感器，行走切割装置检测到支线管开口位置后将覆盖支线管开口的复合管材切下，应用所述行走切割装置能满足小管径钢制管道非开挖修复时管道支线开孔处复合管材的切割需求。


技术实现要素：

5.对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其解决方案是：
6.一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于
7.其包含行走支撑组件、切割组件、检测装置和旋转驱动组件，所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置在待切割的复合管内，切割组件和检测装置与行走支撑组件之间连接采用万向节，优选万向节在扭转方向上无明显弹性的刚性万向节，切割组件与行走支撑组件间隔设置，行走支撑组件导向所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动，旋转驱动组件驱动所述行走切割装置被万向节直接连接的部件绕待切割的复合管材轴线转动。
8.所述行走支撑组件包含行走支撑中心轴、行走支撑轮安装部件、行走支撑轮，所述行走支撑中心轴为管状部件，行走支撑轮安装部件为板状或框架状结构，行走支撑轮安装部件可转动安装在行走支撑中心轴径向外侧且能绕行走支撑中心轴的轴线转动，行走支撑轮为安装在行走支撑轮安装部件上的轮、轮组或履带式结构，行走支撑轮沿行走支撑中心轴圆周方向均布至少3组，每组行走支撑轮至少两个。行走支撑轮的行走方向与行走支撑中心轴的轴心线方向一致，一组行走支撑轮中距离最远的两个轮的中心距优选大于最大支线管的直径，至少一组行走支撑轮具有向行走支撑中心轴径向外侧弹性运动的结构，确保钢管内径发生局部变化或经过弯头时，行走支撑轮仍然与钢管内壁正常接触。
9.所述切割组件包含切割中心连接件、进给平台、进给导向部件、进给驱动部件、中心开孔组件，所述切割中心连接件两端为连接用万向节，进给平台通过进给导向部件安装在切割中心连接件上，进给驱动部件直接或间接与切割中心连接件和进给平台连接或接触，进给驱动部件驱动进给平台相对于切割中心连接件做相对运动，进给导向部件保证进给平台的进给运动为待切割复合管材的径向(切割中心连接件两端万向节连线的径向)，所述中心开孔组件包含直接或间接安装在进给平台上的中心开孔部件和中心开孔驱动部件，所述中心开孔部件为钻头或铣刀状部件，中心开孔部件的长度方向与进给平台进给方向平行，所述中心开孔驱动部件安装在进给平台上驱动中心开孔部件绕自身轴线旋转。
10.所述切割组件包含公转组件以及圆周切削组件，所述公转组件包含公转板部件、公转导向部件和公转驱动部件，所述公转板部件通过公转导向部件安装在进给平台上，公转驱动部件驱动公转板部件绕与进给平台进给方向相平行的轴心线转动，所述圆周切削组件包含圆周切削部件安装板、圆周切削部件和圆周切削驱动部件，所述圆周切削部件安装板摆动或平动安装在公转板部件上，圆周切削部件安装板的运动所在平面与进给平台进给方向垂直，所述摆动的圆周切削部件安装板是能够以其上一点为圆心摆动的板状部件，所述平动的圆周切削部件安装板的平动是沿公转板部件转动轴心向外辐射方向的往复运动，所述圆周切削部件为能实现旋转径向切割的部件，优选为铣刀状部件，圆周切削部件安装在圆周切削部件安装板上，圆周切削部件长度方向与进给运动方向平行，所述圆周切削驱动部件安装在进给平台、公转板部件或圆周切削部件安装板上，圆周切削驱动部件为驱动圆周切削部件自转的部件。当所述切割组件包含公转组件以及圆周切削组件时，中心开孔部件可以采用能通过平动刺穿复合管材的锥状部件，这种情况下可以取消中心开孔驱动部件。
11.为了防止切割后的片状复合管材从中心开孔部件脱落，所述中心开孔部件上具有阻挡片状复合管材从中心开孔部件上脱落的阻挡结构，阻挡结构是比中心开孔部件主体粗的端部结构。
12.所述切割组件包含切割轨迹控制部件，切割轨迹控制部件用于控制圆周切削部件
与中心开孔部件之间的距离范围以及圆周切削部件切割复合管材过程中向远离中心开孔部件方向移动的力，所述切割轨迹控制部件安装在底板或公转板部件上，并与圆周切削部件安装板接触或连接，所述切割轨迹控制部件利用气缸或接触限位部件使圆周切削部件与中心开孔部件在开始切割复合管材前距离保持最近，利用气缸、弹簧等弹性部件在切割过程中给圆周切削部件施加远离中心开孔部件的力。
13.所述检测装置包含检测中心轴、传感器安装部件和传感器，所述检测中心轴为管状部件，传感器通过传感器安装部件沿检测中心轴径向圆周均布安装在检测中心轴上，传感器安装部件安装在检测中心轴径向外侧的板状、框架状或支架结构部件，优选为与检测中心轴垂直的圆环板状部件，所述检测中心轴位于待切割复合管材轴心位置，所述传感器是检测金属的传感器，优选为电感式接近开关，传感器活动安装在传感器安装部件上、具有沿检测中心轴径向运动(移动或摆动)的自由度，传感器检测面沿检测中心轴外围圆周方向均布，传感器所在的面与待切割复合管材轴线垂直，相邻两个传感器检测面之间的间距小于待切割复合管材的支管直径，优选小于待切割复合管材的支管半径，相邻两个传感器检测面之间的间距确保检测装置沿待切割复合管材移动经过钢管的支线管开孔位置时，至少两个传感器能检测到支线管开孔。
14.所述旋转驱动组件安装在至少一个行走支撑组件上，旋转驱动组件安装在行走支撑组件上的行走支撑轮安装部件与行走支撑中心轴之间，通过驱动行走支撑中心轴相对于行走支撑轮安装部件转动，驱动切割组件绕待切割复合管中心转动；
15.所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置包含行走驱动组件，所述行走驱动组件包含行走驱动中心轴、行走驱动安装部件和行走驱动部件，所述行走驱动中心轴为管状部件，所述行走驱动安装部件安装在行走驱动中心轴径向外侧，行走驱动部件为安装在行走驱动部件安装部件上的至少3组主动轮，所述主动轮为气马达或电机主动驱动的轮、轮组或履带结构，所述行走驱动安装部件具有使主动轮沿行走驱动中心轴径向运动的自由度或者行走驱动安装部件与行走驱动中心轴可转动地装配在一起，如果行走驱动安装部件与行走驱动中心轴可转动地装配在一起，行走驱动安装部件可以绕行走驱动中心轴转动，行走驱动安装部件与行走驱动中心轴之间安装供气或供电的滑环。
16.行走驱动组件与行走支撑组件或切割组件之间用万向节连接，切割组件与行走支撑组件或行走驱动组件间隔设置，行走驱动组件驱动所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动。
17.当行走驱动组件的行走驱动安装部件与行走驱动中心轴可转动装配在一起时，可以在行走驱动组件上安装旋转驱动组件，所述旋转驱动组件安装在行走驱动组件的行走驱动安装部件与行走驱动中心轴之间，通过驱动行走驱动中心轴相对于行走驱动安装部件转动，驱动切割组件绕待切割复合管中心转动。
18.所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置包含计米轮，当所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置在复合管材内行走时，计米轮与复合管材内壁接触计量行走的位移。
19.在钢管内切割覆盖孔的复合管材上应用所述行走切割装置时，所述行走支撑中心轴、切割中心连接件、检测中心轴、行走驱动中心轴用万向节连接，将行走支撑组件、行走驱动组件、切割组件和检测装置连接成“蛇”形，将蛇形的行走切割装置放入待切割的复合管
622.旋转驱动大齿轮 623.大齿轮固定板 624.大齿轮固定板支撑柱 625.旋转驱动电机固定板 70.行走支撑中心轴 710.固定轮 711.固定轮固定板 712.活动轮拉紧弹簧 713.活动轮固定板 714.活动轮 715.合页 716.弹簧固定柱 717.支撑安装板 72.内部旋转导向部件 80.传感器 81.检测中心轴 810.传感器固定板 811.传感器支撑弹簧 812.万向轮 813.传感器滑块 814.传感器导轨 815.滑块固定圆盘 9.万向节
具体实施方式
32.下面结合图例给出本发明一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置的几个具体实施例，这些实施例仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明权利要求的限制，本发明未述及之处适用于现有技术。
33.本发明一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置的实施例1(如图1-9所示)：
34.一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其包含行走支撑组件、切割组件、检测装置和旋转驱动组件。
35.所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置在待切割的复合管材内，切割组件和检测装置两端均与行走支撑组件用刚性万向节连接，切割组件与行走支撑组件间隔设置，行走支撑组件导向所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动，旋转驱动组件驱动所述行走切割装置被万向节直接连接的部件绕待切割的复合管材轴线转动。
36.所述行走支撑组件包含行走支撑中心轴70、行走支撑轮安装部件和行走支撑轮，所述行走支撑中心轴70为管状部件，管内便于穿过电线，行走支撑轮安装部件为板状结构件，行走支撑轮安装部件包含支撑安装板717以及安装在支撑轮安装板上的两组固定轮固定板711及一组活动轮固定板713，支撑轮安装板通过内部旋转导向部件72可转动安装在行走支撑中心轴外，内部旋转导向部件72为内部装有轴承的轴承座，支撑安装板安装在轴承座上，行走支撑轮为安装在行走支撑轮安装部件上的3组轮，每组行走支撑轮2个，3组轮沿行走支撑中心轴70圆周方向均布，其中两组轮是固定轮710，一组活动轮714，所述固定轮710通过固定轮固定板711安装在支撑安装板717上，活动轮714通过活动轮固定板713安装在支撑安装板717上，两片用弹簧固定柱716连接起来的活动轮固定板713之间安装一个活动轮714，两个活动轮为一组，活动轮固定板713通过合页715安装在固定轮固定板711上，活动轮拉紧弹簧712拉紧一组活动轮固定板713上固定的两个弹簧固定柱716，两个活动轮依靠活动轮拉紧弹簧712的拉力压紧复合管材内壁，即使钢管内径发生局部变化或经过弯头时，也可以保证活动轮和固定轮都与钢管内壁正常接触。
37.每组行走支撑轮中两个轮的中心距大于最大支线管的直径，确保一组行走支撑轮中的一个走到支线管开孔范围内时，该组中至少有一个轮不在支线管开孔范围内，防止经过开孔后的支线管开孔位置时一组支撑轮同时落入支线管开孔内，否则，就需要增加行走支撑轮的组数，使得即使部分组的行走支撑轮都落在支线管开口范围内，行走支撑中心轴70也不偏离复合管材的中心。
38.所述切割组件包含作为切割中心连接件的底板1、进给平台30、进给导向部件、进给驱动部件、中心开孔组件、公转组件以及圆周切削组件。
39.所述底板1(作为切割中心连接件)为两端通过万向节与行走支撑中心轴70连接的
折弯板状结构件(不排除采用框架状部件)，所述进给平台30为板状(不排除采用框状部件)，进给平台30通过进给导向部件安装在底板1上，如图1、3所示，所述进给导向部件包括进给导轨112、铰链支座安装滑块114、固定铰链支座110、活动铰链支座113和铰链连杆组111，四根进给导轨112分别安装在底板1以及进给平台30上，铰链支座安装滑块114滑动装配在进给导轨112上，4个活动铰链支座113安装在铰链支座安装滑块114上，4个固定铰链支座110分别安装在底板1以及进给平台30上，铰链连杆组连接固定铰链支座110以及活动铰链支座113，形成剪刀结构的升降导向结构，保证进给平台30与底板1之间的间距变化时进给平台30与底板1之间保持平行。
40.不排除采用其它结构的进给导向部件，例如，可以采用导杆滑块结构的进给导向杆12，所述进给导向杆12为带有直线轴承的杆状部件，两组直线轴承和导向杆分别安装在进给平台30和底板1上，导向杆穿过直线轴承，这样也可以使进给平台30与底板1之间的间距变化时进给平台30与底板1之间保持平行，只要是能使进给平台30与底板1之间的间距变化时进给平台30与底板1之间保持平行的导向结构均可以作为进给导向部件。
41.所述进给驱动部件包含气囊11及升降弹簧13，所述气囊11位于底板1和进给平台30之间，并通过安装在进给平台30上的中心开孔电机210与进给平台30间接接触，当气囊充气时，推动中心开孔电机20远离底板1，进给平台30通过进给导向部件的导向相对底板1平行远离。为了在气囊11停止驱动后进给平台30能够自动向底板1靠拢，在进给平台30和底板1之间安装拉伸升降弹簧13，当驱动进给部件10的气囊放气后，进给平台靠升降弹簧13的拉力自动向底板1靠近收回，升降弹簧13的拉力大于进给平台30以及进给平台30上安装的所有部件的重力，使得进给平台在任意朝向时都能自动收回。
42.为了能检测进给平台30的进给位置，将拉线位移传感器安装在底板1和进给平台30之间，当进给平台30运动时，能检测出进给平台的进给量，便于通过调整气囊11的充气量控制进给平台的进给量，当然不排除其它检测形式检测进给平台30的进给位移，例如进给驱动部件采用带有位置检测的直流电动推杆、用光学传感器等方法均可。
43.所述中心开孔组件包含中心开孔部件和中心开孔驱动部件。一个带有三角尖端的钻头21作为中心开孔部件，三角尖端的旋转圆周轮廓尺寸大于钻柄的直径，钻头21端部的三角尖端作为中心开孔部件的阻挡结构用于防止切割后的片状复合管材从中心开孔部件上脱落，钻头21通过联轴器213安装在中心开孔电机210的电机轴上，中心开孔电机210作为中心开孔驱动部件安装在进给平台30下面，中心开孔电机210驱动钻头21自转，气囊11驱动进给平台30带动钻头21与复合管材接触，中心开孔电机210驱动钻头21转动，使得钻头21将复合管材中心开孔。并不排除中心开孔组件只有中心开孔部件，例如将中心开孔部件换为类似三棱刮刀尖状切削刃的刺穿部件，不配置中心开孔电机210，气囊驱动进给平台30升起时，刺穿部件直接将复合材料管材扎透。所述公转组件包含公转板部件、公转导向部件和公转驱动部件。除了用三角钻的三角端部作为阻挡结构，类似倒钩、沿钻头径向伸出的弹性片结构等都可以作为阻挡结构，只要是比中心开孔部件的主体粗的端部结构都可以作为阻挡结构。尽管本实施例中钻头21直接通过联轴器安装到了中心开孔电机210的轴上，但是不排除两者均安装在进给平台30上，再通过带、链或齿轮等传动驱动。
44.所述公转组件包含公转板部件、公转导向部件和公转驱动部件，如图3-5所示，所述公转板部件31为一个圆形空心板状部件(当然不排除采用扇形状半圆环状等其它形状的
公转板部件)，公转板部件31安装在公转导向部件300上，所述公转导向部件300为一个外圈有轴承的圆形环状部件，公转导向部件300安装在进给平台30上面，公转板部件31的内圈与公转导向部件300轴承的外圈配合，并通过公转导向部件300安装在进给平台30上，可相对进给平台30旋转，所述公转驱动部件包括安装在进给平台30下面的公转电机320、安装在公转电机320电机轴上的公转小齿轮321和安装在公转板部件下面的公转大齿轮322，公转小齿轮321与公转大齿轮322相啮合，公转电机320驱动公转小齿轮321转动，公转小齿轮321将动力传递给公转大齿轮322，公转大齿轮322转动带动公转板部件31以钻头21的转动中心为轴线转动，该转动也称为围绕中心开孔部件公转。
45.所述圆周切削组件包含圆周切削部件安装板、圆周切削部件和圆周切削驱动部件。
46.所述圆周切削部件安装板311为一个板状(不排除框架状)部件，圆周切削部件安装板311一端铰接在公转板部件31上，并能围绕铰接中心点在与公转板部件31相平行的平面内摆动，所述圆周切削部件为铣刀23，铣刀23通过轴承可转动地安装在圆周切削部件安装板311远离铰接端的另一端，为了提高铣刀23的稳定性，在圆周切削部件安装板311上安装与圆周切削部件安装板311平行的铣刀固定板27共同导向铣刀23的转动，铣刀固定板27通过垫块28安装在圆周切削部件安装板311上，铣刀23通过圆周切削部件安装板311和铣刀固定板27上安装的轴承。
47.所述圆周切削驱动部件包括从动带轮22和中心开孔电机210，所述从动带轮22为内圈安装了轴承的同步带轮，从动带轮22安装在公转板部件31上，从动带轮22的转动中心为圆周切削部件安装板311的摆动中心(圆周切削部件安装板311与进给平台30的铰接中心)，所述中心开孔驱动电机210不仅作为中心开孔驱动部件，还作为圆周切削驱动部件驱动铣刀23自转。中心开孔电机210驱动钻头21转动，钻头21通过钻头21上套的带轮以及一级同步带260将运动传递给从动带轮22，从动带轮22通过二级同步带261将运动传递给铣刀23，驱动铣刀23自转将复合管材开孔。公转电机320驱动公转板部件31围绕钻头21公转，安装在公转板部件31上的圆周切削部件安装板311和从动带轮22围绕钻头21公转，安装在圆周切削部件安装板311上的铣刀23围绕钻头21公转，随着圆周切削驱动部件驱动铣刀23圆周切削复合管材，复合管材给铣刀23的阻力和铣刀23切削复合管材产生的分力使得铣刀23和圆周切削部件安装板31在围绕钻头21公转的同时，相对公转板部件31以圆周切削部件安装板311的转动中心向外摆动，也称为圆周切削部件安装板311向公转的半径增大的方向摆动，直到铣刀23与钢管支管开孔的钢管边缘紧贴，使铣刀23形成自适应直径变化的圆周轨迹切削复合管材。
48.为了防止铣刀23圆周切削复合管材时，钻头21和从动带轮22之间的一级同步带260传动出现打滑现象，在钻头21和从动带轮22之间的带传动加了一个张紧轮25，所述张紧轮25为内圈有轴承的同步带轮，张紧轮25安装张紧轮固定板上，并可以相对张紧轮25旋转，所述张紧轮固定板251为板状部件，张紧轮固定板251安装在公转板部件31上。
49.尽管本实施例采用铣刀作为圆周切削部件，但是不排除采用其它具有径向切削功能的刀具，例如带有外切削刃的两棱或三棱刀具等代替铣刀作为圆周切削部件。
50.所述检测装置包含检测中心轴81、传感器安装部件和传感器80，所述检测中心轴81为管状部件，传感器安装部件包含传感器固定板810、传感器支撑弹簧811、万向轮812、传
感器滑块813、传感器导轨814和滑块固定圆盘815，圆环板状的滑块固定圆盘815垂直固定安装在检测中心轴81上，所述传感器80为接近开关(不排除磁性传感器、电容式传感器等能检测金属的传感器)，传感器滑块813安装在传感器固定圆盘815上，传感器导轨814活动装配在传感器滑块813上，传感器固定板810安装在传感器导轨814上，传感器80、传感器支撑弹簧811和万向轮812安装在传感器固定板810上，如图6所示，传感器80固定安装在传感器固定板810上，传感器固定板810为一个水平方向看呈“匚”形的板状部件，传感器支撑弹簧811安装在传感器固定板810下面和检测中心轴81之间，传感器80能沿检测中心轴81径向滑动，传感器支撑弹簧811弹力使万向轮812与复合管材内壁接触，适应钢管内径的改变或弯道处的改变。传感器沿检测中心轴81圆周方向均布，18个传感器80圆周方向均匀分布，其中9个传感器分布在传感器固定圆盘815的一侧，另外9个分布在另一侧，相邻2个传感器安装圆周方向间隔20度，圆周方向相邻两个传感器80之间的间距小于待切割复合管材的支管直径，优选小于待切割复合管材的支管半径，相邻两个传感器80之间的间距确保检测装置沿待切割复合管材移动经过钢管的支线管开孔位置时，至少两个传感器能检测到支线管开孔。尽管本实施例中传感器80沿检测中心轴81径向的移动是通过径向分布的导轨滑块实现的，但不排除采用连杆结构等其它结构实现传感器的径向弹性位移。
51.所述旋转驱动组件是驱动切割组件相对于行走支撑轮安装部件转动的部件，所述旋转驱动组件安装在至少一个行走支撑组件上，所述旋转驱动组件包含安装在行走支撑中心轴70上的旋转驱动电机固定板625、安装在旋转驱动电机固定板625上的旋转驱动电机611、安装在旋转驱动电机611上的旋转驱动小齿轮621和安装在大齿轮固定板623上的旋转驱动大齿轮622，大齿轮固定板623通过大齿轮固定板支撑柱624安装在支撑安装板717上，旋转驱动大齿轮622与旋转驱动小齿轮621啮合，旋转驱动电机611驱动旋转驱动小齿轮621转动，旋转驱动小齿轮621的转动轴围绕旋转驱动大齿轮622公转，旋转驱动电机固定板625和旋转驱动电机611也围绕旋转驱动大齿轮622公转，旋转驱动大齿轮611间接安装在支撑安装板717上，旋转驱动小齿轮621间接安装在行走支撑中心轴70上，行走支撑轴70以内部旋转导向部件72的中心线为轴线相对支撑安装板717转动，内部旋转导向部件72的中心线和旋转驱动大齿轮622的中心线为同一条线，由于支撑安装板717上安装的固定轮710和活动轮714与复合管材内壁管有一定的摩擦力而保持相对静止，行走支撑中心轴70便相对复合管材中心旋转，由于行走支撑中心轴70与切割组件用万向节连接在一起，旋转驱动组件可以驱动切割组件相对于复合管材中心旋转运动。
52.在用复合管材修复后的带支线钢管内应用所述行走切割装置切割覆盖孔的复合管材时，通过牵引绳牵引行走切割装置在复合管内移动，当检测装置的传感器80移动到支线管开口内时，由于支线管开孔位置只有复合管材，没有钢管，电感式接近开关传感器检测到复合管材外侧从有钢管到无钢管的变化，随着行走切割装置继续移动传感器80离开支线管开口区域时，传感器80能检测到从没有钢管到有钢管的变化，由于至少有2个传感器80经过支线开口区域，会有至少4个传感器信号变化点，根据传感器信号变化点位置拟合出支线开口的直径及圆心位置，继续拉动行走切割装置在复合管内移动，并通过旋转驱动组件驱动切割组件转动，使切割组件的钻头21沿钢管径向对准支线开孔中心或中心附近，开始切割覆盖孔的复合管材，具体切割复合管材的过程为：
53.气囊11充气后驱动进给平台30沿钢管径向移动，钻头21向待切割的复合管材进给
并与覆盖支线开孔的复合管材接触，进给平台继续进给，中心开孔电机210驱动钻头21在复合管材中心附近钻一个孔，铣刀也在待切割复合管材上切一个孔，公转电机320驱动公转板部件31公转，铣刀23一方面自转，一方面随公转板公转，同时还绕圆周切削部件安装板311的摆动中心摆动，铣刀23随公转板部件31公转至少一圈以上，直到将复合管材圆周一圈全部切断，使铣刀23最终形成一个闭合圆周形的切割轨迹将支管开孔部位的复合管材切下，当铣刀23从复合管材上某一点开始切割时，铣刀23会逐渐靠近支线管开孔的孔壁，图9所示为铣刀切割走过的轨迹，铣刀23从覆盖孔的复合管材40的某一点开始切削，开始切削的该点位于支线开孔边沿以内，铣刀23圆周切削过程中逐渐靠近孔壁42，直到贴着孔壁42的边缘圆周切削一圈将覆盖支线开孔的复合管材40切下，图9中的箭头表示铣刀23圆周切削覆盖孔的复合管材40时的移动方向，图8中圆周上方圆周内部的圆弧段代表铣刀刚开始切割复合管材时切割直径逐渐增大逐渐切割到支管管壁走过的轨迹。整个切割过程中，进给平台30的高度保证钻头21及铣刀23一直穿过被切割的复合管材，切割完后，进给平台30向接近底板1的方向移动，切削下来的圆片状复合管材被串在钻头21上，将其携带出钢管。
54.为了让铣刀23从公转半径较小的位置开始切削，在底板1的侧面安装有挡块部件5，所述挡块部件5为一个折弯板状部件，气囊11开始驱动进给平台30进给之前，挡块部件5的上沿和圆周切削部件安装板311的上沿平齐，圆周切削部件安装板311随公转板部件31逆时针公转时，如图1所示，由于挡块部件5的限位，圆周切削部件安装板311安装铣刀23的一端被挡块部件5推动向接近钻头21的方向摆动，铣刀23随公转板部件31转动的公转半径变小，相当于铣刀23与钻头21之间的间距变小，当铣刀23与钻头21之间的间距减小到一定范围后，公转驱动电机320停止驱动，铣刀23和圆周切削部件安装板311停止公转，气囊11开始驱动进给平台30进给，当钻头21和铣刀23都透过复合管材后，圆周切削部件安装板311的底面才高于挡块部件5的顶部，圆周切削部件安装板311可以在切割的过程中向外摆动使铣刀23与钻头21之间的间距逐渐变大，这样能适应更小直径支管的开孔操作，也利于提高开孔时对钻头偏离支管开孔中心的适应能力，即使钻头与支管开孔中心具有一定的偏离，也能保证铣刀能穿过支管开孔处的复合管材。
55.铣刀切割复合管材的过程中，公转板部件31通过圆周切削部件安装板311摆动中心给圆周切削部件安装板311施加一个推力，当圆周切削部件安装板311向外摆动角度较大时，该推力会使铣刀23向远离钻头21的方向摆动，为了提高圆周切削部件安装板311从铣刀23距离钻头21较近时向公转半径增大方向(远离钻头21方向)摆动的力，同时为了限制圆周切削部件安装板311摆动的最大公转半径，在所述圆周切削部件安装板311和公转板部件31之间设置外摆推动装置，所述外摆推动装置包含在圆周切削部件安装板311和公转板部件31上安装的一个限位杆安装支座组合24和限位杆241作为圆周切削部件安装板311的摆动限位部件，所述限位杆安装支座组合24为一对折弯的板状部件，圆周切削部件安装板311上面安装了一个限位杆安装支座组合24的一个支座，限位杆安装支座组合24的另一个支座安装在公转板部件31上，所述限位杆241为一个套有弹簧的杆状部件，限位杆241穿插在限位杆安装支座组合24的两个支座中，限位杆安装支座组合24上的孔与限位杆241间隙配合，公转驱动电机230开始驱动公转板部件31公转时铣刀23和圆周切削部件安装板311的公转半径较小，此时限位杆241上套的弹簧位于两个限位杆安装支座之间处于受压状态，限位杆241上套的弹簧通过限位杆安装支座组合24给圆周切削部件安装板311的推力使得圆周切
削部件安装板311向外(远离钻头的方向)摆动，随着切削的进行，圆周切削部件安装板311上安装的铣刀23的公转半径逐渐增大，为了限制圆周切削部件安装板311上安装的铣刀23的公转半径，在限位杆241上安装有螺母作为轴向限位元件限制限位杆安装支座组合24两个支座的最大间距，通过限制圆周切削部件安装板311在公转板部件31上的摆动幅度限制了铣刀的最大公转半径。
56.所述挡块部件5以及外摆推动装置均作为切割轨迹控制部件，用于控制铣刀与钻头之间的距离范围以及铣刀向远离钻头方向摆动的力，铣刀向远离钻头方向摆动的力越大，切割过程中铣刀接触支线开孔管壁的速度越快。
57.本发明一种用于在带孔钢管中切割覆盖孔的复合管材的行走切割装置实施例2(见图10、11)：
58.本实施例与实施例1的不同在于：
59.所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置包含行走驱动组件，所述行走驱动组件包含行走驱动中心轴10、行走驱动安装部件和行走驱动部件，所述行走驱动中心轴10为圆管状部件(不排除为方管或其它结构状部件)，所述行走驱动安装部件包含行走驱动中心轴10外侧均布安装的3个驱动电机固定板固定支座104和3个驱动气缸支座101、铰接安装在驱动电机固定板固定支座104上的驱动电机固定板103、安装在驱动气缸支座101的驱动气缸100以及驱动气缸推板106，驱动气缸推板106连接驱动气缸100的气缸杆和驱动电机固定板103，所述行走驱动部件包含安装在驱动电机固定板103上的驱动电机105以及安装在驱动电机105上的驱动轮102，驱动电机105驱动驱动轮102转动，驱动气缸100通过驱动气缸推板106推动驱动电机固定板103沿行走驱动中心轴10径向摆动，行走驱动安装部件和行走驱动部件沿驱动中心轴10轴向均布三组，当驱动电机固定板103向外摆动时，驱动轮102接触复合管材内壁，驱动电机105驱动驱动轮102沿着钢管内的复合管材内壁行走。
60.尽管本实施例中驱动轮102采用了电机直接驱动的单轮结构，不排除使用主动轮为气马达或电机主动驱动的轮组或履带结构。尽管本实施例中驱动轮102采用了驱动气缸100驱动的驱动电机固定板103摆动的直径调整结构调整驱动轮102分布的外径，不排除采用剪刀式升降结构、导轨滑块结构等沿行走驱动中心轴10的径向移动的方案调整驱动轮102分布的外径。
61.行走驱动组件的行走驱动中心轴10通过万向节与行走支撑中心轴70连接，行走驱动组件驱动所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动。为了提高所述行走切割装置在复合管材内移动的位置检测精度，在行走切割装置的行走支撑中心轴70、检测中心轴81、切割中心连接件或行走驱动中心轴10上设置与复合管材弹性接触的计米轮，计米轮与复合管材内壁接触计量行走的位移。
62.当检测装置检测到待切割支线开孔位置时，旋转驱动组件驱动切割组件转动，由于切割组件的切割中心连接件与行走驱动中心轴10用万向节连接在一起，为防止行走驱动部件的驱动轮102与复合管材内壁的摩擦力阻碍切割中心连接件旋转，驱动气缸100放气，驱动轮102与复合管材内壁之间不再气动加压，这样，旋转驱动组件可以驱动切割组件转动。另一方面，如果行走驱动组件出现故障导致行走装置无法驱动行走，需要将整个装置拖出来并进行处理，由于驱动轮102顶在管道内壁上且驱动电机105一般为减速电机，自锁力矩较大，需要拖动的力较大，这时也需要驱动气缸100将驱动轮102收回，通过牵引绳可将行
走切割装置拉出。
63.本实施例中的切割组件也与实施例1中的切割组件不同，具体为：
64.采用带倒钩的锥形部件作为中心开孔部件，进给平台30进给时，中心开孔部件直接扎透复合管材，且切割完后能依靠倒钩防止切下的片状复合管材从锥形部件上脱落，倒钩作为中心开孔部件的阻挡结构用于防止切割后的片状复合管材从中心开孔部件上脱落，除三角钻及锥形部件之外，只要能将复合管材穿透的部件均可以作为中心开孔部件。
65.进给驱动部件采用进给气缸代替气囊11，进给气缸固定安装在底板1上，进给气缸的气缸杆顶在进给平台30上，如果把进给气缸的气缸杆与进给平台30连接起来，进给气缸不仅可以驱动进给平台30远离底板1，还能驱动进给平台接近底板，这样就可以将实施例1中的升降弹簧13也一并代替。当然也可采用旋转电机加丝杆作为进给驱动部件，这些驱动方式在升降平台中具有广泛的应用。
66.取消公转板部件，将从动带轮22和摆动板部件311安装在公转大齿轮322上，公转大齿轮322内圈套有轴承与公转导向部件300外圈配合。
67.在实施例1从动带轮22位置处的公转板部件31或圆周切削部件安装板311上安装独立的铣刀驱动电机作为圆周切削驱动部件，铣刀驱动电机用链传动铣刀，公转导向部件上安装导电滑环给铣刀驱动电机供电，不排除将铣刀驱动电机换成气动马达作为圆周切削驱动部件，公转导向部件上安装气滑环给气动马达供气。
68.采用气缸作为切割轨迹控制部件代替实施例1中的挡块部件5、限位杆安装支座组合24和限位杆241，将气缸固定在公转板部件31上，气缸杆与圆周切削部件安装板311连接，在切割过程中气缸杆伸出推动圆周切削部件安装板311带动铣刀向公转半径增大的方向(与中心开孔部件距离变远的方向)摆动，气缸达到最大冲程时，圆周切削部件安装板311带动铣刀23摆动到最大公转半径的位置，当铣刀开始切割复合管材前，气缸杆缩回，拉动圆周切削部件安装板311向铣刀公转半径减小的方向摆动，使铣刀与中心开孔部件距离最近，即使中心开孔部件没有定位在待切割支线开孔的中心位置，铣刀也能在支线开孔的范围内穿过复合管材。
69.本发明一种用于在带孔钢管中切割覆盖孔的复合管材的行走切割装置实施例3：
70.本实施例与实施例1的不同在于：
71.将行走支撑组件改成具有行走驱动功能的组件，为行走支撑组件增加行走驱动组件的驱动部件，包含安装在行走支撑组件的固定轮固定板711以及活动轮固定板713上的驱动马达，驱动马达通过皮带传动固定轮710及活动轮714，行走支撑中心轴70与支撑安装板717之间安装给驱动马达供气或供电的滑环。这种情况下，行走支撑组件不仅具有支撑导向功能，还具有行走驱动组件的驱动功能，安装了驱动机构的行走支撑组件可以作为行走驱动组件，这时，可以在具有行走支撑功能的行走驱动组件上安装旋转驱动组件，所述旋转驱动组件安装在支撑安装板717与行走支撑中心轴70之间，在支撑安装板717上安装内齿圈，在行走支撑中心轴70上安装带有外齿轮的电机，外齿轮与内齿圈啮合，驱动行走支撑中心轴70相对于支撑安装板717转动，间接驱动切割组件绕待切割复合管中心转动。
72.本实施例中的切割组件也与实施例1中的切割组件不同，具体为：
73.在公转板部件31上沿钻头径向安装径向导轨滑块组件，作为圆周切削部件的铣刀及作为圆周切削驱动部件的铣刀驱动电机均固定在圆周切削部件安装板上，圆周切削部件
安装板固定在径向滑块上，采用公转板部件31上安装的气缸调整切削部件安装板的位置，开始切削孔之前，气缸拉动切削部件安装板使铣刀与钻头21距离最近，钻头及铣刀均在复合管材上开孔完成后，公转电机320开始驱动公转板部件31开始转动时，气缸向外推动切削部件安装板平动，使铣刀切削圆的直径不断扩大，直到铣刀碰到支管开孔的金属孔壁，铣刀会沿支管开孔的孔壁前进切割复合管材。
74.在图1、3中底板1右侧竖直方向的立板上安装铅锤方向的导轨滑块组合作为进给导向部件，将进给平台30安装到铅锤方向的滑块上实现对进给平台30的导向，这种情况下，进给平台30进给运动时相对于安装铅锤方向导轨滑块的立板不再是接近于远离，而是垂直方向的平动，因此，进给导向部件只要能导向进给平台30沿进给方向(沿铣刀和钻头轴线方向)平动即可。
75.本发明一种用于在带孔钢管中切割覆盖孔的复合管材的行走切割装置实施例4：
76.本实施例中的切割组件也与实施例1中的切割组件不同，具体为：
77.本实施例中切割组件去掉实施例1中的公转组件以及圆周切削组件，只保留实施例1中的中心开孔部件结构用于切削，但是将实施例1中的钻头21换成中心铣刀，中心铣刀在行走驱动组件的驱动下能沿复合管材长度方向移动，在旋转驱动组件的驱动下能绕复合管材中心线转动，同时能随进给平台30沿复合管材径向移动，这三种运动的合成能用于将支线管开孔处的复合管材切除。
78.有实施例中的驱动装置均可以用具有相同功能的常用部件及机构替换，如转动可以改为气动马达驱动，移动可以改为直线电机、旋转电机加丝杆、电机加凸轮顶杆、电磁铁等驱动，导向可以采用光轴、滑块或线性导轨等导向等，这些均属于本领域的常识，不再赘述。本发明不限于上文讨论的实施例，本领域技术人员可根据本发明推理出其它变体形式，这些变体形式也属于本发明的主题。

技术特征：
1.一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于其包含行走支撑组件、切割组件、检测装置和旋转驱动组件，所述行走支撑组件包含行走支撑中心轴、行走支撑轮安装部件、行走支撑轮，行走支撑轮安装部件可转动安装在行走支撑中心轴径向外侧且能绕行走支撑中心轴的轴线转动，行走支撑轮为安装在行走支撑轮安装部件上的轮、轮组或履带式结构，所述切割组件包含切割中心连接件、进给平台、进给导向部件、进给驱动部件、中心开孔组件，进给平台通过进给导向部件安装在切割中心连接件上，进给驱动部件直接或间接与切割中心连接件和进给平台连接或接触，进给驱动部件驱动进给平台相对于切割中心连接件运动，所述中心开孔组件包含直接或间接安装在进给平台上的中心开孔部件和中心开孔驱动部件，所述中心开孔部件为钻头或铣刀状部件，中心开孔部件的长度方向与进给平台进给方向平行，所述中心开孔驱动部件安装在进给平台上驱动中心开孔部件绕自身轴线旋转，所述检测装置包含检测中心轴、传感器安装部件和传感器，传感器通过传感器安装部件沿检测中心轴径向圆周均布安装在检测中心轴上，传感器活动安装在传感器安装部件上、具有沿检测中心轴径向运动的自由度，所述旋转驱动组件是驱动切割组件相对于行走支撑轮安装部件转动的部件。2.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述行走支撑中心轴为管状部件，行走支撑轮沿行走支撑中心轴圆周方向均布至少3组，每组行走支撑轮至少两个，行走支撑轮的行走方向与行走支撑中心轴的轴心线方向一致，所述切割组件包含公转组件以及圆周切削组件，公转组件包含公转板部件、公转导向部件和公转驱动部件，公转板部件通过公转导向部件安装在进给平台上，公转驱动部件驱动公转板部件绕与进给平台进给方向相平行的轴心线转动，所述圆周切削组件包含圆周切削部件安装板、圆周切削部件和圆周切削驱动部件，所述圆周切削部件安装板摆动或平动安装在公转板部件上，所述圆周切削部件为能实现旋转径向切割的部件，圆周切削部件安装在圆周切削部件安装板上，圆周切削部件长度方向与进给运动方向平行，所述圆周切削驱动部件安装在进给平台、公转板部件或圆周切削部件安装板上，圆周切削驱动部件驱动圆周切削部件自转，所述检测中心轴为管状部件，所述传感器是检测金属的传感器，相邻两个传感器之间的间距小于待切割复合管材的支管直径。3.根据权利要求2所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述圆周切削部件安装板摆动是以其上一点为圆心摆动，所述圆周切削部件安装板平动是沿公转板部件转动轴心向外辐射方向的往复运动，所述圆周切削部件优选为铣刀状部件。4.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置包含行走驱动组件，所述行走驱
动组件包含、行走驱动安装部件和行走驱动部件，所述行走驱动部件为通过行走驱动部件安装部件安装在行走驱动中心轴径向外侧的至少3组主动轮。5.根据权利要求4所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述行走驱动中心轴为管状部件，行走驱动中心轴、行走支撑中心轴、切割中心连接件或检测中心轴之间连接采用万向节，所述主动轮为气马达或电机主动驱动的轮、轮组或履带结构，所述行走驱动安装部件具有使主动轮沿行走驱动中心轴径向运动的自由度或者行走驱动安装部件与行走驱动中心轴可转动地装配在一起。6.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述切割组件包含切割轨迹控制部件，所述切割轨迹控制部件安装在底板或公转板部件上，并与圆周切削部件安装板接触或连接，所述切割轨迹控制部件利用气缸或接触限位部件使圆周切削部件与中心开孔部件距离保持最近，利用气缸或弹性部件在切割过程中给圆周切削部件施加远离中心开孔部件的力。7.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于所述旋转驱动组件安装在至少一个行走支撑组件或一个行走驱动组件上，所述旋转驱动组件安装在行走支撑组件上时，旋转驱动组件安装在行走支撑组件上的行走支撑轮安装部件与行走支撑中心轴之间，驱动行走支撑中心轴相对于行走支撑轮安装部件转动，所述旋转驱动组件安装在行走驱动组件上，行走驱动组件的行走驱动安装部件与行走驱动中心轴可转动装配在一起，旋转驱动组件安装在行走驱动组件的行走驱动安装部件与行走驱动中心轴之间，驱动行走驱动中心轴相对于行走驱动安装部件转动。8.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于在钢管内切割覆盖孔的复合管材上应用所述行走切割装置时，切割组件、检测装置与行走支撑组件或行走驱动组件间隔设置连接成“蛇”形，将所述行走切割装置放入待切割的复合管材管道中，行走驱动组件驱动行走切割装置在复合管材内沿其轴向移动，行走支撑组件导向所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动，旋转驱动组件驱动切割组件绕待切割的复合管材轴线转动。9.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于相邻两个传感器检测面之间的间距小于待切割复合管材的支管半径，一组行走支撑轮中距离最远的两个轮的中心距大于最大支线管的直径，至少一组行走支撑轮具有向行走支撑中心轴径向外侧弹性运动的结构，所述中心开孔部件上具有阻挡片状复合管材从中心开孔部件上脱落的阻挡结构，阻挡结构是比中心开孔部件主体粗的端部结构。10.根据权利要求1所述的切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其特征在于
所述进给导向部件保证进给平台的进给运动为待切割复合管材的径向，所述切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置包含与复合管材内壁接触的计米轮。

技术总结
本发明涉及CIPP非开挖管道修复后支线位置处内衬复合管材开孔技术，具体为一种切割覆盖钢管支线孔的复合管材的行走切割装置，其包含行走支撑组件、切割装置、检测装置、旋转驱动组件和行走驱动组件，行走支撑组件、行走驱动组件、切割装置和检测装置用万向节连接，切割装置与行走支撑组件间隔设置，将行走切割装置放入待切割的复合管材管道中，行走驱动组件驱动行走切割装置在复合管材内沿其轴向移动，旋转驱动组件驱动所述行走切割装置被万向节直接连接的部件绕待切割的复合管材轴线转动，行走支撑组件导向所述行走切割装置在待切割的复合管材内移动，应用所述行走切割装置能满足小管径钢制管道非开挖修复时管道支线开孔处复合管材的切割需求。复合管材的切割需求。复合管材的切割需求。


技术研发人员：吕汉明 罗家宝
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/23